转炉少渣冶炼一倒的相关研究

李章勇 武志杰 石 磊 孟凡雷 温 静

(河钢集团邯钢公司)

转炉少渣冶炼一倒的相关研究

李章勇 武志杰 石 磊 孟凡雷 温 静

(河钢集团邯钢公司)

针对邯宝炼钢厂实际生产情况，通过理论分析和计算对少渣冶炼的一倒温度、熔渣碱度以及热平衡和物料平衡进行了讨论，确定了一倒的合理温度区间，以及熔渣碱度控制参数，并以此为基础进行工业生产实践，取得了良好的效果，有效的降低了冶炼成本，简化了炉渣处理过程，降低了环境压力。

转炉 少渣冶炼 一倒

0 前言

高效、低成本、低排放清洁生产是炼钢技术发展的重要方向之一[1]。近年来，国内钢铁企业和科研机构积极探索转炉少渣冶炼方法，其中首迁5座210 t顶底复吹转炉、首秦3座100 t顶底复吹转炉和沙钢三座180 t顶底复吹转炉均对少渣冶炼工艺展开了试验研究，并取得了较好的成效[2]。

由于少渣冶炼工艺在经济效益和环境保护上的优势，河钢邯钢要求对少渣冶炼工艺展开攻关，为公司降本提质做贡献。笔者通过理论分析计算，对少渣冶炼的一倒温度、渣碱度进行了讨论，为少渣冶炼一倒时机的确定提供理论基础，从而达到前期高效脱磷的目的。

1 少渣冶炼工艺概述

少渣冶炼工艺的基本流程如图1所示：

图1 少渣冶炼工艺的基本流程

少渣冶炼工艺流程：利用前期低温优势进行脱磷，之后倒出脱磷渣，进入脱碳反应阶段，出钢后不倒渣，利用上一炉脱碳渣循环冶炼。

该工艺优点为：

(1)脱碳渣其本身具有较高碱度，所以降低了石灰的使用量，降低钢铁料消耗减少了污染物的排放。

(2)渣量少，所以提高了氧气的利用率。

(3)出钢后不倒渣，从而提高了钢水的收得率。

(4)外排炉渣为低碱度渣，可以简化炉渣处理过程。

尽管少渣冶炼工艺具有诸多优点，但是实际操作中也存在着很多难点，最突出的问题就是对一倒时间的确定，在确定一倒时间的过程中需要综合考虑前期脱磷状况；考虑炉渣碱度、流动性。因此，需要进行理论分析和计算为实际生产提供理论指导。

2 少渣冶炼一倒时机的理论分析

2.1 碳大量反应温度

转炉冶炼开始阶段，磷、硅和锰的氧化抑制碳氧反应的进行，之后随着温度的升高碳氧开始剧烈反应，磷、硅和锰的氧化被碳氧反应所抑制，甚至不反应。该规律，可由铁液元素的氧势图看出[3]。因此确定碳氧剧烈反应的温度，对少渣冶炼一倒温度有指导性作用。

由氧势图可以看出，碳大量氧化时的温度即是碳硅反应的转折温度。根据热力学原理可知：

SiO2+2[C]=[Si]+2CO

(1)

(2)

生产中铁水成分和炉渣成分见表1，表2：

表1 铁水成分

表2 渣成分

分别求出asi,asio2和ac，其中PCO取标准大气压。

asio2=γsio2·xsio2将渣成分进行换算得出x(SiO2)=0.16，x(CaO)=0.53，

x(FeO)=31 通过相图查询得出lgγSiO2=-1.1, 所以asio2=1.02×10-2

ΔG=540 870-305.153 T 当ΔG=0时，即T=1 772k=1 489 ℃为碳氧大量反应温度。

该温度为CO大量生成期，一倒温度应为1 489 ℃之内。

综上所述，一倒温度应为小于1 489 ℃为佳。经过实际生产摸索，确定一倒温度为 1 400 ℃较为合适。

2.2 一倒熔渣碱度对流动性的影响

炉渣流动性好坏直接影响一倒成功率，如果流动性太好渣子太泡，会导致喷溅；如果渣子流动性差、粘稠将会导致倒渣困难。1 400 ℃时，CaO-SiO2-FeO渣系中粘度变化规律如图2所示。

图2 CaO-SiO2-FeO渣系粘度

由图可以看出当FeO含量一定且碱度大于1时，碱度升高将导致炉渣粘度上升，当碱度升至1.5时出现粘度密集区，即粘度会随着碱度的升高急剧上升。因此一倒碱度应取在1.5左右。

2.3 留渣量确定

留渣量是少渣冶炼工艺中的重要环节，留渣量少无法达到去磷的效果，造成产品质量事故；留渣量多容易造成兑铁冒烟，下枪无法点火造成泄爆，吹炼过程恶性喷溅等不良效果，不仅影响产线正常生产，同时严重污染环境，因此需要确定一倒合理的留渣量，保证生产顺利进行。

通过对大量实际生产的跟踪，当留渣量在15 t时，冶炼效果最佳。因此，确定一倒留渣量应控制在15 t左右。

2.4 动力学分析

少渣冶炼工艺一倒为脱磷阶段，磷元素在炼钢过程中主要是渣液之间的反应，可以用双膜理论模型来研究其反应的动力学。从反应原理可知，脱磷反应主要是高温下的电化学反应，扩散是脱磷反应的限制性环节，在一倒脱磷反应期，主要的限制性环节为钢液中的磷向渣中的扩散，因此加强搅拌增大渣液的接触面积有利于脱磷。

在实际生产中，由于少渣冶炼前期渣碱度的限制以及上一炉脱碳渣中本身还有残留磷元素，因此，为了保证前期脱磷效果，应该保证前期化渣和底吹效果。

3 结论

通过理论分析可以得到以下三个结论：

(1) 一倒温度应为小于1 489 ℃为佳。经过实际生产摸索，确定一倒温度为1 400 ℃较为合适。

(2)一倒渣碱度应控制在1.5左右。

(3)一倒留渣量应控制在15 t左右。

(4)为保证良好的一倒化渣效果，应确保熔池搅拌效果良好。

[1] 刘浏.建设高效低成本洁净钢平台的关键技术[J].山东冶金，2011，33(2)：1-2

[2] 王新华，朱国森，李海波，等.氧气转炉“留渣+双渣”炼钢工艺技术研究[J].中国冶金，2013，23(4)：41-42

[3] 黄希祜.钢铁冶金原理[M].北京：冶金工业出版社，1990：370-373

RESEARCH ON CONVERTER FIRST SLAG PROCESS DURING LESS SLAG SMELTING

Li Zhangyong Wu Zhijie Shi lei Meng fanlei Wen Jing

(Hansteel Group of HBIS)

Based on the actual production situation of Hanbao steelmaking plant, a reasonable temperature range of first slag process and the basicity of slag control parameters were determined through theoretical analysis and calculation and discussing the less slag smelting pouring temperature, slag basicity and heat balance and material balance. The practice of industrial production achieved good results and effectively reduced the cost and environmental pressure.

converter less slag smelting first slag process

2016-10-14

*联系人：李章勇, 河北.邯郸(056009)，邯郸市邯钢公司邯宝炼钢厂转炉车间；