八鋼120t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐留渣雙渣煉鋼工藝實(shí)踐

張浩，趙廣諳，陳廣華，張建春

（1.新疆八一鋼鐵股份有限公司；2.寶山鋼鐵股份有限公司）

八鋼120t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐留渣雙渣煉鋼工藝實(shí)踐

張浩1，趙廣諳1，陳廣華2，張建春2

（1.新疆八一鋼鐵股份有限公司；2.寶山鋼鐵股份有限公司）

文章介紹了八鋼120t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐采用留渣雙渣煉鋼新工藝實(shí)現(xiàn)了全量生產(chǎn)爐數(shù)為50%的比例，降低轉(zhuǎn)爐石灰消耗38.6%，降低白云石消耗45%，鋼鐵料消耗降低4.53kg／t。重點(diǎn)介紹留渣雙渣煉鋼工藝中控制爐渣流動(dòng)性的快速足量倒渣技術(shù)、高效脫磷技術(shù)、倒渣后快速成渣控制返干技術(shù)，以及通過縮短轉(zhuǎn)爐輔助時(shí)間、合理匹配的生產(chǎn)組織模式，在冶煉周期延長(zhǎng)4分50秒的情況下，取得了不降低轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量的實(shí)績(jī)。

少渣；脫磷；留渣；雙渣法

1　前言

通過減少轉(zhuǎn)爐鋼渣量降低鋼鐵料消耗，是煉鋼降低生產(chǎn)成本的主要途徑之一。2001年新日鐵宣布MURC工藝取得了良好效果[1]，但相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)并未進(jìn)行報(bào)道。國(guó)內(nèi)一些鋼廠為了降低輔料消耗，當(dāng)鐵水硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.6%時(shí)，采用了留渣或雙渣冶煉，如2012年首鋼遷鋼和首秦采用雙渣法工藝[2]，煉鋼石灰消耗分別降低47.3%和48.5%（遷鋼22.0kg/t.s，首秦32.1kg/t.s），輕燒白云石消耗分別降低了55.2%和70.0%（遷鋼8.0kg/t.s，首秦5.7kg/t.s），渣量分別減少32.6%和30.7%，鋼鐵料消耗分別降低了6.517kg/t. s和8.250kg/t.s，冶煉周期平均延長(zhǎng)4min。但當(dāng)鐵硅高時(shí)，通常不采用留渣操作，同時(shí)留渣操作存在以下問題：留渣量少、爐渣固化困難，連續(xù)爐次不連續(xù)留渣、脫磷期脫磷效率不高等諸多問題。

2015年八鋼在寶鋼技術(shù)團(tuán)隊(duì)的支持下，在120t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐采用了留渣雙渣工藝。該工藝顯著降低轉(zhuǎn)爐輔料消耗和轉(zhuǎn)爐煉鋼渣量渣量，目前八鋼120t轉(zhuǎn)爐留渣雙渣煉鋼工藝應(yīng)用比例達(dá)50%以上，降低轉(zhuǎn)爐石灰消耗38.6%(降至42kg／t鋼)，降低白云石消耗45%(降至21kg/t鋼)，鋼鐵料消耗降低4.53kg/t鋼，取得了顯著經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也解決了八鋼120t轉(zhuǎn)爐用高磷鐵水生產(chǎn)低磷鋼的難題。

2　轉(zhuǎn)爐雙渣脫磷原理及優(yōu)點(diǎn)

在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，磷很難被氧直接氧化而去除，只有在它的氧化物（P2O5）與（CaO）相結(jié)合，生成穩(wěn)定的復(fù)雜化合物，才能將磷固定在渣中。

2.1雙渣脫磷基本原理

充分利用溫度變化對(duì)脫磷反應(yīng)的影響（即低溫有利于脫磷）是轉(zhuǎn)爐雙渣法工藝的基本原理。煉鋼脫磷反應(yīng)[2]其反應(yīng)平衡常數(shù)Kp計(jì)算：

