中磷鐵水高效冶煉工藝淺析

□ 馬理杰 董尉民 王海霞 王 剛

中磷鐵水高效冶煉工藝淺析

□ 馬理杰 董尉民 王海霞 王 剛

介紹了安鋼3號(hào)高爐投產(chǎn)后的鐵水情況。根據(jù)150 t轉(zhuǎn)爐工藝特點(diǎn)，對(duì)中磷鐵水冶煉重點(diǎn)和脫磷機(jī)理進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。通過(guò)采取留渣操作，實(shí)行少渣冶煉工藝，在保證脫磷效果的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了造渣料消耗和鋼鐵料消耗的進(jìn)一步降低，有效地實(shí)踐了低成本生產(chǎn)原則。

轉(zhuǎn)爐； 高效冶煉；脫磷

在鋼鐵市場(chǎng)持續(xù)低迷的嚴(yán)峻形勢(shì)下，依托先進(jìn)工藝裝備優(yōu)勢(shì)，深入挖掘工藝潛力，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，是鋼鐵企業(yè)應(yīng)對(duì)鋼價(jià)深度下滑、搶占市場(chǎng)生存空間的共同目標(biāo)。安鋼第二煉軋廠3座150t轉(zhuǎn)爐承接了公司2/3的煉鋼產(chǎn)能，針對(duì)3號(hào)高爐投產(chǎn)后鐵水條件，在過(guò)程操作、工藝優(yōu)化方面進(jìn)行了積極的嘗試，促進(jìn)了鋼鐵料消耗、渣料消耗等的持續(xù)降低，有效地降低了煉鋼生產(chǎn)成本。

一、基本工藝概況

1. 裝備情況

該廠裝備有3座150t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐、1座1 300t混鐵爐、3座雙工位LF精煉爐、1座RH真空精煉爐、1座VD真空精煉爐、1臺(tái)3 500mm超寬板坯連鑄機(jī)、2臺(tái)常規(guī)板坯連鑄機(jī)、1臺(tái)方（圓）坯連鑄機(jī)。3座轉(zhuǎn)爐均配備副槍系統(tǒng)和二級(jí)煉鋼模型，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化煉鋼。

2. 生產(chǎn)組織特點(diǎn)

針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中工藝路徑和物流銜接交叉、沖突頻繁，充分利用MES系統(tǒng)，采用”冶煉時(shí)刻表”生產(chǎn)組織模式，即圍繞鑄機(jī)生產(chǎn)節(jié)奏，以鑄機(jī)開(kāi)澆時(shí)刻倒推確定精煉、煉鋼、鐵水預(yù)處理等各環(huán)節(jié)的生產(chǎn)時(shí)序，指導(dǎo)各崗位在限定時(shí)間內(nèi)完成鐵水準(zhǔn)備、兌鐵、冶煉、出鋼、精煉、吊運(yùn)等作業(yè)，保證生產(chǎn)過(guò)程中定時(shí)、高效、有序的物流銜接。

3. 原料條件

3號(hào)高爐投產(chǎn)之后，日產(chǎn)鐵達(dá)10 000t，全部由3座150t轉(zhuǎn)爐消化，約占該廠鐵水消耗量的60%～70%。其鐵水磷含量偏高，平均在0.093%，鐵水溫度平均在1 330℃，見(jiàn)表1。

煉鋼用石灰有效氧化鈣含量平均在89%，活性度平均為390ml，基本可以滿足冶煉需求，見(jiàn)表2。

二、中磷鐵水冶煉工藝重點(diǎn)

1. 快速脫磷需求

為了滿足公司鐵鋼平衡和轉(zhuǎn)爐—連鑄間爐機(jī)匹配需求，轉(zhuǎn)爐冶煉周期控制在30～35min，純供氧時(shí)間在12～16min。根據(jù)脫磷熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)條件，”早化渣、化好渣”，充分利用冶煉前期低溫特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)快速脫磷。

2. 低渣量需求

高堿度有利于脫磷，但過(guò)高的堿度會(huì)帶來(lái)爐渣不化、惡化熔池傳質(zhì)等副作用。因此，在滿足爐渣堿度（3.2～3.5）要求的基礎(chǔ)上，合理調(diào)整渣料結(jié)構(gòu)，優(yōu)化過(guò)程操作，實(shí)現(xiàn)少渣冶煉，以減少渣料消耗，降低成本。

