1、转炉冶炼低磷转炉冶炼低磷 钢控制技术钢控制技术 /05:12:19?主要内容主要内容?1.概述概述?2.低磷钢生产的热力学、动力学条件低磷钢生产的热力学、动力学条件?3.铁水预处理铁水预处理?4.转炉冶炼脱磷转炉冶炼脱磷?5.转炉炼钢常见的脱磷技术转炉炼钢常见的脱磷技术?6.超低磷钢的生产工艺超低磷钢的生产工艺/05:12:19 2 1 概述概述?磷是钢中有害杂质，容易在晶界偏析，造成钢磷是钢中有害杂质，容易在晶界偏析，造成钢材材“冷脆冷脆”，显著降低钢材的低温冲击韧性。，显著降低钢材的低温冲击韧性。因此，一般钢种都要求尽量降低磷含量。因此，一般钢种都要求尽量降低磷含量。?钢材中的合格磷含量钢
2、材中的合格磷含量(质量分数质量分数)(P0.03%)；?高级优质钢中要求钢中磷含量高级优质钢中要求钢中磷含量(P0.01%或或0.005%）；）；?低磷钢中磷含量低磷钢中磷含量(P0.01%0.02%)?超低磷钢则要求磷含量超低磷钢则要求磷含量(P 5010-6）。）。/05:12:19 3 2 低磷钢生产的热力学、动力学条件低磷钢生产的热力学、动力学条件?精炼过程中的脱磷反应精炼过程中的脱磷反应,根据反应产物不同根据反应产物不同,分为：分为：?氧化脱磷：氧化脱磷：钢中的磷通过氧化反应以的形式进入钢中的磷通过氧化反应以的形式进入炉渣：炉渣：1/2P2+3/2O2-+5/4O2=PO43-（1）
3、?还原脱磷：还原脱磷：钢中的磷通过还原反应以钢中的磷通过还原反应以P3-的形式进的形式进入炉渣：入炉渣：1/2P2+2/3O2-=P3-+3/4O2 （2）/05:12:19 4?氧分压的高低决定了脱磷产物的类别。下图给氧分压的高低决定了脱磷产物的类别。下图给出出1823K时时41O-Al2O3系炉渣，渣中磷浓度系炉渣，渣中磷浓度与气相氧分压的关系。与气相氧分压的关系。1823K时，时，CaO-Al2O3渣系中磷浓度与氧分压的关系渣系中磷浓度与氧分压的关系/05:12:19 5?Healy G W 研究了炼钢研究了炼钢炉渣成分炉渣成分变化对变化对炉渣脱炉渣脱磷能力磷能力的影响，对于炼钢过程，脱
4、磷反应可以的影响，对于炼钢过程，脱磷反应可以写为：写为：?2P+5(FeO)+4(CaO)=Ca4P2O9 （5）G15=-204450+83.55T?炉渣成分变化对渣炉渣成分变化对渣-钢间磷分配系数的影响为：钢间磷分配系数的影响为：lg（%P）/%P=22350/T-16.0+0.08(O)+2.5lg(tO)?下图给出了不同碱性炉渣的脱磷能力。下图给出了不同碱性炉渣的脱磷能力。/05:12:19 6 不同碱性炉渣的磷容量不同碱性炉渣的磷容量 /05:12:19 7?工业生产中，常用表现脱磷速度常数工业生产中，常用表现脱磷速度常数KP表示脱磷速度表示脱磷速度。如下图所示，随熔池搅拌能的增加，
5、。如下图所示，随熔池搅拌能的增加，KP提高。提高。搅拌能对脱磷速度常数的影响搅拌能对脱磷速度常数的影响/05:12:19 8?综合以上分析，脱磷的最佳热力学、动力综合以上分析，脱磷的最佳热力学、动力学条件是：学条件是：?降低反应温度，降低反应温度，1300低温有利于脱磷反应进低温有利于脱磷反应进行；行；?提高钢水、炉渣的氧化性，有利于脱磷反应；提高钢水、炉渣的氧化性，有利于脱磷反应；?提高钢中磷的活度和增加渣量，有利于脱磷反提高钢中磷的活度和增加渣量，有利于脱磷反应；应；?适当的碱度；适当的碱度；?对熔池进行强力搅拌。对熔池进行强力搅拌。/05:12:19 9 3 铁水预处理脱磷铁水预处理脱磷
6、?3.1 喷吹苏打粉处理喷吹苏打粉处理?下图是日本住友公司鹿岛厂开发的下图是日本住友公司鹿岛厂开发的“住友碱精住友碱精炼法炼法”-SARP法法也叫苏打精炼法。也叫苏打精炼法。?用氮气输送和喷吹烧结矿粉用氮气输送和喷吹烧结矿粉(喷入量为喷入量为40kg/t铁铁水水,最大供粉速度为最大供粉速度为400kg/min,最大吹氧量为最大吹氧量为50m3/min,脱硅量约为脱硅量约为0.4%)-铁水硅含量可降铁水硅含量可降到到0.1%以下以下-真空吸渣器吸出脱硅渣真空吸渣器吸出脱硅渣-脱磷处脱磷处理理-喷入苏打粉喷入苏打粉(苏打粉用量为苏打粉用量为18kg/t铁水铁水,最大最大供粉量为供粉量为250kg/
7、min,最大吹氧量为最大吹氧量为50m3/min)-铁水铁水 P0.01%,S0.003%-真空吸渣器吸出真空吸渣器吸出脱磷渣脱磷渣-送至苏打回收车间送至苏打回收车间(回收约回收约80%的的Na2O)-复吹转炉复吹转炉-RH处理处理-连铸连铸/05:12:19 10 住友碱精炼法的工艺流程住友碱精炼法的工艺流程/05:12:19 11 3.2 喷吹石灰系溶剂处理喷吹石灰系溶剂处理?下图是下图是新日铁君津铁厂新日铁君津铁厂开发的最佳精炼法，简开发的最佳精炼法，简称称ORP（Optimizing Refining Process）。该法。该法于于1982年年9月投产，是使用石灰系熔剂进行铁水月投产