2[P]+5[O]=(P2O5)（1）logKp=log(αP2O5/(α[P]2.α[O]5))=43443/T-33.02（2）由(2)式可知，溫度對(duì)脫磷反應(yīng)的影響十分顯著，當(dāng)溫度由1680℃降低至1350℃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)。

從圖1中可以看出[1]，在轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)（溫度1630～1680℃)，脫磷反應(yīng)平衡常數(shù)在1.6×10-11～6.4×10-11，而在吹煉前期（溫度1320～1380℃），脫磷平衡常數(shù)范圍為1.8×10-6～1.7×10-7。由于溫度不同，吹煉前期脫磷反應(yīng)平衡常數(shù)較吹煉終點(diǎn)高出4個(gè)數(shù)量級(jí)以上（10000倍以上）。

圖1　轉(zhuǎn)爐冶煉前期與終點(diǎn)鋼水溫度的脫磷反應(yīng)平衡常數(shù)的比較

2.2轉(zhuǎn)爐雙渣法優(yōu)點(diǎn)

利用前一爐高堿度的脫碳爐渣自由CaO含量多，保留在下一爐脫硅脫磷期繼續(xù)使用，經(jīng)過前期脫磷后，前期渣倒出部分后，第二次吹煉可少渣冶煉，從而減少輔料和鋼鐵料消耗。

常規(guī)冶煉轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)渣(TFe)含量15%～25%，堿度3.0～4.0，轉(zhuǎn)爐雙渣法冶煉前期倒渣時(shí)渣中(TFe)含量7%～13%，堿度1.3～1.6。因此，既減少了石灰等造渣輔料消耗又能降低了鋼鐵料消耗。理論計(jì)算，前期渣倒出10～15t，渣量減少10%～15%，可降低鋼鐵料消耗4～7kg/t.s。

常規(guī)轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝。出鋼后留在爐內(nèi)的部分鋼水隨爐渣一起倒出，留渣雙渣法出鋼后不倒渣，可以提高鋼水收得率。如出鋼后留在轉(zhuǎn)爐內(nèi)的鋼水0.5～1.5t，噸鋼降低鋼鐵料消耗1.7～5.0kg/t.s。

3　八鋼留渣雙渣煉鋼工藝情況

工況簡(jiǎn)介：120t板坯產(chǎn)線2006年5月投產(chǎn)，具備400萬t/a產(chǎn)能?，F(xiàn)有3座120t轉(zhuǎn)爐、兩套噴吹脫硫和兩套KR攪拌脫硫鐵水預(yù)處理系統(tǒng)、4座9m弧、1800mm斷面板坯連鑄機(jī)、2座120t鋼包精煉爐、1座RH真空脫氣精煉處理系統(tǒng)。轉(zhuǎn)爐氧槍噴頭為4孔拉瓦爾型，馬赫數(shù)為2.0，直徑口Φ273mm，最大供氣流量25000 Nm3／h，夾角12.5°，喉口直徑36.6mm，平均壽命為220爐。轉(zhuǎn)爐復(fù)吹孔類型為多層環(huán)縫管式噴嘴和毛細(xì)管兩種，風(fēng)口數(shù)6個(gè)。底吹供氣強(qiáng)度設(shè)計(jì)為0.05～0.1Nm3/(t·min)，采用前期供氮，后期供氬強(qiáng)攪。120t轉(zhuǎn)爐產(chǎn)線與熱軋、冷軋及中厚板廠形成產(chǎn)品生產(chǎn)結(jié)構(gòu)網(wǎng)。產(chǎn)品己覆蓋汽車大梁鋼、管線鋼、橋梁鋼、容器板、工程機(jī)械用鋼、壓力容器、高建鋼、門板等。留渣雙渣煉鋼工藝流程見圖2。

