氧气转炉留渣-冶金之家
炉渣的来源、组成和作用
在文学家的语言里，钢和渣是完全对立的，钢表示人的坚强，渣代表坏人坏事、无可救药。但在冶金家的眼里，钢和渣是统一的：没有好渣，就没有好钢；把渣炼好，好钢自然就产生了。所以，炼钢就是炼渣。
渣由熔化的氧化物形成。炼钢反应产生的二氧化硅、氧化锰、五氧化二磷和氧化铁都进入到渣中。为了造渣儿加入熔剂，其中含有氧化钙、氧化锰、氧化镁、三氧化二铝、氧化钙等。钢中的硫也会成为硫化物转入渣中。特殊情况下还会有其他氧化物，例如炼不锈钢时有氧化铬，炼高速工具钢时有氧化钨等。所以，熔渣是以多种氧化物为主的复杂溶液。酸性渣的主体是CaO – SiO2 – MnO – FeO 三种氧化物。碱性氧化渣则以CaO – SiO2 –FeO 三组原为代表，其他物质按其性质归入某一类，如P2O5 呈酸性归入SiO2类，MnO带氧化性归入FeO 类。碱性还原渣以CaO – SiO2 – Al2O3 三组元为代表。
炼钢实际上就是对生铁的一种精炼过程。
转炉炼钢：转炉的炉体可以转动，用钢板做外壳，里面用耐火材料做内衬。转炉炼钢时不需要再额外加热，因为铁水本来就是高温的，它内部还在继续着发热的氧化反应。这种反应来自铁水中硅、碳以及吹入氧气。因为不需要再用燃料加热，故而降低了能源消耗，所以被普遍应用于炼钢。吹入炉内的氧气与铁水中的碳发生反应后，铁水中的碳含量就会减少而变成钢了。这种反应本身就会发出热量来，因而铁水不但会继续保持着熔化状态，而且可能会越来越热。因此，为调整铁水的适合温度，人们还会再加入一些废钢及少量的冷生铁块和矿石等。同时也要加入一些石灰、石英、萤石等，这些物质可以与铁水在变成钢水时产生的废物形成渣子。因此，它们被称为造渣料。转炉炼钢工艺流程：高炉铁水→铁水预处理→复吹转炉炼钢→炉外精炼→连铸→热轧
氧气顶底复吹转炉炼钢
2 顶、底吹氧型 LD一OB、LD—HC、 顶部供氧比为60％～95％,底部40％～5％,底部
中心管供氧,环管供冷却剂， 3 喷吹石灰型K—BOP
在吹氧的同时,还可以喷吹石灰等熔剂， 4 喷吹燃料型 顶底侧三向以氧气作载流喷吹煤粉、燃油或燃气，
复吹转炉渣 中∑ FeO 从吹 炼初期开始到 中期逐渐降低, 中期变化平稳, 后期又稍有升 高,其变化的曲 线与顶吹转炉 有某些相似之 处，
2 顶吹. 复吹.底吹转炉渣中 FeO 比较
就渣中 FeO 含量而 言,顶吹转炉 >复吹转炉> 底吹转炉，
复吹转炉渣∑ω FeO 低于顶吹原因
1 从底部吹入的氧,生成的FeO在熔池的 上升过程中被消耗掉； 2 有底吹气体搅拌,渣中∑ω FeO 低,也能 化渣,不需要高的∑ω FeO ； 3 上部有顶枪吹氧,所以它的 FeO 含量比 底吹氧气的还是要高，
9.3.1 顶底复合吹炼法的种类及其特征
顶底复合吹炼转炉按底部供气方式分为两大类；
1 顶吹氧气、底吹惰性或中性 或弱氧化性气体的转炉，此法 除底部全程恒流量供气和顶吹 枪位适当提高外,冶炼工艺制 度基本与顶吹相同，底部供气 强度属于弱搅拌型，由于底部 供气的作用,强化了熔池搅拌， 图27a、b分别为顶吹和复合 吹炼转炉主要元素的浓度变化， 2 顶、底均吹氧的转炉，20 ～40％的氧由底部吹入熔池, 其余的氧由顶枪吹入，
转炉脱磷造渣工艺
转炉脱磷造渣工艺
1. 简介
转炉脱磷造渣工艺是一种钢铁生产过程中常用的炼铁工艺，用于将炼钢过程中
产生的高磷铁水进行脱磷处理，并同时生成具有一定含铁量的渣。
脱磷是炼钢过程中的一个重要环节，因为高磷含量的钢铁会使钢的力学性能下降，同时还会影响钢的冷加工性能。因此，通过转炉脱磷造渣工艺，可以有效降低钢铁中的磷含量，提高钢的质量。