8、，是使用石灰系熔剂进行铁水预处理的有代表性的方法。预处理的有代表性的方法。?喷入的石灰熔剂的化学成分为：喷入的石灰熔剂的化学成分为：55tO，35O，5F2，5Cl2。喷入量为。喷入量为52kg/t铁水，粒度为铁水，粒度为0.1mm，用，用N2为载气，流为载气，流3量为量为3-5m/min，平均供粉速度为，平均供粉速度为600kg/mim；处理温度为处理温度为1350处理时间处理时间25min。/05:12:19 12 ORP工艺流程工艺流程/05:12:19 13 某些石灰系粉剂的脱磷效果某些石灰系粉剂的脱磷效果 研究者 佐佐木等 河井等 粉剂成分，%实验 规模 加入量，kg/t铁水 脱磷
9、率，%CaO 35 CaO 38.5 FeO 35 FetO 42.3 CaF2 5 CaF2 19.2 CaCl2 5-290t 混铁车 50t,250t 铁水包 52 39 氧气氧气 1.4m3/t 88 90 成田等 CaO 39 CaO 30.5 FetO 39 FetO 62.2 CaF2 11 CaF2 4 15t Na2CO3 实验炉 11 35 氧气氧气 9Nm3/t 45 96.5 殿村等 CaCl2 3.3 100t 铁水包 89/05:12:19 14 3.3 铁水预处理脱磷工艺铁水预处理脱磷工艺?铁水预处理工艺，从铁水预处理工艺，从 熔剂加入方式熔剂加入方式上分为上分为
10、2种：种：?一种是喷粉法：用氮气或空气输送，用浸没喷枪一种是喷粉法：用氮气或空气输送，用浸没喷枪将粉剂喷人熔池底部。将粉剂喷人熔池底部。?另一种是底部吹气法：将熔剂加在铁水表面，炉另一种是底部吹气法：将熔剂加在铁水表面，炉底通过透气砖吹氮气搅拌。底通过透气砖吹氮气搅拌。?根据根据所用容器所用容器不同，脱磷工艺可分为不同，脱磷工艺可分为2种：种：?一种是在盛铁水的铁水包或鱼雷罐车中进行脱磷一种是在盛铁水的铁水包或鱼雷罐车中进行脱磷。如日本新日铁。如日本新日铁ORP，住友的，住友的SARP预处理工艺预处理工艺。我国的太钢二炼钢厂。我国的太钢二炼钢厂20世纪世纪80年代引进住友主年代引进住友主体设备
11、建成铁水罐喷吹三脱工艺。体设备建成铁水罐喷吹三脱工艺。/05:12:19 15?另一种是在转炉内进行铁水预处理。转炉内脱另一种是在转炉内进行铁水预处理。转炉内脱磷具有石灰消耗少，磷具有石灰消耗少，渣量少，脱磷效果好，复渣量少，脱磷效果好，复吹搅拌强，处理时间短，热损少以及锰回收率吹搅拌强，处理时间短，热损少以及锰回收率增高等优点，而且也解决了敞口罐和鱼雷罐车增高等优点，而且也解决了敞口罐和鱼雷罐车脱磷中的泡沫渣问题。脱磷中的泡沫渣问题。神户制钢的神户制钢的H炉、住友金属的炉、住友金属的SRP、新日铁的、新日铁的LD-ORP，NKK福山少渣冶炼技术，新日铁的福山少渣冶炼技术，新日铁的MURC法等
12、都是采用的这种转炉内脱磷的预处法等都是采用的这种转炉内脱磷的预处理工艺。理工艺。/05:12:19 16 4 转炉冶炼脱磷转炉冶炼脱磷?4.1 转炉铁水预处理脱磷转炉铁水预处理脱磷?转炉炼钢过程的脱磷是一个转炉炼钢过程的脱磷是一个 氧化脱磷氧化脱磷过程，保证过程，保证转炉内的有效脱磷要有合适的供氧制度、造渣制转炉内的有效脱磷要有合适的供氧制度、造渣制度等。为了更好的去除钢中磷，在造渣方式上，度等。为了更好的去除钢中磷，在造渣方式上，根据需要，可由原来的单渣法发展到双渣法、双根据需要，可由原来的单渣法发展到双渣法、双渣留渣法等操作；在出钢制度上，采用碱性包衬渣留渣法等操作；在出钢制度上，采用碱性
13、包衬红包出钢、低温弱脱氧出钢、挡渣出钢等措施。红包出钢、低温弱脱氧出钢、挡渣出钢等措施。?转炉铁水预处理主要有转炉铁水预处理主要有H炉炉、SRP法法和和Q-BOP法法三种工艺。下表给出了三种工艺技术的比较（三种工艺。下表给出了三种工艺技术的比较（2005年）。年）。/05:12:19 17 工艺方法工艺方法 开发单位开发单位 工艺特点工艺特点 H炉法炉法 神户制钢神户制钢 顶吹转炉加顶吹浸入式喷粉枪、顶吹转炉加顶吹浸入式喷粉枪、先脱先脱P后脱后脱S 80 1.25 1520 810 SRP法法 住友金属住友金属 顶吹转炉底吹顶吹转炉底吹搅拌，转炉渣搅拌，转炉渣作脱作脱P剂剂 250 1.01.
