120t转炉少渣炼钢的工艺实践

赵广谙,俞海明

（新疆八一钢铁股份有限公司）

1 前言

少渣炼钢是一个特定条件下的冶金工程概念[1]，即在炼钢过程中，通过脱硅、脱磷等工艺手段，减少转炉炼钢过程中的渣料使用量，使得产生的钢渣量在吨钢70kg以下。留渣操作是指将高碱度的转炉钢渣，在冶炼结束以后不倒出转炉，留在转炉内，利用转炉钢渣的高碱度、渣中氧化铁含量高、磷容量范围较大的特点，参与下一炉次的冶炼。冶金工作者从理论上和实践中都已经得出共同的结论[2]，合适的渣量是转炉冶炼过程中脱磷、脱碳的必要条件，也是防止转炉吹炼过程中金属料飞溅，保持熔池温度快速升温的基本条件。但是随着炉渣量的增加，钢水中间的氧含量相应的增加，从渣中流失的金属铁的量增加，诸多的不利因素较多，工业固废处理的成本增加，对于环境和社会的负面影响加大。少渣操作的前提是转炉入炉铁水条件和废钢条件，满足转炉少渣冶炼的要求，即低硅低磷的成分要求，留渣操作是有助于少渣炼钢工艺实施的一种工艺创新。因此，许多炼钢厂积极探索少渣炼钢工艺，一些钢厂的实践表明，少渣炼钢工艺能够节能降耗，对降低炼钢生产成本有积极意义。

长期以来，某钢铁企业（简称该厂）炼钢产线3×120t的转炉，存在钢渣量大、钢铁料消耗偏高等问题，严重制约了该条炼钢生产线的生存与发展。该厂通过借鉴学习国内先进钢厂采取少渣炼钢工艺的成功经验，结合自身装备的生产状况开发了具有自主知识产权的少渣炼钢工艺。

2 转炉少渣炼钢的工艺路线

常见的少渣炼钢工艺路线有如下的四种[3]:

（1）第一种是传统的炼钢工艺，欧美各国的炼钢厂多采用这种模式，即铁水先脱硫预处理后，再转炉炼钢。通常转炉炼钢渣量占金属量的10%以上，转炉渣中FeO含量在17%。此外，渣中还含有约8%的铁珠，该工艺钢铁料消耗高。

（2）第二种炼钢工艺是先在铁水沟、混铁车或铁水罐内进行铁水“三脱”预处理，然后在复吹转炉进行少渣炼钢，这种工艺的不足之处是脱磷前必须先脱硅，废钢比低(≤5%)，脱磷渣碱度过高，难于利用。

（3）第三种炼钢工艺是20世纪90年代中后期日本各大钢厂试验研究成功的转炉铁水脱磷工艺，该工艺解决了超低磷钢的生产难题。与第二种工艺路线的明显区别是脱磷预处理移到转炉内进行，转炉内自由空间大，反应动力学条件好，生产成本较低。具体工艺是采用两座转炉双联作业，一座脱磷，另一座接受来自脱磷炉的低磷铁水脱碳，即“双联法”。典型的双联法工艺流程为：高炉铁水+铁水预脱硫+转炉脱磷+转炉脱碳+炉外精炼+连铸。由于受设备和产品的限制，也有在同一座转炉上进行铁水脱磷和脱碳的操作模式，类似传统的“双渣法”。

（4）第四种炼钢工艺是对第三种炼钢工艺进行了改进，与第三种工艺的明显不同是将部分脱碳渣(约8%)返回脱磷转炉，脱磷后的铁水进入脱碳转炉脱碳。该工艺是目前渣量最少、最先进的转炉生产纯净钢的工艺路线。

在上述四种转炉炼钢工艺路线中，后三种炼钢工艺铁水经过“三脱”预处理后再脱碳炼钢，能够做到少渣操作。四种转炉炼钢工艺路线的渣量比较见图1。

图1 不同工艺的少渣炼钢的比较

从图1可以看出，后三种炼钢工艺的吨钢渣量低于70kg／t。国外专家认为，少渣炼钢是在转炉炼钢时，每吨金属料加入的石灰量低于20 kg，脱碳炉每吨钢水的渣量低于30 kg。值得指出的是，如果将脱磷转炉每吨金属料产生的20～40 kg脱磷渣也视为炼钢渣，那么少渣炼钢工艺流程的总渣量约为50～70 kg。总之，转炉少渣炼钢必须以铁水预处理为前提条件。铁水“三脱”预处理后，铁水中的硅、磷和硫含量基本上达到了炼钢吹炼终点的要求,炉渣的基本功能就是参与脱碳和脱磷。

