山鋼日照公司210t 轉爐少渣冶煉應用實踐

許維康

0 引言

目前全世界范圍內的鋼鐵企主要采用轉爐煉鋼方式。國內的鋼鐵企業，每生產1t鋼水需要消耗30～60kg石灰，8～30kg輕燒白云石或生燒白云石，并產生70～120kg轉爐爐渣。由于轉爐爐渣經濟價值低，所以降低造渣材料的消耗、實現少渣高效冶煉己成為轉爐煉鋼工藝的發展方向。山鋼集團日照公司煉鋼部自2018年開始在首鋼SGRS工藝基礎上，通過兩座轉爐共計6354爐次的試驗數據研究，得到并應用了適合該部門生產的轉爐少渣冶煉技術。

1 SGRS工藝簡介

SGRS工藝“留渣一雙渣”，該工藝國內最早在首秦公司和首鋼遷安進行推廣并試驗生產。該工藝與MURC法類似，屬于雙渣法，主要包含以下過程：（1）上一爐鋼出鋼后，留下脫碳渣;（2）進行液渣固化操作，并通過人工進行固化效果確認;（3）加入廢鋼和鐵水，進行脫磷吹煉，脫磷結束后進行一倒渣操作，將脫磷渣排掉;（4）進行脫碳操作，吹煉結束后出鋼、留渣，重復操作。工藝流程如圖1所示。因該工藝能有效的減少渣量，降低鋼鐵料消耗，故將其命名為SGRS（SlagGeneration ReducedSteelmaking）工藝[1]。

2 前期造渣的控制

轉爐造渣制度以使用石灰來保證渣中CaO含量、用鎂球來調節渣中MgO的含量、用生白云石來補充CaO和MgO，再根據轉爐的熱量平衡以及化渣情況用燒結礦（或礦石）來調節溫度為原則[2]。根據實際生產的鐵水溫度、鐵水中Si和P 的含量、鐵水比和爐渣堿度來確定具體渣料的種類以及數量。

2.1 前期造渣堿度控制

（1）石灰加入量。主要是根據鐵水中的[Si]和[P]含量來確定，采用經驗公式來確定，如式（1）所示。

WCaOeff=2.2×（W[Si]+W[P]）/（WCaOeff）×R×1000（1）

式中WCaOeff為石灰中的CaO有效含量;R為爐渣的堿度。

（2）石灰的熔解由于是石灰中的Ca0與爐渣中的FeO與Si02等形成新相低熔點化合物，鋼水的溫度比爐渣的熔點高50～200℃是冶煉的基本要求，這樣可以保證更好地促進石灰的熔化，從而提高石灰的利用率，除Fe0和CaF外，其他簡單氧化物的熔點都很高，它們在煉鋼溫度下難以單獨形成熔渣，實際上它們是形成多種低熔點的復雜化合物[3]。

轉爐在脫磷過程的造渣工藝中，石灰熔點高達2570℃，初渣中的Si02與石灰塊外圍的Ca0晶粒或者剛剛溶入初渣中的Ca0起反應，生成固態化合物Ca0·Si02，3Ca0·2Si02，2Ca0·Si02，3Ca0·Si02等，這些固態化合物的熔點分別為1550，1480，2130，2050℃[4]。綜上所述，冶煉初期生成低熔點的硅鈣石3Ca0·2Si02，才可以保證在較低的溫度下能迅速形成流動性好的熔渣，而硅鈣石的堿度R=1.4。依據此原理，通過兩座轉爐共計6354爐次的試驗數據可得：吹煉前期堿度控制在1.6～1.9時，爐渣的脫磷率較高且流動性最好。

2.2 前期渣中氧化鐵控制

吹煉前期，當爐渣堿度達到2.0左右時，石灰在熔化的過程中會伴隨有高熔點的2Ca0·Si02生成，此時會造成爐渣返干。爐渣中的Fe0能2Ca0·Si02結合主要生成熔點為1205℃的2Fe0·Si02，當爐渣Fe0含量偏高時，會與Ca0生成Ca0·Fe203，2Ca0·Fe203，Ca0·2Fe203等低熔點化合物。通過對兩座轉爐共計6354爐次的轉爐渣系進行研究可得：當轉爐前期爐渣（Fe0）>20%時，爐渣的熔點最低、流動性好，可獲得較高的脫磷、脫硫率，其中脫磷率最高可達到97%。