14、3 1015 810 Q-BOP法法 川崎公司川崎公司 底吹喷粉转炉底吹喷粉转炉，底部喷粉吹，底部喷粉吹O2 6 1.22.0 20 3 转炉容量转炉容量/t 顶吹供顶吹供O2强度强度/m3(t-min)-1 渣料消耗（渣料消耗（kg/t）石灰石灰 萤石萤石 铁皮铁皮 转炉渣转炉渣 Na2CO3 1525-58 12min脱脱P，3min脱脱S 33.5 7585 0.450.8 5 2025 2535-810 22.5 8593 0.81.0 3 28-5 3.3 90 0.8 4 18 处理时间处理时间/min 终渣碱度终渣碱度 脱磷率脱磷率(%)脱碳量（脱碳量（%）/05:12:19 渣
15、中渣中T、Fe（%）?比较三种转炉铁水预处理工艺，比较三种转炉铁水预处理工艺，SRP法是值得推法是值得推荐的方法荐的方法，其优点主要是：，其优点主要是：?(1)采用转炉采用转炉“双联双联”工艺，预处理铁水供精炼转工艺，预处理铁水供精炼转炉用，精炼转炉渣作为脱磷剂供脱磷炉使用。吨炉用，精炼转炉渣作为脱磷剂供脱磷炉使用。吨铁消耗铁消耗CaO20 kg25 kg，可使铁水含磷量，可使铁水含磷量(质量质量分数分数)降到降到0.011%。?(2)可采用低碱度造渣工艺，获得较高的脱可采用低碱度造渣工艺，获得较高的脱P、脱、脱S效率（见下图）。效率（见下图）。?(3)热效率高，可熔化热效率高，可熔化5%7%
16、的废钢。的废钢。?(4)生产效率高，纯处理时间仅生产效率高，纯处理时间仅13 min。/05:12:19 19?上述转炉铁水预处理工艺，在操作方法上有一上述转炉铁水预处理工艺，在操作方法上有一定区别。但其本质是相同的。即采用定区别。但其本质是相同的。即采用 渣渣-钢反应钢反应进行脱进行脱P、S，而未采用喷粉工艺。以气氧为主，而未采用喷粉工艺。以气氧为主向熔池供氧，添加废钢控制反应温度。向熔池供氧，添加废钢控制反应温度。/05:12:19 20 炉渣碱度对脱磷的影响炉渣碱度对脱磷的影响/05:12:19 21 4.2 影响终点影响终点w（P）分配系数）分配系数LP的因素的因素?武钢第二炼钢厂现有
17、武钢第二炼钢厂现有3座公称容量座公称容量90t的全炉役的全炉役溅渣复吹转炉，底吹供气强度在溅渣复吹转炉，底吹供气强度在0.030.06m3/(min t)之间。影响终点之间。影响终点Lp(Lp=w(P)/wP)的因素有的因素有终点温度终点温度t、终渣碱度终渣碱度R和和全铁含量全铁含量、冶炼过程的、冶炼过程的底吹强度底吹强度Q和和渣的状渣的状况况等。等。/05:12:19 22?4.2.1 终点温度终点温度?终点温度对终点终点温度对终点Lp的影响见下图的影响见下图:随温度的升高，随温度的升高，LP 变小，这是因为脱变小，这是因为脱 P是一个放热反应。是一个放热反应。终点温度对终点温度对Lp的影响
18、的影响 /05:12:19 23?4.2.2 终渣终渣w（TFe）?终渣对终渣对Lp 的影响见下图的影响见下图：当当w(TFe)22%时时,aFeO 并不能成比例地增大，并不能成比例地增大，却生成了却生成了3CaO Fe2O3，反而使渣碱度变小反而使渣碱度变小,稀释了（稀释了（CaO）的碱度，）的碱度，减弱了渣的去减弱了渣的去P作用，作用，所以所以Lp 反而变小。反而变小。W(TFe)对对Lp的影响的影响/05:12:19 24?4.2.3 终渣终渣R?下图显示了终渣碱度下图显示了终渣碱度R对对Lp的影响：的影响：R在在3.7 时，时，Lp是极大值。是极大值。这是因为在碱性渣条件这是因为在碱性
19、渣条件 下下2CaO SiO24CaO P2O5 都能生成，两者均消耗都能生成，两者均消耗(CaO)，故脱磷需要较高，故脱磷需要较高 的碱度。碱度过高时的碱度。碱度过高时,使使 炉渣变粘，恶化了去炉渣变粘，恶化了去P的的 动力学条件，故反而不利动力学条件，故反而不利 于去于去P。R对对Lp的影响的影响 /05:12:19 25?4.2.4 底吹强度底吹强度Q?第二炼钢厂转炉冶炼时采用底吹自动供气，前第二炼钢厂转炉冶炼时采用底吹自动供气，前10min 吹吹N2，此后吹，此后吹Ar。下图示出了。下图示出了Lp 和底吹和底吹强度强度Q的关系的关系：它条件相同的情况下它条件相同的情况下,在在Q为为0.
