首鋼轉(zhuǎn)爐“留渣-雙渣”煉鋼工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用_圖文

1、 首鋼轉(zhuǎn)爐“留渣-雙渣”煉鋼工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 朱國(guó)森1李海波1呂延春1南曉東2秦登平3姜仁波2(1. 首鋼技術(shù)研究院,北京 100043;2. 首鋼遷安鋼鐵責(zé)任有限公司,遷安 064404;3. 首秦金屬材料有限公司,秦皇島 066326摘要首鋼總公司開(kāi)發(fā)了轉(zhuǎn)爐“留渣+雙渣”煉鋼工藝技術(shù),在首鋼遷鋼公司和首秦公司進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn),取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。在工藝開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中,解決了采用“留渣+雙渣”煉鋼工藝技術(shù)的關(guān)鍵難題:脫磷階段采用低堿度(%CaO/(%SiO2=1.31.5和低MgO含量(%MgO7.5控制,解決了脫磷階段結(jié)束難以快速足量倒渣的問(wèn)題,確保了該工藝的順利循環(huán);采用低槍位、高強(qiáng)度

2、供氧的工藝,加強(qiáng)攪拌,獲得了良好的脫磷效果;通過(guò)對(duì)生產(chǎn)中濺渣操作、倒渣操作、生產(chǎn)組織等進(jìn)行優(yōu)化,使該工藝能夠滿足正常生產(chǎn),沒(méi)有影響鋼產(chǎn)量。關(guān)鍵詞轉(zhuǎn)爐留渣雙渣煉鋼Development and Application of “Slag-Remaining +Double-Slag ” BOFSteelmaking Technology in ShougangZhu Guosen1Li Haibo1 Lv Yanchun1 Nan Xiaodong2Qin Dengping3Jiang Renbo2(1. Shougang Research Institute of Technology, Bei

3、jing, 100043;2. Shougang Qianan Iron and Steel Company, Qianan, 064404;3. Shouqin Metal Material Company Ltd., Qinhuangdao, 066326Abstract The “Slag-Remaining+Double-Slag” BOF steelmaking technology has been developed in Shougang Corporation Ltd, and has been applied in large scale in Qianan Steelwo

4、rks and Shouqin Steelworks. Three key measures have been taken in this new steelmaking process. To make this process going fluently, low basicity (w(CaO/ w(SiO2=1.31.5 and low MgO content(7.5%slag are used in the dephosphorization stage to melt slag fast and ensure enough amount of deslagging. Hard

5、blow pattern, low oxygen lance position and high O2 flow rate are adopted to strengthen the agitation of the bath in the dephosphorization stage. By speeding up the slag splashing operations, deslagging operation and optimize the matching process, particularly by optimize the control and matching of

6、 the steelmaking, output of steel wasnt decreased.Key words BOF, slag-remaining, double-slag, steelmaking1前言轉(zhuǎn)爐終渣具有堿度高、溫度高、FeO含量高的特點(diǎn),出鋼后將部分或全部爐渣留在爐內(nèi)參與下一爐次的吹煉,有助于轉(zhuǎn)爐吹煉前期快速成渣,促進(jìn)脫磷的特點(diǎn),而且能夠節(jié)約石灰,降低金屬鐵損失。留渣操作在朱國(guó)森,男,博士,高級(jí)工程師,從事煉鋼、鑄工藝研發(fā),zhuguosenshougang. com. cn20世紀(jì)80年代曾經(jīng)被國(guó)內(nèi)許多廠家生產(chǎn)實(shí)踐1-3,但是由于兌鐵過(guò)程中留渣與鐵水易發(fā)生劇烈反應(yīng),

7、發(fā)生噴濺,因此,留渣操作工藝的研究被迫放棄。2001年新日鐵報(bào)道了其開(kāi)發(fā)的MURC 生產(chǎn)試驗(yàn)4、5,采用“留渣-雙渣”的工藝,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益,但是對(duì)于其中許多關(guān)鍵技術(shù),如液態(tài)渣固化脫磷階段爐渣組成控制磷含量控制等實(shí)際操作參數(shù)控制等基本沒(méi)有報(bào)道。近年來(lái),國(guó)內(nèi)鋼廠開(kāi)始試驗(yàn)采用“留渣-雙渣”轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝6,其中首鋼總公司與北京科技大學(xué)合作進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā),解決了“留渣-雙渣”工藝的主要難點(diǎn),在首鋼遷鋼公司和首秦公司進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn),并逐漸向首鋼長(zhǎng)鋼、首鋼水鋼進(jìn)行技術(shù)推廣與應(yīng)用。 2 首鋼“留渣-雙渣”工藝技術(shù)的開(kāi)發(fā)首鋼遷鋼公司第一和第二煉鋼分廠共擁有5座210t 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐,氧槍采用5孔噴頭,馬赫

