梁新騰^1，2， 孫彥輝¹， 曾建華²， 陳均²， 陳路²

（1. 北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京100083； 2. 攀鋼集團(tuán)研究院有限公司，四川成都611731）

摘 要：首先針對(duì)SRP煉鋼工藝存在的問(wèn)題進(jìn)行了介紹，目前該工藝除新建鋼廠外，很難在絕大多數(shù)已建成鋼鐵廠推廣采用，然后對(duì)半鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼不適宜采用當(dāng)前流行的MURC工藝的原因進(jìn)行了詳細(xì)闡述。以攀鋼西昌鋼釩200 t 轉(zhuǎn)爐為依托，在半鋼轉(zhuǎn)爐脫磷理論分析的基礎(chǔ)上，提出了“一爐全留渣、一爐倒出大半”的半鋼轉(zhuǎn)爐熱態(tài)渣循環(huán)利用新工藝，在實(shí)際應(yīng)用中取得了顯著的效果，轉(zhuǎn)爐脫磷效率有很明顯的提高，轉(zhuǎn)爐各種輔料消耗平均降至47.64 kg/t，石灰消耗平均為13.95 kg/t，同時(shí)對(duì)于降低鋼鐵料消耗、提高轉(zhuǎn)爐壽命也有很好的作用。

關(guān) 鍵 詞：半鋼；轉(zhuǎn)爐煉鋼；脫磷；輔料消耗

煉鋼過(guò)程需要大量的原輔料，同時(shí)產(chǎn)生大量冶金渣、蒸汽、煤氣、除塵灰等。減少煉鋼過(guò)程原輔料消耗以及對(duì)其進(jìn)行高效循環(huán)利用，已成為各鋼鐵企業(yè)的共同課題，對(duì)促進(jìn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展意義重大^[1-6]。攀鋼轉(zhuǎn)爐半鋼煉鋼針對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)普遍采用的MURC工藝，積極開展了相關(guān)研究，經(jīng)過(guò)比較，對(duì)于一般鋼種采用MURC工藝對(duì)于降低轉(zhuǎn)爐各種消耗效果不顯著，為此積極開發(fā)各種轉(zhuǎn)爐少渣煉鋼新技術(shù)，在理論分析的基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)爐半鋼煉鋼“一爐全留渣、一爐倒出大半”新工藝取得了很好的效果。

1   轉(zhuǎn)爐少渣煉鋼工藝對(duì)比

日本鋼鐵企業(yè)最早采用的轉(zhuǎn)爐鐵水脫磷-少渣脫碳煉鋼工藝引起了國(guó)內(nèi)外鋼鐵界的高度關(guān)注，目前已基本取代了過(guò)去在鐵水罐、魚雷罐中對(duì)鐵水進(jìn)行脫磷預(yù)處理的方法。住友金屬采用SRP 煉鋼工藝^[7] （一座轉(zhuǎn)爐脫磷、一座轉(zhuǎn)爐脫碳）總渣量在40～60 kg/t，與常規(guī)工藝相比，冶煉一般鋼種時(shí)，總石灰消耗量從40 kg/t 降至10～20 kg/t。住友金屬鹿島廠現(xiàn)行SRP工藝，3座250 t轉(zhuǎn)爐，總渣量（脫磷轉(zhuǎn)爐＋脫碳轉(zhuǎn)爐）約60 kg/t鋼，渣量減少25%以上。中國(guó)寶鋼、首鋼京唐公司等也采用了類似工藝。但此項(xiàng)技術(shù)也面臨較大困難^[8]，主要原因?yàn)椋海?）脫磷轉(zhuǎn)爐只能采用輕薄廢鋼，稍厚和稍大尺寸廢鋼在脫磷冶煉結(jié)束時(shí)會(huì)熔化不完全；（2）在脫磷轉(zhuǎn)爐出鐵和脫碳轉(zhuǎn)爐鐵水裝爐過(guò)程，將損失溫度40～50 ℃，當(dāng)脫磷后鐵水碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和溫度同時(shí)位于控制范圍下限時(shí)，容易發(fā)生脫碳轉(zhuǎn)爐熱量不足問(wèn)題。同時(shí)由于該工藝需要專門脫磷轉(zhuǎn)爐，因此除新建鋼廠外，該工藝很難在絕大多數(shù)已建成鋼鐵廠推廣采用。

日本和韓國(guó)等一些成熟的轉(zhuǎn)爐普遍開展各種煉鋼新技術(shù)，其中轉(zhuǎn)爐鋼渣熱態(tài)循環(huán)利用是其中的一個(gè)熱點(diǎn)。2000 年新日鐵鋼研究所通過(guò)在8 t 轉(zhuǎn)爐上試驗(yàn)^[9]，開發(fā)出一種針對(duì)轉(zhuǎn)爐數(shù)量少的煉鋼廠的轉(zhuǎn)爐脫磷煉鋼新工藝Multi-Refining Converter（MURC），其工藝流程如圖1 所示。該工藝在同一轉(zhuǎn)爐進(jìn)行鐵水脫磷預(yù)處理和脫碳吹煉，類似傳統(tǒng)“雙渣法”煉鋼，此工藝對(duì)于降低轉(zhuǎn)爐各種消耗效果非常顯著。此工藝目前在中國(guó)得到了很快的推廣，中國(guó)首鋼遷安鋼鐵公司采用此工藝實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐輔料消耗降低40%以上^[10]。MURC 工藝的關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)爐前期能夠快速成渣，并能夠在吹煉前期倒出大部分高磷渣。