圖2　留渣雙渣工藝示意圖

留渣雙渣轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝[2]其核心控制環(huán)節(jié)：（1）濺渣護(hù)爐時(shí)，液態(tài)終渣固化工藝研究；（2）人工對(duì)液態(tài)終渣固化狀態(tài)的再次確認(rèn)；（3）保持雙渣期間脫磷率大于50%，脫磷期高效脫磷技術(shù)；（4）脫磷期結(jié)束快速足量倒渣，結(jié)束后倒出60%的高P2O5含量的脫磷渣；（5）進(jìn)入脫碳階段普通工藝吹煉，出鋼結(jié)束后，將本爐終渣全部留入下一爐使用并以此循環(huán)使用。

4　留渣雙渣煉鋼工藝關(guān)鍵技術(shù)

4.1脫磷階段爐渣流動(dòng)性控制與足量倒渣

采用留渣雙渣煉鋼工藝，脫磷階段結(jié)束后能否快速倒出足量爐渣具有重要意義[2]。倒渣量不足會(huì)影響到生產(chǎn)：（1）爐內(nèi)渣量逐爐蓄積，堿度不斷增加，倒渣愈加困難的情況，造成生產(chǎn)無法繼續(xù)，循環(huán)被迫停止；（2）爐渣流動(dòng)性會(huì)逐爐變差，渣中裹入金屬鐵珠量大，鋼鐵料消耗增加：（3）倒渣困難會(huì)增加冶煉時(shí)間，爐內(nèi)渣量波動(dòng)也會(huì)對(duì)吹煉過程控制穩(wěn)定性造成很大影響。

能否快速倒出足量脫磷爐渣主要取決于爐渣流動(dòng)性控制，為此須做到：（1）爐渣充分熔化，不含未溶石灰顆粒以及MgO、2CaO·SiO等高熔點(diǎn)析出相；（2）爐渣具有較低粘度；（3）適當(dāng)提高脫磷階段溫度。

由圖3 CaO-Si02-Fe0系相圖系相圖[3]可知，在脫磷階段爐渣氧化鐵含量為(9%～15%)時(shí)，為使?fàn)t渣全部熔化(均勻液相)，爐渣堿度CaO／Si02須控制在1.3以下。考慮到渣中還含少量A1203、MnO等，能夠適當(dāng)擴(kuò)大該三元系液相區(qū)范圍，為使?fàn)t渣充分熔化，爐渣堿度不應(yīng)超過1.5。

圖3　CaO-Si02-Fe0系相圖

圖4　1400℃下Ca0-Si02-FeO系粘度

圖4為1400℃下Ca0-Si02-FeO系粘度值 (Pa· S)[3]，在脫磷階段爐渣氧化鐵含量9%～15%時(shí)，堿度在0.82～1.5時(shí)，爐渣具有較低的粘度(0.2～0.4 Pa· S)，而當(dāng)堿度超過1.5時(shí)，等粘度線變得密集，粘度值隨堿度增加而快速提高，爐渣流動(dòng)性顯著變差。

表1為八鋼公司120t轉(zhuǎn)爐鐵水狀況，因八鋼高爐鐵礦石來源較雜，高爐鐵水中磷的波動(dòng)較大。表2為目前八鋼用石灰理化指標(biāo)，較國(guó)內(nèi)一些大鋼廠的石灰質(zhì)量差（活性度＜300），國(guó)內(nèi)鋼廠煉鋼用自產(chǎn)石灰，活性度在350以上。通過對(duì)終渣的分析以及理論計(jì)算，八鋼120t轉(zhuǎn)爐全留渣后爐內(nèi)渣量約10t，二元堿度約3.5，脫磷期石灰加入約總量的30%即可達(dá)到1.5的堿度，滿足脫磷要求。

圖5為八鋼公司120t轉(zhuǎn)爐采用留渣雙渣煉鋼工藝。脫磷階段結(jié)束后倒渣量與爐渣堿度的關(guān)系可以看到，倒渣量隨堿度降低而增加，當(dāng)脫磷階段爐渣堿度控制在約1.5時(shí)，倒渣量可大于6.0t，保證了工藝順利穩(wěn)定運(yùn)行。

