轉爐煉鋼少渣冶煉工藝淺談

摘 要：為了降低轉爐石灰消耗，減少渣量，提高金屬收得率，本鋼集團北營煉鋼廠開展了轉爐少渣冶煉工藝技術研究。通過大量實驗性研究對“雙渣法”和“留渣法”工藝對比，包括終渣快速固化、高效脫磷、爐渣物性控制、“轉爐-連鑄”生產組織與周期匹配等關鍵技術，最終選擇了適應于30t小轉爐快節(jié)奏生產的轉爐少渣冶煉工藝—“留渣法”少渣冶煉工藝。

關鍵詞：石灰消耗；少渣冶煉；脫磷；留渣法

鋼鐵工業(yè)作為重要的基礎產業(yè)，近三十年來發(fā)展非常迅速，但在可持續(xù)發(fā)展的今天，由于大量消耗資源、能源以及煙塵、爐渣等固體廢棄物排放等問題，在科技進步方面面臨著巨大壓力和挑戰(zhàn)。以氧氣轉爐煉鋼為例（國內轉爐鋼比率90%以上），每生產一噸鋼大約消耗40～60kg石灰，12～20kg輕燒白云石，并產生90～120kg爐渣（含14～25%FetO）。煉鋼爐渣經過熱悶、滾筒、水淬等工藝方法處理后，經濟價值很低。

為了降低轉爐石灰消耗，減少渣量，提高金屬收得率，本鋼集團北營煉鋼廠2014年度首先在4座50t轉爐開展了轉爐少渣冶煉工藝技術研究。通過大量實驗性研究對“雙渣法”和“留渣法”工藝對比，包括終渣快速固化、高效脫磷、爐渣物性控制、“轉爐-連鑄”生產組織與周期匹配等關鍵技術。最終選擇了轉爐少渣冶煉工藝—“留渣法”少渣冶煉工藝。

采用“留渣法”工藝包括以下工藝環(huán)節(jié)：（1）轉爐出鋼結束后將液態(tài)爐渣留在爐內（不倒渣）；（2）出鋼后向爐底加入一定量石灰（白云石）或碳粉對液態(tài)渣進行固化，采用濺渣護爐將部分液態(tài)渣濺至爐襯表面加以固化；（3）操作人員對爐渣固化效果確認后，裝入廢鋼、鐵水；（4）進行吹煉，吹煉過程不倒渣（5）吹煉結束，倒爐測溫、取樣時倒出部分爐渣（倒渣量：40～60%）；（6）進入下一循環(huán)。

采用“留渣”工藝：（1）由于爐渣再利用，可以大幅度減少煉鋼石灰、白云石等渣料消耗和煉鋼渣量；（2）煉鋼爐渣通常含14～25%FetO，渣量減少因而可以降低鋼鐵料消耗；（3）常規(guī)轉爐煉鋼，出鋼后留在爐內部分鋼水隨爐渣倒出。采用“留渣”工藝終點不倒渣，因而可以提高鋼水收得率。

1 少渣冶煉工藝綜述

1.1 高效脫磷工藝技術

常規(guī)氧氣轉爐煉鋼吹煉前期（吹煉4～6min時）脫磷率在30～40%[4]。與常規(guī)轉爐煉鋼相比，采用“留渣”工藝，由于初渣中已含1.5%以上P2O5（所留上爐終渣所致），而常規(guī)轉爐初渣幾乎不含P2O5，脫磷階段脫磷難度因此增加。如果在“留渣”工藝脫磷階段不能夠充分脫磷，勢必加重脫碳階段脫磷負擔，嚴重時會造成吹煉終點鋼水[P]不達標須進行后吹、補吹。因此，脫磷階段能否高效脫磷對“留渣”工藝具有非常重要意義。

在氧氣轉爐吹煉過程，通過調整供氧（槍位、供氧速率等）控制渣中FetO含量，進而控制爐渣/鐵液界面的氧位，表明在渣/鐵界面脫磷反應可以進行。由以上分析可知，“留渣”工藝脫磷階段高效脫磷的關鍵是：（1）加強鐵液熔池攪拌，促進熔池內部[P]向渣/鐵界面?zhèn)鬏敚唬?）通過調整供氧或加入鐵礦石（鐵皮）提高渣中FetO活度。

