转炉炼钢新技术讲座

转炉炼钢新技术讲座转炉炼钢的新技术主要是铁水预处理!(三脱)、顶底复合吹炼，溅渣护炉与转炉长寿、转炉吹炼自动控制，煤气回收与负能炼钢等。一、铁水预处理工艺技术铁水预处理是指将铁水兑入转炉之前进行的各种提纯处理。可分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理。普通铁水预处理包括：铁水脱硫、脱硅、脱磷的三脱预处理。特殊铁水预处理是针对铁水中含有特殊元素进行提纯精炼或资源综合利用,如铁水提钒、提铌、脱铬等预处理工艺。铁水“三脱’”预处理的目的和意义1.1转炉渣量大幅度降低（15~25kg/t)实现少渣冶炼。可降低成本、节能、提高钢质量和洁净度。1.2脱碳速度加快,终点控制容易,氧效率提高,提高生产率。1.3锰的回收率提高,可进行锰矿熔融还原,降低成本。1.4转炉煤气成分稳定,煤气回收控制更加容易,以利实现转炉负能炼钢、节能、降成本。1.5有利于扩大品种(高碳、高锰钢系列)铁水脱硫工艺技术铁水脱硫法是指在铁水罐、铁水包、混铁车中进行脱硫。在高炉、炉外精炼炉和转炉内每脱除1kg硫的成本分别是铁水脱硫法的2.6倍、6.1倍、16.9倍，铁水脱硫法的成本低效率高。铁水脱硫预处理的工艺方法投掷法---将脱硫剂投入铁水中。喷吹法----将脱硫剂喷入铁水中。搅拌法（KR法）----将通过中空机械搅拌器向铁水内加入脱硫剂，搅拌脱硫。三种方法的比较见表1铁水脱硫剂的选择元素的脱硫能力,由高到低依次为:CaC2、NaO2、Mg、BaO、CaO、MnO、MgO。工业中常用的脱硫剂有:CaO系、CaO+CaC2系、CaC2、CaO+Mg系、Mg系。几种脱硫剂的特点见表2。铁水脱磷工艺技术3.1铁水脱磷可在四种容器中进行:混铁车同时脱硫脱磷;铁水罐同时脱硫脱磷;铁水包同时脱硫脱磷;转炉铁水脱磷。3.2铁水预处理脱磷反应温度低(1300度~1350度),热力学条件好,易于脱磷。铁水中Ｃ、Ｓｉ含量高,提高了铁水磷的活度,有利于脱磷。由于铁水预处理脱磷具备良好的化学热力学条件,渣钢间磷的分配系数是炼钢脱磷的:５～８倍,因而渣量小,可以控制较低的渣中FeO含量,脱磷成本低。3.3在氧化条件下,脱磷反应是阳极反应[P]-5e=P5+脱硫反应是阴极反应[S]+2e=S2-,所以铁水间同时脱磷脱硫是可行的,只是需采用较大脱硫能力的熔剂。4铁水脱硅工艺技术4.1脱硅是脱磷的必要条件,换言之,铁水须先脱硅,然后再同时脱磷脱硫。脱硅易于减少转炉石灰用量和渣量。可在低碱度下实现脱硅,成本低。4.2铁水脱硅可在高炉的铁水沟连续进行,分为一段法和两段法,也可在铁水罐脱硅。二、顶底复合吹炼技术1顶底复合吹炼法可分为三类顶吹氧、底吹惰性气体法，全世界广泛采用此法。顶底复合吹氧法，日本和欧洲多为采用。顶底吹氧、喷吹法燃料法，宜于100%废钢。2工艺特点2.1反应速度快、热效率高，可实现炉内二次燃烧。2.2碳氧反应更趋平衡：当吹炼终点：[c]=0.04%时，无复吹的终点[o]约为900*10-6，而进行复吹的炉次则为550*10-6左右。说明钢渣的氧化性大为降低，吹炼终点残Mn明显提高，合金收得率明显提高。2.3吹炼后期强化熔池搅拌，使钢-渣反应接近平衡，利于脱磷脱硫反应的进行。2.4保持顶吹转炉成渣速度快和底吹转炉吹炼平稳的双重优点。2.5冶炼低碳钢(C=0.01%~0.02%)时，避免了钢渣过氧化。3复吹转炉的经济效益3.1渣中含铁量降低2.5%~5.0%。3.2金属收得率提高0.5&~1.5%，残Mn提高0.02%~0.06%。3.3磷含量降低0.002%。3.4石灰消耗降低3kg/t~10kg/t，氧气消耗减少4Nm3/t~6Nm3/t。3.5提高炉龄，减少耐火材料消耗，综合经济效益约为6~15元／吨。三、溅渣护炉技术溅渣护炉技术是利用高MgO含量的炉渣，用高压氮气将炉渣喷吹到转炉炉衬上，进而凝固到炉衬上，减缓炉衬砖的侵蚀速度，从而提高转炉的炉龄。1技术要点1.1炉内合理的留渣量，通常控制在80~120kg/t较合适。1.2炉渣特性控制：终渣MgO≥8%为宜(特别对镁碳砖转炉)。FeO12%~18%为宜。合适的炉渣粘度：易溅起、挂渣、均匀又防止炉底上涨、炉膛变形。