酒鋼煉軋廠SGRS工藝探索實踐

張豐紅

摘 要：該文主要介紹SGRS工藝，SGRS工藝的核心內容及主要優點，結合現階段酒鋼鐵水條件，設備特點及SGRS工藝特點，對SGRS工藝在酒鋼應用的現狀及存在的問題進行分析，倒不出足量前期高效脫磷渣是酒鋼SGRS工藝的主要問題，因此對SGRS工藝進行優化，進行了多爐次試驗，試驗爐次鐵水硅含量在0.41%～0.67%之間，鐵水磷含量在0.010 9%～0.133%之間，實驗前期爐次石灰加入較理論計算稍多，其余爐次基本按照理論計算操作，并通過計算優化冶煉過程操作，基本都能夠倒出足量脫磷階段爐渣，達到降低石灰消耗及轉爐總渣量，降低鋼鐵料消耗的目的，對實際生產具有指導意義。

關鍵詞：SGRS工藝 生產優化 石灰消耗 鋼鐵料消耗

中圖分類號：TF713 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）02（a）-0042-03

鋼鐵工業作為重要的基礎產業，近30年來發展非常迅速，其中尤為中國鋼鐵工業的崛起令人矚目。在高度重視可持續發展的今天，鋼鐵工業在節省資源、能源和減少爐渣、煙塵等固體廢棄物排放方面，面臨著巨大壓力和挑戰；氧氣轉爐每生產一噸鋼，大約消耗40～60 kg石灰，12～20 kg輕燒白云石，并產生90～110 kg爐渣；煉鋼爐渣經過熱悶，滾筒等方法處理后，主要用作路基石料，經濟價值很低。

SGRS是Slag Generation Reduced Steelmaking的英文縮寫，意為“少渣冶煉”，在酒鋼又叫“留渣——雙渣”，以下通稱SGRS工藝，日本新日鐵最早在轉爐開發應用了轉爐SGRS工藝，降低了40%石灰消耗和30%渣量。自2011年3月開始，遷鋼在5座210 t頂底復吹轉爐和首秦公司3座100 t頂底復吹轉爐上對轉爐SGRS工藝開展了試驗研究。遷鋼和首秦公司采用SGRS工藝產鋼比率分別達到了79.1%和81.1%，噸鋼石灰消耗分別降低了47.3%和41.1%（遷鋼降低至22.0 kg/t，首秦降低至37.2 kg/t），輕燒白云石消耗分別降低了55.2%和56.6%（遷鋼降低至8.0 kg/t，首秦降低至8.2 kg/t），轉爐煉鋼渣量減少30%左右，鋼鐵料消耗分別降低了6.07 kg/t和6.31kg/t。

因此，SGRS工藝的應用，首先，可以大幅度減少煉鋼石灰，白云石等渣料消耗和煉鋼渣量，而且，煉鋼爐渣含14%～26%FctO，渣量減少可以降低鋼鐵料消耗。其次，外排爐渣主要為脫磷階段低堿度渣，不含自由CaO，可以簡化爐渣處理。再次，常規轉爐出鋼后留在爐內鋼水隨爐渣倒出，采用SGRS工藝終點不倒渣，可以提高鋼水收得率。

1 SGRS工藝核心及主要優點

1.1 SGRS工藝核心

（1）改變傳統轉爐排出高堿度的脫碳爐渣而轉向排放低堿度、高P2O5含量的脫磷爐渣，降低煉鋼原輔材料的消耗；（2）將上爐終渣（高溫下已基本不具備脫磷能力），用于下爐吹煉前期（由于溫度低，爐渣重新具備脫磷能力）；（3）充分利用吹煉初期有利于脫磷反應的熱力學條件；（4）在溫度上升至對脫磷不利之前將爐渣部分倒出，加入渣料造渣進行。

1.2 SGRS的主要優點

（1）大幅度減少煉鋼石灰、白云石等渣料消耗和煉鋼渣量；（2）煉鋼爐渣含14%～23%Tfe，渣量減少可以降低鋼鐵料消耗；（3）常規轉爐出鋼后留在爐內鋼水隨爐渣倒出，SGRS工藝終點不倒渣，可以提高鋼水收得率；（4）外排爐渣主要為脫磷階段低堿度渣，可以簡化爐渣處理。

2 SGRS工藝在酒鋼應用的現狀及存在的問題

圖1和表1反應了酒鋼SGRS工藝的流程路線和冶煉周期核算。

酒鋼從2012年11月開始展開了對SGRS工藝的實驗和實踐，現如今已取得一定的效果和成績，制定了比較完善的工藝安全操作規程，尤其在去年鐵水條件差的情況下，保證了區域各項指標的順利完成。并且，通過實踐應用，該廠已完全掌握了SGRS工藝中的關鍵技術要點。

但是，隨著近期鐵水條件的變化，在執行工藝的過程中出現了前期倒渣倒渣量不足，倒不出，爐內渣量逐爐蓄積、堿度不斷增加、倒渣愈加困難的情況，SGRS工藝無法接續、循環中途停止；倒渣不順增加冶煉時間；爐內渣量波動對吹煉過程控制穩定性造成波動；爐內流動性控制不好，渣中“鐵珠”量多的諸多問題隨之出現。關于SGRS工藝技術，國際、國內文獻少之又少，各種報道也是只報道應用后取得的成果，對各類關鍵技術和參數很少提及，再加上各個鋼廠實際情況不同，現階段，酒鋼工藝執行過程中存在的主要問題是倒不出足量前期高效脫磷渣的問題，因此，我們有必要展開對SGRS工藝中存在的問題進行研究并對工藝進行優化。

