轉(zhuǎn)爐“留渣+雙渣”少渣煉鋼工藝實(shí)踐

李偉東 ，楊明 ，何海龍 ，劉鵬飛 ，喬冠男

（1.鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021；2.鞍鋼股份有限公司科技質(zhì)量部，遼寧 鞍山 114021）

少渣煉鋼是指轉(zhuǎn)爐冶煉總渣量極少化的一種煉鋼工藝。少渣煉鋼一般加入渣料的主要目的是保護(hù)爐襯、覆蓋鋼液、減少金屬噴濺，而不再是為了脫P(yáng)、脫S，因此少渣煉鋼的前提條件是鐵水必須經(jīng)過(guò)預(yù)處理。目前常用的少渣煉鋼工藝有兩種，一種是鐵水預(yù)處理脫硅、脫磷、脫硫的三脫處理，然后轉(zhuǎn)爐冶煉；另一種是轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法冶煉，這兩種少渣煉鋼工藝均需對(duì)鐵水預(yù)處理或轉(zhuǎn)爐進(jìn)行較大的設(shè)備改造才能夠?qū)崿F(xiàn)，因此在推廣上受到一定的限制。轉(zhuǎn)爐“留渣+雙渣”工藝不僅能夠降低轉(zhuǎn)爐冶煉渣量和鋼鐵料消耗，降低生產(chǎn)成本，而且不需要進(jìn)行設(shè)備改造就能實(shí)現(xiàn)，同時(shí)能夠?yàn)橐睙挼土卒撎峁┍Ｕ?，從而擴(kuò)大低磷鋼品種范圍，

2001年，新日鐵開(kāi)發(fā)的MURC轉(zhuǎn)爐雙渣工藝工業(yè)試驗(yàn)取得成功，但相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)報(bào)道較少。2012年，首鋼開(kāi)發(fā)成功SGRS轉(zhuǎn)爐“留渣+雙渣”工藝，在首鋼遷鋼公司和首秦公司推廣，也取得了較好的效果。鞍鋼2013年開(kāi)始開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)爐 “留渣+雙渣”工藝，通過(guò)工業(yè)試驗(yàn)，逐步掌握了相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，并陸續(xù)應(yīng)用在各噸位轉(zhuǎn)爐上。本文主要以鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠180 t轉(zhuǎn)爐為例，介紹鞍鋼開(kāi)發(fā)的“留渣+雙渣”工藝相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。

1 轉(zhuǎn)爐“留渣+雙渣”工藝簡(jiǎn)介

1.1 新日鐵MURC工藝概述

MURC工藝流程如圖1所示。該工藝將轉(zhuǎn)爐冶煉分為2個(gè)階段，在第1階段主要進(jìn)行脫硅、脫磷，結(jié)束后倒出部分爐渣，然后進(jìn)行第2階段吹煉，吹煉結(jié)束后出鋼，但將爐渣保持在爐內(nèi)，下一爐在爐內(nèi)留渣情況下裝入廢鋼、鐵水，然后進(jìn)行第1和第2階段吹煉，并以此循環(huán)往復(fù)［1］。

1.2 首鋼SGRS工藝概述

SGRS工藝流程見(jiàn)圖2。遷鋼公司和首秦公司采用的氧氣轉(zhuǎn)爐“留渣+雙渣”煉鋼工藝主要包括以下環(huán)節(jié)：

（1）轉(zhuǎn)爐冶煉結(jié)束出鋼后將爐渣留在爐內(nèi)；

（2）采用濺渣護(hù)爐將部分爐渣濺至爐襯表面加以固化，再補(bǔ)加一定量的石灰、白云石對(duì)爐底液態(tài)渣進(jìn)行固化；

（3）爐渣固化情況確認(rèn)后裝入廢鋼、鐵水；

（4）進(jìn)行第1階段吹煉（脫磷階段），結(jié)束后倒出爐內(nèi)60%左右爐渣；

（5）進(jìn)行第2階段（脫碳階段）吹煉，結(jié)束后出鋼，但將爐渣留在爐內(nèi)，進(jìn)入下?tīng)t次冶煉，并以此循環(huán)往復(fù)［2］。

1.3 轉(zhuǎn)爐“留渣+雙渣”煉鋼工藝的關(guān)鍵技術(shù)

從MURC和SGRS兩種工藝的對(duì)比可以看出，核心均是采用“留渣+雙渣”工藝，原理均是利用轉(zhuǎn)爐冶煉前期溫度低這一有利于脫磷的反應(yīng)熱力學(xué)條件，將上爐終渣（由于溫度高已基本不具備脫磷能力）用于下?tīng)t吹煉初期（由于溫度低，爐渣重新具備脫磷能力）進(jìn)行脫磷，并在溫度上升至對(duì)脫磷不利之前，將爐渣部分倒出，然后加入少量渣料造渣進(jìn)行第2階段吹煉（可進(jìn)一步脫磷）［2］。兩者的不同在于SGRS工藝是在MURC工藝基礎(chǔ)上，為了保證兌鐵安全性，增加了液態(tài)渣的固化確認(rèn)環(huán)節(jié)。

