轉爐“留渣+雙渣”少渣煉鋼工藝實踐

李偉東 ，楊明 ，何海龍 ，劉鵬飛 ，喬冠男

（1.鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021；2.鞍鋼股份有限公司科技質量部，遼寧 鞍山 114021）

少渣煉鋼是指轉爐冶煉總渣量極少化的一種煉鋼工藝。少渣煉鋼一般加入渣料的主要目的是保護爐襯、覆蓋鋼液、減少金屬噴濺，而不再是為了脫P、脫S，因此少渣煉鋼的前提條件是鐵水必須經過預處理。目前常用的少渣煉鋼工藝有兩種，一種是鐵水預處理脫硅、脫磷、脫硫的三脫處理，然后轉爐冶煉；另一種是轉爐雙聯法冶煉，這兩種少渣煉鋼工藝均需對鐵水預處理或轉爐進行較大的設備改造才能夠實現，因此在推廣上受到一定的限制。轉爐“留渣+雙渣”工藝不僅能夠降低轉爐冶煉渣量和鋼鐵料消耗，降低生產成本，而且不需要進行設備改造就能實現，同時能夠為冶煉低磷鋼提供保障，從而擴大低磷鋼品種范圍，

2001年，新日鐵開發的MURC轉爐雙渣工藝工業試驗取得成功，但相關關鍵技術報道較少。2012年，首鋼開發成功SGRS轉爐“留渣+雙渣”工藝，在首鋼遷鋼公司和首秦公司推廣，也取得了較好的效果。鞍鋼2013年開始開發轉爐 “留渣+雙渣”工藝，通過工業試驗，逐步掌握了相關的關鍵技術，并陸續應用在各噸位轉爐上。本文主要以鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠180 t轉爐為例，介紹鞍鋼開發的“留渣+雙渣”工藝相關的關鍵技術。

1 轉爐“留渣+雙渣”工藝簡介

1.1 新日鐵MURC工藝概述

MURC工藝流程如圖1所示。該工藝將轉爐冶煉分為2個階段，在第1階段主要進行脫硅、脫磷，結束后倒出部分爐渣，然后進行第2階段吹煉，吹煉結束后出鋼，但將爐渣保持在爐內，下一爐在爐內留渣情況下裝入廢鋼、鐵水，然后進行第1和第2階段吹煉，并以此循環往復［1］。

1.2 首鋼SGRS工藝概述

SGRS工藝流程見圖2。遷鋼公司和首秦公司采用的氧氣轉爐“留渣+雙渣”煉鋼工藝主要包括以下環節：

（1）轉爐冶煉結束出鋼后將爐渣留在爐內；

（2）采用濺渣護爐將部分爐渣濺至爐襯表面加以固化，再補加一定量的石灰、白云石對爐底液態渣進行固化；

（3）爐渣固化情況確認后裝入廢鋼、鐵水；

（4）進行第1階段吹煉（脫磷階段），結束后倒出爐內60%左右爐渣；

（5）進行第2階段（脫碳階段）吹煉，結束后出鋼，但將爐渣留在爐內，進入下爐次冶煉，并以此循環往復［2］。

1.3 轉爐“留渣+雙渣”煉鋼工藝的關鍵技術

從MURC和SGRS兩種工藝的對比可以看出，核心均是采用“留渣+雙渣”工藝，原理均是利用轉爐冶煉前期溫度低這一有利于脫磷的反應熱力學條件，將上爐終渣（由于溫度高已基本不具備脫磷能力）用于下爐吹煉初期（由于溫度低，爐渣重新具備脫磷能力）進行脫磷，并在溫度上升至對脫磷不利之前，將爐渣部分倒出，然后加入少量渣料造渣進行第2階段吹煉（可進一步脫磷）［2］。兩者的不同在于SGRS工藝是在MURC工藝基礎上，為了保證兌鐵安全性，增加了液態渣的固化確認環節。

從目前的公開報道看，首鋼針對SGRS工藝在脫磷階段爐渣流動性控制、氧槍槍位、供氧速率控制以及對爐渣的固化確認技術方面進行了較全面的研究和實踐，但對其他關鍵技術的報道極少，例如脫磷期脫磷率不穩定、過程放渣困難、放渣過程渣鐵分離不徹底、脫碳期的爐渣返干嚴重等技術難題。

2 轉爐“留渣+雙渣”工藝實踐

2014年3月以來，鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠在180 t轉爐上進行了轉爐”留渣+雙渣“工藝實踐。