圖5　脫磷階段爐渣堿度對(duì)倒渣量的影響

為了使?fàn)t渣具有良好流動(dòng)性，還須對(duì)MgO含量進(jìn)行嚴(yán)格控制。八鋼120t轉(zhuǎn)爐脫磷期只加入0～4kg/t生白云石進(jìn)行調(diào)渣，球團(tuán)礦加入量大于8kg/t，脫磷期爐渣MgO含量控制在7.0%以下，倒渣量可在8t以上，能夠滿足雙渣穩(wěn)定運(yùn)行要求。

表1　八鋼高爐鐵水狀況

表2　八鋼石灰狀況

4.2倒渣時(shí)間控制

采用較低堿度和MgO含量渣系后，基本解決了因倒渣影響雙渣工藝穩(wěn)定運(yùn)行的難題。目前，八鋼120t轉(zhuǎn)爐脫磷階段倒渣量在5～8t(鐵水[Si]量變化影響)，如圖6所示，倒渣時(shí)間大于5分鐘后擋渣量增幅下降明顯，最佳倒渣時(shí)間在4.0～5.0分鐘。

圖6　倒渣時(shí)間與倒渣量的關(guān)系

4.3脫磷期高效脫磷技術(shù)

4.3.1脫磷期溫度控制

采用留渣雙渣煉鋼工藝后，爐內(nèi)初始渣中已經(jīng)1.45%以上的P205的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，與常規(guī)工藝相比，脫磷的難度加大。如果不能快速高效脫磷，就不能滿足鋼種對(duì)磷含量的要求，勢(shì)必影響轉(zhuǎn)爐的吹煉周期。因此從熱力學(xué)角度分析，脫磷期必須將溫度控制在合適范圍，才能提高脫磷率。如圖7所示，溫度在1350-1420℃時(shí)脫磷期脫磷率最佳，溫度過低頭批石灰難以融化，溫度過高則不利于脫磷。

圖7　脫磷率與脫磷期溫度的關(guān)系

4.3.2脫磷期低槍位高供氧強(qiáng)度

圖8　留渣雙渣煉鋼工藝生產(chǎn)過程鋼水磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)

根據(jù)轉(zhuǎn)爐化學(xué)反應(yīng)特點(diǎn)，前期脫磷時(shí)間只有4分鐘，且前期熔池溫度低碳氧反應(yīng)緩慢，熔池?cái)嚢枇^弱，為了提供足夠的動(dòng)力條件，脫磷期必須采用低槍位、大供氧強(qiáng)度進(jìn)行轉(zhuǎn)爐高效脫磷。具體操作：槍位控制較常規(guī)工藝降低100～200mm，脫磷階段供氧強(qiáng)度較常規(guī)工藝提高0.25Nm3／(min·t)。為了彌補(bǔ)采用低槍位、高強(qiáng)度供氧后帶來的渣中FetO含量較低的問題，在脫磷階段分批次加入礦石，調(diào)節(jié)爐渣的足夠氧化鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)。留渣雙渣煉鋼工藝生產(chǎn)過程鋼水磷含量見圖8。脫磷期結(jié)束磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.030%～0.045%，平均為0.40%；脫磷階段脫磷率為50%～58%，平均為56.5%；轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)能夠控制在0.004%～0.010%，滿足了相應(yīng)鋼種的冶煉要求。

4.4生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)績(jī)

4.4.1爐渣的循環(huán)利用

圖9　留渣雙渣煉鋼工藝循環(huán)周期中各爐次的倒渣量實(shí)例

圖9為留渣雙渣煉鋼工藝一個(gè)循環(huán)周期中各爐次的倒渣量實(shí)例。每爐次脫磷結(jié)束倒渣量約在4.3～7.3t，循環(huán)結(jié)束后終點(diǎn)爐渣量為11.8t。

