120t转炉少渣冶炼试验研究

【摘 要】 本文结合三钢二炼钢120t转炉实际生产情况，进行少渣冶炼试验并探索其工艺制度。试验结果表明：采用留渣操作可大幅减少石灰加入量，有效的降低渣料消耗。同等条件下，少渣冶炼石灰耗比传统双联石灰耗低8.7kg/t，金属料耗低1.9kg/t；且钢水收得率得以提高，吨钢损耗减少近28kg。

【关键词】 转炉 少渣冶炼 留渣操作 脱磷

【Abstract】 In this paper， it experimented on less slag steelmaking to explored its technology systems in connection with the practical production conditions of the 120t converter steelmaking in the No.2 Steelmaking Plant of Sanming Iron and Steel Group. The results showed that the remaining slag operation can significantly reduce the amount of lime and effectively reduce consumption of slag. Under the same conditions， compared to？traditional double steelmaking， the lime consumption on less slag steelmaking is low 8.7kg / t， metallic material consumption is low 1.9kg / t； and steel yield can be improved， the reduction of the loss per ton steel is nearly 28kg.

【Key words】 converter less slag steelmaking remaining slag operation dephosphorization

1 少渣冶炼的研究背景及意义

面对钢铁行业产能过剩的巨大挑战，市场需求相对疲软，为了适应行业发展形势，降低生产成本，提高钢种质量，福建三钢闽光股份有限公司（以下简称三钢）结合二炼钢120t转炉实际生产情况，开展少渣冶炼探索试验，以期掌握其工艺特点和规律、工序成本等方面的情况，为今后全面推广转炉少渣炼钢打下坚实的基础。同时也致力于为三钢优质品种钢的生产提供技术支持，进一步减少炉料消耗、降低生产成本，提升企业核心竞争力。

2 少渣冶炼的现状

少渣量炼钢技术是80年代初在世界流行起来的一种造渣工艺，即在脱磷期结束后倒掉部分脱磷渣，从而使脱碳期在渣量大大减少的情况下进行冶炼。其目的在保证炼钢要求的前提下，降低石灰和总造渣材料消耗。这项技术以日本较为领先。日本君津钢厂使用“三脱”铁水少渣炼钢，实现显著的经济效益，石灰消耗得到大幅降低，渣料消耗降至7.2kg/t钢。NKK福山钢厂开发的少渣炼钢技术，渣量控制在30kg/t钢。我国宝钢集团自行创新的转炉少渣炼钢技术，石灰单耗达到11.3kg/t，总渣量也减少为常规渣量的1/3。

近来三钢入炉铁水磷、硫含量越来越高，脱磷更是成为转炉操作的难点。铁水成分见表1。

采用少渣冶炼模式其特征在于，少渣冶炼方法包括脱磷期和脱碳期，其中在脱磷期，以脱磷剂（包括石灰、轻烧白云石和云母矿等）和上一炉钢留下的脱碳渣作为造渣材料来进行脱磷冶炼，在脱磷期结束后倒掉40～60%的脱磷渣；在脱碳期，重新造渣来进行少渣吹炼，并且将产生的脱碳渣进行溅渣操作后循环利用。一是转炉终渣具有一定的碱度，有利于提高渣中的CaO含量，减少冶炼过程石灰的用量；二是可以充分地利用脱碳渣所携带的热量和较高的FeO含量，能加快下一炉初期渣的形成，造出流动性好的顶渣，有利于前期脱磷、脱硫。此外，留渣操作能减少造渣矿石的加入量，又提高金属收得率，降低生产成本。

3 少渣冶炼试验工艺制度

试验在三钢二炼钢120吨的三座转炉上进行的，冶炼铁水未经预处理，由炼铁厂直接提供。选择在同一炉座先后进行脱磷脱碳的单炉双联少渣冶炼的方法，其工艺流程如图1所示。

为了探索转炉少渣冶炼的适用性和广泛性，试验对钢种没有限制。在13炉次的试验中，涉及多个钢种，包括了低碳钢、中碳钢和高碳钢，这些钢种基本代表了三钢二炼钢的品种和能力。

3.1 供氧模式与枪位制度

对于少渣冶炼操作，脱P期过程枪位控制采用“低一高一低”的模式较为合理，开吹保持低枪位以利于熔池升温、脱硅，待炉内反应3min后适当高枪，控制炉内温度缓慢上升和碱性氧化渣的快速形成，以增加渣中氧化铁含量，创造较佳的脱P反应的热力学条件。后期根据化渣情况进行压枪操作，加强炉内搅拌，促进渣钢分离效果，使反应达到平衡。针对入炉铁水温度较高，热值好的炉次，可适当的再提高一点枪位。与传统双联冶炼相比，少渣冶炼脱P前期氧气流量适当提高，前3min供氧强度24000～26000m3/h；3min～4.5min供氧强度21000～23000m3/h，供氧时间约5.5～6min；吹炼后期加大底吹流量有利于减少铁损。脱C期点火成功后，枪位、供氧制度与传统双联冶炼近似相当：供氧强度约31000m3/h。

3.2 造渣制度

针对不同铁水成分，转炉少渣冶炼造渣材料的用量见表2所示：

石灰及其它造渣材料在吹炼开始时投入，若是铁温高，热值好，石灰加入的时机可适当提前。考虑到萤石对炉衬的侵蚀，一般不加萤石来辅助化渣，如遇转炉化渣不良时，可投少量萤石帮助化渣。脱磷期倒渣量控制在总渣量的40～60%，炉渣碱度一般控制在2.0～2.6之间，炉渣TFe含量控制在10%～12%之间；脱碳期终点炉渣碱度一般控制在2.5～3.0之间，炉渣TFe含量控制在12%～20%之间。