2.1 留渣及爐渣固化工藝

上爐出鋼后，先倒渣，然后根據爐渣情況進行爐渣改質，濺渣護爐，加少量輕燒白云石、加廢鋼稠渣，然后兌鐵。

先倒渣的目的是保持爐內渣量恒定，便于縮短濺渣護爐時間，并固化脫磷期初始條件，穩定脫磷期操作，通過控制倒渣過程轉爐傾翻角度控制爐內渣量。爐渣改質采用含C和MgO的專用濺渣劑進行，根據爐渣狀態調整加入量，爐渣過氧化情況下適當提高加入量。在鐵水硅含量較高時，濺渣護爐過程加輕燒白云石稠渣，或在濺渣護爐結束后加入輕燒白云石，通過搖爐處理使輕燒白云石與熔渣充分作用。此操作不僅能夠固化爐渣，還能提高脫磷期爐渣堿度，但須控制加入量，180 t轉爐控制加入量不超過2 t，否則影響脫磷期爐渣流動性，從而影響脫磷率。

2.2 爐渣流動性控制及高效脫磷工藝

脫磷期爐渣中含有一定的P2O5，同時為了快速倒出足夠的脫磷渣，堿度不易過高，這些因素對脫磷不利，經過工業實踐逐步形成了如下控制工藝。

脫磷期堿度控制在1.2～1.6。主要依靠兌鐵前加入輕燒白云石調整，如果鐵水硅含量過高，輕燒白云石加入量超過2 t，則采用部分或全部活性石灰替代，控制渣料加入量不過高有利于脫磷期快速形成利于倒渣的泡沫渣。脫磷期吹氧開始后，盡量不加入輕燒白云石和白灰等造渣料。脫磷期供氧和槍位操作如圖3所示。

其中頂吹供氧強度、底吹氣體攪拌強度均按上限控制，目的是加強熔池的攪拌，促進渣鐵界面磷的傳輸，提高渣中磷的分配比。

槍位操作按低-高控制，前期低槍位快速脫硅，快速提高溫度達到快速成渣，放渣前高槍位操作，配合礦石加入，提高渣中FeO，從而乳化爐渣，便于放渣操作的順利進行。

采用該技術后，在鐵水磷含量平均0.075%前提下，放渣時刻磷含量一般控制在0.025%～0.040%。脫磷期脫磷率的分布如圖4所示，由圖4可以看出，脫磷率最高約達65%。

2.3 快速足量放渣及渣鐵分離工藝

脫磷期吹煉4～6 min，選擇爐渣活躍時倒爐放渣，抬槍后，首先采用氮氣吹掃渣面，促進渣鐵分離，吹掃時間控制在1～3 min，吹掃槍位控制在4～6 m，待渣成塊甩出后開始倒渣。倒渣要求一步即將爐體傾動至75°～80°，然后緩慢搖爐至近乎水平位置開始放渣。要求爐渣盡可能多放，控制爐內殘渣量小于1/4。

為能夠快速足量倒渣，傾翻檔位控制要保證80°以內時 2 檔以上速度（1 min/周）不停頓，80°以上按1檔速度（2 min/周）控制，每次停頓時間控制在3～5 s，直至爐渣放凈。

采用氮氣吹掃后，放渣時刻爐渣中TFe含量顯著降低，渣中TFe含量平均為22.12%，基本達到冶煉終渣的TFe水平；而未采用氮氣吹掃爐次，渣中TFe含量達到了41.36%。因此，放渣時刻不采用氮氣吹掃對鋼鐵料消耗的影響較大。

2.4 爐渣返干控制及終渣FeO控制工藝

足量放渣導致脫碳期硅含量極低，易發生爐渣返干現象。由于出鋼結束要先進行倒渣，因此要控制終渣FeO含量不過高，從而降低鐵耗。

脫碳期操作如圖3所示。槍位按高-低控制，供氧強度按低-高控制，前期高槍位、相對低的供氧強度，提高渣中FeO含量，防止爐渣返干，后期低槍位、高供氧強度促進脫碳，降低終渣FeO含量，降低鐵耗［3］。

造渣料采用分批加入方式，在吹煉開始即加入鐵礦石等含鐵化渣劑以提高渣中FeO含量，防止爐渣返干，根據化渣情況可加入2～3批。控制每批加入量不過大，但須在高槍位控制階段加完。第一批加入：活性白灰40%、輕燒白云石40%、鐵礦石30%；第二批加入：活性白灰30%、輕燒白云石30%、鐵礦石40%；第三批加入：活性白灰30%、輕燒白云石30%、鐵礦石30%。冶煉終點前及時降槍，控制拉碳時間大于3 min，降低終渣FeO含量或采用底吹后攪工藝降低終渣FeO含量。

實踐認為，為了保護爐襯、覆蓋鋼液、減少金屬噴濺幾率，脫碳期渣料加入總量應不低于40 kg/t鋼，且控制終渣MgO含量在8%～12%。

2.5 “留渣+雙渣”快速生產工藝

“留渣+雙渣”工藝與常規煉鋼工藝相比，增加了放渣操作時間，為了不降低產能，不影響 “轉爐—精煉—連鑄”工序周期匹配，必須加快“留渣+雙渣”工藝過程，對此采取了以下主要措施：

