轉(zhuǎn)爐雙渣法煉鋼少渣冶煉

1、轉(zhuǎn)爐雙渣法煉鋼少渣冶煉北京科技大學(xué) 李宏目錄 1、轉(zhuǎn)爐雙渣法少渣冶煉現(xiàn)狀 2、雙渣法少渣冶煉原理 3、少渣冶煉的關(guān)鍵技術(shù) 4、錳在渣-鋼間的分配及鋼水 殘錳最大化1、轉(zhuǎn)爐雙渣法少渣冶煉現(xiàn)狀 2001年新日鐵發(fā)表文章介紹了其開(kāi)發(fā)的少渣冶煉新工藝- MUCR轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝。 近年來(lái)，新日鐵陸續(xù)報(bào)道了MUCR工藝應(yīng)用的相關(guān)情況，在大分、八幡、室蘭、君津等鋼廠采用，產(chǎn)鋼量占新日鐵總產(chǎn)鋼量55%左右，轉(zhuǎn)爐煉鋼石灰消 耗 減少了40% 以上。1、轉(zhuǎn)爐雙渣法少渣冶煉現(xiàn)狀 MUCR工藝將轉(zhuǎn)爐冶煉分為個(gè)階段，在第階段主要進(jìn)行脫硅、脫磷，結(jié)束后倒出部分爐渣，然后進(jìn)行第階段吹煉，吹煉結(jié)束后出鋼但將爐渣保持在爐內(nèi)，下一

2、爐在爐內(nèi)留渣情況下裝入廢鋼、鐵水，然后進(jìn)行第和第階段吹煉，并以此循環(huán)往復(fù)。1、轉(zhuǎn)爐雙渣法少渣冶煉現(xiàn)狀 上個(gè)世紀(jì)的50-70年代，中國(guó)一些轉(zhuǎn)爐鋼廠在鐵水硅、磷含量高時(shí)，為了降低石灰消耗，減少吹煉過(guò)程噴濺，改善脫磷效果，曾采用過(guò)出鋼后留渣或“留渣-雙渣”煉鋼工藝。后來(lái)，隨著高爐生產(chǎn)水平提高（鐵水硅含量降低），高磷鐵礦石用量減少（鐵水磷含量降低），以及顧忌留渣造成鐵水噴濺的安全隱患，留渣或“留渣-雙渣”煉鋼工藝就不推薦采用了。1、轉(zhuǎn)爐雙渣法少渣冶煉現(xiàn)狀 近年來(lái)在北京科技大學(xué)王新華教授的帶領(lǐng)下，“轉(zhuǎn)爐雙渣法煉鋼少渣冶煉”作為十二五期間推廣技術(shù)，大規(guī)模地開(kāi)展了工業(yè)試驗(yàn)和推廣工作，對(duì)許多關(guān)鍵技術(shù)，如液態(tài)渣

3、固化、脫磷階段爐渣堿度、供氧參數(shù)、脫磷工藝、倒渣控制等，以首鋼遷安和京唐為中心，進(jìn)行了深入的研究。操作方法已經(jīng)成熟。1、轉(zhuǎn)爐雙渣法少渣冶煉現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)已經(jīng)發(fā)表的工業(yè)試驗(yàn)和生產(chǎn)的報(bào)告有20余篇，基本反映了該煉鋼方法的技術(shù)操作特點(diǎn)。從已發(fā)表的報(bào)道來(lái)看，值得注意的有以下2點(diǎn)。 （1）轉(zhuǎn)爐容量：80t300t，表明少渣冶煉生產(chǎn)的規(guī)模大 （2）討論內(nèi)容：操作技術(shù)；經(jīng)濟(jì)效益；前期渣特點(diǎn)，形成了完整的工藝方法1、轉(zhuǎn)爐雙渣法少渣冶煉現(xiàn)狀 已經(jīng)發(fā)表文章的單位（不完全統(tǒng)計(jì)）及生產(chǎn)轉(zhuǎn)爐的容量： 首鋼京唐300t轉(zhuǎn)爐 ；鞍鋼260噸轉(zhuǎn)爐 ；首鋼遷安210t轉(zhuǎn)爐；沙鋼180t轉(zhuǎn)爐；酒鋼120t轉(zhuǎn)爐；日照120t轉(zhuǎn)爐；馬鋼