2. 工艺原理
转炉脱磷造渣工艺的主要原理是利用氧气气体在高温条件下与铁水中的磷发生
氧化反应，生成氧化磷（P2O5）。氧化磷被熔融的渣中吸附，从而实现了脱磷的
目的。
具体来说，转炉脱磷造渣工艺分为两个步骤：
2.1 碱性补矿
在转炉炼钢过程中，通常需要进行钙质或镁质的碱性物料的补矿。这是因为转
炉炼钢过程中消耗了大量的碱质物料，导致炉渣中的碱度下降。通过补充碱性物料，可以提高炉渣的碱度，为脱磷创造良好的条件。
2.2 硅酸盐造渣
在转炉炼钢的末期，废钢或铁水被注入转炉。同时，掺入含有大量氧化剂的硅
酸盐物料，如硅石、硅灰石等。在高温条件下，硅酸盐物料会与铁水中的磷发生反应，生成氧化磷。氧化磷被熔融的渣中吸附，从而脱离钢水，实现脱磷的目的。
3. 工艺流程
转炉脱磷造渣工艺的流程如下：
1.准备碱性物料：根据炉渣的碱度要求，准备钙质或镁质的碱性物料，
并进行补充。常用的碱性物料包括石灰石、白云石等。
2.准备硅酸盐物料：选择合适的硅酸盐物料，如硅石、硅灰石等，并加
入适量的氧化剂。
3.开始转炉炼钢：将废钢或铁水注入转炉，并进行炼钢操作。
4.碱性补矿：在适当的时机，通过给炉内注入碱性物料，提高炉渣的碱
首秦100t氧气转炉“留渣双渣”炼钢工艺实践
首秦金属材料有限公司概要
首秦金属材料有限公司概要
首秦金属材料有限公司概要
3座铁水预处理：
颗粒镁脱硫； 脱后硫命中率95%以上。
3座100吨顶底复吹转炉
配备烟气分析、副枪 出钢下渣检测系统 能够实现一键式炼钢
炉外精炼
LF精炼3座； 1座双工位RH真空炉。
首秦金属材料有限公司概要
脱磷期回收工艺：
CO浓度>30%，O2<1.5%; 下枪吹炼≥2分钟; 达标时间≤3.5分钟; 氧枪下枪吹炼（氧枪在开氧点以下） 罩裙低位；
SGRS转炉煤气的回收技术应用
脱碳期回收工艺技术优化 脱碳期吹炼前期转炉煤气发生特点： •前期CO浓度上升很快，且波动小 •O2浓度下降速率较快，稳定 前期达标即回收，CO>30%,O2<1.5%,无时间和延时限制； 回收末期控制条件与常规冶炼工艺相同；
SGRS工艺开发初期面临主要问题
✓脱磷期脱磷不充分，达不到50% ✓半钢倒渣量不足，仅为30%，造成连续 循环不起来 ✓半钢渣中带金属铁明显
首秦SGRS工艺开发目标
留渣操作，炉渣固化，安全兑铁 生产顺行，周期满足正常生产需求 石灰消耗量较常规工艺吨钢降低40% 石灰与轻烧总消耗较常规工艺降低40% 钢铁料消耗较常规工艺降低6.0kg/t 满足产品需要，转炉终点磷含量低于0.012%
首秦SGRS高效脱磷技术
氧气转炉“留渣+ 双渣” 炼钢工艺技术研究
氧气转炉“留渣+双渣〞炼钢工艺技术研究
王新华1，朱国森2，李海波2，吕延春2
(1.北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083；2.首钢技术研究院，北京100043)
摘要：首钢迁钢公司和首秦公司大规模采用了“留渣+双渣〞转炉炼钢新工艺，大幅度减少了炼钢渣量和石灰、白云石消耗。文章介绍了其中所开发的3项重要技术：①脱磷阶段采用低碱度(w(CaO)/w(SiO2)∶1.3～1.5)和低MgO质量分数(≤7.5%)渣系，形成流动性良好和适度泡沫化炉渣，解决了脱磷阶段结束难以快速足量倒渣和渣中金属铁质量分数高这两大问题；
②针对脱磷阶段底吹搅拌弱问题，采用了低枪位和高供氧强度吹炼方法，利用顶吹氧气流加强金属熔池搅拌，获得了良好脱磷效果；③通过加快生产速度，特别是对“炼钢-精炼-连铸〞生产合理组织调配，在转炉冶炼时间增加大约4min情况下，钢产量并没有减少。
