转炉双渣法炼钢少渣冶炼

转炉双渣法炼钢少渣冶炼北京科技大学李宏目录1、转炉双渣法少渣冶炼现状2、双渣法少渣冶炼原理3、少渣冶炼的关键技术4、锰在渣-钢间的分配及钢水残锰最大化1、转炉双渣法少渣冶炼现状2001年新日铁发表文章介绍了其开发的少渣冶炼新工艺---MUCR转炉炼钢工艺。近年来，新日铁陆续报道了MUCR工艺应用的相关情况，在大分、八幡、室兰、君津等钢厂采用，产钢量占新日铁总产钢量55%左右，转炉炼钢石灰消耗减少了40%以上。1、转炉双渣法少渣冶炼现状MUCR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。1、转炉双渣法少渣冶炼现状上个世纪的50--70年代，中国一些转炉钢厂在铁水硅、磷含量高时，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（铁水硅含量降低），高磷铁矿石用量减少（铁水磷含量降低），以及顾忌留渣造成铁水喷溅的安全隐患，留渣或“留渣--双渣”炼钢工艺就不推荐采用了。1、转炉双渣法少渣冶炼现状近年来在北京科技大学王新华教授的带领下，“转炉双渣法炼钢少渣冶炼”作为十二五期间推广技术，大规模地开展了工业试验和推广工作，对许多关键技术，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，以首钢迁安和京唐为中心，进行了深入的研究。操作方法已经成熟。1、转炉双渣法少渣冶炼现状国内已经发表的工业试验和生产的报告有20余篇，基本反映了该炼钢方法的技术操作特点。从已发表的报道来看，值得注意的有以下2点。（1）转炉容量：80t～300t，表明少渣冶炼生产的规模大（2）讨论内容：操作技术；经济效益；前期渣特点，形成了完整的工艺方法1、转炉双渣法少渣冶炼现状已经发表文章的单位（不完全统计）及生产转炉的容量：首钢京唐300t转炉；鞍钢260吨转炉；首钢迁安210t转炉；沙钢180t转炉；酒钢120t转炉；日照120t转炉；马钢120t转炉；莱钢120t转炉；首钢首秦100t转炉；湘钢80t转炉；首钢长治80t转炉由此可见，少渣冶炼在全国工业生产中已经推广开来，各种规模的转炉都适应。1、转炉双渣法少渣冶炼现状主要相关经济技术指标：有些转炉已经达到了日本MUCR工艺操作的水平，如首钢迁钢公司210t转炉和首秦公司100t转炉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。渣量减少必然带来钢铁料消耗减少，日照钢铁的消耗从1080kg/t钢降到了1053kg/t钢，减幅达27kg/t钢。1、转炉双渣法少渣冶炼现状对于转炉吹炼前期渣的操作控制也进行了研究，北京科技大学的王新华等在首钢迁安210t转炉上试验，脱磷阶段采用低碱度（R=1.3～1.5）和低MgO质量分数（≤7.5%）的渣系，能够形成流动性良好和适度泡沫化的炉渣，解决了脱磷阶段结束难以快速足量倒渣和渣中金属铁含量高这两大问题。1、转炉双渣法少渣冶炼现状北科大何肖飞等对少渣炼钢的前期渣进行了研究，发现当前期渣碱度在1.2～1.8范围内时，其半球点温度基本上在1380度以下，渣中游离CaO含量在0.7%左右。迁钢210t转炉的前期渣倒渣量可达8t，首秦100t转炉的前期渣倒渣量可达可达5t。1、转炉双渣法少渣冶炼现状鞍钢在260吨转炉上进行少渣冶炼，前期放渣时熔渣碱度控制在1.5～2.0，终渣碱度控制在2.8～3.2，效果是石灰单耗小于25kg/t钢，轻烧白云石单耗小于15kg/t钢。本钢研究得出，少渣冶炼的前期脱磷率可高达50～60%。1、转炉双渣法少渣冶炼现状马钢在120t转炉上进行少渣冶炼，用生白云石代替部分石灰和镁球。钢研总院研究对300t转炉的前期渣打水后返回使用，每炉次加入3～6t返回渣，每炉可节约0.7～1t石灰。