（1）出鋼結束先倒渣，減少爐內渣量，同時對爐渣改質，從而縮短濺渣時間；

（2）放渣時控制氮氣吹掃時間在1.5 min以內，采用放渣一步到位，縮短放渣時間；

（3）控制脫碳期軟吹時間在4 min以內，提高冶煉總過程的供氧強度，縮短吹氧時間。

3 轉爐“留渣+雙渣”工藝對經濟技術指標的影響

2014年3月份以來，鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠全面推廣應用“留渣+雙渣”工藝，其中3～7月實施比率達到了18.6%，熔劑消耗、鋼鐵料消耗顯著降低，取得了顯著的經濟效益。以三工區180 t轉爐為例，闡述該工藝實施后對經濟技術指標的影響。

3.1 熔劑消耗

據測算，煉鋼爐渣溫度從1 680℃降低至1 350℃時，脫磷反應平衡常數可大幅度增加6個數量級以上［2］。“留渣+雙渣”工藝就是利用這個原理，使得上一爐的爐渣留渣固化后，在脫磷期重新獲得脫磷能力，從而降低了冶煉渣料消耗。采用“留渣+雙渣”工藝爐次與同期未采用此工藝的爐次熔劑消耗的對比如表1所示。由表1可以看出，石灰單耗降低15.2 kg/t，輕燒單耗降低5.6 kg/t。

表1 兩種工藝的熔劑消耗對比 kg/t

3.2 鋼鐵料消耗

采用氮氣吹掃的渣鐵分離技術可以將放渣時刻渣中的TFe含量降低到22%左右，與冶煉終渣TFe含量（平均21.66%）相當，減少了倒渣時金屬料的損失；冶煉終點僅倒出少量爐渣，避免了爐內剩鋼的流失，降低了鋼鐵料的損失。采用“留渣+雙渣”工藝爐次與同期未采用此工藝的爐次鋼鐵料消耗約降低1.53 kg/t。

3.3 氮氣消耗

采用氮氣吹掃渣面的渣鐵分離工藝平均吹掃時間1.5 min，采用先倒渣再濺渣的工藝濺渣時間縮短0.8 min，每爐鋼吹氮時間增加0.7 min，折算每噸鋼增加氮氣消耗約2.1 m3。

3.4 煤氣回收量

過程放渣中斷吹氧，導致煤氣回收時間縮短約2 min，折算影響噸鋼煤氣回收量為12.7 m3。

3.5 冶煉周期

采用“雙渣+留渣”工藝后，與常規單渣工藝相比，冶煉終點先倒渣及爐渣改質使得濺渣護爐時間縮短，同時由于前期放渣，后期脫磷率較為穩定，取消了非低磷鋼爐次冶煉終點等樣操作，縮短了等樣時間。但增加放渣時間且由于脫碳初期軟吹時間長，造成累計吹氧時間增加。

兩種工藝熔煉時間的對比如表2所示。由表2可以看出，“留渣+雙渣”工藝平均增加冶煉時間4.24 min。因此需根據生產節奏調整實施爐次，控制實施比率，減少對生產順行及產量的影響。

3.6 綜合效益分析

在生產時間充裕或產能低時采用 “留渣+雙渣”工藝，降低對產量的影響。經統計，在不考慮產量因素前提下，“留渣+雙渣”工藝與常規單渣法煉鋼工藝相比較，熔劑消耗降低9.78元/t鋼，鋼鐵料消耗降低3.54元/t鋼，氮氣成本增加0.42元/t鋼，煤氣回收成本增加0.71元/t鋼，合計成本降低12.19元/t鋼。

表2 兩種工藝轉爐操作時間的對比 min

4 結論

（1）開發了留渣及爐渣固化技術、爐渣流動性控制及高效脫磷技術、快速足量放渣及渣鐵分離技術、爐渣返干控制及終渣FeO控制等轉爐“留渣+雙渣”工藝相關的關鍵技術，解決了脫磷期脫磷率不穩定、過程放渣困難、放渣過程渣鐵分離不徹底、脫碳期的爐渣返干嚴重等技術難題。

（2）采用“留渣+雙渣”工藝后，縮短了濺渣護爐、等樣時間，但增加了放渣和吹氧時間，導致平均冶煉時間比常規單渣法增加4.24 min，因此應合理匹配“轉爐—精煉—連鑄”周期，控制轉爐“留渣+雙渣”工藝實施比率，避免影響產量。

（3）鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠全面推廣應用“留渣+雙渣”工藝，實施比率達到了18.6%，實施爐次熔劑、鋼鐵料等成本降低12.19元/t鋼。

［1］ Ogawa Y，Yano M，Kitamura S，et a1．Development of the Continuous Dephosphorization and Decarburization Process U-sing BOF［J］．Tetsu-to-Hagane，2001，87（1）：21-25.

［2］ 王新華,朱國森,李海波,等.氧氣轉爐“留渣+雙渣”煉鋼工藝技術研究［J］.中國冶金,2013,23（4）：41-44.

［3］ 蔣曉放，陳兆平.寶鋼轉爐少渣煉鋼的實踐 ［J］.寶鋼技術,2013（1）：8-12.