20、047时，时，Lp为为极大值，所以生产中极大值，所以生产中选择了底吹供气强度选择了底吹供气强度为为0.040.05 m3/min t。底吹强度对底吹强度对Lp的影响的影响 /05:12:19 26?下表列出了底吹供气强度对终渣下表列出了底吹供气强度对终渣 Lp 影响的影响的3炉吹炼炉吹炼 数据数据：底吹强度对终渣底吹强度对终渣 Lp的影响的影响 炉号炉号 B231156 B231267 B231323 低吹强度低吹强度 温度温度/3-1-1/(m min t)炉渣状况炉渣状况 R w(TFe)/%Lp 0.03 0.045 0.06 1672 1682 1672 4.1 4.2 3.9 20.
21、6 15.1 10.6 90 124 75 /05:12:19 27 4.2.5 过程渣状况过程渣状况?过程渣状况主要是指炉渣流动性，即脱过程渣状况主要是指炉渣流动性，即脱P反应动力反应动力学条件的好坏。终渣学条件的好坏。终渣Lp与过程渣状况的关系见下表。与过程渣状况的关系见下表。终渣终渣Lp与过程渣状况、终渣状况的关系与过程渣状况、终渣状况的关系 有炉渣喷溅有炉渣喷溅Lp 终点渣状况终点渣状况 范围范围 流动性好流动性好 39165 平均平均 93.7 范围范围 28109 平均平均 69.2 无炉渣喷溅无炉渣喷溅Lp 终渣特粘终渣特粘 4859 54 3866 52/05:12:19 28
22、?从表中数据可以看到，当有炉渣喷溅，渣的流从表中数据可以看到，当有炉渣喷溅，渣的流动性好时，动性好时，Lp值较大。这也反映出过程渣一直值较大。这也反映出过程渣一直处于良好的化渣状态，正是脱处于良好的化渣状态，正是脱P 所需要的高碱所需要的高碱度流动性好的渣。现场实际情况是转炉的炉容度流动性好的渣。现场实际情况是转炉的炉容比只有比只有0.74m3/t，与正常情况相比此值偏小，所，与正常情况相比此值偏小，所以即使正常泡沫化的炉渣也易发生喷溅，造成以即使正常泡沫化的炉渣也易发生喷溅，造成粘枪粘罩、质量事故及降低金属收得率。若不粘枪粘罩、质量事故及降低金属收得率。若不出现炉渣喷溅，炉渣泡沫化程度又不够
23、。因此出现炉渣喷溅，炉渣泡沫化程度又不够。因此操作时要求控制炉渣处于炉口要喷不喷的状况操作时要求控制炉渣处于炉口要喷不喷的状况。/05:12:19 29 4.3 终点终点wP0.010%的操作的部分控制的操作的部分控制?4.3.1 终渣终渣R的控制的控制?一次拉碳出钢的终渣一次拉碳出钢的终渣R，按下表配制。由于一，按下表配制。由于一般普通废钢、低般普通废钢、低S、低、低Mn废钢中都含有废钢中都含有0.2%以以上的钢，所以在配上的钢，所以在配R时，以时，以装入量计算装入量计算为好。为好。铁水情况铁水情况 装入量装入量/t 铁水量铁水量/t 过程加入过程加入 散装料散装料/t 活性灰活性灰 轻烧轻
24、烧 终渣终渣R 平均平均 范围范围 铁水铁水 w（Si）/%88 78.3 0.42 3.1 1.9 3.7 3.04.5/05:12:20 30 4.3.2 双渣操作双渣操作?若后期去若后期去P的条件不好，出钢过程回的条件不好，出钢过程回P较多，则可采较多，则可采 取双渣操作。第一期渣倒炉时尽量多倒渣，有铁水取双渣操作。第一期渣倒炉时尽量多倒渣，有铁水 倒出时抬炉。下表是铁水条件相同的情况下，双渣倒出时抬炉。下表是铁水条件相同的情况下，双渣 与单渣去与单渣去P效果的对比。效果的对比。双渣与单渣去双渣与单渣去P效果的对比效果的对比 钢种钢种 造渣造渣 方式方式 出钢出钢w（C）/%范围范围 平
25、均平均 值值 出钢温度出钢温度/范围范围 17251735 17001730 出钢出钢w（P）/%范围范围 平均平均 值值 0.008 0.010 31 平均平均 值值 15CrMoR 双渣双渣 0.0260.036 0.031 单渣单渣 0.020.04 0.03 1730 0.0070.009 1720 0.0080.011 HG70B/05:12:20 比较铁水原始含磷量不同时单渣法和双渣法脱比较铁水原始含磷量不同时单渣法和双渣法脱磷的区别，得出以下结论：磷的区别，得出以下结论：?对对脱磷脱磷而言而言双渣法明显优于单渣法双渣法明显优于单渣法，双渣法的双渣法的操作要点是炉渣前期碱度操作要点
26、是炉渣前期碱度 2.0，吨钢加入红泥，吨钢加入红泥球球6kg以提高炉渣中以提高炉渣中FeO含量，一批料化清后，含量，一批料化清后，摇炉倒渣，再造新渣，继续冶炼。摇炉倒渣，再造新渣，继续冶炼。采用双渣法采用双渣法在吹炼前期在吹炼前期(6min)即可将磷降至即可将磷降至0.015%，脱，脱磷率达磷率达75%以上，在随后的冶炼中钢中磷略有以上，在随后的冶炼中钢中磷略有降低降低,但需继续吹炼提高钢水温度后才能出钢。但需继续吹炼提高钢水温度后才能出钢。?转炉将碳降至转炉将碳降至0.03%0.05%时，吹损率由钢中时，吹损率由钢中碳为碳为0.20%时的时的7%左右增至左右增至8.5%左右，使钢铁左右，使钢
