0 引言

低碳低磷钢一般要求终点碳含量小于0.07%、终点磷含量小于0.014%，如管线钢、耐磨钢、桥梁钢等。该类钢种终点的低碳、低磷对转炉整个冶炼过程提出了更高的要求，与生产普碳钢相比，低碳低磷钢炉渣的碱度、氧化性都较高^[1-2]。高氧化性炉渣在溅渣护炉时，出现起渣时间长、溅渣渣层薄等现象，在连续生产低碳低磷钢过程中出现溅渣层不耐侵蚀现象较为突出^[3-5]。为保证正常生产，一般钢铁企业都采用炉衬喷补等措施，辅助炉衬维护，造成钢铁企业的耐材消耗增加，生产效率降低。因此，有必要对低碳低磷钢炉渣改质开展研究。

陈均^[6]研究了转炉除尘资源作为终渣调整剂使用，对终渣调整剂的炉渣改质有一定效果, 调渣前后炉渣全铁质量分数平均降1.31%, MgO质量分数平均上升0.71%，起渣时间平均提前0.11 min，溅渣时间缩短0.12 min。郑万等^[7]研究了用废旧镁碳砖作为基料，对转炉终渣改质剂配料优化，使用镁碳砖及菱镁石的镁质原料压球，改质剂的强度随水量的增加而增大，随黏结剂用量的增加而降低，据此对配料组成进行优化。齐晓峰等^[8]研究了利用轻烧后的菱镁石尾矿与无烟煤粉合成炉渣改质剂，其最佳配碳量为15%，达到溅渣护炉要求。洪建国等^[9]研究了使用用后镁碳砖再生用于溅渣护炉改质剂，加入40%的用后镁碳砖配料压球能较好满足要求，对于钢水溶解氧大于0.09%的炉次，试验平均加200 kg改质剂，起渣时间在2 min以内，溅渣时间4 min，基本满足要求。目前炉渣改质剂的研究中，不论是物料替代还是废旧料回用等方式，主要都是围绕如何降低炉渣氧化性、提高炉渣氧化镁含量，在实际使用过程中满足溅渣护炉效果。

本文通过实验室试验和现场试验，分析了高温下不同成分、不同成球工艺的炉渣调整剂状态，研究了不同成分炉渣改质剂在实际使用过程中效果，提出转炉炉渣改质的新思路，实验室研究直接使用碎焦粒调渣，现场试验使用碎焦粒配镁球调渣溅渣取得一定效果，为后续转炉炉渣进一步改质、提高溅渣护炉效果提供参考。

1 炉渣改质试验

炉渣改质试验从4个方面进行，分别是现场生产低碳低磷钢种时加入炉渣调整剂试验、炉渣调整剂高温状态检验、在高温管式炉中加碎焦粒试验、现场生产低碳低磷钢种时加入焦粒试验。

1.1 现场加炉渣调整剂试验

现场生产低碳低磷管线钢种时，溅渣前先取渣样后加入炉渣调整剂，溅渣结束后再取渣样，对比分析炉渣调整剂改质效果。在终点差异不大的情况下，每炉次在溅渣前从高位料仓加入500 kg同类型的炉渣调整剂，在相同条件下试验6炉次，使用X射线荧光光谱分析（XRF）分析炉渣成分。

1.2 炉渣调整剂高温状态检验

模拟转炉出完钢后的炉内温度条件，观察炉渣调整剂在高温下的状态变化。将加热炉缓慢加热到1 600℃，把两种不同类型的炉渣调整剂放进加热炉坩埚，计时60 s后观察炉渣调整剂的高温状态变化。同样的条件下，将不同成分的炉渣调整剂放进加热炉坩埚，计时60 s后观察炉渣调整剂的高温状态变化。

1.3 高温管式炉加碎焦粒试验

在实验室试验使用碎焦粒调渣，取样分析炉渣改质效果。将低碳低磷钢炉渣80 g放进加热炉坩埚加热至1 600℃，炉内通氩气保护，模拟转炉出完钢后炉内温度条件下炉渣的状态，达到目标温度后，向加热炉坩埚中加入碎焦粒2.1 g，同时对坩埚中炉渣进行搅拌，分别在1、4、8、15 min时使用样棒蘸渣取样，试验结束后加取室温渣样，使用XRF分析炉渣成分。