1.2 爐渣物性控制技術

采用“留渣”煉鋼工藝，脫磷階段能否快速化渣具有非常重要的意義。如倒渣量不足，便會出現爐內渣量逐爐蓄積、堿度不斷增加、化渣愈加困難的情況，最后導致“留渣”工藝脫磷期脫磷率下降影響終點磷含量。因此對于“留渣”工藝，前期槍位控制、供氧強度和物料加入等環(huán)節(jié)至關重要。

在“留渣”工藝脫磷階段爐渣FetO在9～15%范圍，為使爐渣在1400℃下全部熔化（均勻液相），爐渣堿度CaO/SiO2須控制在0.55～1.3范圍。考慮到脫磷需要較高堿度和渣中所含少量Al2O3、MnO等能夠適當擴大液相區(qū)范圍，因此為使爐渣充分熔化，爐渣堿度不宜高于1.

鐵水[Si]含量為0.50%，脫磷階段爐渣堿度為1.05，脫碳階段終渣堿度為2.9條件下，總渣量的2.8-3t。計算得到的終點倒渣量分別為1 t（約占總渣量的40%）和2t（約占總渣量的70%）時，脫磷階段爐渣堿度為1.30和1.10。當倒渣量不足時（僅為1t），后續(xù)爐次即便在脫磷階段不加入石灰，爐渣堿度也會很快超過2（難以全部熔化且流動性顯著降低），爐內蓄積渣量在第3爐即超過了所能容納爐渣的正常狀態(tài)（120kg/t鋼）。

當脫磷結束倒渣量達到2t時，隨“留渣”循環(huán)冶煉爐次增加，爐內渣量蓄積只有很緩慢增加，即便連續(xù)6爐采用“留渣”工藝冶煉，爐內渣量也少于3t（70kg/噸鋼）。由此可知，為獲得連續(xù)穩(wěn)定的“留渣”工藝運行效果，在鐵水[Si]含量為0.35～0.50%情況下，脫磷階段結束倒渣量應達到1.5-2.5t。

1.3 液態(tài)終渣快速固化技術

采用“留渣”工藝，對上爐的液態(tài)渣必須加以固化，才能確保裝入鐵水時不發(fā)生激烈噴濺，引發(fā)重大安全事故。本研究對通過加入多量石灰或廢鋼直接冷卻對液態(tài)爐渣進行固化的方法進行過試驗，發(fā)現存在以下問題：（1）如固化爐渣用石灰加入量多（包括白云石），會造成脫磷階段爐渣堿度和MgO含量過高，導致前期化渣困難，脫磷率低；（2）如通過裝入廢鋼對液態(tài)渣進行冷卻固化，由于國內廢鋼尺寸不均衡，經常發(fā)生爐內廢鋼“搭棚”情況，爐底液態(tài)渣因而不能被充分固化，存在重大安全隱患。

2 主要工藝技術指標

北營煉鋼廠采用“留渣”工藝與常規(guī)轉爐煉鋼工藝的指標對比分別見表。

3 結 論

1、通過轉爐“留渣”冶煉工業(yè)性試驗和推廣，基本掌握了“留渣”冶煉工藝的特點和規(guī)律，為今后北營煉鋼廠的少渣冶煉打下了基礎。

2、2014年12月三年期間，轉爐“留渣”工藝白灰消耗41.93kg/噸鋼，相比正常工藝平均降低13kg/噸鋼，總渣量降低20%。按50%“留渣”爐次比例計算過，可節(jié)約成本近700萬元/年。

3、轉爐在“留渣”冶煉條件下實行提高終點碳工藝，轉爐終點碳由實行“留渣”冶煉之前的倒爐率由“留渣”前的59%提高至78%；提高了合金回收率。

4、采用終渣快速固化技術后，絕大多爐渣固化時間控制在3min以內，在采用”留渣”工藝生產的6502爐次中，未發(fā)生任何鐵水噴濺事故。

參考文獻

[1]小川雄司，矢野正孝，北村信也，平田浩.転爐を用いた脫りん脫炭連続処理プロセスの開発，鉄と鋼，2001，Vol.87，No.1，p21-28

[2]巖崎正樹，松尾充高.製鋼技術開発の歩みと今後の展望，新日鉄技報，2011，第391號，p88-93

作者簡介：

姓名：石軍（1974.07），男，本科，助理工程師，遼寧科技學院冶金工程專業(yè)，工作單位：本溪北營煉鋼廠