山钢日照公司210t 转炉少渣冶炼应用实践

许维康

0 引言

目前全世界范围内的钢铁企主要采用转炉炼钢方式。国内的钢铁企业，每生产1t钢水需要消耗30～60kg石灰，8～30kg轻烧白云石或生烧白云石，并产生70～120kg转炉炉渣。由于转炉炉渣经济价值低，所以降低造渣材料的消耗、实现少渣高效冶炼己成为转炉炼钢工艺的发展方向。山钢集团日照公司炼钢部自2018年开始在首钢SGRS工艺基础上，通过两座转炉共计6354炉次的试验数据研究，得到并应用了适合该部门生产的转炉少渣冶炼技术。

1 SGRS工艺简介

SGRS工艺“留渣一双渣”，该工艺国内最早在首秦公司和首钢迁安进行推广并试验生产。该工艺与MURC法类似，属于双渣法，主要包含以下过程：（1）上一炉钢出钢后，留下脱碳渣;（2）进行液渣固化操作，并通过人工进行固化效果确认;（3）加入废钢和铁水，进行脱磷吹炼，脱磷结束后进行一倒渣操作，将脱磷渣排掉;（4）进行脱碳操作，吹炼结束后出钢、留渣，重复操作。工艺流程如图1所示。因该工艺能有效的减少渣量，降低钢铁料消耗，故将其命名为SGRS（SlagGeneration ReducedSteelmaking）工艺[1]。

2 前期造渣的控制

转炉造渣制度以使用石灰来保证渣中CaO含量、用镁球来调节渣中MgO的含量、用生白云石来补充CaO和MgO，再根据转炉的热量平衡以及化渣情况用烧结矿（或矿石）来调节温度为原则[2]。根据实际生产的铁水温度、铁水中Si和P 的含量、铁水比和炉渣碱度来确定具体渣料的种类以及数量。

2.1 前期造渣碱度控制

（1）石灰加入量。主要是根据铁水中的[Si]和[P]含量来确定，采用经验公式来确定，如式（1）所示。

WCaOeff=2.2×（W[Si]+W[P]）/（WCaOeff）×R×1000（1）

式中WCaOeff为石灰中的CaO有效含量;R为炉渣的碱度。

（2）石灰的熔解由于是石灰中的Ca0与炉渣中的FeO与Si02等形成新相低熔点化合物，钢水的温度比炉渣的熔点高50～200℃是冶炼的基本要求，这样可以保证更好地促进石灰的熔化，从而提高石灰的利用率，除Fe0和CaF外，其他简单氧化物的熔点都很高，它们在炼钢温度下难以单独形成熔渣，实际上它们是形成多种低熔点的复杂化合物[3]。

转炉在脱磷过程的造渣工艺中，石灰熔点高达2570℃，初渣中的Si02与石灰块外围的Ca0晶粒或者刚刚溶入初渣中的Ca0起反应，生成固态化合物Ca0·Si02，3Ca0·2Si02，2Ca0·Si02，3Ca0·Si02等，这些固态化合物的熔点分别为1550，1480，2130，2050℃[4]。综上所述，冶炼初期生成低熔点的硅钙石3Ca0·2Si02，才可以保证在较低的温度下能迅速形成流动性好的熔渣，而硅钙石的碱度R=1.4。依据此原理，通过两座转炉共计6354炉次的试验数据可得：吹炼前期碱度控制在1.6～1.9时，炉渣的脱磷率较高且流动性最好。

2.2 前期渣中氧化铁控制

吹炼前期，当炉渣碱度达到2.0左右时，石灰在熔化的过程中会伴随有高熔点的2Ca0·Si02生成，此时会造成炉渣返干。炉渣中的Fe0能2Ca0·Si02结合主要生成熔点为1205℃的2Fe0·Si02，当炉渣Fe0含量偏高时，会与Ca0生成Ca0·Fe203，2Ca0·Fe203，Ca0·2Fe203等低熔点化合物。通过对两座转炉共计6354炉次的转炉渣系进行研究可得：当转炉前期炉渣（Fe0）>20%时，炉渣的熔点最低、流动性好，可获得较高的脱磷、脱硫率，其中脱磷率最高可达到97%。