4、120t轉(zhuǎn)爐 ；萊鋼120t轉(zhuǎn)爐；首鋼首秦100t轉(zhuǎn)爐；湘鋼80t轉(zhuǎn)爐；首鋼長(zhǎng)治80t轉(zhuǎn)爐 由此可見(jiàn)，少渣冶煉在全國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)推廣開(kāi)來(lái)，各種規(guī)模的轉(zhuǎn)爐都適應(yīng)。 1、轉(zhuǎn)爐雙渣法少渣冶煉現(xiàn)狀 主要相關(guān)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)： 有些轉(zhuǎn)爐已經(jīng)達(dá)到了日本MUCR工藝操作的水平，如首鋼遷鋼公司210t轉(zhuǎn)爐和首秦公司100t轉(zhuǎn)爐取得了煉鋼石灰消耗減少47%以上，輕燒白云石消耗減少55%以上，渣量降低30%以上的效果。 渣量減少必然帶來(lái)鋼鐵料消耗減少，日照鋼鐵的消耗從1080kg/t鋼降到了1053kg/t鋼，減幅達(dá)27kg/t鋼。 1、轉(zhuǎn)爐雙渣法少渣冶煉現(xiàn)狀 對(duì)于轉(zhuǎn)爐吹煉前期渣的操作控制也進(jìn)行了研究，北京科技大學(xué)

5、的王新華等在首鋼遷安210t轉(zhuǎn)爐上試驗(yàn)，脫磷階段采用低堿度（R=1.31.5）和低MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)（7.5%）的渣系，能夠形成流動(dòng)性良好和適度泡沫化的爐渣，解決了脫磷階段結(jié)束難以快速足量倒渣和渣中金屬鐵含量高這兩大問(wèn)題。1、轉(zhuǎn)爐雙渣法少渣冶煉現(xiàn)狀 北科大何肖飛等對(duì)少渣煉鋼的前期渣進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前期渣堿度在1.21.8范圍內(nèi)時(shí)，其半球點(diǎn)溫度基本上在1380度以下，渣中游離CaO含量在0.7%左右。 遷鋼210t轉(zhuǎn)爐的前期渣倒渣量可達(dá)8t，首秦100t轉(zhuǎn)爐的前期渣倒渣量可達(dá)可達(dá)5t。1、轉(zhuǎn)爐雙渣法少渣冶煉現(xiàn)狀 鞍鋼在260噸轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行少渣冶煉，前期放渣時(shí)熔渣堿度控制在1.52.0，終渣堿度控制在

6、2.83.2，效果是石灰單耗小于25kg/t鋼，輕燒白云石單耗小于15 kg/t鋼。 本鋼研究得出，少渣冶煉的前期脫磷率可高達(dá)5060%。1、轉(zhuǎn)爐雙渣法少渣冶煉現(xiàn)狀 馬鋼在120t轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行少渣冶煉，用生白云石代替部分石灰和鎂球。 鋼研總院研究對(duì)300t轉(zhuǎn)爐的前期渣打水后返回使用，每爐次加入36t返回渣，每爐可節(jié)約0.71t石灰。 鞍鋼鲅魚(yú)圈研究含磷鋼冶煉，不加石灰而只加輕燒白云石。 2、雙渣法少渣冶煉原理 雙渣法過(guò)去主要用來(lái)冶煉高硅、高磷鐵水，或者在鐵水硅、磷不高時(shí)要冶煉低磷鋼或超低磷鋼。雙渣法之所以能夠在吹煉前期造渣倒掉，吹煉中期再造渣，減少了總渣量也能夠達(dá)到單渣法吹煉大渣量的那種脫磷效果

7、，原因就在于利用了脫磷與溫度的關(guān)系和基本原理。2、雙渣法少渣冶煉原理 由（2）式可知，溫度對(duì)脫磷反應(yīng)的影響非常顯著，當(dāng)溫度由1680降低至1350時(shí)，脫磷反應(yīng)平衡常數(shù)可大幅度增加個(gè)數(shù)量級(jí)。少渣冶煉的基本原理便是利用了轉(zhuǎn)爐冶煉前期溫度低這一有利于脫磷反應(yīng)的熱力學(xué)條件，將上爐終渣用于下?tīng)t吹煉初期脫磷，并在溫度上升至對(duì)脫磷不利之前，將爐渣部分倒出，然后再加入少量渣料造渣進(jìn)行第階段吹煉進(jìn)一步脫磷。2、雙渣法少渣冶煉原理 上一爐的終渣之所以能夠用于下一爐的前期脫磷，是由于上一爐終渣在高溫下的脫磷能力低，以致渣中含磷量遠(yuǎn)低于前期低溫時(shí)的平衡值，且含有大量的氧化鐵，從而在下一爐吹煉初期低溫下有較高的脫磷能力