27、铁料消耗吨钢增加超过料消耗吨钢增加超过10kg。所以除非生产特殊。所以除非生产特殊品种，此工艺决不可取。因此，品种，此工艺决不可取。因此，双渣法双渣法只在冶只在冶炼炼低磷钢低磷钢中有优势。中有优势。/05:12:20 32 4.3.3 高拉补吹的控制高拉补吹的控制?高拉补吹是在碳高于出钢碳时提枪倒炉，调高拉补吹是在碳高于出钢碳时提枪倒炉，调 入活性灰、轻烧等，重新造渣，点吹至出钢入活性灰、轻烧等，重新造渣，点吹至出钢 碳后再出钢。高拉补吹的效果见下表：碳后再出钢。高拉补吹的效果见下表：高拉补吹操作的去磷效果高拉补吹操作的去磷效果 拉碳方式拉碳方式 一次拉碳一次拉碳 出钢出钢 高拉补吹高拉补吹
28、出钢出钢 出钢出钢 w（C）/%出钢出钢 w（P）/%出钢出钢 温度温度/终渣终渣 w（TFe）/%0.0260.035 0.0070.010 16701688 0.0450.054 0.0080.012 16851694 0.0250.034 0.0070.009 16771685 0.0400.053 0.0080.011 16801692 19.0521.90 19.1022.15 16.8019.94 16.9019.03 33/05:12:20 4.3.4 出钢回出钢回P的控制的控制 在出钢过程中，由于大罐炉渣在出钢过程中，由于大罐炉渣R和和w（TFe）下降，）下降，加上脱氧剂直接还
29、原炉渣中加上脱氧剂直接还原炉渣中P2O5，合金含有微量，合金含有微量 的的P等，都会发生回磷。第二炼钢厂使用挡渣塞、等，都会发生回磷。第二炼钢厂使用挡渣塞、挡渣球后。到挡渣球后。到RH的渣厚一般在的渣厚一般在3060mm之间，之间，此时，此时，过程回磷情况见下表：过程回磷情况见下表：钢种钢种 无取向硅钢无取向硅钢 取向硅钢取向硅钢 低合金钢低合金钢 合金增合金增P/%炉渣回炉渣回P/%总回总回P/%0 0 0.00240.0036 0.00080.0014 0.00150.0026 0.00170.0026 0.00080.0014 0.00150.0026 0.0040.007 34/05:
30、12:20 5.转炉炼钢常见的脱磷技术转炉炼钢常见的脱磷技术?目前，转炉炼钢常见的脱磷技术有：目前，转炉炼钢常见的脱磷技术有：转炉大渣转炉大渣量脱磷、双渣脱磷、转炉双联脱磷及转炉预脱量脱磷、双渣脱磷、转炉双联脱磷及转炉预脱磷磷等，这些技术在生产中取得了良好的脱磷效等，这些技术在生产中取得了良好的脱磷效果，其中日本先进炼钢厂的实践证明，采用果，其中日本先进炼钢厂的实践证明，采用双双联法转炉炼钢联法转炉炼钢工艺，可低成本大批量地生产低工艺，可低成本大批量地生产低磷钢和超低磷钢。磷钢和超低磷钢。?本节着重介绍本节着重介绍双联法双联法。/05:12:20 35?转炉双联法冶炼是转炉炼钢一项新工艺。该工
31、转炉双联法冶炼是转炉炼钢一项新工艺。该工艺艺20世纪世纪90年代产生于日本，现在日本住友金年代产生于日本，现在日本住友金属和歌山厂、川崎制铁水岛厂、属和歌山厂、川崎制铁水岛厂、NKK福山厂以福山厂以及新日铁室兰厂等均采用转炉双联法冶炼工艺及新日铁室兰厂等均采用转炉双联法冶炼工艺进行大规模生产。进行大规模生产。?转炉双联法工艺被日本住友和歌山厂称为转炉双联法工艺被日本住友和歌山厂称为SRP法、新日铁室兰厂称为法、新日铁室兰厂称为LDORP法、法、NKK福福山厂称为山厂称为LDNRP法，操作方式都是采用法，操作方式都是采用 两座两座转炉双联转炉双联作业，一座进行铁水脱磷操作，称为作业，一座进行铁水
32、脱磷操作，称为脱磷炉脱磷炉，另一座转炉接受来自脱磷炉的低磷铁，另一座转炉接受来自脱磷炉的低磷铁水进行脱碳操作，该转炉称为水进行脱碳操作，该转炉称为 脱碳炉脱碳炉。也就是。也就是将铁水脱磷和脱碳分开由两座转炉来完成，有将铁水脱磷和脱碳分开由两座转炉来完成，有别于传统上在一座转炉内既要完成铁水脱磷又别于传统上在一座转炉内既要完成铁水脱磷又要完成脱碳。要完成脱碳。/05:12:20 36 5.1 转炉双联法简介转炉双联法简介?典型的双联法典型的双联法工艺流程工艺流程为高炉铁水为高炉铁水一一铁水脱硫铁水脱硫预处理预处理一一转炉脱磷转炉脱磷一一转炉脱碳转炉脱碳一一二次精炼二次精炼一一连铸连铸，具体见下图
