1、少渣炼钢工艺简介姓名：柴先义姓名：柴先义部门：炼钢作业部部门：炼钢作业部日期：日期：2012014 4-5 5-2020目 录 第第1章章 少渣炼钢工艺简介少渣炼钢工艺简介第第2章章 少渣炼钢工艺操作少渣炼钢工艺操作第第3章章 少渣炼钢工艺难点控制少渣炼钢工艺难点控制炼炼 钢钢 作作 业业 部部第第4章章 国内外少渣炼钢效果国内外少渣炼钢效果铁水“三脱”使传统炼钢工艺发生了显著变化，在铁水预处理阶段进行脱硅、脱磷和脱硫，使炼钢转炉的主要功能转变为调温和脱碳，同时炼钢渣量减少，形成了少渣炼钢工艺。国外专家认为，少渣炼钢是在转炉炼钢时，每吨金属料加入的石灰量低于20 kg，脱碳炉每吨钢水的渣量低于
2、30 kg。值得指出的是，如果将脱磷转炉每吨金属料产生的2040 kg脱磷渣也视为炼钢渣，那么少渣炼钢工艺流程的总渣量约为50-70 kg。由于少渣炼钢用的铁水硅含量很低，造渣用石灰加入量明显减少，降低了渣料消耗和能耗，提高了金属收得率。同时，因渣量少，氧的利用效率高，吹炼终点钢水中氧含量低，余锰高，合金元素收得率较高，从而降低了生产成本。另外，少渣炼钢工艺终点命中率高，改善了钢水的纯净度，为生产超纯净钢创造了条件。1.1 少渣炼钢工艺简析第第1章章 少渣炼钢工艺简介少渣炼钢工艺简介第一种是传统的炼钢工艺，欧美各国的炼钢厂多采用这种模式，即铁水先脱硫预处理后，再转炉炼钢。通常转炉炼钢渣量占金属
3、量的10以上，转炉渣中FeO含量在17左右。此外，渣中还含有约8的铁珠，该工艺钢铁料消耗高。第二种炼钢工艺是先在铁水沟、混铁车或铁水罐内进行铁水“三脱”预处理，然后在复吹转炉进行少渣炼钢，这种工艺的不足之处是脱磷前必须先脱硅，废钢比低(5)，脱磷渣碱度过高，难于利用。1.2 转炉炼钢常见的四种工艺路线第三种炼钢工艺是20世纪90年代中后期日本各大钢厂试验研究成功的转炉铁水脱磷工艺，该工艺解决了超低磷钢的生产难题。与第二种工艺路线的明显区别是脱磷预处理移到转炉内进行，转炉内自由空间大，反应动力学条件好，生产成本较低。具体工艺是采用两座转炉双联作业，一座脱磷，另一座接受来自脱磷炉的低磷铁水脱碳，即
4、“双联法”。典型的双联法工艺流程为：高炉铁水+铁水预脱硫+转炉脱磷+转炉脱碳+炉外精炼+连铸。由于受设备和产品的限制，也有在同一座转炉上进行铁水脱磷和脱碳的操作模式，类似传统的“双渣法”。第四种炼钢工艺是对第三种炼钢工艺进行了改进，与第三种工艺的明显不同是将部分脱碳渣返回脱磷转炉，脱磷后的铁水进入脱碳转炉脱碳。该工艺是目前渣量最少、最先进的转炉生产纯净钢的工艺路线。在上述四种转炉炼钢工艺路线中，后三种炼钢工艺铁水经过“三脱”预处理后再脱碳炼钢，能够做到少渣操作。四种转炉炼钢工艺路线的渣量比较见图1。从图l可以看出，后三种炼钢工艺的吨钢渣量低于70 kgt。1、单渣法：在吹炼过程中只造1次渣，中
5、途不倒渣、不扒渣，直到吹炼终点出钢。单渣操作工艺比较简单，吹炼时间短，劳动条件好，易于实现自动控制。正常情况下脱磷效率在80%左右，脱硫效率为30%40%；第一批渣料是在开吹的同时加入，第二批渣料的加入时间是在硅锰氧化基本结束，第一批渣料基本化好，碳焰初起时加入。2、双渣法：在吹炼中期倒出或扒除1/22/3炉渣，然后加入渣料重新造渣的方法为双渣操作。根据铁水成分和所炼钢种的要求，也可以多次倒炉倒渣造新渣。在铁水含硅较高，含磷大于0.5%，吹炼优质钢，吹炼中、高碳钢种时，都可以采用双渣操作。采用双渣操作可以在转炉内保持最小的渣量，同时又能达到最高的脱磷硫效率。双渣操作脱磷效率在90%以上，脱硫效