8、數(shù)為2.0。遷鋼公司的主要產(chǎn)品包括管線容器船板用鋼等熱軋鋼種,汽車家電用鋼等冷軋鋼板以及電工鋼板。首秦公司擁有3座100t 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐,氧槍采用4孔噴頭,馬赫數(shù)為2.0,首鋼首秦公司的主要產(chǎn)品為優(yōu)質(zhì)中厚板管線造船橋梁高層建筑以及海洋平臺(tái)用鋼板等。首鋼總公司從2010年底開(kāi)始在首鋼遷鋼公司和首鋼首秦公司進(jìn)行“留渣-雙渣”的工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)與預(yù)實(shí)驗(yàn)。圖1為該工藝 的生產(chǎn)流程示意圖,該工藝主要包括以下環(huán)節(jié):轉(zhuǎn)爐冶煉結(jié)束出鋼后將爐渣留在爐內(nèi),對(duì)爐底液態(tài)渣進(jìn)行充分固化后以及人工確認(rèn)固化效果后,裝入廢鋼和鐵水,進(jìn)行脫磷階段吹煉,脫磷階段結(jié)束后進(jìn)行倒渣操作,然后進(jìn)入脫碳階段的吹煉,吹煉結(jié)束出鋼留渣,并以此循環(huán)

9、往復(fù)。該工藝的基本原理為:利用低溫有利于脫磷反應(yīng)的熱力學(xué)基本原理,在轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn),由于溫度較高,鋼水中磷含量較低,爐渣已經(jīng)不具備脫磷能力,轉(zhuǎn)爐終渣留在爐內(nèi),在下一爐吹煉前期由于溫度較低,鐵水中磷含量較高,爐渣重新具備脫磷能力;隨著吹煉進(jìn)行,在溫度升高至對(duì)脫磷不利前倒出部分爐渣,之后進(jìn)行再造渣進(jìn)行脫碳階段的吹煉。該工藝重復(fù)利用了上爐留渣,能夠降低石灰輕燒白云石消耗,因此產(chǎn)生的渣量降低;同時(shí)由于在轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束后爐渣留在爐內(nèi),避免了常規(guī)工藝因倒渣而導(dǎo)致的轉(zhuǎn)爐內(nèi)殘鋼隨爐渣倒出引起的鋼鐵料損失。根據(jù)該工藝能夠顯著減少煉鋼渣量的特點(diǎn)首鋼將其簡(jiǎn)稱為SGRS 工藝:Slag Generation Reduce

10、d Steelmaking 。從2012年3月開(kāi)始,在首鋼遷鋼和首秦公司轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行生產(chǎn),隨著該工藝的逐漸成熟,采用該工藝生產(chǎn)的比例和覆蓋鋼種逐漸提高,截至2013年6月底,首鋼遷鋼和首秦公司采用該工藝生產(chǎn)的比例能夠分別穩(wěn)定在60%、80%以上,實(shí)現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)效益。3 首鋼“留渣-雙渣”關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用3.1 液態(tài)爐渣固化由于轉(zhuǎn)爐終渣中FeO 含量較高,如果直接兌鐵,會(huì)引起劇烈反應(yīng)而導(dǎo)致噴濺,因此必須對(duì)爐渣固化。在常規(guī)生產(chǎn)過(guò)程中,出鋼結(jié)束后進(jìn)行倒渣,留在爐內(nèi)的爐渣量較少,采用濺渣護(hù)爐工藝后,爐渣就能夠完全固化,而采用SGRS 工藝后,爐內(nèi)渣量較高,爐渣固化困難。鑒于留渣為液相和FeO 含量較