33、。，具体见下图。转炉双联法炼钢工艺流程图转炉双联法炼钢工艺流程图 /05:12:20 37 5.2 双联法的主要优势：双联法的主要优势：?炉内自由空间大，允许强烈搅拌钢水；炉内自由空间大，允许强烈搅拌钢水；顶吹供氧；顶吹供氧；高强度底吹（高强度底吹（0.3m3/(t min)）；）；不需要预脱硅；不需要预脱硅；废钢比较高（废钢比较高（8%10%）；）；炉渣碱度较低（炉渣碱度较低（1.52）；）；渣量少；渣量少；处理后铁水温度较高（处理后铁水温度较高（1350）。）。38/05:12:20 5.3 国内外生产实绩国内外生产实绩?5.3.1 SRP法法?SRP(Simple Refining Pr
34、ocess)工艺是工艺是20世纪世纪80年代后期日本住友金属开发的，即将一座转炉年代后期日本住友金属开发的，即将一座转炉作为作为脱磷炉脱磷炉对铁水进行脱对铁水进行脱Si、脱、脱P预处理，生产预处理，生产的低的低Si、低、低P半钢水再送人第二座转炉半钢水再送人第二座转炉 脱碳炉脱碳炉降降碳提温碳提温,实现少渣冶炼。这种工艺的优点在于节实现少渣冶炼。这种工艺的优点在于节省基建投资、降低各项消耗，减少环境污染，省基建投资、降低各项消耗，减少环境污染，且能高效率大量处理铁水且能高效率大量处理铁水,使转炉精料冶炼，控使转炉精料冶炼，控制氧化性、高拉碳出钢及减少钢中夹杂物等。制氧化性、高拉碳出钢及减少钢中
35、夹杂物等。/05:12:20 39?在这种工艺中，两台复吹转炉中的一台作为在这种工艺中，两台复吹转炉中的一台作为脱磷炉，另一台作为脱碳炉。脱碳炉产生的炉脱磷炉，另一台作为脱碳炉。脱碳炉产生的炉渣可作为脱磷炉的脱磷剂，从而减少石灰消耗，渣可作为脱磷炉的脱磷剂，从而减少石灰消耗，达到稳定而快速的精炼效果。达到稳定而快速的精炼效果。脱碳炉和脱磷炉的操作条件脱碳炉和脱磷炉的操作条件 脱磷炉脱磷炉 脱碳炉脱碳炉 炉容量炉容量 顶吹气体顶吹气体 底吹气体底吹气体 渣料渣料 处理时间处理时间/05:12:20 250t STB O2(11.3 Nm3/t?min)CO2(0.050.2Nm3/t?min)B
36、OF渣渣-(Fe矿矿)-CaO-CaF2 3060kg/t 810min 250t STB O2(22.7Nm3/t?min)CO2(0.050.2 Nm3/t?min)CaO-MgO1020kg/t 1318min 40?日本住友金属日本住友金属鹿岛制铁所鹿岛制铁所 住友金属鹿岛厂炼钢工艺流程住友金属鹿岛厂炼钢工艺流程 /05:12:20 41?日本住友金属日本住友金属和歌山制铁所和歌山制铁所 住友金属和歌山制铁所年产住友金属和歌山制铁所年产 粗钢粗钢390万万t。该厂脱磷转炉。该厂脱磷转炉 与脱碳转炉设在不同跨间与脱碳转炉设在不同跨间,吹炼时间为吹炼时间为920min,周期控周期控 制在制
37、在20min以内。一个转炉以内。一个转炉 炼钢车间给炼钢车间给3台连铸机供钢台连铸机供钢 水水,是目前世界上炼钢生产是目前世界上炼钢生产 节奏最快的钢厂。节奏最快的钢厂。住友金属和歌山制铁所的生产流程住友金属和歌山制铁所的生产流程/05:12:20 42?和歌山制铁所和歌山制铁所SRP法的优点：法的优点：?(1)可高效率、低成本、大批量生产洁净钢，显可高效率、低成本、大批量生产洁净钢，显著改善著改善IF钢板抗二次加工脆化和热轧钢板低温钢板抗二次加工脆化和热轧钢板低温冲击韧性等性能；冲击韧性等性能；?(2)炼铁生产可以采用较高磷含量的低价位铁矿炼铁生产可以采用较高磷含量的低价位铁矿石，铁水磷含量
38、放宽至石，铁水磷含量放宽至0.100.15，降低了，降低了矿石采购成本；矿石采购成本；?(3)炼钢时可以使用锰矿石，取代炼钢时可以使用锰矿石，取代MnFe合金；合金；?(4)炼钢渣量显著降低，脱碳炉渣可返回用于脱炼钢渣量显著降低，脱碳炉渣可返回用于脱磷转炉；磷转炉；?(5)脱磷炉渣不经蒸汽稳定化处理脱磷炉渣不经蒸汽稳定化处理,可直接铺路；可直接铺路；?(6)加快了大型转炉的生产节奏，与高拉速连铸加快了大型转炉的生产节奏，与高拉速连铸机相匹配；机相匹配；?(7)生产工序紧凑。生产工序紧凑。/05:12:20 43?5.3.2 神户神户H炉工艺炉工艺 由于神户制钢生产由于神户制钢生产 的高碳钢比例
39、较大，因的高碳钢比例较大，因 此转炉的脱磷负荷大。此转炉的脱磷负荷大。铁水脱磷、脱硫预处理铁水脱磷、脱硫预处理 采用采用H炉炉(专用转炉专用转炉)。神户制钢炼钢厂平面布置图神户制钢炼钢厂平面布置图 /05:12:20 44 神户制钢的炉铁水预处理工艺流程图神户制钢的炉铁水预处理工艺流程图 /05:12:20 45 用用H炉进行铁水脱磷、脱硫处理具有如下特征：炉进行铁水脱磷、脱硫处理具有如下特征：?H炉内空间大，进行铁水预处理时，炉内反应效炉内空间大，进行铁水预处理时，炉内反应效率高、反应速度快，可在较短的时间内连续完率高、反应速度快，可在较短的时间内连续完成脱磷、脱硫处理；成脱磷、脱硫处理；?