关键词：转炉炼钢；少渣；石灰消耗；脱磷；炉渣
中国钢铁工业近20年来开展迅速，对国民经济快速增长发挥了重要作用，但在节省资源、能源和减少炉渣等固体废弃物排放等方面，目前面临着巨大的压力和挑战。以占中国产钢量90%以上氧气转炉炼钢为例，每年生产约6.2亿t粗钢，要产生6000万t以上炉渣，消耗3100万t以上石灰和700万t以上轻烧白云石，而用于生产炼钢石灰和轻烧白云石的石灰石与生白云石矿产均为重要的不可再生资源。
2001年Ogawa等[1]报道了新日铁开发的MURC转炉炼钢新工艺及其在8t转炉的试验情况，该工艺将转炉冶炼分为2个阶段，在第1阶段主要进行脱硅、脱磷，结束后倒出局部炉渣，然后进行第2阶段吹炼，吹炼结束后出钢但将炉渣保持在炉内，下一炉在炉内留渣情况下装入废钢、铁水，然后进行第1和第2阶段吹炼，并以此循环往复。近年来，新日铁陆续报道了MUCR工艺相关情况[2-10]，新日铁公司的大分、八幡、室兰、君津等钢厂采用了该工艺，产钢占新日铁总产钢量55%左右，转炉炼钢石灰消耗减少40%以上，但对其中许多关键技术，如液态渣固化、脱磷阶段炉渣碱度、供氧参数、脱磷工艺、倒渣控制等根本没有报道。
转炉留渣操作技术
转炉留渣操作技术
1 前言
氧气顶吹转炉留渣操作在20世纪80年代初期就已经提出，由于没有掌握留渣后操作安全规律，在兑铁时时常出现大喷，因此，留渣操作一直没有得到推广应用，但氧气顶吹转炉留渣操作可以大大降低钢铁料消耗、节约石灰，在转炉吹炼初期可以快速成渣，而且是高碱度氧化渣，有利于提高生产率，我们知道，钢铁料消耗占转炉生产成本80％左右的水平，因此，留渣操作具有显著的经济效益，特别是对于我们某厂公司，铁水资源不足的钢厂效益更是立竿见影，所以，只要从理论上找出留渣后兑铁发生大喷的根本原因，从操作上找出切实可行的规避措施，留渣操作从可持续发展和循环经济的层面上是大有可为的。2转炉留渣操作的可行性
某厂二炼钢铁水成分如下：
铁水平均温度1250～1300℃冶炼终渣成分为：CaO：52％、MgO：8％、Si02：10％、FeO：18％。
兑铁时发生喷溅的主要原因是在兑铁瞬间，铁水中的碳和钢渣中的FeO发生激烈的C-O反应，生成的CO气体急剧膨胀，把铁水和钢渣带出炉口，因此，只有解决兑铁时的C-O激烈反应，才能避免大的喷溅。
3留渣操作的特点
由于炼钢生产节奏快，一炉钢在冶炼过程中，其吹炼时间只有十几分钟，也就是说要在十几分钟的吹氧时间内形成具有一定碱度、良好流动性、合适且
TFe和MgO含量正常泡沫化的炉渣，以保证冶炼成分和温度同时双命中的钢水，并减少对炉衬的侵蚀，留渣操作贯穿于炼钢整个冶炼周期，主要是靠所留炉渣的物理热和炉渣化学性能，使其具有迅速参与反应、并促进前期炉渣的快速形成、提高去除P、S的效率、节省石灰用量。
转炉定量留渣-溅渣-全留渣的工艺实践
三、定量留渣-溅渣-全留渣的工艺实践
3.3 溅渣时间
理论计算国丰二钢溅渣时间应为2min左右，但原工艺均要求按3-
4min控制，且操作人员不能根据炉渣状态调整相应的溅渣时间，导致氮
气浪费现象严重。根据不同炉渣状况，对溅渣时间进行了优化，具体调 整方案见表8。
表8 不同渣态下的溅渣时间控制
炉渣状态 正常炉次 高氧化铁炉次
生白云石
铁水渣
范围
均值
28.21~38.54
31.92
10.44~41.12
38.04
9.78~15.87
10.21
二、原料条件与工艺参数
表3 装入量与造渣料加入量
装入量，吨/炉
石灰，kg/吨钢
镁球，kg/吨钢
白云石，kg/吨钢
范围
均值
44~46
45
52~58
56
表4 转炉终点控制