3 對SGRS工藝優化的研究

能否快速倒出足量脫磷階段爐渣，主要取決于對倒渣階段流動性的控制，而倒渣階段爐渣的流動性控制主要取決于控制爐渣的組成。從該廠實驗前期取得的倒渣時期渣樣數據分析來看，爐渣堿度基本分在1.5～2.2之間，當快速脫磷階段在1.5左右及較低FeO條件下具有較高的爐渣流動性，當爐渣堿度上升到1.5之后，爐渣流動性迅速降低，當然，爐渣堿度太低爐渣流動性亦會變差。因此，從該廠實際情況及轉爐加料方式來看，前期堿度過高，是倒渣時期制約爐渣流動性及倒渣量的主要因素。

現階段酒鋼鐵水條件鐵水硅含量一般在0.4%～0.65%

之間，磷含量在0.10%～0.13%之間，鐵水溫度在1 265 ℃～1 315 ℃之間。因此，對鐵水硅含量在0.4%～0.65%之間的SGRS工藝進行優化，對實際生產具有指導意義。以我廠轉爐生產普碳低合金鋼為例，終渣CaO含量平均為48%，普碳終渣堿度平均為3，入爐鐵水48 t，平均出鋼量53 t，由于條件限制所留終渣一般在1 t左右（現階段廢鋼條件下，鐵水硅含量在0.4%～0.65%之間時終渣一般在1 t左右），假設倒渣階段脫硅反應已全部完成，我們可以通過計算得到鐵水硅含量在0.4%～0.65%（主要計算了鐵水硅含量在0.4%、0.45%、0.5%、0.55%、0.6%、0.65%時的數據）之間時，前期倒渣量對噸鋼石灰（我廠石灰有效CaO約85%，SiO2約3.5%）消耗的影響。

從表2可以看出隨著倒渣量的增大，石灰噸鋼消耗逐漸下降，而且，隨著鐵水硅含量的升高，噸鋼石灰消耗下降的更快，在倒出50%前期渣的情況下，我們可以根據將終渣堿度配到3.0的要求計算得到需要加入的石灰量如表3（計算的石灰都是倒完前期渣時加入的）。

從表3中可以看出鐵水硅含量在0.4%～0.65%之間時，SGRS工藝每爐鋼只需加入882～1 549 kg石灰，石灰噸鋼消耗減少12.7～18.4 kg，從這里我們可以看出SGRS工藝的巨大優越性，且隨著入爐造渣料的減少，噸鋼產生的爐渣也將減少，轉爐鋼鐵料消耗也將隨之降低。因此，對SGRS工藝進行優化研究，倒出足量的脫磷階段爐渣，保證SGRS工藝發揮最大優勢，意義深遠。

為了倒出足量高效脫磷渣，我們必須控制好快速脫磷階段爐渣物性，快速脫磷階段爐渣的流動性，不僅和爐渣堿度有關，而且與渣中氧化鎂和氧化鐵含量有關，由于從前期我們試驗的結果來看，制約該廠爐渣物性的主要因素是快速脫磷階段的爐渣堿度，因此，結合該廠實際情況，終點留渣1 t，鐵水硅含量在0.4%～0.65%之間時，可以計算得到在將轉爐前期渣堿度配至1.15時頭批料所需要加入的石灰（假設鐵水硅元素已全部被氧化）。

從表4可以看出在終點留渣量在1 t的情況下，每爐鋼頭批料加入石灰221～591 kg以上時，就可以獲得堿度大于1.15的爐渣物性較好的前期爐渣。此時爐渣粘度較低，爐渣流動性較好，能夠倒出足量且“鐵珠”少的爐渣，以上在頭批料少加石灰時，各種數據條件與一般情況下現階段該廠實際比較接近，前期倒渣時期爐渣的堿度情況，從實際結果來看，也是基本相符的。因此SGRS工藝執行時，我們頭批料可以少加石灰。用白云石來固化爐渣，氧化鐵皮平衡前期溫度。

實際上，SGRS工藝還與轉爐終點留渣量有關，由于該廠設備限制，轉爐終點留渣較難控制，留渣量太少，SGRS工藝優勢發揮明顯，太多影響正常冶煉過程。因此，在實踐中，操作者應該將轉爐留渣量控制在合理的水平。

4 SGRS工藝優化后的效果

通過以上理論計算和分析，我們在2015年10月26日～12月6日期間進行了多爐次試驗，試驗爐次鐵水硅含量在0.41%～0.67%之間，鐵水磷含量在0.010 9%～0.133%之間，實驗前期爐次石灰加入較理論計算稍多，其余爐次基本按照理論計算操作，基本都能夠倒出足量脫磷階段爐渣，實驗36爐次，其中3爐次終點磷不符合出鋼要求。倒爐終點溫度在1 608 ℃～1 693 ℃之間，終點磷最低溫度至0.008%，最高至0.041%，平均在0.020%左右。磷高爐次基本是由于終點溫度較高或者廢鋼中有降級生鐵。該工藝基本能滿足生產要求。

5 結論

（1）能否足量倒出前期脫磷階段爐渣是SGRS工藝能否發揮優勢的關鍵，因此，我們必須控制好前期脫磷階段爐渣物性，主要是爐渣的堿度；（2）一般鐵水條件下，轉爐前期倒渣量越大，SGRS工藝降石灰效果越明顯；與傳統工藝相比，SGRS工藝能大幅降低轉爐石灰消耗；（3）硅含量在0.4%～0.65%之間時，SGRS工藝執行時，頭批料可以少量加入的石灰，頭批料需加入的量在221～591 kg以上，重點留渣量要適中。

參考文獻

[1] SGRS工藝在遷鋼的應用[R].煉鋼，2012：23-32.

[2] 王新華.全國高校少渣煉鋼會議[R].2012.

[3] 高澤平.煉鋼工藝學[M].北京：冶金工業出版社，2013.