6、率约45%。双渣操作会延长吹炼时间，增加热量损失，降低金属收得率，不利于自动控制，恶化劳动条件。1.3 氧气转炉常用的造渣方法3、留渣法 将上炉终渣的一部分或全部留在炉内给下炉使用。终点熔渣的碱度高、温度高，并且有一定(TFe)含量，留到下一炉有利于初期渣尽早形成，并且能提高前期去除磷硫的效率，有利于保护炉衬，节省石灰用量。采用留渣操作时，在兑铁水前要先加石灰或者加废钢稠化冷凝熔渣，当炉内无液体渣时方可兑入铁水，以避免引发喷溅。4、留渣双渣法 将上炉终点渣的一部分或全部留在炉内，然后在吹炼第一期结束时倒出，重新造渣。留渣双渣法的终渣具有较高的碱度和较高的(FeO)含量，对铁水具有一定的去磷和去
7、硫能力，且本身还含有大量的物理热。将这种炉渣部分，甚至全部留在炉内，可以显著加速下一炉初期渣的成渣过程，提高吹炼前期去磷和去硫率，节省石灰用量和提高转炉的热效率。在这种留渣法中，要特别注意防止兑铁水时产生严重喷溅。第第2 2章章 少渣炼钢操作控制少渣炼钢操作控制 依据我公司初步设计，将来可能采用的少渣炼钢法为第四种炼钢工艺的优化，即在同一座转炉上进行铁水脱磷和脱碳炼钢工艺，并将全部或部分脱碳渣留给下一炉脱磷用，脱磷结束倒出重新造渣，类似留渣双渣操作。92.1 冶炼操作控制方法 1、保持有效炉容比，合理控制转炉装入量，控制终渣的R=2.83.3，MgO=8%l4%；确保炉底稳定，防止炉底大起大落
8、，保持炉型正常减少喷溅。2、先加生铁块、废钢，然后将转炉前后摇动，使生铁块、废钢表面含碳物质与渣中FeO反应，降低留渣氧化性，再缓慢兑铁水；兑铁前先确认炉渣固化无稀渣，防止产生爆发性喷溅。3.控制氧枪的枪位，使炼钢过程得以平稳进行，解决炉渣喷溅问题。开吹时，在点着火后要及时降枪以控制渣中(TFe)，基本采取硬吹，前期吹炼时间大于4min、温度在13201420。由于留渣操作，可以得到流动性良好的炉渣，在获得较好脱磷效果的同时也易发生喷溅；及时提枪摇炉倒渣，尽可能地多倒富磷渣，防止冶炼后期回磷。倒掉足够的富磷渣再下枪吹炼，此时要立刻加入第二批料以防止下枪冶炼时渣中(TFe)过高，产生大喷溅现象。
9、脱碳期采用高低低枪位。在吹炼中期，碳激烈氧化，(TFe)被大量消耗，熔渣的矿物组成发生了变化，熔点升高，可能会出现“返干”现象。在处理炉渣“返干”或加速终点渣形成时，不要加入过量的矿石，或用过高的枪位吹炼，避免(TFe)积聚。终点适时降枪，降枪过早熔池碳含量还较高，碳的氧化速度迅速加快，也会产生大喷；炉役前期炉膛小，同时温度又低，要注意适时降枪，避免TFe含量过高，引起喷溅。吹炼中发生喷溅不能轻易降枪，因为降枪后碳氧反应更加激烈，会加剧喷溅；应适当提枪迅速压枪，这样可缓和碳氧反应和降低熔池升温速度，再借助于氧射流的冲击吹开熔渣，有利于气体的排出。在炉温很高时，可以在提枪的同时适当加一些石灰稠化
10、熔渣，有时对抑制喷溅也有些作用，也可加压渣剂减少喷溅。此外，适当降低氧流量也能减弱喷溅强度。4.溅渣护炉时，可加入适量的精炼返回渣，以缩短溅渣护炉时间。2.2 少渣炼钢工艺的优点：少渣炼钢工艺的优点：v倒出的脱磷渣中倒出的脱磷渣中P2O5含量高含量高 脱磷效率提高脱磷效率提高v渣量少、渣中渣量少、渣中TFe含量低含量低 金属收得率提高金属收得率提高v石灰、生烧白云石消耗降低石灰、生烧白云石消耗降低石灰、生烧白云石消耗量降低石灰、生烧白云石消耗量降低 少渣炼钢工艺渣量70-80kg/t，普通工艺渣量100-120kg/t。少渣炼钢工艺比普通工艺降低35kg/t左右。12整个冶炼过程分为脱磷期与脱
11、碳期，具有如下优点。少渣炼钢工艺操作，需特别注重以下方面：1、液态终渣快速固化 2、脱磷期高效脱磷 3、炉渣连续循环控制132.3 2.3 技术开发难点技术开发难点 脱碳渣具有高的碱度和比较高的(FeO)含量，对铁水具有去磷和去硫能力，且本身还含有大量的物理热，将该种炉渣部分/全部留在炉内可以显著加速下一炉初期渣的成渣过程，提高吹炼前期脱磷率、节省石灰用量和提高炉子的热效率。但在操作中，必须特别注意防止兑铁水时产生严重喷溅。终渣中含有FeO成分，这种终渣留给下一炉，在兑入铁水时必会发生以下化学还原反应：（FeO)+C=Fe+CO；2(FeO)+C=2Fe+CO2。若终渣中FeO含量高于25%，