1.4 现场加碎焦粒试验

现场生产低碳低磷钢种X70时，溅渣前先取渣样后加入碎焦粒，溅渣结束后再取渣样，对比分析碎焦粒对炉渣的改质效果。在终点差异不大的情况下，每炉次在溅渣前从高位料仓加入300 kg焦粒，在相同条件下试验3炉次，使用XRF分析炉渣成分。

2 试验结果讨论 2.1 现场加炉渣调整剂试验结果讨论

本次加炉渣调整剂试验，在X65、X70钢种上共试验6炉，18105396、18105397、18105398使用滚球型炉渣调整剂，18105887、18105863、18205648使用压球型炉渣调整剂，试验炉渣调整剂成分见表 1，试验取样炉次终点成分见表 2，试验炉次渣样见表 3。

从表 1中可以看出，试验使用两种不同工艺生产的炉渣调整剂，一种为滚球型方式生产，另外一种采用压球型方式生产。采用XRF分析其组成，各成分基本相同，炉渣调整剂中MgO和C的含量偏差都不超过1%。

从表 2中试验取样炉次的终点成分来看，管线钢X65炉次18105396、18105397、18105398的终点碳含量平均为0.022%，终点磷含量平均为0.010%，终点温度平均为1 644℃。管线钢X70炉次18105887、18105863、18205648的终点碳含量平均为0.025%，终点磷含量平均为0.011%，终点温度平均为1 635℃。从以上分析来看，两者的终点控制基本相近。

从表 3中可以看出，管线钢X65试验取样炉次在溅渣前后，炉渣中（FeO）出现降低，平均降低1.45%，炉渣中（MgO）基本持平，未出现明显升高。管线钢X70试验取样炉次在溅渣前后，18105863炉次炉渣中（FeO）出现明显升高，可能在溅渣前后取样存在偏差造成，其余两炉次炉渣中（FeO）几乎没有变化，炉渣中（MgO）也基本持平，未出现明显升高。按照炉渣调整剂加入量500 kg计算，炉渣中（FeO）应降低5%，炉渣中（MgO）应升高3.5%，但是从实际的情况来看并非如此，可能存在多方面的原因，溅渣前后取样存在偏差造成此现象发生，或炉渣调整剂取样成分不均匀造成此现象出现。炉渣调整剂在溅渣中调渣作用不明显，为此，需要对炉渣调整剂在炉内的状态进行检验，针对此现象有必要对炉渣调整剂进行深入研究。

2.2 炉渣调整剂高温状态检验结果讨论

将两种炉渣调整剂放置在高温炉内，炉膛温度1 600℃，模拟转炉出完钢后向炉内加炉渣调整剂，观察炉渣调整剂在60 s时间内的变化, 试验过程及结果见图 1。

从图 1中可以看出，滚球型的炉渣调整剂在高温下短时间内粉化较好，而压球型的炉渣调整剂经高温后，除表面脱碳外未出现粉化现象，且硬度高。

用同样的实验方法，对6组不同成分的炉渣调整剂进行高温实验，模拟出钢时炉内高温环境下，观察炉渣调整剂的状态变化。从上往下分别为1^#~6^#炉渣调整剂，炉渣调整剂成分见表 4，不同成分的炉渣调整剂高温试验见图 2。

从表 4炉渣调整剂的成分来看，1^#~6^#炉渣调整剂中的碳含量介于16%~33%之间，呈逐渐增加趋势，氧化镁含量呈逐渐降低趋势，变化范围介于51%~64%之间，其它成分基本持平。

从图 2可以看出，炉渣调整剂经高温后，3^#、4^#、5^#、6^#粉化较好，特别是6^#炉渣调整剂粉化最好。1^#、2^#炉渣调整剂，高温后形状不变且较硬、不粉化。炉渣调整剂粉化情况随碳含量的增加而逐渐变好。含碳量较低的1^#压球型炉渣调整剂与2^#滚球型炉渣调整剂，经高温都出现不粉化现象，而对于含碳量较高的4^#压球型炉渣调整剂，经高温后粉化较好，由此来看，炉渣调整剂的粉化与含碳量关系较大，与炉渣调整剂的生产工艺是否是滚球或压球关系不明显。

使用Factsage软件计算炉渣调整剂的固相线温度为1 384℃、液相线温度为2 709℃。1^#~6^#炉渣调整剂计算的固相线温度、液相线温度偏差不大。从图 3炉渣调整剂的熔化曲线来看，随着温度的逐渐降低，炉内温度在1 480℃以上时，液相比例维持在20%左右，当炉内温度在1 480℃以下时，液相比例开始急剧降低，炉渣调整剂熔化曲线见图 3。