3.3 温度制度

采用少渣冶炼吹炼温度制度的控制关键在于合理选用适当的热补偿方法，以弥补因铁水温度和发热元素（Si、S、P、C等）含量的降低而造成的热量不足。本试验仅以减少造渣料和冷料用量就实现了试验条件下的热平衡；针对铁水硅过高，可在吹炼过程中多加冷料。少渣吹炼时脱磷期平均停吹温度为1350～1400℃；脱碳期平均停吹温度为1580～1630℃。

4 少渣冶炼试验结果与讨论（冶金效果）

4.1 脱磷

在少渣冶炼条件下，铁水平均脱磷率均高于传统双联冶炼和常规单联冶炼，试验数据见表3所示。这是因为少渣操作时成渣快、渣层薄、炉渣的流动性好，炉渣脱磷能力过剩；加之熔池搅拌促进钢渣充分反应，从一定程度上改善了脱磷反应的动力学条件，使脱磷反应更趋于平衡。

影响脱磷反应的因素很多，从热力学角度分析，根据脱磷反应的平衡条件和磷的分配系数，影响脱磷主要的影响因素是炉渣成分和温度。炉渣成分对脱磷主要反应在渣中氧化铁含量和炉渣的碱度上。生产实践表明，在保证出钢温度的前提下，把渣中（TFe）和炉渣碱度控制在11.5%和2.5以上，可以使平均终点[P]控制在0.030%以下。

4.2 脱碳

从氧化物的分解压力图可知，在1673K以下CO的分解压力高于MnO，1796K以下CO的分解压力高于SiO2。说明在冶炼前期硅先被氧化，待熔池温度上升后，碳氧反应慢慢加剧。冶炼过程和末期的脱碳速度主要取决于[O]和[C]扩散，由于少渣冶炼时的渣层较薄，顶吹氧气的动量可高效率地传输到熔池，增强熔池的搅拌作用，促进熔池中[O]和[C]的扩散，从而有效的加快脱碳反应速率并缩短冶炼时间。在实际试验期间，由于少渣吹炼脱磷负荷较小，有效的缩短前期化渣脱磷的时间，单炉平均冶炼时间为15.3min，比传统双联冶炼提早了1.5min，为进一步实现高效生产提供依据。

4.3 脱硫

转炉渣为氧化性渣，反应过程中对硫去除难度较大，当铁水硫高时，在冶炼过程中缓解降低；当铁水硫低时，在吹炼过程几乎不脱硫。试验结果表明转炉少渣冶炼与常规冶炼过程脱硫能力近似相当，在此就不多作讨论。

4.4 辅料消耗

采用少渣冶炼时钢水收得率比传统双联冶炼高，终点磷含量也进一步降低，钢水成分能够满足冶炼工艺要求，更大程度地提高了钢水的纯净度。下面从冶炼终点成分、辅料单耗、炉渣量和吹损率等方面，将转炉少渣冶炼的试验数据与传统双联冶炼、常规单联冶炼实绩进行对比分析，详见下表4所示。

由于少渣冶炼采用留渣操作，造渣用的石灰加入量大幅减少，有效的降低渣料消耗。同时，脱碳期因渣量少、渣层薄，顶吹氧气利用更充分，吹炼终点钢水中的氧含量低，残余锰高，进而提高合金收得率，达到降本增效的功效。由表中试验数据可知，少渣冶炼石灰耗比传统双联石灰耗低8.7kg/t，金属料耗低1.9kg/t；比常规单联冶炼石灰耗低7.2kg/t，因脱磷倒渣等导致的损耗，使其金属料耗不及常规单联冶炼。

4.5 吹损

与常规冶炼相比，少渣冶炼采用高枪位操作，会增加渣中铁珠和FeO的含量，但由于石灰、镁球等造渣料的减少，进而使渣量的减少（吨钢渣量减少25～32kg）；加之，留渣量的大幅增加，综合分析，从一定程度上有效降低冶炼过程的吹损率，钢水收得率得以提高。由表可知，与传统双联冶炼相比，少渣冶炼过程吹损率降低0.21%，相当于吨钢损耗减少近28kg；与常规单联冶炼相比还有一定的差距，这也是今后要亟待进一步研讨的问题。

4.6 经济效益

通过实验比较分析，少渣冶炼采用留渣操作有利于溅渣层覆盖炉体，可减轻炉衬的侵蚀程度，延长其使用寿命。经计算，少渣冶炼与传统双联冶炼相比，按公司年产钢550万吨计算，其中二炼钢转炉普钢生产成本预计可降低530万元。同时，对今后扩大钢种和致力于生产优质钢提供有力的技术支持，有着深远的价值和意义。

5 结语

（1）通过转炉少渣试验，可有效降低终点磷含量，对今后扩大钢种和生产优质钢提供技术支持。（2）采用少渣-留渣操作，大幅减少造渣料的加入量，石灰耗降至31.4kg/t，金属料耗1097.5 kg/t。（3）少渣冶炼与传统双联冶炼相比，能减轻炉衬的侵蚀，同时可降低转炉生产成本约530万元。

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