8、。在操作上，當(dāng)下一爐溫度上升至對(duì)脫磷不利之前，將爐渣部分倒出，等于倒出了一部分磷，再加入渣料造渣進(jìn)行第階段吹煉到終點(diǎn)，爐內(nèi)的磷遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于原有的量。2、雙渣法少渣冶煉原理 由于上一爐的爐渣可以被下一爐再利用，因而能夠大幅度減少煉鋼石灰、白云石等原材料消耗和煉鋼渣的產(chǎn)出量。 由以上介紹可知少渣冶煉有如下3個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 減少了轉(zhuǎn)爐排出渣量，就減排了渣中的鐵，因此可以降低鋼鐵料消耗；但沒(méi)有減少排磷量，前期渣中排出。2、雙渣法少渣冶煉原理 終渣堿度高、自由CaO含量高而不外排；排出的前期渣中自由CaO含量低（前期造的低堿度渣 ），而節(jié)省了CaO用量 ； 傳統(tǒng)工藝出鋼后會(huì)有鋼水留在爐內(nèi)，一部分會(huì)隨爐渣倒出，而采

9、用少渣冶煉工藝，吹煉終點(diǎn)不倒渣，因而可以提高鋼水收得率。2、雙渣法少渣冶煉原理 根據(jù)我們最近對(duì)前期渣和終點(diǎn)渣中微區(qū)P分布的研究結(jié)果可以確認(rèn)，不同溫度下?tīng)t渣中微區(qū)磷含量的最高點(diǎn)與Ca含量的關(guān)系不同，前期低溫渣中，微區(qū)里磷含量的最高點(diǎn)在Ca=15%的附近，而終點(diǎn)渣中，微區(qū)里磷含量的最高點(diǎn)在Ca=35%的附近?？梢?jiàn)前期渣必須要把渣堿度減低到1.5左右才可能最大程度地吸收鐵水中的磷。前期渣和終點(diǎn)渣中各微區(qū)的P含量與其微區(qū)中Ca含量的關(guān)系 轉(zhuǎn)爐鋼渣背散射圖像中的微區(qū)形象 3、少渣冶煉的關(guān)鍵技術(shù) 一一爐爐的的操操作作過(guò)過(guò)程程3、少渣冶煉的關(guān)鍵技術(shù) 脫磷階段爐渣流動(dòng)性控制與足量倒渣 采用少渣冶煉工藝，脫磷階

10、段結(jié)束后能否快速倒出足量的爐渣具有重要意義。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)致少渣冶煉無(wú)法接續(xù)，循環(huán)被迫停止；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；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。3、少渣冶煉的關(guān)鍵技術(shù) 能否快速倒出足量的脫磷爐渣，主要取決于爐渣流動(dòng)性控制，為此須做到：爐渣充分熔化，不含未溶石灰顆粒以及MgO、2CaOSiO2等高熔點(diǎn)析出相；爐渣具有較低的黏度；適當(dāng)提高脫磷階段溫度。3、少渣冶煉的關(guān)鍵技術(shù) 從CaO-SiO2-FeO相圖可以看到，在少渣冶煉工藝脫磷階段爐渣中FeO含量

11、范圍在9%15%，為使?fàn)t渣全部熔化（均勻液相），爐渣二元堿度須控制在1.3以下?？紤]到渣中還含有 MnO、MgO等能夠適當(dāng)擴(kuò)大該三元系液相區(qū)范圍，因此為使?fàn)t渣充分熔化，爐渣堿度不應(yīng)超過(guò)1.5。R=1.5左右3、少渣冶煉的關(guān)鍵技術(shù) 后面的圖為1400下CaO-SiO2-FeO系黏度值（Pas），可以看到，在脫磷階段爐渣FeO含量在9%15%范圍內(nèi)，當(dāng)堿度在0.821.5范圍時(shí)，爐渣具有較低的黏度（0.20.4 Pas ），而當(dāng)堿度超過(guò)1.5時(shí)，等黏度線變得密集，黏度值隨堿度增加而快速提高，爐渣流動(dòng)性顯著變差。3、少渣冶煉的關(guān)鍵技術(shù) 后面的圖為遷鋼公司210t轉(zhuǎn)爐和首秦公司100t轉(zhuǎn)爐采用少渣冶煉

