氧气转炉留渣+双渣炼钢工艺技术研究

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1、冶金之家网站氧气转炉“留渣+双渣”炼钢工艺技术研究王新华1，朱国森2，李海波2，吕延春2(1.北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083；2.首钢技术研究院，北京100043)摘要：首钢迁钢公司和首秦公司大规模采用了“留渣+双渣”转炉炼钢新工艺，大幅度减少了炼钢渣量和石灰、白云石消耗。文章介绍了其中所开发的3项重要技术：①脱磷阶段采用低碱度(w(CaO)/w(SiO2)∶1.3～1.5)和低MgO质量分数(≤7.5%)渣系，形成流动性良好和适度泡沫化炉渣，解决了脱磷阶段结束难以快速足量倒渣和渣中金属铁质量分数高这两大问题；②针

2、对脱磷阶段底吹搅拌弱问题，采用了低枪位和高供氧强度吹炼方法，利用顶吹氧气流加强金属熔池搅拌，获得了良好脱磷效果；③通过加快生产速度，特别是对“炼钢-精炼-连铸”生产合理组织调配，在转炉冶炼时间增加大约4min情况下，钢产量并没有减少。关键词：转炉炼钢；少渣；石灰消耗；脱磷；炉渣中国钢铁工业近20年来发展迅速，对国民经济快速增长发挥了重要作用，但在节省资源、能源和减少炉渣等固体废弃物排放等方面，目前面临着巨大的压力和挑战。以占中国产钢量90%以上氧气转炉炼钢为例，每年生产约6.2亿t粗钢，要产生6000万t以上炉渣，消耗3100万t以

3、上石灰和700万t以上轻烧白云石，而用于生产炼钢石灰和轻烧白云石的石灰石与生白云石矿产均为重要的不可再生资源。2001年Ogawa等[1]报道了新日铁开发的MURC转炉炼钢新工艺及其在8t转炉的试验情况，该工艺将转炉冶炼分为2个阶段，在第1阶段主要进行脱硅、脱磷，结束后倒出部分炉渣，然后进行第2阶段吹炼，吹炼结束后出钢但将炉渣保持在炉内，下一炉在炉内留渣情况下装入废钢、铁水，然后进行第1和第2阶段吹炼，并以此循环往复。近年来，新日铁陆续报道了MUCR工艺相关情况[2-10]，新日铁公司的大分、八幡、室兰、君津等钢厂采用了该工艺，产钢

4、占新日铁总产钢量55%左右，转炉炼钢石灰消耗减少40%以上，但对其中许多关键技术，如液态渣固化、脱磷阶段炉渣碱度、供氧参数、脱磷工艺、倒渣控制等基本没有报道。20世纪50～70年代，中国一些转炉钢厂在铁水硅、磷质量分数高时，为了降低石灰消耗，减少吹炼过程喷溅，改善脱磷效果，曾采用过出钢后留渣或“留渣+双渣”炼钢工艺。后来，随着高炉生产水平提高(铁水硅质量分数降低)，高磷铁矿石用量减少(铁水磷质量分数降低)，以及顾忌留渣造成铁水喷溅安全隐患，留渣或“留渣+双渣”炼钢工艺没有在更大规模推广采用。近年来中国国内钢厂开始试验采用“留渣+双渣

5、”转炉炼钢工艺，其中首钢在其迁钢公司5座210t复吹转炉和首秦公司3座100t复吹转炉大规模采用了该工艺方法，取得了炼钢石灰消耗减少47%以上，轻烧白云石消耗减少55%以上，渣量降低30%以上的效果。1首钢采用“留渣+双渣”炼钢工艺情况首钢迁钢公司第一和第二炼钢分厂共拥有5座210t顶底复吹转炉，氧枪采用5孔喷头，马赫数为2.0，供氧强度在3.3～3.4m3/(min·t)范围，年产钢810万t，主要产品包括汽车、家电用冷轧钢板、电工钢板、管线钢板、容器板、造船板等。首秦公司拥有3座100t顶底复吹转炉，氧枪采用4孔喷头，马赫数为2

6、.0，供氧强度在3.6～3.8m3/(min·t)范围，年产钢260万t，主要生产优质中厚板(管线、造船、桥梁、高层建筑、海洋平台用钢板等)。如图1所示，迁钢公司和首秦公司采用的氧气转炉“留渣+双渣”炼钢工艺主要包括以下环节：①转炉冶炼结束出钢后将炉渣留在炉内；②采用溅渣护炉将部分炉渣溅至炉衬表面加以固化，再补加一定量石灰、白云石对炉底液态渣进行固化；③对炉渣固化加以确认，然后装入废钢、铁水；④进行第1阶段吹炼(脱磷阶段)，结束后倒出炉内60%左右炉渣；⑤进行第2阶段(脱碳阶段)吹炼，结束后出钢，但将炉渣留在炉内，进入下炉次冶炼并以

7、此循环往复。冶金之家网站炼钢脱磷反应可由(1)式表示，图2为根据(2)式[10-11]计算得到的脱磷反应平衡常数与温度的关系。可以看到，温度对脱磷反应的影响非常显著，当温度由1680℃降低至1350℃时，脱磷反应平衡常数可大幅度增加6个数量级以上。“留渣+双渣”冶金之家网站炼钢工艺的基本原理便是利用转炉冶炼前期温度低这一有利于脱磷反应热力学条件，将上炉终渣(由于温度高已基本不具备脱磷能力)，用于下炉吹炼初期(由于温度低，炉渣重新具备脱磷能力)进行脱磷，并在温度上升至对脱磷不利之前，将炉渣部分倒出，然后加入少量渣料造渣进行第2阶段吹炼

8、(可进一步脱磷)。由于上炉炉渣可以被下炉再利用，因而能够大幅度减少炼钢石灰、轻烧白云石等原材料消耗和炼钢渣量。根据该工艺能够显著减少炼钢渣量的特点，首钢将其简称为“SGRS”工艺(SlagGenerationReducedSteelm