鞍钢鲅鱼圈研究含磷钢冶炼，不加石灰而只加轻烧白云石。2、双渣法少渣冶炼原理双渣法过去主要用来冶炼高硅、高磷铁水，或者在铁水硅、磷不高时要冶炼低磷钢或超低磷钢。双渣法之所以能够在吹炼前期造渣倒掉，吹炼中期再造渣，减少了总渣量也能够达到单渣法吹炼大渣量的那种脱磷效果，原因就在于利用了脱磷与温度的关系和基本原理。2、双渣法少渣冶炼原理由（2）式可知，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。少渣冶炼的基本原理便是利用了转炉冶炼前期温度低这一有利于脱磷反应的热力学条件，将上炉终渣用于下炉吹炼初期脱磷，并在温度上升至对脱磷不利之前，将炉渣部分倒出，然后再加入少量渣料造渣进行第２阶段吹炼进一步脱磷。2、双渣法少渣冶炼原理上一炉的终渣之所以能够用于下一炉的前期脱磷，是由于上一炉终渣在高温下的脱磷能力低，以致渣中含磷量远低于前期低温时的平衡值，且含有大量的氧化铁，从而在下一炉吹炼初期低温下有较高的脱磷能力。在操作上，当下一炉温度上升至对脱磷不利之前，将炉渣部分倒出，等于倒出了一部分磷，再加入渣料造渣进行第２阶段吹炼到终点，炉内的磷远远少于原有的量。2、双渣法少渣冶炼原理由于上一炉的炉渣可以被下一炉再利用，因而能够大幅度减少炼钢石灰、白云石等原材料消耗和炼钢渣的产出量。由以上介绍可知少渣冶炼有如下3个优点：①减少了转炉排出渣量，就减排了渣中的铁，因此可以降低钢铁料消耗；但没有减少排磷量，前期渣中排出。2、双渣法少渣冶炼原理②终渣碱度高、自由CaO含量高而不外排；排出的前期渣中自由CaO含量低（前期造的低碱度渣），而节省了CaO用量；③传统工艺出钢后会有钢水留在炉内，一部分会随炉渣倒出，而采用少渣冶炼工艺，吹炼终点不倒渣，因而可以提高钢水收得率。2、双渣法少渣冶炼原理根据我们最近对前期渣和终点渣中微区P分布的研究结果可以确认，不同温度下炉渣中微区磷含量的最高点与Ca含量的关系不同，前期低温渣中，微区里磷含量的最高点在Ca=15%的附近，而终点渣中，微区里磷含量的最高点在Ca=35%的附近。可见前期渣必须要把渣碱度减低到1.5左右才可能最大程度地吸收铁水中的磷。前期渣和终点渣中各微区的P含量与其微区中Ca含量的关系转炉钢渣背散射图像中的微区形象3、少渣冶炼的关键技术一炉的操作过程3、少渣冶炼的关键技术脱磷阶段炉渣流动性控制与足量倒渣采用少渣冶炼工艺，脱磷阶段结束后能否快速倒出足量的炉渣具有重要意义。如倒渣量不足，会出现：①炉内渣量逐炉蓄积，碱度不断增加，倒渣愈加困难的情况，最后导致少渣冶炼无法接续，循环被迫停止；②炉渣流动性会逐炉变差，渣中裹入金属铁珠量大，钢铁料消耗增加；③倒渣困难会增加冶炼时间，炉内渣量波动也会对吹炼过程控制稳定性造成很大影响。3、少渣冶炼的关键技术能否快速倒出足量的脱磷炉渣，主要取决于炉渣流动性控制，为此须做到：①炉渣充分熔化，不含未溶石灰颗粒以及MgO、2CaO·SiO2等高熔点析出相；②炉渣具有较低的黏度；③适当提高脱磷阶段温度。3、少渣冶炼的关键技术从CaO-SiO2-FeO相图可以看到，在少渣冶炼工艺脱磷阶段炉渣中FeO含量范围在9%～15%，为使炉渣全部熔化（均匀液相），炉渣二元碱度须控制在1.3以下。考虑到渣中还含有MnO、MgO等能够适当扩大该三元系液相区范围，因此为使炉渣充分熔化，炉渣碱度不应超过1.5。R=1.5左右3、少渣冶炼的关键技术后面的图为1400℃下CaO-SiO2-FeO系黏度值（Pa·s），可以看到，在脱磷阶段炉渣FeO含量在9%～15%范围内，当碱度在0.82～1.5范围时，炉渣具有较低的黏度（0.2～0.4Pa·s），而当碱度超过1.5时，等黏度线变得密集，黏度值随碱度增加而快速提高，炉渣流动性显著变差。3、少渣冶炼的关键技术后面的图为迁钢公司210t转炉和首秦公司100t转炉采用少渣冶炼工艺，脱磷阶段结束后倒渣量与炉渣碱度的关系。