八钢120t顶底复吹转炉留渣双渣炼钢工艺实践

张浩，赵广谙，陈广华，张建春

（1.新疆八一钢铁股份有限公司；2.宝山钢铁股份有限公司）

八钢120t顶底复吹转炉留渣双渣炼钢工艺实践

张浩1，赵广谙1，陈广华2，张建春2

（1.新疆八一钢铁股份有限公司；2.宝山钢铁股份有限公司）

文章介绍了八钢120t顶底复吹转炉采用留渣双渣炼钢新工艺实现了全量生产炉数为50%的比例，降低转炉石灰消耗38.6%，降低白云石消耗45%，钢铁料消耗降低4.53kg／t。重点介绍留渣双渣炼钢工艺中控制炉渣流动性的快速足量倒渣技术、高效脱磷技术、倒渣后快速成渣控制返干技术，以及通过缩短转炉辅助时间、合理匹配的生产组织模式，在冶炼周期延长4分50秒的情况下，取得了不降低转炉钢产量的实绩。

少渣；脱磷；留渣；双渣法

1　前言

通过减少转炉钢渣量降低钢铁料消耗，是炼钢降低生产成本的主要途径之一。2001年新日铁宣布MURC工艺取得了良好效果[1]，但相关技术细节并未进行报道。国内一些钢厂为了降低辅料消耗，当铁水硅质量分数小于0.6%时，采用了留渣或双渣冶炼，如2012年首钢迁钢和首秦采用双渣法工艺[2]，炼钢石灰消耗分别降低47.3%和48.5%（迁钢22.0kg/t.s，首秦32.1kg/t.s），轻烧白云石消耗分别降低了55.2%和70.0%（迁钢8.0kg/t.s，首秦5.7kg/t.s），渣量分别减少32.6%和30.7%，钢铁料消耗分别降低了6.517kg/t. s和8.250kg/t.s，冶炼周期平均延长4min。但当铁硅高时，通常不采用留渣操作，同时留渣操作存在以下问题：留渣量少、炉渣固化困难，连续炉次不连续留渣、脱磷期脱磷效率不高等诸多问题。

2015年八钢在宝钢技术团队的支持下，在120t顶底复吹转炉采用了留渣双渣工艺。该工艺显著降低转炉辅料消耗和转炉炼钢渣量渣量，目前八钢120t转炉留渣双渣炼钢工艺应用比例达50%以上，降低转炉石灰消耗38.6%(降至42kg／t钢)，降低白云石消耗45%(降至21kg/t钢)，钢铁料消耗降低4.53kg/t钢，取得了显著经济效益，同时也解决了八钢120t转炉用高磷铁水生产低磷钢的难题。

2　转炉双渣脱磷原理及优点

在转炉炼钢过程中，磷很难被氧直接氧化而去除，只有在它的氧化物（P2O5）与（CaO）相结合，生成稳定的复杂化合物，才能将磷固定在渣中。

2.1双渣脱磷基本原理

充分利用温度变化对脱磷反应的影响（即低温有利于脱磷）是转炉双渣法工艺的基本原理。炼钢脱磷反应[2]其反应平衡常数Kp计算：

2[P]+5[O]=(P2O5)（1）logKp=log(αP2O5/(α[P]2.α[O]5))=43443/T-33.02（2）由(2)式可知，温度对脱磷反应的影响十分显著，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。

从图1中可以看出[1]，在转炉吹炼终点（温度1630～1680℃)，脱磷反应平衡常数在1.6×10-11～6.4×10-11，而在吹炼前期（温度1320～1380℃），脱磷平衡常数范围为1.8×10-6～1.7×10-7。由于温度不同，吹炼前期脱磷反应平衡常数较吹炼终点高出4个数量级以上（10000倍以上）。

图1　转炉冶炼前期与终点钢水温度的脱磷反应平衡常数的比较

2.2转炉双渣法优点

利用前一炉高碱度的脱碳炉渣自由CaO含量多，保留在下一炉脱硅脱磷期继续使用，经过前期脱磷后，前期渣倒出部分后，第二次吹炼可少渣冶炼，从而减少辅料和钢铁料消耗。

常规冶炼转炉终点渣(TFe)含量15%～25%，碱度3.0～4.0，转炉双渣法冶炼前期倒渣时渣中(TFe)含量7%～13%，碱度1.3～1.6。因此，既减少了石灰等造渣辅料消耗又能降低了钢铁料消耗。理论计算，前期渣倒出10～15t，渣量减少10%～15%，可降低钢铁料消耗4～7kg/t.s。

常规转炉炼钢工艺。出钢后留在炉内的部分钢水随炉渣一起倒出，留渣双渣法出钢后不倒渣，可以提高钢水收得率。如出钢后留在转炉内的钢水0.5～1.5t，吨钢降低钢铁料消耗1.7～5.0kg/t.s。