11、高是導(dǎo)致兌鐵過(guò)程反應(yīng)劇烈的主要原因,首鋼遷鋼公司經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn),開(kāi)發(fā)了“濺渣護(hù)爐+石灰(輕燒白云石固化+搖爐確認(rèn)”的爐渣固化工藝,即轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束后,向爐內(nèi)加入鎂碳球,在濺渣護(hù)爐過(guò)程促進(jìn)碳氧反應(yīng),降低爐渣中FeO 含量,采用濺渣護(hù)爐吹氮?dú)饫鋮s爐渣,在濺渣結(jié)束提槍時(shí),加入少量石灰(輕燒白云石固化爐渣,然后圖1 SGRS 工藝流程示意圖加入廢鋼后搖爐對(duì)爐渣進(jìn)一步冷卻。采用該工藝后,在遷鋼和首秦生產(chǎn)的6萬(wàn)爐次鋼中,沒(méi)有出現(xiàn)安全事故和安全隱患。3.2脫磷結(jié)束快速足量倒渣采用SGRS工藝生產(chǎn)的循環(huán)爐次越多,轉(zhuǎn)爐終渣重復(fù)使用的比例越大,原輔料消耗降低的幅度越大,而影響循環(huán)爐次的主要因素取決于脫磷結(jié)束的倒渣量,

12、如倒渣量不足,會(huì)出現(xiàn)爐內(nèi)渣量逐爐蓄積,堿度不斷增加,倒渣愈加困難的情況,最后導(dǎo)致SGRS工藝無(wú)法接續(xù),循環(huán)被迫停止;而且爐渣流動(dòng)性會(huì)逐爐變差,渣中裹入金屬鐵珠量大,鋼鐵料消耗增加;同時(shí)倒渣困難會(huì)增加冶煉時(shí)間,爐內(nèi)渣量波動(dòng)也會(huì)對(duì)吹煉過(guò)程控制穩(wěn)定性造成很大影響。因此,脫磷階段結(jié)束后能否快速倒出足量爐渣具有非常重要的意義。能否快速足量的倒出脫磷爐渣,主要取決于爐渣的流動(dòng)性控制,影響爐渣流動(dòng)性的主要因素包括:爐渣的化學(xué)組成和溫度,以及爐渣熔化程度。爐渣堿度和MgO含量是影響爐渣流動(dòng)性的最主要原因之一,圖2為試驗(yàn)測(cè)量的脫磷階段爐渣半球點(diǎn)溫度與堿度MgO含量的關(guān)系,可以看到,爐渣半球點(diǎn)溫度隨堿度MgO含量

13、增加而增加,采用低堿度低MgO含量操作是保證SGRS工藝順利倒出脫磷渣的必要條件。因此應(yīng)當(dāng)綜合考慮爐渣的堿度MgO含量與溫度對(duì)脫磷階段結(jié)束快速足量倒渣的影響。圖3、圖4為遷鋼公司和首秦公司采用SGRS煉鋼工藝脫磷階段結(jié)束后倒渣量與爐渣堿度MgO含量的關(guān)系,圖中可以看到,倒渣量隨堿度降低而增加,當(dāng)脫磷階段爐渣堿度控制在1.31.5,MgO含量7.5%時(shí),遷鋼和首秦轉(zhuǎn)爐的倒渣量分別可以大于8.0t5.0t,保證了SGRS工藝順利穩(wěn)定運(yùn)行。 圖3 脫磷結(jié)束爐渣堿度與倒渣量的關(guān)系圖4 脫磷結(jié)束MgO含量與倒渣量的關(guān)系(遷鋼此外,為了保證爐渣良好流動(dòng)性,還需要適當(dāng)控制合適的脫磷階段鐵水溫度。由圖5可以看

14、到,對(duì)于快速 足量倒渣,存在一最佳溫度范圍。在13301400范圍,倒渣量隨溫度提高而增加。當(dāng)溫度超過(guò)1400后,隨著溫度進(jìn)一步提高,由于脫碳反應(yīng)加強(qiáng)造成爐渣Fe t O含量降低,倒渣量反而隨溫度提高而減少。在倒渣過(guò)程后期,渣流量逐漸減小,在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,在快速足量倒渣的基礎(chǔ)上,為了提高生產(chǎn)效率,不過(guò)分追求圖2 脫磷結(jié)束爐渣的半球點(diǎn)溫度測(cè)量圖5 脫磷結(jié)束溫度與倒渣量的關(guān)系每爐次的倒渣量,可以根據(jù)實(shí)際情況,連續(xù)生產(chǎn)若干爐次后,在出鋼后倒出部分爐渣維持爐內(nèi)渣量的相對(duì)穩(wěn)定;或者根據(jù)鋼種變化轉(zhuǎn)爐修補(bǔ)等實(shí)際情況終止SGRS 循環(huán),在轉(zhuǎn)爐出鋼后全部倒出爐渣。而且通過(guò)上述工藝后,脫磷結(jié)束爐渣金屬鐵含量得到