三、工藝實(shí)踐

1. 轉(zhuǎn)爐脫磷反應(yīng)機(jī)理

轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程發(fā)生在鋼渣間的脫磷反應(yīng)主要是：

從而可得出脫磷的條件：

（1）溫度。因?yàn)槊摿追磻?yīng)是強(qiáng)放熱過(guò)程，因此低溫有利于脫磷。但是低溫不利于化渣，難以獲得高堿度的泡沫渣，所以采取中溫脫磷最好。

（2）高堿度、高氧化鐵的熔渣。因?yàn)榱讖?qiáng)烈地氧化，并使生成的五氧化二磷結(jié)合成穩(wěn)定的磷酸鈣。LP隨氧化鈣及氧化鐵含量的增加而提高。為了達(dá)到較高的LP，對(duì)于一定的堿度，(%FeO)和(%CaO)/(%FeO)比值應(yīng)有適宜值。前者為14%～18%，后者為2.5%～3.0%。(%CaO)/ (%FeO)值較大時(shí)，αFeO會(huì)降低，不僅磷氧化困難，而且石灰也難于溶解，但比值過(guò)低時(shí)，αCaO又降低了，不利于穩(wěn)定磷酸鹽的形成。

（3）熔池內(nèi)脫磷反應(yīng)是在渣、鋼界面上進(jìn)行，脫磷速率決定于渣、鋼兩側(cè)的傳質(zhì)速率。保持良好的爐渣流動(dòng)性和必要的泡沫化長(zhǎng)度，增大渣、鋼反應(yīng)界面，創(chuàng)造良好的渣、鋼接觸條件，對(duì)促進(jìn)脫磷反應(yīng)有積極作用。因此，充分的攪拌、適當(dāng)?shù)娜鄢販囟饶芡苿?dòng)渣、鋼接觸，是促進(jìn)脫磷反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件。

磷的平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系如圖1所示。

由圖1可以看出，吹煉至終點(diǎn)時(shí)，爐渣在高溫下脫磷能力非常弱。但是，如果把這部分高堿度的爐渣留到下一爐使用，可以大大提高前期渣的堿度，有助于轉(zhuǎn)爐吹煉前期快速成渣，再充分利用前期熔池溫度低的優(yōu)勢(shì)，二者結(jié)合，可以顯著提高冶煉中前期脫磷深度，而且能夠節(jié)約石灰，降低金屬鐵損失。

2. 合理控制鐵水成分,穩(wěn)定原料條件

鐵水入廠后，通過(guò)MES系統(tǒng)在線反饋的鐵水信息，采用混鐵爐—鐵水包、鐵水罐—鐵水包直接折兌兩種模式，以折兌為主，以混鐵爐出鐵為輔，對(duì)鐵水成分、溫度進(jìn)行合理的均勻化調(diào)整，盡量穩(wěn)定入爐鐵水成分，使鐵水[Si]≤0.60%的比例控制在85%以上，為轉(zhuǎn)爐穩(wěn)定操作提供良好的原料條件。

3. 實(shí)行留渣操作,提高冶煉前期脫磷效率

轉(zhuǎn)爐終渣具有堿度高、溫度高、氧化鐵含量高的特點(diǎn)，出鋼后將部分或全部爐渣留在爐內(nèi)參與下一爐次的吹煉，促進(jìn)脫磷點(diǎn)。

該工藝的基本原理為：利用低溫有利于脫磷反應(yīng)的熱力學(xué)基本原理，在轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)，由于溫度較高，鋼水中磷含量較低，爐渣已經(jīng)不具備脫磷能力，轉(zhuǎn)爐終渣留在爐內(nèi)，在下一爐吹煉前期由于溫度較低，鐵水中磷含量較高，爐渣重新具備脫磷能力。該工藝重復(fù)利用了上爐留渣，能夠降低石灰、輕燒白云石消耗，因此產(chǎn)渣量降低；同時(shí)，由于在轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束后爐渣留在爐內(nèi)，避免了常規(guī)工藝因倒渣而導(dǎo)致的轉(zhuǎn)爐內(nèi)殘鋼隨爐渣倒出引起的鋼鐵料損失。