40、可以用块状生石灰和转炉渣代替部分脱磷渣；可以用块状生石灰和转炉渣代替部分脱磷渣；?脱磷过程中添加部分锰矿，可提高脱磷效率，脱磷过程中添加部分锰矿，可提高脱磷效率，且增加了铁水中的锰含量。且增加了铁水中的锰含量。/05:12:20 46?5.3.3 新日铁新日铁LD-ORP(Optimizing Refining Process)工艺工艺 LD-ORP的处理条件的处理条件 290 O2最大最大25000Nm3/h 86%100%氧单耗氧单耗 812Nm3/t 炉容量炉容量/t 顶吹气体顶吹气体 铁水比铁水比 脱磷处理脱磷处理 气氧比气氧比 顶吹氧顶吹氧 底喷粉底喷粉 顶加渣料顶加渣料 脱硫处理脱
41、硫处理 底吹底吹 60%95%0.050.1Nm3/t min 渣料：渣料：CaCO370300kg/min N2：0.050.1Nm3/t min CaO：610kg/t CaF2：02kg/t 渣料：渣料：CaO+Na2CO3300700kg/min N2：0.050.1Nm3/t min 47/05:12:20?日本新日铁日本新日铁八幡制铁所八幡制铁所 新日铁名古屋新日铁名古屋LD-ORP工艺工艺/05:12:20 48?日本新日铁日本新日铁君津制铁所君津制铁所 新日铁君津制铁所第二炼钢厂新日铁君津制铁所第二炼钢厂 LD-ORPLD-ORP流程流程 /05:12:20 49?LD-ORP
42、工艺渣量少、可生产高纯净钢。脱磷转工艺渣量少、可生产高纯净钢。脱磷转炉炉弱弱供供氧氧，大大渣渣量量，碱碱度度为为2.53.0，温温度度为为13201350，纯脱磷时间约为，纯脱磷时间约为910min，冶炼周，冶炼周期约期约20min，废钢比通常为，废钢比通常为9，为了提高产量，为了提高产量，目前废钢比已达到目前废钢比已达到1114%，经脱磷后的半钢，经脱磷后的半钢水（水（0.020）兑入脱碳转炉，总收得率）兑入脱碳转炉，总收得率 92以上。转炉的复吹寿命约以上。转炉的复吹寿命约4000炉。脱碳转炉强供炉。脱碳转炉强供氧，少渣量，冶炼周期为氧，少渣量，冶炼周期为2830min，脱碳转炉不，脱碳转
43、炉不使用废钢。从脱磷至脱碳结束的总冶炼周期约为使用废钢。从脱磷至脱碳结束的总冶炼周期约为50min。/05:12:20 50?5.3.4 MURC技术技术?新日铁室兰制铁所新日铁室兰制铁所(两座两座270tLD-OB转炉转炉)和大和大分制铁所分制铁所(3座座370t复吹转炉复吹转炉)受设备和产品的限受设备和产品的限制，难以采用双联法工艺，为此采用了新日铁制，难以采用双联法工艺，为此采用了新日铁开发的开发的MURC技术。在同一转炉进行铁水脱磷技术。在同一转炉进行铁水脱磷预处理和脱碳吹炼，类似传统炼钢的双渣法。预处理和脱碳吹炼，类似传统炼钢的双渣法。室兰制铁所和大分制铁所全部采用室兰制铁所和大分制
44、铁所全部采用MURC工艺工艺，见下图。，见下图。/05:12:20 51 新日铁大分制铁所的新日铁大分制铁所的 MURC工艺示意图工艺示意图/05:12:20 52 日本钢铁厂转炉双联法主要工艺技术参数对比日本钢铁厂转炉双联法主要工艺技术参数对比 厂家厂家 住友和歌山住友和歌山 制铁所制铁所 住友金属住友金属 鹿岛制铁所鹿岛制铁所 脱磷吹炼脱磷吹炼 时间时间/min 1012 8 脱磷后脱磷后 温度温度/13001350 1350 脱磷后脱磷后 脱碳冶炼脱碳冶炼 脱碳吹炼脱碳吹炼 磷含量磷含量周期周期/min 时间时间/min/%0.01-20 30 9 14 新日铁君津新日铁君津 二炼钢厂二