從目前的公開(kāi)報(bào)道看，首鋼針對(duì)SGRS工藝在脫磷階段爐渣流動(dòng)性控制、氧槍槍位、供氧速率控制以及對(duì)爐渣的固化確認(rèn)技術(shù)方面進(jìn)行了較全面的研究和實(shí)踐，但對(duì)其他關(guān)鍵技術(shù)的報(bào)道極少，例如脫磷期脫磷率不穩(wěn)定、過(guò)程放渣困難、放渣過(guò)程渣鐵分離不徹底、脫碳期的爐渣返干嚴(yán)重等技術(shù)難題。

2 轉(zhuǎn)爐“留渣+雙渣”工藝實(shí)踐

2014年3月以來(lái)，鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠在180 t轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行了轉(zhuǎn)爐”留渣+雙渣“工藝實(shí)踐。

2.1 留渣及爐渣固化工藝

上爐出鋼后，先倒渣，然后根據(jù)爐渣情況進(jìn)行爐渣改質(zhì)，濺渣護(hù)爐，加少量輕燒白云石、加廢鋼稠渣，然后兌鐵。

先倒渣的目的是保持爐內(nèi)渣量恒定，便于縮短濺渣護(hù)爐時(shí)間，并固化脫磷期初始條件，穩(wěn)定脫磷期操作，通過(guò)控制倒渣過(guò)程轉(zhuǎn)爐傾翻角度控制爐內(nèi)渣量。爐渣改質(zhì)采用含C和MgO的專(zhuān)用濺渣劑進(jìn)行，根據(jù)爐渣狀態(tài)調(diào)整加入量，爐渣過(guò)氧化情況下適當(dāng)提高加入量。在鐵水硅含量較高時(shí)，濺渣護(hù)爐過(guò)程加輕燒白云石稠渣，或在濺渣護(hù)爐結(jié)束后加入輕燒白云石，通過(guò)搖爐處理使輕燒白云石與熔渣充分作用。此操作不僅能夠固化爐渣，還能提高脫磷期爐渣堿度，但須控制加入量，180 t轉(zhuǎn)爐控制加入量不超過(guò)2 t，否則影響脫磷期爐渣流動(dòng)性，從而影響脫磷率。

2.2 爐渣流動(dòng)性控制及高效脫磷工藝

脫磷期爐渣中含有一定的P2O5，同時(shí)為了快速倒出足夠的脫磷渣，堿度不易過(guò)高，這些因素對(duì)脫磷不利，經(jīng)過(guò)工業(yè)實(shí)踐逐步形成了如下控制工藝。

脫磷期堿度控制在1.2～1.6。主要依靠?jī)惰F前加入輕燒白云石調(diào)整，如果鐵水硅含量過(guò)高，輕燒白云石加入量超過(guò)2 t，則采用部分或全部活性石灰替代，控制渣料加入量不過(guò)高有利于脫磷期快速形成利于倒渣的泡沫渣。脫磷期吹氧開(kāi)始后，盡量不加入輕燒白云石和白灰等造渣料。脫磷期供氧和槍位操作如圖3所示。

其中頂吹供氧強(qiáng)度、底吹氣體攪拌強(qiáng)度均按上限控制，目的是加強(qiáng)熔池的攪拌，促進(jìn)渣鐵界面磷的傳輸，提高渣中磷的分配比。

槍位操作按低-高控制，前期低槍位快速脫硅，快速提高溫度達(dá)到快速成渣，放渣前高槍位操作，配合礦石加入，提高渣中FeO，從而乳化爐渣，便于放渣操作的順利進(jìn)行。

采用該技術(shù)后，在鐵水磷含量平均0.075%前提下，放渣時(shí)刻磷含量一般控制在0.025%～0.040%。脫磷期脫磷率的分布如圖4所示，由圖4可以看出，脫磷率最高約達(dá)65%。

2.3 快速足量放渣及渣鐵分離工藝

脫磷期吹煉4～6 min，選擇爐渣活躍時(shí)倒?fàn)t放渣，抬槍后，首先采用氮?dú)獯祾咴?，促進(jìn)渣鐵分離，吹掃時(shí)間控制在1～3 min，吹掃槍位控制在4～6 m，待渣成塊甩出后開(kāi)始倒渣。倒渣要求一步即將爐體傾動(dòng)至75°～80°，然后緩慢搖爐至近乎水平位置開(kāi)始放渣。要求爐渣盡可能多放，控制爐內(nèi)殘?jiān)啃∮?/4。

