含钛铁水脱硫及转炉冶炼实践

含钛铁水脱硫及转炉冶炼实践
用钛矿或钛球进行高炉护炉操作已是高炉操作者常用的护炉方法。

其机理是当使用钛矿护炉时，Ti(C，N)将在高炉炉缸铁浴内形成并沉积于炉缸受侵蚀部位的工作面或砖缝之中，而Ti(C，N)的沉积或团聚物被认为起到了保护炉衬的作用。

2008年以后，鞍钢股份炼铁总厂开始使用钛球进行高炉护炉，由于最初无钛球护炉经验，铁水的钛含量显著升高且控制不稳定。

在未加钛球前，铁水钛稳定控制在0.05%以下，使用钛球护炉后，铁水钛提高到0.12%～0.20%，最高时甚至超过0.20%。

铁水钛含量升高，对炼钢工序的操作产生诸多不利影响，主要体现在：脱硫工序扒渣铁损增加，转炉冶炼工序熔剂消耗增加，溅渣护炉效果变差。

因此，研究针对含钛铁水的冶炼技术，对降低冶炼成本、减轻或消除铁水钛含量升高对炼钢操作的影响具有重要意义。

铁水钛含量升高的不利影响
对铁水预处理脱硫工序的影响。

在铁水预处理脱硫时，如果钛含量较高，镁钙复合喷吹的载气氮气与铁水中的碳、钛极易结合生成Ti(C，N)，且易与CaO结合，恶化钙粉的脱硫效率，并使得脱后渣黏稠，增加喷吹粉剂消耗；同时由于渣黏稠，喷吹时进入渣中的铁液被包裹在渣中，造成扒渣工序铁损增加。

对转炉炼钢的影响。

在转炉冶炼过程中，钛的氧化物与石灰中的CaO 结合使得白灰利用率降低，转炉势必增加渣料消耗，造成熔剂成本增加。

同时渣量增加，直接导致转炉冶炼吹损增加，并且白灰利用率的降低增加了转炉脱磷负担，冶炼终点补吹次数增加，造成终渣FeO含量高，在增加铁损的同时恶化溅渣护炉效果。

含钛铁水脱硫工序冶炼实践
目前国内外针对含钛铁水脱硫的应对策略。

德国等欧洲国家钢厂对采用加钒钛矿护炉的铁水，采取的办法是将冰晶石（K3AlF6）作为铁水熔剂制作成粉末与流化石灰粉混合后，通过脱硫喷枪喷入铁水中。

由于冰晶石熔点仅为600℃ ，能显著降低脱硫渣的熔点。

为防止氮化物的生成，可将脱硫载气氮气用氩气代替。

由于国内冰晶石资源贫乏，进口或国内人造冰晶石的价格过高，而鞍钢的氩气资源不足，因此须要研究新的方法以降低或彻底杜绝高钛铁水对铁水脱硫的影响。

渣铁分离剂的开发和使用。

为了减少扒渣铁损，鞍钢开发了一种渣铁分离材料。

该材料是通过添加适量的钠盐和钾盐来改善铁渣成分，可以通过喷枪喷入铁水中，也可在喷吹前加在铁水表面或折铁前加在铁水罐底，通过喷吹或折铁的动力学作用使其与铁水渣充分反应，生成低熔点物质，从而降低脱硫渣熔点，使得渣中的铁珠顺利下落至铁水融池，最后减少扒渣铁损。

采用渣铁分离料后，铁水渣流动性提高，
喷枪、扒渣板粘渣程度得到改善，渣铁容易分离，渣中TFe含量显著降低。

扒渣操作的改进。

含钛铁水的扒渣不同于普通铁水（wTi≤0.05%，下同），扒渣操作不当，会造成铁损增加。

鞍钢经过生产实践，确定对含钛铁水的聚渣和扒渣操作可固定为聚渣两次、扒渣三次。

首先扒除固态渣；然后第一次聚渣，第一次聚渣必须做到全覆盖，通过渣耙子的搅动促进聚渣剂融化和结膜；之后进行第二次扒渣操作；扒渣操作结束后进行第二次聚渣操作，第二次聚渣操作也要做到全覆盖，但不必用渣耙子搅动助融；接着进行第三次扒渣操作即可。

