120t轉(zhuǎn)爐少渣煉鋼的工藝實踐

趙廣諳,俞海明

（新疆八一鋼鐵股份有限公司）

1 前言

少渣煉鋼是一個特定條件下的冶金工程概念[1]，即在煉鋼過程中，通過脫硅、脫磷等工藝手段，減少轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中的渣料使用量，使得產(chǎn)生的鋼渣量在噸鋼70kg以下。留渣操作是指將高堿度的轉(zhuǎn)爐鋼渣，在冶煉結(jié)束以后不倒出轉(zhuǎn)爐，留在轉(zhuǎn)爐內(nèi)，利用轉(zhuǎn)爐鋼渣的高堿度、渣中氧化鐵含量高、磷容量范圍較大的特點，參與下一爐次的冶煉。冶金工作者從理論上和實踐中都已經(jīng)得出共同的結(jié)論[2]，合適的渣量是轉(zhuǎn)爐冶煉過程中脫磷、脫碳的必要條件，也是防止轉(zhuǎn)爐吹煉過程中金屬料飛濺，保持熔池溫度快速升溫的基本條件。但是隨著爐渣量的增加，鋼水中間的氧含量相應(yīng)的增加，從渣中流失的金屬鐵的量增加，諸多的不利因素較多，工業(yè)固廢處理的成本增加，對于環(huán)境和社會的負面影響加大。少渣操作的前提是轉(zhuǎn)爐入爐鐵水條件和廢鋼條件，滿足轉(zhuǎn)爐少渣冶煉的要求，即低硅低磷的成分要求，留渣操作是有助于少渣煉鋼工藝實施的一種工藝創(chuàng)新。因此，許多煉鋼廠積極探索少渣煉鋼工藝，一些鋼廠的實踐表明，少渣煉鋼工藝能夠節(jié)能降耗，對降低煉鋼生產(chǎn)成本有積極意義。

長期以來，某鋼鐵企業(yè)（簡稱該廠）煉鋼產(chǎn)線3×120t的轉(zhuǎn)爐，存在鋼渣量大、鋼鐵料消耗偏高等問題，嚴重制約了該條煉鋼生產(chǎn)線的生存與發(fā)展。該廠通過借鑒學(xué)習(xí)國內(nèi)先進鋼廠采取少渣煉鋼工藝的成功經(jīng)驗，結(jié)合自身裝備的生產(chǎn)狀況開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的少渣煉鋼工藝。

2 轉(zhuǎn)爐少渣煉鋼的工藝路線

常見的少渣煉鋼工藝路線有如下的四種[3]:

（1）第一種是傳統(tǒng)的煉鋼工藝，歐美各國的煉鋼廠多采用這種模式，即鐵水先脫硫預(yù)處理后，再轉(zhuǎn)爐煉鋼。通常轉(zhuǎn)爐煉鋼渣量占金屬量的10%以上，轉(zhuǎn)爐渣中FeO含量在17%。此外，渣中還含有約8%的鐵珠，該工藝鋼鐵料消耗高。

（2）第二種煉鋼工藝是先在鐵水溝、混鐵車或鐵水罐內(nèi)進行鐵水“三脫”預(yù)處理，然后在復(fù)吹轉(zhuǎn)爐進行少渣煉鋼，這種工藝的不足之處是脫磷前必須先脫硅，廢鋼比低(≤5%)，脫磷渣堿度過高，難于利用。

（3）第三種煉鋼工藝是20世紀90年代中后期日本各大鋼廠試驗研究成功的轉(zhuǎn)爐鐵水脫磷工藝，該工藝解決了超低磷鋼的生產(chǎn)難題。與第二種工藝路線的明顯區(qū)別是脫磷預(yù)處理移到轉(zhuǎn)爐內(nèi)進行，轉(zhuǎn)爐內(nèi)自由空間大，反應(yīng)動力學(xué)條件好，生產(chǎn)成本較低。具體工藝是采用兩座轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)作業(yè)，一座脫磷，另一座接受來自脫磷爐的低磷鐵水脫碳，即“雙聯(lián)法”。典型的雙聯(lián)法工藝流程為：高爐鐵水+鐵水預(yù)脫硫+轉(zhuǎn)爐脫磷+轉(zhuǎn)爐脫碳+爐外精煉+連鑄。由于受設(shè)備和產(chǎn)品的限制，也有在同一座轉(zhuǎn)爐上進行鐵水脫磷和脫碳的操作模式，類似傳統(tǒng)的“雙渣法”。