3 过程控制

3.1 过程加料控制

以SGRS为基础，经过对两个炉座共计21300炉的摸索和实践得出，依照下炉钢种将上炉终渣留下1/3～1/2的量，作为下炉冶炼的渣料，可使石灰的消耗量在单渣法基础上减少5～8kg/t。针对本公司高炉铁水条件，总结出转炉“留渣”工艺物料加入标准为：头批料加入碱度按1.5左右控制，终渣碱度按3.0左右控制。根据生产实际中转炉终渣氧化性的强弱决定来留渣量，待脱磷期结束后，再根据实际情况倒炉倒渣，原则上要排尽炉渣。

对于吹炼前期氧枪枪位的控制，是能否迅速造渣形成泡沫渣的关键。若枪位过高，则会使搅拌不充分，导致石灰容易结团，石灰有效利用率低;反之又得不到足够的Fe0，并且由于升温太快导致前期脱磷效果差。因此，吹炼过程枪位的高低对炉内的石灰融化形成泡沫渣起着至关重要作用。该厂规定在开吹2-3min后，适当抬高枪位（100-200mm），如果炉渣变稠，可同时结合加入矿石的方法提高渣中的氧化铁含量。参考物料平衡和热平衡计算结果进行确定，通过实践，转炉开吹枪位较传统单渣工艺提高0.1m，控制在距液面1.6m，氧气流量控制由30000m3/h调整为32000m3/h，加强前期熔池搅拌;下枪着火30s后加入头批料，严禁吹炼前加入回炉铁等物料。

3.2 过程供氧控制

少渣炼钢脱碳转炉全过程顶吹氧枪枪位采用“高-低-低”三段式控制较为合理，由于入炉铁水硅、锰含量较低，碳氧反应提前，渣量很少，前期枪位低会造成金属喷溅，同时硅的减少给炼钢初期成渣带来困难，采用较高枪位操作便于快速成渣，增加吹炼前期渣中氧化铁的含量，然后根据化渣情况逐步降低枪位[5]。通过对两座转炉共计6354炉次的转炉渣系进行研究可得：少渣吹炼前期氧气流量应适当降低，吹炼后期加大底吹气体流量，这样有利于减少铁损和提高锰的收得率。

3.3 過程温度控制

采用脱硫铁水吹炼时，过程温度控制是建立在合理选用造渣料和废钢用量的基础上，以平衡因铁水温降和放热元素减少而导致的热量改变为原则。一般通过合理配比造渣料和废钢用量就可实现热平衡。通过对两座转炉共计6354炉次的转炉渣系进行研究可得：吹炼前期控制低温，控制过程温度，劲量使钢水成分经TSO测量，温度达到1580～1600℃、碳含量达到0.40%左右时，可满足冶所有钢中的终点需求，并且P含量低至0.006%。

4 结语

（1）吹炼前期碱度控制在1.6～1.9时，炉渣的脱磷率较高且流动性最好。

（2）当转炉前期炉渣（Fe0）>20%时，炉渣的熔点最低、流动性好，可获得较高的脱磷、脱硫率，其中脱磷率最高可达到97%。

（3）少渣吹炼前期氧气流量应适当降低，吹炼后期加大底吹气体流量，这样有利于减少铁损和提高锰的收得率。

（4）吹炼前期控制低温，控制过程温度，劲量使钢水成分经TSO测量，温度达到1580～1600℃、碳含量达到0.40%左右时，可满足冶所有钢中的终点需求，并且P含量低至0.006%。

【参考文献】

[1]陈志平，王多刚，虞大俊，左康林.转炉炼钢少渣冶炼技术的探索实践[J].宝钢技术，2014（06）.

[2]赵素华，潘秀兰，慧智.少渣炼钢上艺的进步与展望[J]. 鞍钢技术，2008（6）：13-16.

[3]王富亮，徐国义，李超，等.鞍钢260t转炉少渣冶炼实践[J].鞍钢技术，2013（4）：43-5.

[4]黄希枯.钢铁冶金原理[M].北京：冶金上业出版社，2002.

[5]赵广谙，余海明.120t转炉少渣炼钢的工作实践[J].新疆钢铁，2015（2）.