3 過程控制

3.1 過程加料控制

以SGRS為基礎，經過對兩個爐座共計21300爐的摸索和實踐得出，依照下爐鋼種將上爐終渣留下1/3～1/2的量，作為下爐冶煉的渣料，可使石灰的消耗量在單渣法基礎上減少5～8kg/t。針對本公司高爐鐵水條件，總結出轉爐“留渣”工藝物料加入標準為：頭批料加入堿度按1.5左右控制，終渣堿度按3.0左右控制。根據生產實際中轉爐終渣氧化性的強弱決定來留渣量，待脫磷期結束后，再根據實際情況倒爐倒渣，原則上要排盡爐渣。

對于吹煉前期氧槍槍位的控制，是能否迅速造渣形成泡沫渣的關鍵。若槍位過高，則會使攪拌不充分，導致石灰容易結團，石灰有效利用率低;反之又得不到足夠的Fe0，并且由于升溫太快導致前期脫磷效果差。因此，吹煉過程槍位的高低對爐內的石灰融化形成泡沫渣起著至關重要作用。該廠規定在開吹2-3min后，適當抬高槍位（100-200mm），如果爐渣變稠，可同時結合加入礦石的方法提高渣中的氧化鐵含量。參考物料平衡和熱平衡計算結果進行確定，通過實踐，轉爐開吹槍位較傳統單渣工藝提高0.1m，控制在距液面1.6m，氧氣流量控制由30000m3/h調整為32000m3/h，加強前期熔池攪拌;下槍著火30s后加入頭批料，嚴禁吹煉前加入回爐鐵等物料。

3.2 過程供氧控制

少渣煉鋼脫碳轉爐全過程頂吹氧槍槍位采用“高-低-低”三段式控制較為合理，由于入爐鐵水硅、錳含量較低，碳氧反應提前，渣量很少，前期槍位低會造成金屬噴濺，同時硅的減少給煉鋼初期成渣帶來困難，采用較高槍位操作便于快速成渣，增加吹煉前期渣中氧化鐵的含量，然后根據化渣情況逐步降低槍位[5]。通過對兩座轉爐共計6354爐次的轉爐渣系進行研究可得：少渣吹煉前期氧氣流量應適當降低，吹煉后期加大底吹氣體流量，這樣有利于減少鐵損和提高錳的收得率。

3.3 過程溫度控制

采用脫硫鐵水吹煉時，過程溫度控制是建立在合理選用造渣料和廢鋼用量的基礎上，以平衡因鐵水溫降和放熱元素減少而導致的熱量改變為原則。一般通過合理配比造渣料和廢鋼用量就可實現熱平衡。通過對兩座轉爐共計6354爐次的轉爐渣系進行研究可得：吹煉前期控制低溫，控制過程溫度，勁量使鋼水成分經TSO測量，溫度達到1580～1600℃、碳含量達到0.40%左右時，可滿足冶所有鋼中的終點需求，并且P含量低至0.006%。

4 結語

（1）吹煉前期堿度控制在1.6～1.9時，爐渣的脫磷率較高且流動性最好。

（2）當轉爐前期爐渣（Fe0）>20%時，爐渣的熔點最低、流動性好，可獲得較高的脫磷、脫硫率，其中脫磷率最高可達到97%。

（3）少渣吹煉前期氧氣流量應適當降低，吹煉后期加大底吹氣體流量，這樣有利于減少鐵損和提高錳的收得率。

（4）吹煉前期控制低溫，控制過程溫度，勁量使鋼水成分經TSO測量，溫度達到1580～1600℃、碳含量達到0.40%左右時，可滿足冶所有鋼中的終點需求，并且P含量低至0.006%。

【參考文獻】

[1]陳志平，王多剛，虞大俊，左康林.轉爐煉鋼少渣冶煉技術的探索實踐[J].寶鋼技術，2014（06）.

[2]趙素華，潘秀蘭，慧智.少渣煉鋼上藝的進步與展望[J]. 鞍鋼技術，2008（6）：13-16.

[3]王富亮，徐國義，李超，等.鞍鋼260t轉爐少渣冶煉實踐[J].鞍鋼技術，2013（4）：43-5.

[4]黃希枯.鋼鐵冶金原理[M].北京：冶金上業出版社，2002.

[5]趙廣諳，余海明.120t轉爐少渣煉鋼的工作實踐[J].新疆鋼鐵，2015（2）.