摘 要：為了降低轉(zhuǎn)爐石灰消耗，減少渣量，提高金屬收得率，本鋼集團(tuán)北營(yíng)煉鋼廠開展了轉(zhuǎn)爐少渣冶煉工藝技術(shù)研究。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)性研究對(duì)“雙渣法”和“留渣法”工藝對(duì)比，包括終渣快速固化、高效脫磷、爐渣物性控制、“轉(zhuǎn)爐-連鑄”生產(chǎn)組織與周期匹配等關(guān)鍵技術(shù)，最終選擇了適應(yīng)于30t小轉(zhuǎn)爐快節(jié)奏生產(chǎn)的轉(zhuǎn)爐少渣冶煉工藝—“留渣法”少渣冶煉工藝。

關(guān)鍵詞：石灰消耗；少渣冶煉；脫磷；留渣法

鋼鐵工業(yè)作為重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，近三十年來(lái)發(fā)展非常迅速，但在可持續(xù)發(fā)展的今天，由于大量消耗資源、能源以及煙塵、爐渣等固體廢棄物排放等問(wèn)題，在科技進(jìn)步方面面臨著巨大壓力和挑戰(zhàn)。以氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼為例（國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)爐鋼比率90%以上），每生產(chǎn)一噸鋼大約消耗40～60kg石灰，12～20kg輕燒白云石，并產(chǎn)生90～120kg爐渣（含14～25%FetO）。煉鋼爐渣經(jīng)過(guò)熱悶、滾筒、水淬等工藝方法處理后，經(jīng)濟(jì)價(jià)值很低。

為了降低轉(zhuǎn)爐石灰消耗，減少渣量，提高金屬收得率，本鋼集團(tuán)北營(yíng)煉鋼廠2014年度首先在4座50t轉(zhuǎn)爐開展了轉(zhuǎn)爐少渣冶煉工藝技術(shù)研究。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)性研究對(duì)“雙渣法”和“留渣法”工藝對(duì)比，包括終渣快速固化、高效脫磷、爐渣物性控制、“轉(zhuǎn)爐-連鑄”生產(chǎn)組織與周期匹配等關(guān)鍵技術(shù)。最終選擇了轉(zhuǎn)爐少渣冶煉工藝—“留渣法”少渣冶煉工藝。

采用“留渣法”工藝包括以下工藝環(huán)節(jié)：（1）轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束后將液態(tài)爐渣留在爐內(nèi)（不倒渣）；（2）出鋼后向爐底加入一定量石灰（白云石）或碳粉對(duì)液態(tài)渣進(jìn)行固化，采用濺渣護(hù)爐將部分液態(tài)渣濺至爐襯表面加以固化；（3）操作人員對(duì)爐渣固化效果確認(rèn)后，裝入廢鋼、鐵水；（4）進(jìn)行吹煉，吹煉過(guò)程不倒渣（5）吹煉結(jié)束，倒?fàn)t測(cè)溫、取樣時(shí)倒出部分爐渣（倒渣量：40～60%）；（6）進(jìn)入下一循環(huán)。

采用“留渣”工藝：（1）由于爐渣再利用，可以大幅度減少煉鋼石灰、白云石等渣料消耗和煉鋼渣量；（2）煉鋼爐渣通常含14～25%FetO，渣量減少因而可以降低鋼鐵料消耗；（3）常規(guī)轉(zhuǎn)爐煉鋼，出鋼后留在爐內(nèi)部分鋼水隨爐渣倒出。采用“留渣”工藝終點(diǎn)不倒渣，因而可以提高鋼水收得率。

1 少渣冶煉工藝綜述

1.1 高效脫磷工藝技術(shù)

常規(guī)氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼吹煉前期（吹煉4～6min時(shí)）脫磷率在30～40%[4]。與常規(guī)轉(zhuǎn)爐煉鋼相比，采用“留渣”工藝，由于初渣中已含1.5%以上P2O5（所留上爐終渣所致），而常規(guī)轉(zhuǎn)爐初渣幾乎不含P2O5，脫磷階段脫磷難度因此增加。如果在“留渣”工藝脫磷階段不能夠充分脫磷，勢(shì)必加重脫碳階段脫磷負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成吹煉終點(diǎn)鋼水[P]不達(dá)標(biāo)須進(jìn)行后吹、補(bǔ)吹。因此，脫磷階段能否高效脫磷對(duì)“留渣”工藝具有非常重要意義。

在氧氣轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程，通過(guò)調(diào)整供氧（槍位、供氧速率等）控制渣中FetO含量，進(jìn)而控制爐渣/鐵液界面的氧位，表明在渣/鐵界面脫磷反應(yīng)可以進(jìn)行。由以上分析可知，“留渣”工藝脫磷階段高效脫磷的關(guān)鍵是：（1）加強(qiáng)鐵液熔池?cái)嚢瑁龠M(jìn)熔池內(nèi)部[P]向渣/鐵界面?zhèn)鬏?；?）通過(guò)調(diào)整供氧或加入鐵礦石（鐵皮）提高渣中FetO活度。

1.2 爐渣物性控制技術(shù)