12、还原反应会更激烈，瞬间产生大量的气体，造成爆发性喷溅事故。采用炉渣固化与安全兑铁的基本原理：将降低炉渣温度，使炉渣液态变固态，提高炉渣粘度，防止兑铁时铁水与炉渣剧烈反应。3.1液态终渣快速固化控制 1，炉渣固化采用的技术措施 1）采用溅渣护炉实现炉渣固化；通常情况下，转炉拉碳倒渣，倒渣后炉内留渣量在56吨左右，在该种情况下，采用溅渣护炉，溅渣时间在34分钟可以满足溅渣护炉与固化炉渣的效果。第第3章章 少渣炼钢工艺难点控制少渣炼钢工艺难点控制2）留渣量较大时，采用精炼返回渣实现炉渣固化；留渣量较大的情况下，留渣量随循环炉次增加而增加，脱磷期结束倒渣量在4吨（100吨转炉）左右计算，循环第2炉留渣
13、量在89吨左右。留渣量较大情况下溅渣护炉时间延长至6分钟左右，采用精炼返回渣可以起到迅速固化炉渣的作用。3）适量加入精炼返回渣 为改善大渣量条件下的炉渣固化效果，缩短溅渣护炉时间，同时为了降低白灰消耗，提高脱磷期冶金效果，进行了回吃返回精炼渣。溅渣护炉前可加入300kg500kg/炉的精炼返回渣；溅渣护炉后加入800kg/炉以上的渣料，优化脱磷期冶金效果。.2、溅渣护炉时间与渣量、温度的关系由于少渣炼钢周期紧，需要对各个环节的冶炼时间进行控制，溅渣护炉时间也需要控制在合理的时间范围内（3-6min），既要保证溅渣护炉效果，也要控制溅渣护炉时间。经验表明，随着渣量的增大，溅渣护炉时间有所增加，当
14、留渣量超过68吨后，单纯通过顶吹氮气，增加了少渣炼钢周期，因此必须开发出降低溅渣护炉时间的工艺，同时提高炉渣固化效果，如加入精炼返回渣。精炼返回渣回收应用：成分检验冷却破碎筛分转炉料仓。加入精炼返回渣可以有效降低溅渣护炉时间与炉渣温度，可以节省白灰消耗300kg以上。v目标目标：脱磷期结束磷含量低于脱磷期结束磷含量低于0.030%v工艺难点工艺难点v脱磷期时间短（脱磷期时间短（46min）v铁水硅含量高（平均铁水硅含量高（平均0.52%）碱度控制不稳定，渣量大、脱磷难碱度控制不稳定，渣量大、脱磷难v底吹枪流量低底吹枪流量低（最高供气强度（最高供气强度0.10M3/h.t）底吹搅拌能力弱，脱磷困
15、难底吹搅拌能力弱，脱磷困难17 3.23.2脱磷期的高效脱磷控制脱磷期的高效脱磷控制 脱磷期快速、深脱磷采用的技术手段有：1、提高熔池的搅拌强度。底吹强度低于0.1NM3/mint时，底吹对熔池搅拌力的影响与顶枪相比相差一个数量级，底吹搅拌力的影响可以忽略，通过提高矿石加入量，增加渣中FeO含量，提高渣中O来源，增大熔池C、O反应速度进而提高熔池搅拌强度。2、快速去除铁水Si含量 当铁水硅含量高于0.2%时，难以发生脱磷反应，冶炼前期采用大流量供氧、低枪位“硬吹”脱硅工艺，快速深脱硅，增加脱磷阶段的时间。3、随着循环炉数的增加，逐渐增大脱碳期渣量。3.3 3.3炉渣的连续循环控制炉渣的连续循环
16、控制脱磷期白灰加脱磷期白灰加入量大，容易入量大，容易造成白灰造成白灰熔化熔化不充分，造成不充分，造成白灰浪费。白灰浪费。所有脱磷期不加所有脱磷期不加或少加白灰。碱或少加白灰。碱度控制在度控制在1.82.2之间。终渣碱度之间。终渣碱度控制在控制在2.8-3.3之之间。间。脱碳渣热循脱碳渣热循环利用环利用脱磷期白灰消耗脱磷期白灰消耗降低降低脱磷期白灰加入量由原来的脱磷期白灰加入量由原来的2/3降低为降低为1/3 1,对炉料加入模式的优化.。在相同倒渣量、总白灰加入量相同的条件下，提高脱碳期白灰加入量，有利于提高脱磷期倒渣率、提高脱碳渣的循环利用。202、炉渣的连续循环控制要求：脱磷阶段倒渣量在4.