（4）第四種煉鋼工藝是對第三種煉鋼工藝進行了改進，與第三種工藝的明顯不同是將部分脫碳渣(約8%)返回脫磷轉(zhuǎn)爐，脫磷后的鐵水進入脫碳轉(zhuǎn)爐脫碳。該工藝是目前渣量最少、最先進的轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)純凈鋼的工藝路線。

在上述四種轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝路線中，后三種煉鋼工藝鐵水經(jīng)過“三脫”預(yù)處理后再脫碳煉鋼，能夠做到少渣操作。四種轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝路線的渣量比較見圖1。

圖1 不同工藝的少渣煉鋼的比較

從圖1可以看出，后三種煉鋼工藝的噸鋼渣量低于70kg／t。國外專家認為，少渣煉鋼是在轉(zhuǎn)爐煉鋼時，每噸金屬料加入的石灰量低于20 kg，脫碳爐每噸鋼水的渣量低于30 kg。值得指出的是，如果將脫磷轉(zhuǎn)爐每噸金屬料產(chǎn)生的20～40 kg脫磷渣也視為煉鋼渣，那么少渣煉鋼工藝流程的總渣量約為50～70 kg?？傊?，轉(zhuǎn)爐少渣煉鋼必須以鐵水預(yù)處理為前提條件。鐵水“三脫”預(yù)處理后，鐵水中的硅、磷和硫含量基本上達到了煉鋼吹煉終點的要求,爐渣的基本功能就是參與脫碳和脫磷。

從一些煉鋼廠應(yīng)用的成效顯示，少渣煉鋼工藝的效果顯著：

（1）造渣用石灰加入量明顯減少，降低了渣料消耗和能耗，噴濺少，鐵損低，減少了鋼渣的排放。

（2）渣量少，氧的利用效率高，吹煉終點鋼水中氧含量低，余錳高，合金元素收得率較高，從而降低了生產(chǎn)成本。

（3）少渣煉鋼工藝終點命中率高，改善了鋼水的純凈度，為生產(chǎn)超純凈鋼創(chuàng)造了條件。

（4）少渣煉鋼，對于鐵水中間的硅含量的要求較低，高爐可以實現(xiàn)低Si冶煉，這一條件對于降低高爐焦比和出鐵溫度，降低成本有積極的意義。

（5）煉鐵原料結(jié)構(gòu)能夠有較大的優(yōu)化空間，對于降Si提Fe,提高入爐礦品位有促進作用。

3 該廠少渣煉鋼的實踐

3.1 轉(zhuǎn)爐的工藝技術(shù)參數(shù)

公稱容量：3×120t

總裝入量：135～145t

吹煉的模式為頂?shù)纵o吹。

轉(zhuǎn)爐用石灰的成分：CaO為90%;SiO2為1.5%;活性度為310ml。

該廠的120t轉(zhuǎn)爐的情況較為特殊，即鐵水的硫和硅含量波動大，冶煉使用的鐵水的脫硫比例控制在45%，廢鋼的情況波動較大，煉鋼使用的主要渣料石灰的成分波動較大，所以留渣操作的工藝路線不確定的因素較多。所以按照常規(guī)的留渣操作，試驗3個月后，由于以下的工藝原因，被迫廢棄。

（1）留渣以后，某廠采用的是先加廢鋼，后兌加鐵水的工藝，兌加鐵水時，產(chǎn)生了不同程度的噴濺和噴火事故。

（2）留渣操作以后，轉(zhuǎn)爐在下槍開吹的時候，出現(xiàn)爐渣覆蓋在鐵水表面，有時不易打著火和點火不暢，前期轉(zhuǎn)爐溢渣現(xiàn)象頻繁。