采用“留渣”煉鋼工藝，脫磷階段能否快速化渣具有非常重要的意義。如倒渣量不足，便會(huì)出現(xiàn)爐內(nèi)渣量逐爐蓄積、堿度不斷增加、化渣愈加困難的情況，最后導(dǎo)致“留渣”工藝脫磷期脫磷率下降影響終點(diǎn)磷含量。因此對(duì)于“留渣”工藝，前期槍位控制、供氧強(qiáng)度和物料加入等環(huán)節(jié)至關(guān)重要。

在“留渣”工藝脫磷階段爐渣FetO在9～15%范圍，為使?fàn)t渣在1400℃下全部熔化（均勻液相），爐渣堿度CaO/SiO2須控制在0.55～1.3范圍?？紤]到脫磷需要較高堿度和渣中所含少量Al2O3、MnO等能夠適當(dāng)擴(kuò)大液相區(qū)范圍，因此為使?fàn)t渣充分熔化，爐渣堿度不宜高于1.

鐵水[Si]含量為0.50%，脫磷階段爐渣堿度為1.05，脫碳階段終渣堿度為2.9條件下，總渣量的2.8-3t。計(jì)算得到的終點(diǎn)倒渣量分別為1 t（約占總渣量的40%）和2t（約占總渣量的70%）時(shí)，脫磷階段爐渣堿度為1.30和1.10。當(dāng)?shù)乖坎蛔銜r(shí)（僅為1t），后續(xù)爐次即便在脫磷階段不加入石灰，爐渣堿度也會(huì)很快超過(guò)2（難以全部熔化且流動(dòng)性顯著降低），爐內(nèi)蓄積渣量在第3爐即超過(guò)了所能容納爐渣的正常狀態(tài)（120kg/t鋼）。

當(dāng)脫磷結(jié)束倒渣量達(dá)到2t時(shí)，隨“留渣”循環(huán)冶煉爐次增加，爐內(nèi)渣量蓄積只有很緩慢增加，即便連續(xù)6爐采用“留渣”工藝冶煉，爐內(nèi)渣量也少于3t（70kg/噸鋼）。由此可知，為獲得連續(xù)穩(wěn)定的“留渣”工藝運(yùn)行效果，在鐵水[Si]含量為0.35～0.50%情況下，脫磷階段結(jié)束倒渣量應(yīng)達(dá)到1.5-2.5t。

1.3 液態(tài)終渣快速固化技術(shù)

采用“留渣”工藝，對(duì)上爐的液態(tài)渣必須加以固化，才能確保裝入鐵水時(shí)不發(fā)生激烈噴濺，引發(fā)重大安全事故。本研究對(duì)通過(guò)加入多量石灰或廢鋼直接冷卻對(duì)液態(tài)爐渣進(jìn)行固化的方法進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)存在以下問(wèn)題：（1）如固化爐渣用石灰加入量多（包括白云石），會(huì)造成脫磷階段爐渣堿度和MgO含量過(guò)高，導(dǎo)致前期化渣困難，脫磷率低；（2）如通過(guò)裝入廢鋼對(duì)液態(tài)渣進(jìn)行冷卻固化，由于國(guó)內(nèi)廢鋼尺寸不均衡，經(jīng)常發(fā)生爐內(nèi)廢鋼“搭棚”情況，爐底液態(tài)渣因而不能被充分固化，存在重大安全隱患。

2 主要工藝技術(shù)指標(biāo)

北營(yíng)煉鋼廠采用“留渣”工藝與常規(guī)轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝的指標(biāo)對(duì)比分別見表。

3 結(jié) 論

1、通過(guò)轉(zhuǎn)爐“留渣”冶煉工業(yè)性試驗(yàn)和推廣，基本掌握了“留渣”冶煉工藝的特點(diǎn)和規(guī)律，為今后北營(yíng)煉鋼廠的少渣冶煉打下了基礎(chǔ)。

2、2014年12月三年期間，轉(zhuǎn)爐“留渣”工藝白灰消耗41.93kg/噸鋼，相比正常工藝平均降低13kg/噸鋼，總渣量降低20%。按50%“留渣”爐次比例計(jì)算過(guò)，可節(jié)約成本近700萬(wàn)元/年。

3、轉(zhuǎn)爐在“留渣”冶煉條件下實(shí)行提高終點(diǎn)碳工藝，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳由實(shí)行“留渣”冶煉之前的倒?fàn)t率由“留渣”前的59%提高至78%；提高了合金回收率。

4、采用終渣快速固化技術(shù)后，絕大多爐渣固化時(shí)間控制在3min以內(nèi)，在采用”留渣”工藝生產(chǎn)的6502爐次中，未發(fā)生任何鐵水噴濺事故。

參考文獻(xiàn)

[1]小川雄司，矢野正孝，北村信也，平田浩.転爐を用いた脫りん脫炭連続処理プロセスの開発，鉄と鋼，2001，Vol.87，No.1，p21-28

[2]巖崎正樹，松尾充高.製鋼技術(shù)開発の歩みと今後の展望，新日鉄技報(bào)，2011，第391號(hào)，p88-93

作者簡(jiǎn)介：

姓名：石軍（1974.07），男，本科，助理工程師，遼寧科技學(xué)院冶金工程專業(yè)，工作單位：本溪北營(yíng)煉鋼廠