15、有效控制。圖6為遷鋼公司和首秦公司采用SGRS 工藝一個(gè)循環(huán)內(nèi)的倒渣量,在循環(huán)生產(chǎn)6、7爐次之后,在轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束倒渣,重新進(jìn)行下一個(gè)SGRS 工藝循環(huán)。 圖6 脫磷結(jié)束倒渣量生產(chǎn)實(shí)例3.3 SGRS 工藝磷含量的控制與常規(guī)工藝相比,采用SGRS 工藝脫磷的難度增大,由于上爐所留爐渣中已含1.5%以上P 2O 5,而且為了快速足量倒渣必須在脫磷階段采用低堿度爐渣,不利于脫磷。SGRS 工藝磷含量控制的關(guān)鍵在于脫磷階段使磷盡量進(jìn)入爐渣并倒出,這樣才能夠保證轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)磷含量的控制。為了解決遷鋼和首秦轉(zhuǎn)爐底吹強(qiáng)度弱對(duì)脫磷動(dòng)力學(xué)不利的條件,開(kāi)發(fā)了低槍位高供氧強(qiáng)度吹煉工藝,氧槍槍位較常規(guī)工藝吹煉前期槍位降低

16、100-200mm ,供氧強(qiáng)度控制在3.0m 3/min.t 以上。通過(guò)加強(qiáng)頂吹氧氣流對(duì)熔池?cái)嚢璐龠M(jìn)磷向渣鐵界面?zhèn)鬏?。圖7為槍位對(duì)脫磷效果的影響,采用低槍位操作,脫磷結(jié)束磷含量明顯低于高槍位操作。由于采用低槍位高供氧強(qiáng)度吹煉工藝后,在脫磷階段,爐渣的FeO 含量較低,為此,采用增加鐵礦石提高爐渣FeO 含量,促進(jìn)脫磷。在整體降低槍位的基礎(chǔ)上,針對(duì)鐵水不同硅含量開(kāi)發(fā)了脫磷階段槍位曲線:當(dāng)鐵水硅含量較高時(shí),采用前低后高的槍位曲線操作,前期低槍位操作快速脫硅,快速提高溫度達(dá)到快 速成渣,后期高槍位操作,配合礦石加入,提高爐渣FeO 含量;當(dāng)鐵水硅含量較低時(shí),采用前高后低的槍位曲線操作,前期采用較高槍

17、位,彌補(bǔ)熱量,減少礦石加入量,脫磷后期采用低槍位操作,加強(qiáng)攪拌,促進(jìn)脫磷反應(yīng)。除此之外,降低脫磷階段加入石灰的粒度,促進(jìn)在脫磷階段較短的時(shí)間內(nèi)石灰快速熔化、快速成渣。圖8為遷鋼LCAK 鋼采用SGRS 后,鐵水脫磷階段結(jié)束脫碳階段終點(diǎn)鋼水磷含量以及脫磷結(jié)束轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)爐渣P 2O 5含量的分布情況?？梢钥吹?脫磷結(jié)束爐渣中P 2O 5含量明顯高于轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)爐渣中P 2O 5含量;脫磷階段結(jié)束(吹煉4.5min 左右金屬熔池P降低至平均0.0293%,脫磷率平均為59.6%,脫碳階段終點(diǎn)鋼水P最低可脫除至0.0060%,平均為0.0096%,能夠滿足除少數(shù)超低磷鋼種(如抗酸管線鋼外絕大多數(shù)鋼種磷含量控