2   攀鋼半鋼煉鋼實(shí)現(xiàn)少渣煉鋼的探討

攀鋼西昌鋼釩煉鋼采用釩鈦磁鐵礦冶煉，鐵水中含質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%左右的釩，因此在轉(zhuǎn)爐煉鋼之前，需先提釩，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)爐提釩，鐵水中釩被氧化，同時(shí)鐵水中硅、錳等元素也被氧化，碳元素部分氧化，半鋼同普通鐵水有明顯的差異，煉鋼轉(zhuǎn)爐半鋼入爐條件見表1。

由于含釩鐵水轉(zhuǎn)爐同時(shí)脫磷提釩工藝目前還未走通，鐵水經(jīng)過(guò)脫硫、提釩預(yù)處理后，磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本上沒(méi)有變化，仍然為0.060%左右。轉(zhuǎn)爐煉鋼采用的造渣材料有活性石灰、高鎂石灰、復(fù)合渣等多種材料。

攀鋼西昌鋼釩半鋼煉鋼曾經(jīng)采用MURC工藝進(jìn)行過(guò)轉(zhuǎn)爐試驗(yàn)，采用MURC工藝總體上不經(jīng)濟(jì)，主要體現(xiàn)在：（1）由于硅、錳等元素缺失，轉(zhuǎn)爐初期渣形成速度慢，平均形成時(shí)間在3.5 min 左右，在轉(zhuǎn)爐前期放渣時(shí)，初渣才剛好形成，還未充分參與脫磷反應(yīng)；（2）脫磷期結(jié)束，正直碳氧反應(yīng)劇烈期，爐渣泡沫化嚴(yán)重，倒渣困難，倒渣過(guò)程鋼鐵料流失嚴(yán)重；（3）由于提釩工序及工序熱量損失，造成半鋼煉鋼熱量不足，轉(zhuǎn)爐前期倒?fàn)t放渣進(jìn)一步增加了熱量損失。

因此，必須有新思路開展針對(duì)半鋼煉鋼的少渣煉鋼工藝研究，降低冶煉成本，減少轉(zhuǎn)爐渣量。

3   半鋼轉(zhuǎn)爐脫磷新工藝

3.1   半鋼轉(zhuǎn)爐脫磷理論分析

有關(guān)鋼鐵液的脫磷熱力學(xué)，尤其是鐵水脫磷熱力學(xué)，冶金工作者們已做了很多研究工作，形成了一套成熟的研究思路，得到了一系列的經(jīng)驗(yàn)及半經(jīng)驗(yàn)公式，有利于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。脫磷渣系的Healy公式^[11]在當(dāng)前最被認(rèn)可。

圖2所示為2013年1月份攀鋼西昌鋼釩200 t轉(zhuǎn)爐終渣理論磷分配比與實(shí)際磷分配比之間的關(guān)系，實(shí)際磷分配比低于理論分配比，顯然攀鋼西昌鋼釩200 t轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)未能達(dá)到理論平衡值。

對(duì)西昌鋼釩200 t 轉(zhuǎn)爐半鋼煉鋼爐渣磷容量進(jìn)行理論分析，煉鋼脫磷反應(yīng)可由式（2）^[12]表示。

根據(jù)等溫方程式有

式中：為爐渣中P₂O₅的活度系數(shù)；為P₂O₅的克分子分?jǐn)?shù)；f_P 、f_O 分別為P和O的活度系數(shù)；K為平衡常數(shù)；

欲使式（2）能夠進(jìn)行，則ΔG 必須是負(fù)值，即J＜K 。

式（4）中

當(dāng)T＝1873 K 時(shí)，K＝4.4 × 10^－10。

所以，使式（2）能夠進(jìn)行的條件為

按照轉(zhuǎn)爐典型爐渣成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）CaO 40%、SiO₂ 12%、MgO 12%、FeO 20%、MnO 6%，計(jì)算得＝ 4.17×10^－18 [13]。鋼水終點(diǎn)w([P])＝ 0.012%、w([O])＝ 0.06%，假設(shè)f_P 、f_O 都等于1，則計(jì)算得轉(zhuǎn)爐終渣中極限P₂O₅質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為2.36%。西昌鋼釩轉(zhuǎn)爐終渣P₂O₅質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.85%左右，遠(yuǎn)小于極限目標(biāo)，因此，轉(zhuǎn)爐全部或部分留渣具備可行性。

3. 2   半鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼新工藝

基于以上理論分析，設(shè)計(jì)了半鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼新工藝，采用此工藝既能夠保證轉(zhuǎn)爐有較好的脫磷效率又能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)爐少渣煉鋼，工藝流程如圖3 所示。