从图 3中可以看出，溅渣温度在1 600℃时，炉渣调整剂的液相比例在20%左右，随着温度的逐渐降低，至1 480℃时液相比例才出现急剧下降。炉渣调整剂加入转炉中后，与炉渣混合后大部分以固体颗粒存在于炉渣中，粉化较好的炉渣调整剂能有效增加炉渣中颗粒物数量，炉渣粘度与渣中（FeO）含量高低有较大关系，除此之外，炉渣中颗粒物浓度对炉渣粘度也有较大影响，粉化较好的炉渣调整剂能较好地提高炉渣的粘度，而不粉化的炉渣调整剂加入炉渣中后，会出现局部结陀，局部炉渣低温凝结的现象，在溅渣过程中会造成不均匀和粘枪等现象。

从以上取样来看，粉化较好的炉渣调整剂加入炉渣中，在降低炉渣（FeO）含量方面效果也不很明显，考虑在高温下粉末状的碳更容易烧损而出现此现象，因此，应开展颗粒状碳在低碳低磷钢炉渣改质方面的试验。

2.3 高温管式炉加碎焦粒试验结果讨论

在管式炉加热炉渣，模拟在转炉溅渣温度下的炉渣状态，向渣中加入焦粒，取样观察降低炉渣中（FeO）含量的效果，按照加入后的不同时段蘸渣取样。试验过程及取样分析情况分别见图 4、图 5、表 5。

刚加入碳粒1 min时，进行第一次取样；碳粒加入4 min后，进行第二次取样；碳粒加入8 min后，进行第三次取样；碳粒加入15 min后，进行第四次取样；随炉冷却至室温取样。本实验为避免在升温过程中原渣成分被氧化，因此以1 min取样作为原渣成分进行分析。

从表 5中可以看出，随着加入碳粒时间的增加，渣中（FeO）含量的变化最为明显，具体见图 6所示。

由图 6可知，高温状态下向熔渣加碎焦粒，能有效降低渣中（FeO）含量，随着加入时间的增加，渣中（FeO）逐步降低。加碎焦粒4 min后，（FeO）降低量为4.9%。实际溅渣过程中，溅渣量按10 t计算，根据实验渣量和加入碎焦粒量推算，加入200~300 kg碎焦粒，可降低炉渣（FeO)5%左右。因此，在溅渣过程中，如炉渣调整剂使用效果不明显，可以考虑采用碎焦粒进行炉渣改质，同时配加部分镁球，可达到使用要求。

2.4 现场加碎焦粒试验结果讨论

本次在高强钢Q960炉渣中加碎焦粒试验，该钢种与管线钢终点要求基本一致，炉渣成分差异不大，共试验3炉次，考虑实际渣量比实验室预估的要大，因此，在19203788炉次、19204261炉次、19105112炉次中各加500 kg碎焦粒，焦粒为高炉炼铁时上料过程中落地的碎颗粒焦，碎焦粒成分见表 6，试验取样炉次成分见表 7。

从表 7中可以看出，试验取样炉次在溅渣前后，炉渣中（FeO）平均降低2.43%，其中19105112炉次炉渣中（FeO）降低3%。从本次现场试验的情况来看，与实验室的试验有一定差距，造成此现象的原因，可能是溅渣渣量大或碎焦粒往转炉内加料时烧损量大，另外，取样及化验偏差等对此也有一定影响。但是，使用碎焦粒调渣，降低炉渣中（FeO）的量比使用炉渣调整剂调渣高1%，且调渣成本降低50%，总体来看，使用碎焦粒对炉渣改质是可行的。

3 结论

1）炉渣调整剂粉化状态对炉渣改质有影响，粉化炉渣调整剂比不粉化的效果好。炉渣调整剂经高温后粉化状态与成球工艺关系不大，主要与含碳量高低有较大关系。因此，在实际生产中应选用含碳量高的炉渣调整剂使用，从试验来看含碳量32.59%的最好。

2）实验室试验使用碎焦粒对炉渣改质效果较好，在溅渣时间内能有效降低渣中（FeO)5%左右。现场试验使用碎焦粒对炉渣改质效果比使用炉渣调整剂好，在成本减少50%的情况下，炉渣中（FeO）多降1%。具体加入量各厂应根据渣量、终渣情况、焦粒成分等适当调整，试验中设定值仅供参考。