含钛铁水表面裸露后，铁水中的钛会与空气中的氧迅速反应，形成新的渣层，因此聚渣和扒渣操作的关键点是聚渣剂加入要快，同时聚渣和扒渣要交叉进行。

每次扒渣结束前即投入聚渣剂，防止铁水裸露造成钛氧化，造成扒渣终点难以判断，误导操作者增加聚渣和扒渣次数，导致扒渣铁损增加。

工艺改进效果。

采用渣铁分离料并改进扒渣操作后，脱硫粉剂消耗及扒渣铁损显著降低，但其生产指标与普通铁水相比仍然较高。

因此含钛铁水在硫磺含量满足钢种要求或可以通过LF等精炼手段脱硫时，一般不进行喷吹脱硫，而采用直接兑入转炉冶炼的方式，必要时在炉外精炼完成脱硫任务。

含钛铁水转炉工序冶炼实践
在转炉冶炼过程中，钛优先于硅氧化，形成钛的氧化物进入渣中，有研究发现，在TiO2含量低于20%时，TiO2含量越低，渣熔点越高。

含钛铁水冶炼时，渣中含有一定量的TiO2，使得炉渣熔点降低，黏度增加，且TiO2易与CaO结合，导致白灰利用率降低，冶炼终点磷硫超标频次增加，造成补吹炉次增多，钢水过氧化，转炉炉渣中FeO 含量高，恶化了溅渣护炉效果。

因此，对于含钛铁水，转炉冶炼操作须要进行改进。

造渣方式的改进。

为了保证炉渣的脱磷脱硫效果，应将含有钛氧化物的炉渣放出，避免冶炼后期影响磷硫的去除，即采用双渣操作。

由于钛优先于硅氧化，冶炼前期钛即完全氧化，待钛完全氧化后，将含有钛氧化物的炉渣排除，重新造渣，即可避免钛氧化物增加炉渣的黏度、降低白灰利用率的问题。

放渣时机的选择。

正常双渣法冶炼，放渣时机一般选择在冶炼过程进行到1/2～2/3的时刻进行，放渣渣量选择为倒出总渣量的1/2～2/3，然后加入渣料重新造渣。

有研究显示，在含钛铁水的吹炼过程中，钛氧平衡常数随着温度的升高而增加，温度升高，氧对钛的氧化能力降低。

而铁水中钛元素选择氧化的转化温度为1340℃～1400℃，因此，在转炉冶炼过程中，吹炼前期是去除钢中钛的有利阶段。

对于180吨转炉而言，在吹炼1/4～1/3的时刻放渣，倒炉温度平均在1370℃左右，落在1340℃～1400℃温度区间内，因此放渣时机选择在1/4～1/3
的时刻。

为了最大量地去除炉渣中的钛氧化物，倒炉放渣时尽量多放，放渣量至少要达到2/3～3/4，以炉口不见钢为宜。

放渣前操作改进。

放渣前，钛和硅已经完全氧化，为了保护炉衬，炉渣须要保持一定的碱度，同时为了炉渣发泡，便于放渣，须要控制一定的渣量，从而有利于放渣操作的进行。

但碱度控制不易过高，石灰等造渣料加入过多，随放渣操作的进行而损失掉，增加了熔剂消耗。

加入量过大，炉渣不易起泡，放渣困难；加入量过少，也达不到放渣去除钛的目的，因此应控制合适的碱度和渣量。

碱度控制在2.3～2.6的范围内基本可以满足去除钛的要求。

现场实际操作时，控制一次造渣总量占总渣量的1/3、放渣比在2/3为宜。

为了达到最佳的放渣效果，放渣前枪位控制原则是低—高，即放渣前2min内应提高枪位化渣，炉内渣发泡后稳定控制30秒以上，然后放渣。

放渣后的操作优化。

放渣后碱度应控制在3.0～3.5，根据钢种磷含量要求适当调整，低磷钢按照上限控制。

白云石加入量按终点炉渣中MgO含量为8%～12%控制，从而满足溅渣护炉要求。

后期冶炼操作的重点是化渣。

炉渣中SiO2含量低，因此在二次吹炼初期就要配加适量的含铁化渣剂提高渣中FeO含量，辅助白灰和白云石融化，提高炉渣的脱磷脱硫能力，而且枪位按高—低控制。

热平衡计算方法的改进。

钛在转炉冶炼过程中氧化放热，当铁水中钛含量在0.10%～0.20%时，发热量较大，因此在计算热平衡时必须考虑此部分的热量增加，才能准确控制终点温度。

现场操作时，可按钛
和硅在转炉冶炼过程放热量一致进行对待，在热平衡计算时应综合考虑铁水中的钛和硅含量，在装入制度上做适当调整，即调整废钢和冷却剂的使用量，同时兼顾前期放渣对温度的影响，才能准确控制冶炼终点温度。

工艺改进效果。

优化造渣制度和热平衡计算后，冶炼终点Ti、P、补吹率显著降低，基本达到正常使用普通铁水时的控制水平。