其操作要點(diǎn)為：（1）根據(jù)終渣狀態(tài)及渣量采取“一爐全留渣、一爐倒出大半”的半鋼轉(zhuǎn)爐熱態(tài)渣循環(huán)利用新工藝，連續(xù)循環(huán)直至需要監(jiān)控轉(zhuǎn)爐等情況時(shí)倒出全部爐渣。（2）全留渣爐次石灰加入量按照1～1.5 t/爐加入，高鎂石灰加入量按照3.5～4.5 t/爐加入。（3）倒渣爐次石灰加入量按照1.5～2.0 t/爐加入，高鎂石灰加入量按照4.0～5.0 t/爐加入。（4）留渣爐次兌鐵前必須將轉(zhuǎn)爐搖至90°以下，爐長(zhǎng)或搖爐工必須到平臺(tái)前面進(jìn)行確認(rèn)爐渣裹干，未裹干必須前后搖爐、再補(bǔ)加渣料或吹氮?dú)猓匾獣r(shí)可二次濺渣，直至裹干后方可兌鐵。（5）兌鐵過(guò)程半鋼進(jìn)入爐內(nèi)5～10 t，吊車停留不少于15 s，隨后緩慢提升吊車副鉤，兌鐵總時(shí)間控制在2 min以上。

以兩個(gè)爐次為一冶煉循環(huán)對(duì)此新工藝進(jìn)行如下說(shuō)明：首先在第一個(gè)爐次采用正常的轉(zhuǎn)爐渣量（按照上述要點(diǎn)3）進(jìn)行冶煉，在吹煉結(jié)束后，將轉(zhuǎn)爐內(nèi)的爐渣全部留在爐內(nèi)，開始濺渣護(hù)爐，經(jīng)過(guò)必要的爐渣固化后，兌鐵開始第二爐次的吹煉，在第二個(gè)爐次采用接近正常爐次一半的轉(zhuǎn)爐渣量（按照上述要點(diǎn)（2））進(jìn)行冶煉，在吹煉結(jié)束后，將轉(zhuǎn)爐內(nèi)的爐渣倒出大部分，留1/3 爐渣在爐內(nèi)開始下一個(gè)冶煉循環(huán)。

4   取得的效果

2014 年以來(lái)，攀鋼西昌鋼釩200 t 轉(zhuǎn)爐采用此新工藝比率達(dá)到了75%，采用新工藝后轉(zhuǎn)爐各類輔料、鋼鐵料消耗與原工藝對(duì)比情況見表2，轉(zhuǎn)爐各種輔料及鋼鐵料消耗較之前有較大幅度的降低。與常規(guī)轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝相比，轉(zhuǎn)爐各種輔料消耗平均降至47.64 kg/t，平均降低了11.49 kg/t，其中，石灰消耗平均為13.95 kg/t，最低達(dá)9.5 kg/t，轉(zhuǎn)爐冶煉不同磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求鋼種時(shí)石灰的消耗對(duì)比如圖4 所示；轉(zhuǎn)爐區(qū)域鋼鐵料消耗平均為1 037.44 kg/t，鋼鐵料平均降低了3.16 kg/t，取得了顯著經(jīng)濟(jì)效益。

轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)鋼水控制情況對(duì)比見表3。

新工藝充分利用了氧化性強(qiáng)的終渣用于鋼水前期脫磷，提高了爐渣利用率，爐渣中磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)由原來(lái)的0.850%提高到1.257%，渣鋼中磷分配比達(dá)到116，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原工藝，脫磷率平均為84.79%，較原工藝平均高2.65%；由于爐渣脫磷效率明顯提高，很多時(shí)候不需要終點(diǎn)深吹來(lái)保證脫磷效果，新工藝終渣TFe 質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為19.56%，較原工藝低0.79%，同時(shí)能夠使轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度顯著降低，這有助于提高轉(zhuǎn)爐壽命；終點(diǎn)鋼水硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為0.014 3%，終點(diǎn)硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)較前工藝平均高0.001 1%，轉(zhuǎn)爐回硫量也較之前工藝要高，說(shuō)明大渣量留渣對(duì)鋼水硫控制不利，在冶煉低硫鋼時(shí)要格外注意。

5   結(jié)論

（1）目前轉(zhuǎn)爐流行的MURC工藝對(duì)于攀鋼半鋼煉鋼而言，前期倒?fàn)t放渣比較困難，脫磷不穩(wěn)定，實(shí)際操作過(guò)程不經(jīng)濟(jì)。

（2）在半鋼轉(zhuǎn)爐脫磷理論分析的基礎(chǔ)上，提出了“一爐全留渣、一爐倒出大半”的半鋼轉(zhuǎn)爐熱態(tài)渣循環(huán)利用新工藝，在實(shí)際應(yīng)用中取得了顯著的效果，轉(zhuǎn)爐各種輔料消耗平均降至47.64 kg/t，石灰消耗平均為13.95 kg/t，轉(zhuǎn)爐脫磷效率也有很明顯的提高，同時(shí)對(duì)于降低鋼鐵料消耗、提高轉(zhuǎn)爐壽命也起到了顯著的作用。

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