為能夠快速足量倒渣，傾翻檔位控制要保證80°以內(nèi)時(shí) 2 檔以上速度（1 min/周）不停頓，80°以上按1檔速度（2 min/周）控制，每次停頓時(shí)間控制在3～5 s，直至爐渣放凈。

采用氮?dú)獯祾吆?，放渣時(shí)刻爐渣中TFe含量顯著降低，渣中TFe含量平均為22.12%，基本達(dá)到冶煉終渣的TFe水平；而未采用氮?dú)獯祾郀t次，渣中TFe含量達(dá)到了41.36%。因此，放渣時(shí)刻不采用氮?dú)獯祾邔?duì)鋼鐵料消耗的影響較大。

2.4 爐渣返干控制及終渣FeO控制工藝

足量放渣導(dǎo)致脫碳期硅含量極低，易發(fā)生爐渣返干現(xiàn)象。由于出鋼結(jié)束要先進(jìn)行倒渣，因此要控制終渣FeO含量不過(guò)高，從而降低鐵耗。

脫碳期操作如圖3所示。槍位按高-低控制，供氧強(qiáng)度按低-高控制，前期高槍位、相對(duì)低的供氧強(qiáng)度，提高渣中FeO含量，防止?fàn)t渣返干，后期低槍位、高供氧強(qiáng)度促進(jìn)脫碳，降低終渣FeO含量，降低鐵耗［3］。

造渣料采用分批加入方式，在吹煉開(kāi)始即加入鐵礦石等含鐵化渣劑以提高渣中FeO含量，防止?fàn)t渣返干，根據(jù)化渣情況可加入2～3批?？刂泼颗尤肓坎贿^(guò)大，但須在高槍位控制階段加完。第一批加入：活性白灰40%、輕燒白云石40%、鐵礦石30%；第二批加入：活性白灰30%、輕燒白云石30%、鐵礦石40%；第三批加入：活性白灰30%、輕燒白云石30%、鐵礦石30%。冶煉終點(diǎn)前及時(shí)降槍?zhuān)刂评紩r(shí)間大于3 min，降低終渣FeO含量或采用底吹后攪工藝降低終渣FeO含量。

實(shí)踐認(rèn)為，為了保護(hù)爐襯、覆蓋鋼液、減少金屬噴濺幾率，脫碳期渣料加入總量應(yīng)不低于40 kg/t鋼，且控制終渣MgO含量在8%～12%。

2.5 “留渣+雙渣”快速生產(chǎn)工藝

“留渣+雙渣”工藝與常規(guī)煉鋼工藝相比，增加了放渣操作時(shí)間，為了不降低產(chǎn)能，不影響 “轉(zhuǎn)爐—精煉—連鑄”工序周期匹配，必須加快“留渣+雙渣”工藝過(guò)程，對(duì)此采取了以下主要措施：

（1）出鋼結(jié)束先倒渣，減少爐內(nèi)渣量，同時(shí)對(duì)爐渣改質(zhì)，從而縮短濺渣時(shí)間；

（2）放渣時(shí)控制氮?dú)獯祾邥r(shí)間在1.5 min以內(nèi)，采用放渣一步到位，縮短放渣時(shí)間；

（3）控制脫碳期軟吹時(shí)間在4 min以內(nèi)，提高冶煉總過(guò)程的供氧強(qiáng)度，縮短吹氧時(shí)間。

3 轉(zhuǎn)爐“留渣+雙渣”工藝對(duì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的影響

2014年3月份以來(lái)，鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠全面推廣應(yīng)用“留渣+雙渣”工藝，其中3～7月實(shí)施比率達(dá)到了18.6%，熔劑消耗、鋼鐵料消耗顯著降低，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。以三工區(qū)180 t轉(zhuǎn)爐為例，闡述該工藝實(shí)施后對(duì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的影響。

3.1 熔劑消耗

據(jù)測(cè)算，煉鋼爐渣溫度從1 680℃降低至1 350℃時(shí)，脫磷反應(yīng)平衡常數(shù)可大幅度增加6個(gè)數(shù)量級(jí)以上［2］?！傲粼?雙渣”工藝就是利用這個(gè)原理，使得上一爐的爐渣留渣固化后，在脫磷期重新獲得脫磷能力，從而降低了冶煉渣料消耗。采用“留渣+雙渣”工藝爐次與同期未采用此工藝的爐次熔劑消耗的對(duì)比如表1所示。由表1可以看出，石灰單耗降低15.2 kg/t，輕燒單耗降低5.6 kg/t。