留渣操作時(shí)，開(kāi)吹槍位較常規(guī)吹煉時(shí)降低了100～200 mm，在前期渣形成后適當(dāng)提高槍位，提高爐渣泡沫化程度；同時(shí)，加大供氧流量，強(qiáng)化熔池?cái)嚢瑁龠M(jìn)熔池內(nèi)部[P]向渣/鐵界面?zhèn)鬏?，加入鐵礦石和燒結(jié)返礦來(lái)提高渣中氧化鐵活度。從而保證了在吹煉前期盡快形成泡沫化良好的爐渣，前期渣脫磷效率達(dá)到50%以上。為了避免爐渣在爐內(nèi)大量富集造成劇烈噴濺，要求每隔3～5爐倒渣1次，重新加入石灰和白云石造渣，以提高爐渣的磷容量。

需要特別注意的是，濺渣護(hù)爐時(shí)要合理調(diào)節(jié)槍位和氮?dú)饬髁?，確保爐渣濺得起、粘得上，爐渣過(guò)稀時(shí)，要加入石灰或白云石調(diào)渣、降溫、固化，以免兌鐵時(shí)發(fā)生激烈噴濺。

4. 充分利用燒結(jié)返礦,降低出鋼溫度

當(dāng)冶煉中期熔池溫度達(dá)到1 500℃以上時(shí)，爐渣的脫磷能力大大降低，溫度過(guò)高時(shí)，脫磷反應(yīng)甚至?xí)嫦蜻M(jìn)行，發(fā)生”回磷”現(xiàn)象。因此，在吹煉過(guò)程中要小批量、多批次加入燒結(jié)返礦，嚴(yán)格控制熔池升溫速度，避免溫度過(guò)高，終點(diǎn)溫度一般控制在1 630℃左右。

5. 加入鋼水改質(zhì)劑,避免出鋼回磷

出鋼過(guò)程中在合金加完后，在鋼包內(nèi)加入鋼水改質(zhì)劑200～300kg，消除合金化對(duì)終渣性質(zhì)和脫磷反應(yīng)的影響。

四、應(yīng)用效果

1. 鋼鐵料消耗、渣料消耗同步降低

采用少渣冶煉工藝快速脫磷，較常規(guī)冶煉工藝石灰消耗降低7kg/t，總渣料消耗降低8kg/t，渣料成本降低28元/t，鋼鐵料消耗降低1.92kg/t。指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表3。

2. 脫磷效率略有提高

對(duì)Q235B鋼種隨機(jī)抽查常規(guī)冶煉與少渣冶煉各100爐進(jìn)行對(duì)比，平均脫磷效率略有提高，結(jié)果見(jiàn)表4。

3. 經(jīng)濟(jì)效益

采用少渣冶煉時(shí)鋼鐵料消耗降低1.92kg/t，渣料消耗降低8kg/t，月產(chǎn)按45萬(wàn)噸鋼計(jì)算，合計(jì)每年可節(jié)約成本3 900萬(wàn)元。

五、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)煉鋼終渣的功能性循環(huán)再利用實(shí)現(xiàn)少渣冶煉，在降低石灰消耗的同時(shí)，提高了吹煉過(guò)程轉(zhuǎn)爐脫磷效率，也減少了爐渣帶走的鐵損，有利于鋼鐵料消耗指標(biāo)的控制，成為安鋼在降低煉鋼成本、實(shí)施低成本戰(zhàn)略的重要支撐?！?/p>

[1]劉效森，王念欣，賈崇雪，等.濟(jì)鋼120t轉(zhuǎn)爐留渣操作工藝的實(shí)踐[J].河北冶金，2010（4）.

[2]張祥遠(yuǎn). 120t轉(zhuǎn)爐少渣冶煉試驗(yàn)研究[J].中國(guó)科技縱橫，2014（4）.

[3]馬勇，萬(wàn)雪峰，曹東，等. 鞍鋼超低磷鋼生產(chǎn)實(shí)踐[J].鞍鋼技術(shù)，2012（5）.

(作者單位:安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司,河南安陽(yáng)455004)

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1002-1779 （2015） 03-0032-02