3　八钢留渣双渣炼钢工艺情况

工况简介：120t板坯产线2006年5月投产，具备400万t/a产能。现有3座120t转炉、两套喷吹脱硫和两套KR搅拌脱硫铁水预处理系统、4座9m弧、1800mm断面板坯连铸机、2座120t钢包精炼炉、1座RH真空脱气精炼处理系统。转炉氧枪喷头为4孔拉瓦尔型，马赫数为2.0，直径口Φ273mm，最大供气流量25000 Nm3／h，夹角12.5°，喉口直径36.6mm，平均寿命为220炉。转炉复吹孔类型为多层环缝管式喷嘴和毛细管两种，风口数6个。底吹供气强度设计为0.05～0.1Nm3/(t·min)，采用前期供氮，后期供氩强搅。120t转炉产线与热轧、冷轧及中厚板厂形成产品生产结构网。产品己覆盖汽车大梁钢、管线钢、桥梁钢、容器板、工程机械用钢、压力容器、高建钢、门板等。留渣双渣炼钢工艺流程见图2。

图2　留渣双渣工艺示意图

留渣双渣转炉炼钢工艺[2]其核心控制环节：（1）溅渣护炉时，液态终渣固化工艺研究；（2）人工对液态终渣固化状态的再次确认；（3）保持双渣期间脱磷率大于50%，脱磷期高效脱磷技术；（4）脱磷期结束快速足量倒渣，结束后倒出60%的高P2O5含量的脱磷渣；（5）进入脱碳阶段普通工艺吹炼，出钢结束后，将本炉终渣全部留入下一炉使用并以此循环使用。

4　留渣双渣炼钢工艺关键技术

4.1脱磷阶段炉渣流动性控制与足量倒渣

采用留渣双渣炼钢工艺，脱磷阶段结束后能否快速倒出足量炉渣具有重要意义[2]。倒渣量不足会影响到生产：（1）炉内渣量逐炉蓄积，碱度不断增加，倒渣愈加困难的情况，造成生产无法继续，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。

能否快速倒出足量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·SiO等高熔点析出相；（2）炉渣具有较低粘度；（3）适当提高脱磷阶段温度。

由图3 CaO-Si02-Fe0系相图系相图[3]可知，在脱磷阶段炉渣氧化铁含量为(9%～15%)时，为使炉渣全部熔化(均匀液相)，炉渣碱度CaO／Si02须控制在1.3以下。考虑到渣中还含少量A1203、MnO等，能够适当扩大该三元系液相区范围，为使炉渣充分熔化，炉渣碱度不应超过1.5。

图3　CaO-Si02-Fe0系相图

图4　1400℃下Ca0-Si02-FeO系粘度

图4为1400℃下Ca0-Si02-FeO系粘度值 (Pa· S)[3]，在脱磷阶段炉渣氧化铁含量9%～15%时，碱度在0.82～1.5时，炉渣具有较低的粘度(0.2～0.4 Pa· S)，而当碱度超过1.5时，等粘度线变得密集，粘度值随碱度增加而快速提高，炉渣流动性显著变差。

表1为八钢公司120t转炉铁水状况，因八钢高炉铁矿石来源较杂，高炉铁水中磷的波动较大。表2为目前八钢用石灰理化指标，较国内一些大钢厂的石灰质量差（活性度＜300），国内钢厂炼钢用自产石灰，活性度在350以上。通过对终渣的分析以及理论计算，八钢120t转炉全留渣后炉内渣量约10t，二元碱度约3.5，脱磷期石灰加入约总量的30%即可达到1.5的碱度，满足脱磷要求。

图5为八钢公司120t转炉采用留渣双渣炼钢工艺。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约1.5时，倒渣量可大于6.0t，保证了工艺顺利稳定运行。

图5　脱磷阶段炉渣碱度对倒渣量的影响

为了使炉渣具有良好流动性，还须对MgO含量进行严格控制。八钢120t转炉脱磷期只加入0～4kg/t生白云石进行调渣，球团矿加入量大于8kg/t，脱磷期炉渣MgO含量控制在7.0%以下，倒渣量可在8t以上，能够满足双渣稳定运行要求。

表1　八钢高炉铁水状况

表2　八钢石灰状况

4.2倒渣时间控制

采用较低碱度和MgO含量渣系后，基本解决了因倒渣影响双渣工艺稳定运行的难题。目前，八钢120t转炉脱磷阶段倒渣量在5～8t(铁水[Si]量变化影响)，如图6所示，倒渣时间大于5分钟后挡渣量增幅下降明显，最佳倒渣时间在4.0～5.0分钟。

图6　倒渣时间与倒渣量的关系

4.3脱磷期高效脱磷技术

4.3.1脱磷期温度控制

采用留渣双渣炼钢工艺后，炉内初始渣中已经1.45%以上的P205的质量分数，与常规工艺相比，脱磷的难度加大。如果不能快速高效脱磷，就不能满足钢种对磷含量的要求，势必影响转炉的吹炼周期。因此从热力学角度分析，脱磷期必须将温度控制在合适范围，才能提高脱磷率。如图7所示，温度在1350-1420℃时脱磷期脱磷率最佳，温度过低头批石灰难以融化，温度过高则不利于脱磷。