12、工藝，脫磷階段結(jié)束后倒渣量與爐渣堿度的關(guān)系?？梢钥吹?，倒渣量隨堿度降低而增加，當(dāng)脫磷階段爐渣堿度控制在1.5左右時(shí)，遷鋼210t轉(zhuǎn)爐倒渣量可大于8.0t，首秦100t轉(zhuǎn)爐倒渣量可多于5.0t，這個(gè)量能夠保證少渣冶煉工藝順利穩(wěn)定運(yùn)行。3、少渣冶煉的關(guān)鍵技術(shù) 為了使?fàn)t渣具有良好的流動(dòng)性，還須對(duì)MgO含量進(jìn)行嚴(yán)格控制。后面的圖為210t轉(zhuǎn)爐脫磷階段結(jié)束時(shí)倒渣量與渣中MgO含量的關(guān)系，當(dāng)將MgO含量控制在7.5%以下時(shí)，倒渣量可在8t以上，能夠滿足少渣冶煉工藝穩(wěn)定運(yùn)行的要求，為此規(guī)定對(duì)脫磷階段爐渣MgO含量按低于7.5%控制。這一MgO含量控制目標(biāo)低于常規(guī)工藝初期渣的MgO含量控制目標(biāo)值，采用后并未發(fā)

13、現(xiàn)對(duì)爐齡有不利影響。3、少渣冶煉的關(guān)鍵技術(shù) 采用了以上所述較低堿度和MgO含量渣系后，基本上解決了倒渣這一影響少渣冶煉工藝穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵難題。遷鋼210t轉(zhuǎn)爐脫磷階段倒渣量在6.012.5t（鐵水Si含量變化影響），倒渣時(shí)間在4.05.0min；首秦100t轉(zhuǎn)爐脫磷階段倒渣量在4.08.0t，倒渣時(shí)間在3.04.5min。3、少渣冶煉的關(guān)鍵技術(shù) 脫磷階段高效脫磷工藝技術(shù) 采用少渣冶煉工藝，由于所留爐渣中已含1.5%以上的P2O5，而且為使?fàn)t渣流動(dòng)性良好以快速足量倒渣，脫磷階段必須采用較低堿度渣系，脫磷階段脫磷難度顯著加大。而如果在脫磷階段不能夠充分脫磷，勢(shì)必加重脫碳階段的負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成終點(diǎn)

14、鋼水P不合格而必須進(jìn)行后吹、補(bǔ)吹。3、少渣冶煉的關(guān)鍵技術(shù) 采用少渣冶煉工藝在吹煉前期脫磷階段高效脫磷的關(guān)鍵是：加強(qiáng)金屬熔池?cái)嚢?，促進(jìn)熔池內(nèi)部P向渣/鐵界面?zhèn)鬏?；通過(guò)調(diào)整供氧或加入鐵礦石、氧化鐵皮等提高渣中氧化鐵活度。 為此開(kāi)發(fā)了脫磷階段高效脫磷技術(shù)，主要特點(diǎn)是： ）氧槍槍位較常規(guī)工藝吹煉前期槍位降低100200mm，供氧強(qiáng)度控制在3.0m3/（mint）以上。3、少渣冶煉的關(guān)鍵技術(shù) ）針對(duì)低槍位、高供氧速率吹煉引起的渣中FeO含量降低的問(wèn)題，增加了鐵礦石加入量和加入批次，以在加強(qiáng)熔池?cái)嚢柰瑫r(shí)，使渣中能夠保持足夠的FeO含量。 ）采用添加小粒石灰，合理控制爐渣堿度和MgO含量（防止堿度、 MgO

15、含量過(guò)高）等方法，加快脫磷階段渣料熔化，促進(jìn)脫磷反應(yīng)。3、少渣冶煉的關(guān)鍵技術(shù) 圖和圖分別為氧槍槍位和爐渣FeO含量對(duì)脫磷階段結(jié)束P含量的影響，可以看到，采用較低槍位和高強(qiáng)度供氧，由于熔池?cái)嚢栾@著加強(qiáng)，盡管爐渣FeO含量降低至9.5%附近，脫磷效率非但沒(méi)有降低，反而有較大幅度的提高。3、少渣冶煉的關(guān)鍵技術(shù) 采用上述高效脫磷工藝，在鐵水磷含量為0.075%左右情況下，脫磷階段結(jié)束可將P含量降低至0.029%左右，脫碳階段終點(diǎn)鋼水P含量最低可脫除至0.006%，平均為0.0096%，能夠滿足除少數(shù)超低磷鋼種外絕大多數(shù)鋼種對(duì)P含量的控制要求。3、少渣冶煉的關(guān)鍵技術(shù) 液態(tài)終渣快速固化技術(shù) 采用少渣冶煉工