18、制要求。圖7 槍位對(duì)脫磷結(jié)束磷含量的影響 圖8 SGRS工藝生產(chǎn)過(guò)程鋼水磷含量和爐渣P2O5含量3.4 SGRS快速生產(chǎn)技術(shù)與常規(guī)工藝相比,由于增加了爐渣固化和脫磷結(jié)束倒渣的時(shí)間,采用SGRS工藝后轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)周期延長(zhǎng),為了不降低產(chǎn)能,遷鋼公司和首秦公司進(jìn)行了一系列技術(shù)改造和工藝優(yōu)化。針對(duì)大渣量下的濺渣護(hù)爐,采用“高低高低”的槍位模式,使?fàn)t渣盡快掛在爐壁上,然后采用高槍位對(duì)爐底爐渣進(jìn)行降溫,在濺渣護(hù)爐末期采用低槍位,使?fàn)t渣與石灰充分混合,采用該工藝后,濺渣時(shí)間能夠控制在5.5min以內(nèi),較常規(guī)工藝濺渣護(hù)爐時(shí)間延長(zhǎng)1min。為了實(shí)現(xiàn)快速足量倒渣,在脫磷結(jié)束時(shí),提高槍位以增加渣中表面活性組元FeO含量

19、,加強(qiáng)爐渣泡沫化程度有利于快速倒渣,在倒渣過(guò)程中,加快搖爐速度,倒渣開(kāi)始后一步即將爐體傾動(dòng)至75°80°位置,在該角度保持35s后,再緩慢搖爐至近乎水平位置。采用該方式搖爐,不僅能夠在爐渣泡沫化狀態(tài)下倒渣,而且有意識(shí)的停頓增加了渣鐵分離的機(jī)會(huì),避免快速倒渣的時(shí)候爐渣裹挾鐵珠。為了適應(yīng)此快速倒渣模式,首秦公司對(duì)煉鋼平臺(tái)做了改動(dòng),將平臺(tái)與爐口間隙增加至1400mm。此外,為防止泡沫化爐渣從渣罐中溢出,還開(kāi)發(fā)了以C+SiO2為主要成分的專用壓渣劑,對(duì)快速倒渣起到了重要作用。采用以上快速倒渣技術(shù)后,脫磷階段結(jié)束后倒渣時(shí)間由SGRS工藝初期的56min縮短至4.5min左右。采用SG

20、RS工藝單爐冶煉時(shí)間較常規(guī)工藝增加約4min。為了不影響“轉(zhuǎn)爐-精煉-連鑄”生產(chǎn)周期匹配,采用了以下組織調(diào)度策略:(1盡量將轉(zhuǎn)爐補(bǔ)爐設(shè)備維修等安排在連鑄澆次空隙時(shí)間;(2遷鋼4臺(tái)板坯鑄機(jī),澆鑄窄斷面鑄坯時(shí)(寬度<1200mm,采用“單爐對(duì)單機(jī)”模式。對(duì)寬斷面鑄坯,則采用“多座轉(zhuǎn)爐交叉供鋼”模式;(3首秦公司原來(lái)即存在轉(zhuǎn)爐容量偏小,必須采用三座轉(zhuǎn)爐對(duì)兩臺(tái)鑄機(jī)的生產(chǎn)模式,采用SGRS工藝后,可以繼續(xù)采用原生產(chǎn)組織模式。4SGRS工藝的經(jīng)濟(jì)效益遷鋼公司和首秦公司采用SGRS后,噸鋼石灰消耗分別降低了47.3%和48.4%,輕燒白云石消耗分別降·6· 第九屆中國(guó)鋼鐵年會(huì)論文集

21、 低了 55.2%和 70.0%， 轉(zhuǎn)爐煉鋼渣量分別減少了 32.6%和 30.7%， 鋼鐵料消耗分別降低了 6.51kg/t 和 8.25kg/t。 遷鋼公司擁有 3 座套筒窯(1 座 500m31 座 550m3 和 1 座 600m3，采用 SGRS 工藝前，采用 1.0 系數(shù)滿 負(fù)荷生產(chǎn)可滿足石灰需求量。采用 SGRS 工藝后，2 座套筒窯(550m3 和 600m3，系數(shù)達(dá)到 0.8 左右即可滿足 實(shí)現(xiàn)自產(chǎn)輕燒白云石供轉(zhuǎn)爐使用。 首秦公司使用 SGRS 石灰需求量， 1 座 500m3 的套筒窯改燒輕燒白云石， 另 工藝以前，采用 1 座套筒窯(800m31.0 系數(shù)滿負(fù)荷生產(chǎn)，外加每月使用 4%左右的外購(gòu)石灰，可以滿足石灰 需求量。采用 SGRS 工藝后，1 座套筒窯(800m3采用 0.85 系數(shù)生產(chǎn)即可滿足石灰量的需求，因此取消新建 一座 500m3 套筒窯計(jì)劃，同時(shí)避免了外購(gòu)石灰質(zhì)量的波