可以看到，倒渣量随碱度降低而增加，当脱磷阶段炉渣碱度控制在1.5左右时，迁钢210t转炉倒渣量可大于8.0t，首秦100t转炉倒渣量可多于5.0t，这个量能够保证少渣冶炼工艺顺利稳定运行。3、少渣冶炼的关键技术为了使炉渣具有良好的流动性，还须对MgO含量进行严格控制。后面的图为210t转炉脱磷阶段结束时倒渣量与渣中MgO含量的关系，当将MgO含量控制在7.5%以下时，倒渣量可在8t以上，能够满足少渣冶炼工艺稳定运行的要求，为此规定对脱磷阶段炉渣MgO含量按低于7.5%控制。这一MgO含量控制目标低于常规工艺初期渣的MgO含量控制目标值，采用后并未发现对炉龄有不利影响。3、少渣冶炼的关键技术采用了以上所述较低碱度和MgO含量渣系后，基本上解决了倒渣这一影响少渣冶炼工艺稳定运行的关键难题。迁钢210t转炉脱磷阶段倒渣量在6.0～12.5t（铁水[Si]含量变化影响），倒渣时间在4.0～5.0min；首秦100t转炉脱磷阶段倒渣量在4.0～8.0t，倒渣时间在3.0～4.5min。3、少渣冶炼的关键技术脱磷阶段高效脱磷工艺技术采用少渣冶炼工艺，由于所留炉渣中已含1.5%以上的P2O5，而且为使炉渣流动性良好以快速足量倒渣，脱磷阶段必须采用较低碱度渣系，脱磷阶段脱磷难度显著加大。而如果在脱磷阶段不能够充分脱磷，势必加重脱碳阶段的负担，严重时会造成终点钢水[P]不合格而必须进行后吹、补吹。3、少渣冶炼的关键技术采用少渣冶炼工艺在吹炼前期脱磷阶段高效脱磷的关键是：①加强金属熔池搅拌，促进熔池内部[P]向渣/铁界面传输；②通过调整供氧或加入铁矿石、氧化铁皮等提高渣中氧化铁活度。为此开发了脱磷阶段高效脱磷技术，主要特点是：１）氧枪枪位较常规工艺吹炼前期枪位降低100～200mm，供氧强度控制在3.0m3/（min·t）以上。3、少渣冶炼的关键技术２）针对低枪位、高供氧速率吹炼引起的渣中FeO含量降低的问题，增加了铁矿石加入量和加入批次，以在加强熔池搅拌同时，使渣中能够保持足够的FeO含量。３）采用添加小粒石灰，合理控制炉渣碱度和MgO含量（防止碱度、MgO含量过高）等方法，加快脱磷阶段渣料熔化，促进脱磷反应。3、少渣冶炼的关键技术图７和图８分别为氧枪枪位和炉渣FeO含量对脱磷阶段结束[P]含量的影响，可以看到，采用较低枪位和高强度供氧，由于熔池搅拌显著加强，尽管炉渣FeO含量降低至9.5%附近，脱磷效率非但没有降低，反而有较大幅度的提高。3、少渣冶炼的关键技术采用上述高效脱磷工艺，在铁水磷含量为0.075%左右情况下，脱磷阶段结束可将[P]含量降低至0.029%左右，脱碳阶段终点钢水[P]含量最低可脱除至0.006%，平均为0.0096%，能够满足除少数超低磷钢种外绝大多数钢种对[P]含量的控制要求。3、少渣冶炼的关键技术液态终渣快速固化技术采用少渣冶炼工艺，对上炉留在炉内的液态渣必须加以固化，才能确保装入铁水时不发生激烈喷溅，引发重大安全事故。迁钢公司曾采用加入多量石灰、白云石或废钢直接冷却对液态炉渣进行固化的方法，但发现存在以下问题：①如石灰、白云石加入量多，造成脱磷阶段炉渣碱度和MgO含量过高，导致倒渣困难；3、少渣冶炼的关键技术②如采用废钢对液态渣进行冷却固化，由于废钢尺寸不均衡，常发生炉内废钢“搭棚”情况，炉底液态渣不能被充分固化，存在安全隐患。通过大量试验，开发了将溅渣护炉与炉渣固化相结合的液态终渣快速固化工艺，其主要特点为：a、上炉出钢后立即向炉内液态渣吹入氮气，将部分炉渣溅至炉衬表面直接固化；3、少渣冶炼的关键技术b、吹入大量氮气使炉底液态渣快速降温，渣中析出大量高熔点相，形成固态高熔点相与残余液态“RO相”共存的炉渣体系；c、溅渣结束后向炉内加入少量石灰、白云石，目的是与残余液态“RO相”作用使其快速固化。为此在加入石灰、白云石后，还须前后倾动转炉使加入的石灰、白云石与残余液态渣快速混合。3、少渣冶炼的关键技术工艺快速生产技术采