11~13
12
10~14
200年钢产量万吨年84降低钢铁料消耗kg吨钢275钢铁料成本元kg07钢铁料消耗与留渣溅渣率相关系数04项目本身贡献系数432降低石灰消耗通过应用转炉定量留渣溅渣技术研究成果后溅渣后可利用热态渣提高转炉化渣效果同时可充分提高转炉初期渣碱度从而提高转炉脱磷效果达到降低石灰消耗的目的
转炉定量留渣-溅渣-全留渣的工艺实践
范围 1269~1338 均值 1326
氧气顶吹转炉炼钢挡渣出钢
氧气顶吹转炉炼钢挡渣出钢
转炉炼钢中，钢水的合金化大都在钢包中进行。而转炉内的高氧化性炉渣流入钢包会导致钢液与炉渣发生氧化反应，造成合金元素收得率降低，并使钢水产生回磷和夹杂物增多。同时，炉渣也对钢包内衬产生侵蚀。特别在钢水进行吹氩等精炼处理时，要求钢包中炉渣（FeO）含量低于2％时才有利提高精炼效果。
挡渣出钢的目的是为了准确地控制钢水成分，有效地减少回磷，提高合金元素的吸收率，减少合金消耗；对于采用钢包作为炉外精炼容器来说，它利于降低钢包耐火材料的侵蚀，明显地提高钢包寿命；也可提高转炉出钢口耐火材料的寿命。
挡渣的方法有挡渣球法、挡渣棒法、挡渣塞法、挡渣帽法、挡渣料法、气动挡渣器法等多种方法，原创图3-8是其中几种方法的示意图。
A 挡渣球
挡渣球法是日本新日铁公司研制成功的挡渣方法。球的密度介于钢水与熔渣的密度之间，临近出钢结束时投到炉内出钢口附近，随钢水液面的降低，挡渣球下沉而堵住出钢口，避免了随之而出的熔渣进入钢包。
挡渣球合理的密度一般为4.2～4.5g/cm3。挡渣球的形状为球形，其中心一般用铸铁块、生铁屑压合块、小废钢坯等材料做骨架，外部包砌耐火泥料，可采用高铝质耐火混凝土、耐火砖粉为掺和料的高铝钒土耐火混凝土或镁质耐火泥料。只要满足挡渣的工艺要求，应力求结构简单，成本低廉。
考虑到出钢口受侵蚀变大的问题，挡渣球直径应较出钢口直径稍大，以起到挡渣作用。
挡渣球一般在出钢量达1/2～2/3时投入，挡渣命中率高。熔渣过粘，可能影响挡渣球挡渣效果。熔渣粘度大，适当提前投入挡渣球，可提高挡渣命中率。
第七章 氧气转炉炼钢(工艺部分)
③ 终点碳控制的方法：拉碳法和增碳法 “拉碳法”：是在熔池含碳量达到出钢要求时停止吹氧，即 吹炼终点时，不但钢液的磷、硫和温度等符合出钢要求，而且 钢液中的碳加上铁合金所带入的碳之后，也能符合钢种的规格， 不需专门向金属追加增碳剂增碳。 “增碳法”：是在吹炼平均含碳量大于或等于0.08％的钢种 时，一律采取吹到0.05～0.06％碳时停吹，然后按照所炼钢种 的规格，在盛钢桶内增碳。
是在熔池含碳量达到出钢要求时停止吹氧即吹炼终点时不但钢液的磷硫和温度等符合出钢要求而且钢液中的碳加上铁合金所带入的碳之后也能符合钢种的规格不需专门向金属追加增碳剂增碳
第 七 章 氧 气 转 炉 炼 钢
7.1 转炉炼钢原辅材料
金属料：铁水（生铁）、废钢、铁合金； 非金属料：造渣材料、氧化剂、冷却剂和增碳剂。 7.1.1 金属料 ⑴铁水 铁水一般占装入量的70～100%，是转炉炼钢的主要热源。 对铁水要求有：①成分；③温度。 硅(Si)：是重要的发热元素，铁水中含Si量高，炉内的化学 热增加。 锰(Mn)：是发热元素，有利元素。 磷(P)：是高发热元素，对一般钢种来说是有害元素， 硫(S)：有害元素。
② 萤石 主要成分：CaF2，含有SiO2、Al2O3杂质。 作用：助熔剂。 原理：萤石与CaO作用形成1635K的共晶体，直接促进石 灰熔化；能显著降低2CaO· 2的熔点(生成低熔点 SiO 3CaO· 2· CaF 2SiO2，熔点1362℃)；能降低炉渣粘度，认为氟 离子切断了硅酸盐链状结构。