（3）留渣操作帶來的轉(zhuǎn)爐脫磷難度增加，在冶煉低磷鋼的時候，成分控制增加了難度。

所以如何優(yōu)化轉(zhuǎn)爐的少渣煉鋼，是一項復(fù)雜的工藝難題。

3.2 留渣工藝路線的確定

為了在2014年推廣留渣技術(shù)，分析發(fā)現(xiàn)，留渣操作，渣中的氧化鐵與鐵水中的C、Si、Mn元素發(fā)生反應(yīng)，生成的大量CO易引發(fā)的噴濺和噴火。其反應(yīng)的方程式如下[4]：

根據(jù)反應(yīng)式（1）可知：

設(shè)ΡCO=0.9×101kPa=90kPa（爐氣中間90%的成分為CO）

考慮到以上的情況后，成功企業(yè)的做法大多數(shù)是預(yù)先加入一部分的渣料石灰，由于不同的情況，該廠不能夠復(fù)制成功廠家的做法，故該廠采用了以下的工藝方法：

（1）在轉(zhuǎn)爐的濺渣護爐工藝結(jié)束以后，直接向轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)加入石灰石1000kg，然后再加入廢鋼，廢鋼以轉(zhuǎn)爐的爐坑渣渣鐵和各類回收廢鋼為主。

（2）轉(zhuǎn)爐下槍點火后，然后再加入部分的渣輔料，在有溢渣現(xiàn)象征兆時，加入500～1000kg的含碳鎂球，在降解渣中氧化鐵的同時，調(diào)整爐渣的粘度，起到消泡抑制溢渣的目的。

（3）轉(zhuǎn)爐冶煉低碳鋼的時候，渣中的氧化鐵過高，向渣中加入含鐵的鎂球?qū)τ跔t渣進行改質(zhì)，改質(zhì)后爐渣較稀的爐次，不進行留渣作業(yè)。

在采取以上的措施后，某廠的留渣作業(yè)順利實施，得以實施。

3.3 實踐結(jié)果

自2014年12月開始，經(jīng)過1個月的運行，該廠的留渣少渣煉鋼的效益逐漸顯現(xiàn)，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）石灰消耗實現(xiàn)歷史性的突破，從48kg/t鋼降低到36kg/t鋼。

（2）冶煉的氧耗逐步降低，留渣冶煉的氧耗比傳統(tǒng)工藝冶煉的氧耗低1m3/t鋼。

（3）轉(zhuǎn)爐冶煉的鋼鐵料消耗有明顯的降低，噸鋼的鋼鐵料消耗降低0.96kg。

（4）轉(zhuǎn)爐渣處理的成本出現(xiàn)大幅度的降低，轉(zhuǎn)爐的渣量噸鋼減少15kg。

4 結(jié)論

通過該廠一個月的運行，留渣少渣煉鋼的工藝模式是成功可行的，主要特點如下：

（1）為減少留渣的噴濺和噴火事故，加入石灰石，既降低了轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)的渣溫，又減少了活性石灰的使用量。

（2）含碳鎂球在留渣操作過程中，能夠降解渣中的氧化鐵，是優(yōu)化留渣操作的有效工藝手段。

（3）針對留渣操作，轉(zhuǎn)爐開吹打火有難度的情況，該廠擬準備采用集束射流氧槍用于留渣操作，解決打火困難的問題。

這種留渣模式下的少渣煉鋼，為該廠改善經(jīng)營環(huán)境提供了強大的競爭力，也為少渣煉鋼今后的發(fā)展方向開辟了一個新的工藝路線。

[1]趙素華，潘秀蘭，梁慧智.少渣煉鋼工藝的進步與展望.鞍鋼技術(shù)[J].2008,(6):13.

[2]王新華.氧氣轉(zhuǎn)爐“留渣+雙渣”煉鋼關(guān)鍵工藝技術(shù).2012年11月特鋼會議論文.

[3]孔禮明.轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)法冶煉工藝及其特點[J].上海金屬，2005，(3)：44～46.

[4]牛興明，劉文飛，李超等.260 t轉(zhuǎn)爐留渣操作實踐.鞍鋼技術(shù),2012，（2）.

[5]孫鳳梅，管挺，劉飛等.減少渣量的轉(zhuǎn)爐工藝研究與實踐.煉鋼，2013，（2）.