4.4.2降低渣量消耗

圖10　石灰、白云石單耗對(duì)比

圖11　兩種工藝鋼鐵料對(duì)比

批量試驗(yàn)階段：2015年5月在120t轉(zhuǎn)爐進(jìn)行雙渣法批量試驗(yàn)，按照每天白班5爐安排試驗(yàn)生產(chǎn)，共50爐，涉及15個(gè)出鋼記號(hào)，其中磷高保留1爐，有2爐等渣罐來不及未前期倒渣，另有6爐倒渣量很少，其余倒渣量波動(dòng)在30%～60%。留渣雙渣法石灰和白云石合計(jì)噸鋼消耗55.9kg/t.s，比2014年下降9.6kg。

生產(chǎn)應(yīng)用階段：2015年6月4日開始在二煉鋼進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用。圖10數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，二煉鋼石灰和白云石單耗分別為40.33kg和20.09kg，二煉鋼采用雙渣法石灰和輕燒白云石單耗合計(jì)分別比常規(guī)冶煉下降8.94kg和7.77kg。使用普通石灰，鐵水Si含量約0.50%，采用雙渣工藝渣量為75kg/t，普通工藝渣量為108kg/t。雙渣工藝比普通工藝降低33kg/t，降低比例30.5%。渣量的降低和TFe含量的變化，如圖11所示，合計(jì)鋼鐵料消耗降低4.53 kg/t鋼。

5　結(jié)論

120t轉(zhuǎn)爐采用留渣雙渣煉鋼工藝技術(shù)后，煉鋼過程原輔材料的消耗大大降低，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，截止到2015年年底，八鋼留渣雙渣煉鋼工藝應(yīng)用比例達(dá)到50.5%，降低轉(zhuǎn)爐石灰消耗38.6%，降低白云石消耗45%。

留渣雙渣工藝，槍位控制采用低槍位、高強(qiáng)度供氧，調(diào)節(jié)爐渣的足夠的氧化鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)，實(shí)現(xiàn)了脫磷階段脫磷率平均為55.6%；轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)能夠控制在0.06%～0.012%，滿足了相應(yīng)鋼種冶煉要求；通過控制脫磷期爐渣控制小于氧化鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于15%終點(diǎn)不倒渣模式，爐渣渣量減少30.5%，降低鋼鐵料消耗4.53kg/t鋼。

[1]Y Ogawa,M.Yano,S.Kitamura and H.Hiram，Development of the Continuous Dephosphorizafion and Decarburization Process UsingBOF,Tetsu-to-Hagane，V01.87(2001)：21～28.

[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，2012，23(4)：40～46.

[3]E.T.Turkdogan，F(xiàn)undamentals ofSteelmaking，Carlton Home Terrace，London，1996.

Practice of Remaining Slag Double Slag Process at 120t Combined-blowing BOF in Bayi Steel

ZHANGHao1，ZHAOGuang-an1，CHENGuang-hua2，ZHANGJian-chun2
（1.XinjiangBayiIron&Steel Co.,Ltd；2.Baoshan Iron&Steel Co.,Ltd）

The newtechnologyofdouble slagsteelmakingslagwas adopted torealize the full amount for 50%ofthe production furnace,reducing 38.6%lime consumption of converter,reducing consumption of dolomite 45%,iron and steel material consumption by 4.53 kg/t at 120 t the combined-blowing converter in Bayi steel.Leave double slag steelmaking technology was introduced in this paper,the control of fast enough to pour slag fluidity,high efficient dephosphorization technology,quick return dry slag control technology,and by shortening the converter auxiliary time,and the reasonable matchingofproduction organization model.Although this process prolonged steelmakingperiod for 4 minutes 50 seconds, but there is noreduction steel output in converter steel-making.

less slag；dephosphorization；remainingslag；double slagprocess

TF729.5

B

1672—4224（2016）02—0026—05

聯(lián)系人：張浩，男，30歲，本科，工程師，烏魯木齊（830022）新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鋼廠

E-mail：zhanghao@bygt.com.cn