17、0-7.0t(铁水Si含量变化影响);倒渣时间控制在4.0-5.0min;连续循环3炉以上比例达到50%，最高循环7炉。炉渣的连续循环控制炉渣的连续循环控制4.36.57.177.36.87.212.70510151234567结束连续循环炉次脱磷渣、脱碳渣渣重t 平均每炉（8炉）产生渣量7.3吨，该次循环折合吨钢产生渣量73kg左右。（平均白灰消耗35kg/t）脱磷期结束倒渣量在4-7吨左右，连续循环可以持续稳定进行，脱碳期结束留渣量在10吨左右。倒渣量增加后，炉渣的转炉终点碱度有所提高。21 脱磷期结束倒渣量与倒渣时间有一定关系，倒渣时间控制在37分钟时，倒渣量基本在34吨以上，随着倒渣时
18、间的增加，超过7分钟以后，倒渣渣量并没有大幅增加，因此，合适的倒渣时间应该控制在37分钟之间。3、脱磷期结束倒渣量控制1，日本福山制铁所 福山制铁所是日本粗钢产量最高的厂家(1080万ta)，设有两个炼钢厂(第二炼钢厂和第三炼钢厂)，第三炼钢厂有两座320 t顶底复吹转炉，采用LDNRP工艺，一座转炉脱磷，另一座脱碳；转炉在炉役前期用于脱碳，炉役后期用于脱磷，脱碳转炉炉龄低于脱磷转炉。转炉脱磷能力为450万ta。1999年开始，该厂铁水全部采用转炉脱磷预处理。脱磷转炉指标：吹炼时间为10 min；废钢比为710；氧气流量为30 000 m3h，底吹气体为3 000 m3h；石灰消耗为1015
19、kgt。脱碳转炉指标：石灰消耗56 kgt；炉龄约 7 000炉。第第4章章 国内外少渣炼钢效果国内外少渣炼钢效果2、住友金属鹿岛制铁所 鹿岛制铁所有两个炼钢厂，第一炼钢厂有3座250 t转炉，采用本公司发明的SRP法炼钢；第二炼钢厂有两座250 t转炉，采用常规冶炼工艺。第一炼钢厂一座转炉脱磷，另两座转炉脱碳(二吹一)，脱磷铁水富余25运送给第二炼钢厂。脱磷转炉指标：吹炼时间为8 min；冶炼周期为22 min；废钢比为10(加轻废钢)；出铁温度为1 350，渣量为40 kgt。脱碳转炉指标：吹炼时间为14 min；冶炼周期为30 min；渣量为20 kgt(以干渣方式回收)。3,新日铁室兰
20、制铁所 新日铁室兰制铁所受设备和产品的限制，难以采用“双联法”工艺，为此采用了新日铁开发的MURC技术，在同一转炉进行铁水脱磷预处理和脱碳吹炼，类似传统炼钢的留渣双渣法。前期脱磷渣一般倒出50，脱碳渣可直接留在炉内用于下一炉脱磷吹炼；MURC工艺冶炼周期约3335 min，MURC设备为多功能复合吹炼转炉，在同一座转炉中可连续脱硅、脱磷、除渣和脱碳。工艺过程是：铁水在转炉中脱硅、脱磷后倒炉放渣，保留铁水，然后造脱碳渣进行脱碳，脱碳后出钢，脱碳渣留在转炉内用于下一炉铁水脱硅和脱磷。4、中国宝钢 2002年宝钢开始进行BRP技术研究。到2005年11月，采用BRP工艺生产了1500多炉钢。宝钢转炉
21、脱磷渣量约为20一40 kgt，采用少渣冶炼时，转炉脱碳渣量约为15 kgt，如脱碳炉渣全部返回脱磷炉使用，则渣中铁的50可以在炼钢工艺循环利用。采用类似双渣留渣工艺，白灰、轻烧吨钢消耗分别为43.38kg/t、9.93kg/t，5、中国首钢首秦钢铁首秦与普通工艺副原料消耗相比：首秦与普通工艺副原料消耗相比：v石灰消耗降低石灰消耗降低25.3kg/t25.3kg/t，降幅，降幅41.1%41.1%；v轻烧白云石消耗降低轻烧白云石消耗降低11.2 kg/t 11.2 kg/t，降幅，降幅56.6%56.6%；v萤石消耗降低萤石消耗降低3.79kg/t3.79kg/t，降幅，降幅79.1%79.1%。敬请各位批评指正敬请各位批评指正 谢谢谢谢26