转炉钢渣处理的工艺方法
破碎法：将钢渣破碎成小颗粒，便 于后续处理
添加标题
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筛分法：通过不同尺寸的筛网分离 出不同粒度的钢渣
磨细法：将钢渣磨细成粉末状，提 高其综合利用率
热处理法
加热方法：采用电加热、火焰加热、微波加热等 加热温度：根据钢渣成分和性质确定加热温度 加热时间：根据钢渣成分和性质确定加热时间 热处理设备：包括加热炉、热风炉、微波设备等
二次渣是转炉吹炼后期产生的炉渣， 主要成分是氧化钙和氧化镁
钢渣的特点
钢渣的化学成分：含有氧化钙、氧化镁、氧化铁等成分 钢渣的物理性质：呈深灰色或灰白色，具有较高的密度和硬度 钢渣的来源：主要来源于转炉炼钢过程中产生的废渣 钢渣的危害：如果不及时处理，会对环境造成污染，同时也会对钢铁企业的生产造成影响
转炉钢渣处理的必要性
环境保护的需要
减少环境污染：转炉钢渣处理可以减少废渣对环境的污染，保护生态环境。
资源回收：通过处理废渣，可以回收其中的有用成分，实现资源的有效利 用。
降低安全隐患：废渣堆积可能引发安全事故，处理后可以降低安全隐患。
符合政策法规：随着环保政策的加强，企业需要符合政策法规的要求，转 炉钢渣处理是符合政策法规的必要措施。
降低成本：提高钢渣处理效率，降 低处理成本
减少污染：降低钢渣对环境的影响， 减少污染排放
添加标题
2氧气转炉炼钢的基本原理
2氧气转炉炼钢的基本原理
2.1 炼钢的基本任务
从化学成分来看，钢和生铁都是铁碳合金，并还含有Si、Mn、P、S等元素，由于碳和其他元素含量不同，所形成的组织不同，因而性能也不一样。根据Fe—C相图，碳含量在0.0218％～2.11％之间的铁碳合金为钢；碳含量在2.11％以上的铁碳合金是生铁(根据国家标准和国际标准规定以碳含量2％为钢和铸铁的分界点)；碳含量在0.0218％以下的铁碳合金称为工业纯铁。冶标规定碳含量在0.04％以下为工业纯铁。
若以生铁为原料炼钢，需氧化脱碳；钢中P、S含量过高分别造成钢的“冷脆“性和“热脆”性，炼钢过程应脱除P、S；钢中的氧含量超过限度后会加剧钢的热脆性，并形成大量氧化物夹杂，因而要脱氧；钢中含有氢、氮会分别造成钢的氢脆和时效性，应该降低钢中有害气体含量；夹杂物的存在会破坏钢基体的连续性，从而降低钢的力学性能，也应该去除；炼钢过程应设法提高温度达到出钢要求，同时还要加入一定种类和数量的合金，使钢的成分达到所炼钢种的规格。
综上所述，炼钢的基本任务包括：脱碳、脱磷、脱硫、脱氧；去除有害气体和夹杂；提高温度；调整成分。炼钢过程通过供氧、造渣、加合金、搅拌、升温等手段完成炼钢基本任务。氧气顶吹转炉炼钢过程，主要是降碳、升温、脱磷、脱硫以及脱氧和合金化等高温物理化学反应的过程，其工艺操作则是控制供氧、造渣、温度及加入合金材料等，以获得所要求的钢液，并浇成合格钢钢锭或铸坯。
2.2 气体射流与熔池的相互作用
顶吹氧气转炉是将高压、高纯度（含O2 99.5％以上）的氧气通过水冷氧枪，以一定距离（喷头到熔池面的距离约为1～3米）从熔池上面吹入的。为了使氧流有足够的能力穿入熔池，使用出口为拉瓦尔型的多孔喷头，氧气的使用压力为10～15×105Pa，氧流出口速度可达450～500m•s-1。
氧气转炉“留渣+双渣”炼钢工艺技术131210王新华
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首钢转炉“留渣+双渣”工艺试验研究