图7　脱磷率与脱磷期温度的关系

4.3.2脱磷期低枪位高供氧强度

图8　留渣双渣炼钢工艺生产过程钢水磷质量分数

根据转炉化学反应特点，前期脱磷时间只有4分钟，且前期熔池温度低碳氧反应缓慢，熔池搅拌力较弱，为了提供足够的动力条件，脱磷期必须采用低枪位、大供氧强度进行转炉高效脱磷。具体操作：枪位控制较常规工艺降低100～200mm，脱磷阶段供氧强度较常规工艺提高0.25Nm3／(min·t)。为了弥补采用低枪位、高强度供氧后带来的渣中FetO含量较低的问题，在脱磷阶段分批次加入矿石，调节炉渣的足够氧化铁质量分数。留渣双渣炼钢工艺生产过程钢水磷含量见图8。脱磷期结束磷质量分数为0.030%～0.045%，平均为0.40%；脱磷阶段脱磷率为50%～58%，平均为56.5%；转炉终点磷质量分数能够控制在0.004%～0.010%，满足了相应钢种的冶炼要求。

4.4生产应用实绩

4.4.1炉渣的循环利用

图9　留渣双渣炼钢工艺循环周期中各炉次的倒渣量实例

图9为留渣双渣炼钢工艺一个循环周期中各炉次的倒渣量实例。每炉次脱磷结束倒渣量约在4.3～7.3t，循环结束后终点炉渣量为11.8t。

4.4.2降低渣量消耗

图10　石灰、白云石单耗对比

图11　两种工艺钢铁料对比

批量试验阶段：2015年5月在120t转炉进行双渣法批量试验，按照每天白班5炉安排试验生产，共50炉，涉及15个出钢记号，其中磷高保留1炉，有2炉等渣罐来不及未前期倒渣，另有6炉倒渣量很少，其余倒渣量波动在30%～60%。留渣双渣法石灰和白云石合计吨钢消耗55.9kg/t.s，比2014年下降9.6kg。

生产应用阶段：2015年6月4日开始在二炼钢进行大规模应用。图10数据统计表明，二炼钢石灰和白云石单耗分别为40.33kg和20.09kg，二炼钢采用双渣法石灰和轻烧白云石单耗合计分别比常规冶炼下降8.94kg和7.77kg。使用普通石灰，铁水Si含量约0.50%，采用双渣工艺渣量为75kg/t，普通工艺渣量为108kg/t。双渣工艺比普通工艺降低33kg/t，降低比例30.5%。渣量的降低和TFe含量的变化，如图11所示，合计钢铁料消耗降低4.53 kg/t钢。

5　结论

120t转炉采用留渣双渣炼钢工艺技术后，炼钢过程原辅材料的消耗大大降低，取得了显著的经济效益，截止到2015年年底，八钢留渣双渣炼钢工艺应用比例达到50.5%，降低转炉石灰消耗38.6%，降低白云石消耗45%。

留渣双渣工艺，枪位控制采用低枪位、高强度供氧，调节炉渣的足够的氧化铁质量分数，实现了脱磷阶段脱磷率平均为55.6%；转炉终点磷质量分数能够控制在0.06%～0.012%，满足了相应钢种冶炼要求；通过控制脱磷期炉渣控制小于氧化铁质量分数小于15%终点不倒渣模式，炉渣渣量减少30.5%，降低钢铁料消耗4.53kg/t钢。

[1]Y Ogawa,M.Yano,S.Kitamura and H.Hiram，Development of the Continuous Dephosphorizafion and Decarburization Process UsingBOF,Tetsu-to-Hagane，V01.87(2001)：21～28.

[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，2012，23(4)：40～46.

[3]E.T.Turkdogan，Fundamentals ofSteelmaking，Carlton Home Terrace，London，1996.

Practice of Remaining Slag Double Slag Process at 120t Combined-blowing BOF in Bayi Steel

ZHANGHao1，ZHAOGuang-an1，CHENGuang-hua2，ZHANGJian-chun2
（1.XinjiangBayiIron&Steel Co.,Ltd；2.Baoshan Iron&Steel Co.,Ltd）

The newtechnologyofdouble slagsteelmakingslagwas adopted torealize the full amount for 50%ofthe production furnace,reducing 38.6%lime consumption of converter,reducing consumption of dolomite 45%,iron and steel material consumption by 4.53 kg/t at 120 t the combined-blowing converter in Bayi steel.Leave double slag steelmaking technology was introduced in this paper,the control of fast enough to pour slag fluidity,high efficient dephosphorization technology,quick return dry slag control technology,and by shortening the converter auxiliary time,and the reasonable matchingofproduction organization model.Although this process prolonged steelmakingperiod for 4 minutes 50 seconds, but there is noreduction steel output in converter steel-making.

less slag；dephosphorization；remainingslag；double slagprocess

TF729.5

B

1672—4224（2016）02—0026—05

联系人：张浩，男，30岁，本科，工程师，乌鲁木齐（830022）新疆八一钢铁股份有限公司炼钢厂

E-mail：zhanghao@bygt.com.cn