表1 兩種工藝的熔劑消耗對(duì)比 kg/t

3.2 鋼鐵料消耗

采用氮?dú)獯祾叩脑F分離技術(shù)可以將放渣時(shí)刻渣中的TFe含量降低到22%左右，與冶煉終渣TFe含量（平均21.66%）相當(dāng)，減少了倒渣時(shí)金屬料的損失；冶煉終點(diǎn)僅倒出少量爐渣，避免了爐內(nèi)剩鋼的流失，降低了鋼鐵料的損失。采用“留渣+雙渣”工藝爐次與同期未采用此工藝的爐次鋼鐵料消耗約降低1.53 kg/t。

3.3 氮?dú)庀?/h3>

采用氮?dú)獯祾咴娴脑F分離工藝平均吹掃時(shí)間1.5 min，采用先倒渣再濺渣的工藝濺渣時(shí)間縮短0.8 min，每爐鋼吹氮時(shí)間增加0.7 min，折算每噸鋼增加氮?dú)庀募s2.1 m3。

3.4 煤氣回收量

過(guò)程放渣中斷吹氧，導(dǎo)致煤氣回收時(shí)間縮短約2 min，折算影響噸鋼煤氣回收量為12.7 m3。

3.5 冶煉周期

采用“雙渣+留渣”工藝后，與常規(guī)單渣工藝相比，冶煉終點(diǎn)先倒渣及爐渣改質(zhì)使得濺渣護(hù)爐時(shí)間縮短，同時(shí)由于前期放渣，后期脫磷率較為穩(wěn)定，取消了非低磷鋼爐次冶煉終點(diǎn)等樣操作，縮短了等樣時(shí)間。但增加放渣時(shí)間且由于脫碳初期軟吹時(shí)間長(zhǎng)，造成累計(jì)吹氧時(shí)間增加。

兩種工藝熔煉時(shí)間的對(duì)比如表2所示。由表2可以看出，“留渣+雙渣”工藝平均增加冶煉時(shí)間4.24 min。因此需根據(jù)生產(chǎn)節(jié)奏調(diào)整實(shí)施爐次，控制實(shí)施比率，減少對(duì)生產(chǎn)順行及產(chǎn)量的影響。

3.6 綜合效益分析

在生產(chǎn)時(shí)間充?；虍a(chǎn)能低時(shí)采用 “留渣+雙渣”工藝，降低對(duì)產(chǎn)量的影響。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在不考慮產(chǎn)量因素前提下，“留渣+雙渣”工藝與常規(guī)單渣法煉鋼工藝相比較，熔劑消耗降低9.78元/t鋼，鋼鐵料消耗降低3.54元/t鋼，氮?dú)獬杀驹黾?.42元/t鋼，煤氣回收成本增加0.71元/t鋼，合計(jì)成本降低12.19元/t鋼。

表2 兩種工藝轉(zhuǎn)爐操作時(shí)間的對(duì)比 min

4 結(jié)論

（1）開(kāi)發(fā)了留渣及爐渣固化技術(shù)、爐渣流動(dòng)性控制及高效脫磷技術(shù)、快速足量放渣及渣鐵分離技術(shù)、爐渣返干控制及終渣FeO控制等轉(zhuǎn)爐“留渣+雙渣”工藝相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，解決了脫磷期脫磷率不穩(wěn)定、過(guò)程放渣困難、放渣過(guò)程渣鐵分離不徹底、脫碳期的爐渣返干嚴(yán)重等技術(shù)難題。

（2）采用“留渣+雙渣”工藝后，縮短了濺渣護(hù)爐、等樣時(shí)間，但增加了放渣和吹氧時(shí)間，導(dǎo)致平均冶煉時(shí)間比常規(guī)單渣法增加4.24 min，因此應(yīng)合理匹配“轉(zhuǎn)爐—精煉—連鑄”周期，控制轉(zhuǎn)爐“留渣+雙渣”工藝實(shí)施比率，避免影響產(chǎn)量。

（3）鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠全面推廣應(yīng)用“留渣+雙渣”工藝，實(shí)施比率達(dá)到了18.6%，實(shí)施爐次熔劑、鋼鐵料等成本降低12.19元/t鋼。

［1］ Ogawa Y，Yano M，Kitamura S，et a1．Development of the Continuous Dephosphorization and Decarburization Process U-sing BOF［J］．Tetsu-to-Hagane，2001，87（1）：21-25.

［2］ 王新華,朱國(guó)森,李海波,等.氧氣轉(zhuǎn)爐“留渣+雙渣”煉鋼工藝技術(shù)研究［J］.中國(guó)冶金,2013,23（4）：41-44.

［3］ 蔣曉放，陳兆平.寶鋼轉(zhuǎn)爐少渣煉鋼的實(shí)踐 ［J］.寶鋼技術(shù),2013（1）：8-12.