45、炼钢厂 JFE京滨京滨 制铁所制铁所 JFE福山福山 制铁所制铁所/05:12:20 910 12 810 13201350 1350 1350 0.020 0.01 0.012 30-2527 12-1113 53 5.3.5 宝钢的宝钢的BRP技术技术?宝钢分公司也从宝钢分公司也从2002年开始进行了转炉脱磷年开始进行了转炉脱磷-脱脱碳双联工艺的自主技术研究，称为碳双联工艺的自主技术研究，称为BRP(Baosteel BOF Refining Process)工艺。工艺。?宝钢开发了一整套转炉脱磷宝钢开发了一整套转炉脱磷-脱碳的工艺技术，脱碳的工艺技术，主要包括顶底供气模式、造渣模式、温度
46、控制主要包括顶底供气模式、造渣模式、温度控制和脱磷控制模式等。和脱磷控制模式等。/05:12:20 54?宝钢第一炼钢厂宝钢第一炼钢厂3座座300t复吹转炉的双联法设备配复吹转炉的双联法设备配 置和工艺布置与传统转炉炼钢车间基本一致。每座转置和工艺布置与传统转炉炼钢车间基本一致。每座转 炉均具有脱磷和脱碳功能，可采用双联法冶炼，亦可炉均具有脱磷和脱碳功能，可采用双联法冶炼，亦可 进行常规冶炼，切换灵活。进行常规冶炼，切换灵活。BRP法操作步骤法操作步骤/05:12:20 55?BRP生产实绩生产实绩 BRP开发了一些高难度、开发了一些高难度、高附加值产品高附加值产品,如帘线钢、如帘线钢、抗抗H
47、IC的的X65管线钢、管线钢、2Cr13不锈钢、不锈钢、S135钻杆钻杆钢等冶炼工艺技术。钢等冶炼工艺技术。BRP法生产的法生产的X70管线钢与帘管线钢与帘 线钢与传统工艺的磷含量线钢与传统工艺的磷含量对比见右图。对比见右图。BRP法生产的法生产的X70管线钢和帘线钢管线钢和帘线钢 的磷含量与传统工艺的对比的磷含量与传统工艺的对比 56/05:12:20 BRP技术生产的技术生产的4炉炉 抗抗HIC X60管线钢水的化学成分管线钢水的化学成分/10-4%炉次炉次 P S T.O N H 总计总计 1 2 3 4 平均平均 30 40 30 40 35.0 4 5 4 6 4.8 24 16 1
48、2 11 15.8 31 32 24 29 29.0 1.0 1.1 1.0 1.0 1.0 90 94.1 71 87 85.5/05:12:20 57 转炉双联法转炉双联法脱磷与混铁车、铁水罐法脱磷相比，在大批量脱磷与混铁车、铁水罐法脱磷相比，在大批量生产纯净钢时具有如下生产纯净钢时具有如下优势优势：?转炉容量大，有充分的反应空间，反应动力学转炉容量大，有充分的反应空间，反应动力学条件优越，铁水中磷可脱到条件优越，铁水中磷可脱到0.010以下，为少以下，为少渣冶炼创造了条件。渣冶炼创造了条件。?转炉双联法为生产超低磷钢、管线钢及优质宽转炉双联法为生产超低磷钢、管线钢及优质宽厚板铸坯提供了有
49、利的条件。厚板铸坯提供了有利的条件。?工序简化，人员减少。工序简化，人员减少。?成本相对较低。据统计，转炉脱碳渣用于另一成本相对较低。据统计，转炉脱碳渣用于另一座转炉脱磷的双联法，生产座转炉脱磷的双联法，生产1t铁水的钢铁料消铁水的钢铁料消耗比传统方法减少耗比传统方法减少25kg，石灰消耗减少，石灰消耗减少40，吨钢成本降低约吨钢成本降低约65元。元。/05:12:20 58 6 超低磷钢的生产工艺超低磷钢的生产工艺?冶炼冶炼超低磷钢超低磷钢已有两种途径。已有两种途径。一种一种是在欧洲和是在欧洲和北美兴起的，如下图北美兴起的，如下图1所示。利用这种方法，磷所示。利用这种方法，磷含量含量(质量分
50、数质量分数)一般在一般在(6070)10-6。另一种另一种途途径是在日本兴起的，如下图径是在日本兴起的，如下图2所示，完全采用预所示，完全采用预处理铁水，将铁水中的磷含量处理铁水，将铁水中的磷含量(质量分数质量分数)降至降至小于小于2010-6后出钢，然后进行二次精炼处理以后出钢，然后进行二次精炼处理以生产极低生产极低S、P、O、H、N水平的钢。水平的钢。/05:12:20 59 图图1 1 欧洲低磷钢生产工艺欧洲低磷钢生产工艺 /05:12:20 60 图图2 日本低磷钢生产工艺日本低磷钢生产工艺 /05:12:20 61 这两种工艺相比，这两种工艺相比，前一种前一种工艺不使用预处理工艺不使