16、藝，對(duì)上爐留在爐內(nèi)的液態(tài)渣必須加以固化，才能確保裝入鐵水時(shí)不發(fā)生激烈噴濺，引發(fā)重大安全事故。遷鋼公司曾采用加入多量石灰、白云石或廢鋼直接冷卻對(duì)液態(tài)爐渣進(jìn)行固化的方法，但發(fā)現(xiàn)存在以下問(wèn)題： 如石灰、白云石加入量多，造成脫磷階段爐渣堿度和MgO含量過(guò)高，導(dǎo)致倒渣困難； 3、少渣冶煉的關(guān)鍵技術(shù) 如采用廢鋼對(duì)液態(tài)渣進(jìn)行冷卻固化，由于廢鋼尺寸不均衡，常發(fā)生爐內(nèi)廢鋼“搭棚”情況，爐底液態(tài)渣不能被充分固化，存在安全隱患。通過(guò)大量試驗(yàn)，開(kāi)發(fā)了將濺渣護(hù)爐與爐渣固化相結(jié)合的液態(tài)終渣快速固化工藝，其主要特點(diǎn)為： a、上爐出鋼后立即向爐內(nèi)液態(tài)渣吹入氮?dú)猓瑢⒉糠譅t渣濺至爐襯表面直接固化；3、少渣冶煉的關(guān)鍵技術(shù) b、吹入

17、大量氮?dú)馐範(fàn)t底液態(tài)渣快速降溫，渣中析出大量高熔點(diǎn)相，形成固態(tài)高熔點(diǎn)相與殘余液態(tài)“RO相” 共存的爐渣體系； c、濺渣結(jié)束后向爐內(nèi)加入少量石灰、白云石，目的是與殘余液態(tài)“RO相”作用使其快速固化。為此在加入石灰、白云石后，還須前后傾動(dòng)轉(zhuǎn)爐使加入的石灰、白云石與殘余液態(tài)渣快速混合。3、少渣冶煉的關(guān)鍵技術(shù) 工藝快速生產(chǎn)技術(shù) 采用少渣冶煉工藝要在脫磷階段結(jié)束時(shí)倒渣。為了不降低產(chǎn)能，不影響“轉(zhuǎn)爐精煉連鑄”工序周期匹配，必須采取以下對(duì)策： 吹煉初期采用高供氧強(qiáng)度吹煉，將脫磷階段吹煉時(shí)間控制在45min； 為了加快倒渣，在脫磷階段臨近結(jié)束時(shí)提高槍位，增加渣中表面活性組元氧化鐵含量，以加強(qiáng)爐渣流動(dòng)性； 強(qiáng)化“

18、轉(zhuǎn)爐精煉連鑄” 組織調(diào)度。3、少渣冶煉的關(guān)鍵技術(shù) 采用石灰石造渣方法進(jìn)行少渣冶煉，造渣料用量更少，而顯示出其優(yōu)越性4、錳在渣-鋼間的分配及鋼水殘錳最大化 鐵水中錳優(yōu)先氧化：Mn+O=(MnO) (MnO)在渣中呈堿性，在轉(zhuǎn)爐吹煉初期，可與渣中(SiO2)反應(yīng)生成(xMnO SiO2)類的化合物。 x(MnO)+ (SiO2)= (xMnO SiO2) 當(dāng)加入爐內(nèi)的CaO融化后，由于(CaO)堿性強(qiáng)于(MnO)，則可以發(fā)生置換反應(yīng)： (xMnO SiO2)+x(CaO)=(xCaO SiO2)+x(MnO)4、錳在渣-鋼間的分配及鋼水殘錳最大化 因此在轉(zhuǎn)爐吹煉初期高堿度渣沒(méi)有形成的階段，鐵水中Mn的移動(dòng)趨勢(shì)是被氧化進(jìn)入熔渣： Mn(MnO)(xMnO SiO2