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

鋼鐵工業作為重要的基礎產業，近三十年來發展非常迅速，但在可持續發展的今天，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。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節：（1）轉爐出鋼結束后將液態爐渣留在爐內（不倒渣）；（2）出鋼后向爐底加入一定量石灰（白云石）或碳粉對液態渣進行固化，采用濺渣護爐將部分液態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。

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/鐵界面傳輸；（2）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節至關重要。

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（120kg/t鋼）。

當脫磷結束倒渣量達到2t時，隨“留渣”循環冶煉爐次增加，爐內渣量蓄積只有很緩慢增加，即便連續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，為獲得連續穩定的“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 液態終渣快速固化技術

采用“留渣”工藝，對上爐的液態渣必須加以固化，才能確保裝入鐵水時不發生激烈噴濺，引發重大安全事故。本研究對通過加入多量石灰或廢鋼直接冷卻對液態爐渣進行固化的方法進行過試驗，發現存在以下問題：（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渣進行冷卻固化，由于國內廢鋼尺寸不均衡，經常發生爐內廢鋼“搭棚”情況，爐底液態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”冶煉工業性試驗和推廣，基本掌握了“留渣”冶煉工藝的特點和規律，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，工作單位：本溪北營煉鋼廠