从一些炼钢厂应用的成效显示，少渣炼钢工艺的效果显著：

（1）造渣用石灰加入量明显减少，降低了渣料消耗和能耗，喷溅少，铁损低，减少了钢渣的排放。

（2）渣量少，氧的利用效率高，吹炼终点钢水中氧含量低，余锰高，合金元素收得率较高，从而降低了生产成本。

（3）少渣炼钢工艺终点命中率高，改善了钢水的纯净度，为生产超纯净钢创造了条件。

（4）少渣炼钢，对于铁水中间的硅含量的要求较低，高炉可以实现低Si冶炼，这一条件对于降低高炉焦比和出铁温度，降低成本有积极的意义。

（5）炼铁原料结构能够有较大的优化空间，对于降Si提Fe,提高入炉矿品位有促进作用。

3 该厂少渣炼钢的实践

3.1 转炉的工艺技术参数

公称容量：3×120t

总装入量：135～145t

吹炼的模式为顶底辅吹。

转炉用石灰的成分：CaO为90%;SiO2为1.5%;活性度为310ml。

该厂的120t转炉的情况较为特殊，即铁水的硫和硅含量波动大，冶炼使用的铁水的脱硫比例控制在45%，废钢的情况波动较大，炼钢使用的主要渣料石灰的成分波动较大，所以留渣操作的工艺路线不确定的因素较多。所以按照常规的留渣操作，试验3个月后，由于以下的工艺原因，被迫废弃。

（1）留渣以后，某厂采用的是先加废钢，后兑加铁水的工艺，兑加铁水时，产生了不同程度的喷溅和喷火事故。

（2）留渣操作以后，转炉在下枪开吹的时候，出现炉渣覆盖在铁水表面，有时不易打着火和点火不畅，前期转炉溢渣现象频繁。

（3）留渣操作带来的转炉脱磷难度增加，在冶炼低磷钢的时候，成分控制增加了难度。

所以如何优化转炉的少渣炼钢，是一项复杂的工艺难题。

3.2 留渣工艺路线的确定

为了在2014年推广留渣技术，分析发现，留渣操作，渣中的氧化铁与铁水中的C、Si、Mn元素发生反应，生成的大量CO易引发的喷溅和喷火。其反应的方程式如下[4]：

根据反应式（1）可知：

设ΡCO=0.9×101kPa=90kPa（炉气中间90%的成分为CO）

考虑到以上的情况后，成功企业的做法大多数是预先加入一部分的渣料石灰，由于不同的情况，该厂不能够复制成功厂家的做法，故该厂采用了以下的工艺方法：

（1）在转炉的溅渣护炉工艺结束以后，直接向转炉炉内加入石灰石1000kg，然后再加入废钢，废钢以转炉的炉坑渣渣铁和各类回收废钢为主。

（2）转炉下枪点火后，然后再加入部分的渣辅料，在有溢渣现象征兆时，加入500～1000kg的含碳镁球，在降解渣中氧化铁的同时，调整炉渣的粘度，起到消泡抑制溢渣的目的。

（3）转炉冶炼低碳钢的时候，渣中的氧化铁过高，向渣中加入含铁的镁球对于炉渣进行改质，改质后炉渣较稀的炉次，不进行留渣作业。

在采取以上的措施后，某厂的留渣作业顺利实施，得以实施。

3.3 实践结果

自2014年12月开始，经过1个月的运行，该厂的留渣少渣炼钢的效益逐渐显现，主要表现在以下几方面：

（1）石灰消耗实现历史性的突破，从48kg/t钢降低到36kg/t钢。

（2）冶炼的氧耗逐步降低，留渣冶炼的氧耗比传统工艺冶炼的氧耗低1m3/t钢。

（3）转炉冶炼的钢铁料消耗有明显的降低，吨钢的钢铁料消耗降低0.96kg。

（4）转炉渣处理的成本出现大幅度的降低，转炉的渣量吨钢减少15kg。

4 结论

通过该厂一个月的运行，留渣少渣炼钢的工艺模式是成功可行的，主要特点如下：

（1）为减少留渣的喷溅和喷火事故，加入石灰石，既降低了转炉炉内的渣温，又减少了活性石灰的使用量。

（2）含碳镁球在留渣操作过程中，能够降解渣中的氧化铁，是优化留渣操作的有效工艺手段。

（3）针对留渣操作，转炉开吹打火有难度的情况，该厂拟准备采用集束射流氧枪用于留渣操作，解决打火困难的问题。

这种留渣模式下的少渣炼钢，为该厂改善经营环境提供了强大的竞争力，也为少渣炼钢今后的发展方向开辟了一个新的工艺路线。

[1]赵素华，潘秀兰，梁慧智.少渣炼钢工艺的进步与展望.鞍钢技术[J].2008,(6):13.

[2]王新华.氧气转炉“留渣+双渣”炼钢关键工艺技术.2012年11月特钢会议论文.

[3]孔礼明.转炉双联法冶炼工艺及其特点[J].上海金属，2005，(3)：44～46.

[4]牛兴明，刘文飞，李超等.260 t转炉留渣操作实践.鞍钢技术,2012，（2）.

[5]孙凤梅，管挺，刘飞等.减少渣量的转炉工艺研究与实践.炼钢，2013，（2）.