1.3溅渣操作参数控制N2压力与流量与氧气压力、流量相接近时，效果较好。枪位高度要根据企业实际摸索，可在1~2.5m之间变化。溅渣时间通常为2.5~4min。枪位夹角多数企业的实践证明12度比较理想。2.溅渣护炉的经济效益2.1提高炉龄3~4倍以上。2.2提高转炉利用系数2%~4%。2.3降低炉衬砖消耗0.2~1.0kg/t，降低补炉料消耗0.5~1.0kg/t。2.4减轻工人劳动强度。2.5投资回报率高。我国62座转炉测算投资回收期为1.3年。溅渣护炉的综合经济效益大约为2~10元/t钢。溅渣护炉与复吹转炉的关系对于采用溅渣护炉与复吹冶炼并存的转炉，随着溅渣后炉龄的提高，炉底相应上涨，影响了底吹透气砖的工作，此时，底吹透气砖的寿命约为3000炉，这意味着从3000炉以后，复吹效果大大减弱，甚至消失。而溅渣护炉的炉龄远远大于3000炉(现在达2万多炉)。这就是一贯注重高纯净钢，普遍采用复吹技术的日本不愿意采用溅渣护炉技术的原因。目前，炼钢工作者正努力开发底吹喷嘴长寿技术，要点如下：3.1利用底吹喷嘴前蘑菇头的生长和控制技术，实现喷嘴长寿化。3.2炉役前期，利用粘渣、挂渣和溅渣迅速在喷嘴前端生成透气蘑菇头，避免喷嘴烧损。3.3炉役中后期注意控制蘑菇头高度，防止堵塞。3.4对堵塞喷嘴采用复通技术。4.转炉炼钢自动控制技术转炉吹炼自动控制分为三个阶段：4.1静态控制依据初始条件(铁水重量、成分、温度、废钢重量、分类)。要求的终点目标(终点温度、化学成分)以及参考炉次的参考数据,计算出本炉次的氧耗量,确定各种副原料的加入量和吹炼过程氧枪的高度。静态控制包括三个模型:氧量模型、枪位模型和副原料模型。这样可基本命中终点的含碳量和温度目标。4.2动态控制当转炉供氧量达到氧耗量的85%左右时,降低吹氧流量,副枪开始测温、定碳,并把测得的温度值及碳含量送入过程计算机。过程计算机则计算出达到目标温度和目标碳含量所需补吹的氧量及冷却剂加入量,并以副枪测到的实际值作为初值,以后每吹3秒的氧气量,启动一次动态计算,预测熔池内温度和目标碳含量,当温度和碳含量都进入目标范围时,发出停吹命令。终点[C]和温度T的命中率可达80%以上。但动态控制不能对造渣过程有效监测和控制,不能降低转炉喷溅率,不能对终点[S]、[P]进行准确控制,[S]、[P]成分不合格造成“后吹”时有增加,不能实现计算机对整个吹炼过程进行闭环在线控制.4全自动控制在静态、动态控制基础上,通过对炉渣的在线检测,控制喷溅,并全面预报终点C、S、P、T实现闭环控制。全自动控制效果：(1)提高终点碳含量控制精度：低碳钢±0.015%，中碳钢±0.02,高碳钢±0.05%,温度T±10%。(2)实现对终点S、P、Mn含量的准确预报,精度为:S±0.009%,P±0.001%,Mn±0.09%.(3)后吹率从60%下降到32%(中高碳钢)。(4)喷溅率从29%下降到5.4%。(5)停氧到出钢时间从8.2min缩到2.5min。(6)铁收得率提高0.49%,石灰消耗减少3kg/t。(7)炉龄提高30%。上述三种转炉自动控制技术性能和方法的比较见下表。5煤气回收与负能炼钢5.1技术原理氧气转炉炼钢的基本化学反应是碳、硅、元素在氧化反应中放热。[C]+[O]→CO↑[Si]+[O]→SiO2氧化反应生成大量CO燃气；燃气温度（物理热）平均为1500℃~1600℃，燃气热值（化学潜热）平均为2100kCal/Nm3,煤气波动在7~115Nm3/t。见表1。采用煤气回收装置回收转炉烟气的化学潜热；采用余热锅炉回收烟气的物理显热。当炉气回收的总热量大于炼钢厂生产消耗的总能量时，则实现了“炼钢厂负能炼钢”。日本君津钢厂、我国宝钢、武钢三炼钢厂均实现了“炼钢厂负能炼钢”。5.2炼钢节能的主要途径（1）降低铁钢比，每降低0.1可降低吨钢能耗70~80kgce/kg。（2）提高连铸比，与模铸相比，连铸可降低能耗50%~80%，提高成才率7%~8%，降低生产成本10%~30%。（3）回收利用转炉煤气，降低吨钢能耗3~11kgce。（4）提高连铸坯热送比，一般可将低吨钢能耗1.9~2.1kgce。（5）提高转炉作业率，宝钢转炉作业率从1995年到1998年提高4.96个百分点，工序能耗降低2.97kgce。（6）降低动力和燃料消耗。