• • 2010年开始，在迁钢五座210t复吹转炉和首秦公司三座 100t复吹转炉，对“留渣+双渣”炼钢工艺开展试验研究； 开发了终渣快速固化、炉渣物性控制、高效脱磷、快速足量 倒渣、吹炼稳定控制、干法除尘与煤气回收、“转炉 -精炼连铸”生产组织与周期匹配等关键技术； 根据该工艺能够大幅度减少炼钢渣量的特点，命名为 SGRS 工艺（Slag Generation Reduced Steelmaking）。
•
•
转炉炼钢渣量减少30%以上；
钢铁料消耗分别降低了6.07kg/t和6.31kg/t。
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二、关键工艺技术
技术难度：
1. 冶炼周期延长 (影响“转炉-精炼-连铸”工序间匹配；降 低钢产量）； 2. 难以快速、足量倒渣(炉内渣量蓄积导致循环中断；倒出炉 渣含大量金属铁珠)； 3. 脱磷难度增大 (初始渣P2O5含量高；国内转炉底吹弱)； 4. 过程控制精度降低 (改为两阶段吹炼；炉内渣量变化)； 5. 留渣装铁水存在安全隐患 (所留炉渣-铁水剧烈反应)。
3
转炉脱磷预处理 + 转炉脱碳炼钢
• 日本钢铁企业开发了“转炉脱磷预处理 + 转炉脱碳炼钢” 工艺（LD-ORP，SRP，H炉）： • • • • 高效经济生产洁净钢（包括低磷、超低磷钢）； 缩短炼钢生产周期； 降低40%以上石灰消耗和30%以上渣量(早期称为 Less Slag炼钢法)。
氧气转炉使用石灰石造渣炼钢12-06-18
2012-8-15
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2.7快速形成高碱度、高氧化性、低温熔渣
采用石灰石炼钢可以快速形成高碱度、高氧化性
的熔渣，且其在铁水面上分解可降低渣-铁界面的
温度，从而使脱磷反应所需的热力学条件更加完
备，因此炼钢前期的脱磷效果更好。
用石灰造渣炼钢时，加入冷铁料一般会下降至熔 池底部而使那里的温度降低，而当不加冷铁料改 加入石灰石时，则把相当于“石灰+废钢”的吸热
即除过去利用的CaO之外，还可以利用其中的氧
资源并生成能源。
2012-8-15 10
2.6分解的CO2对铁水 “最软”供 氧
用石灰造渣炼钢时，为了使石灰快速熔化，需要 在尽可能少扰动铁水表面的条件下向转炉内供氧 以生成大量FetO，因此产生了前期的“浅吹”、
“软吹”或“吊吹”的吹炼工艺。
大量的石灰石在吹炼前期的铁水面上分解时，产 生的CO2对铁水没有冲击，是一种“最软”的供 氧方式，因此会产生比吊吹还要强的快速生成 FetO的效果。
2012-8-15 24
3.4石灰石直接装入造渣炼钢工业试验结果
在出钢量为40吨和60吨的转炉上进行了数十炉试
验，石灰石代替石灰的比例范围为25～100％。铁
水温度为1300 ℃左右，冷铁料加入量为0~12%，
供氧强度如不加石灰石一样。
减少转炉出钢下渣操作法
减少转炉出钢下渣操作法
一、概论：
随着用户对钢材质量要求的日益提高，需要不断提高钢水质量，转炉炼钢中，钢水的合金化大都在钢包中进行，而转炉内的高氧化性炉渣流入钢包会导致钢液与炉渣发生氧化反应，造成合金元素收得率降低，并使钢水产生回磷和夹杂物增多。同时炉渣也对钢包内衬产生侵蚀。特别在钢水进行吹氩等精炼处理时，要求钢包中的炉渣氧化铁含量低于2%时才有利于提高精炼效果，减少转炉出钢时的下渣量是改善钢水质量的一个重要方面，在转炉出钢过程中进行有效的挡渣操作，不仅可以减少钢水回磷，提高合金收得率，还能减少钢中夹杂物，提高钢水清洁度，并可减少钢包粘渣，延长钢包使用寿命。与此同时亦可减少耐材消耗，相应提高转炉出钢口耐火材料的使用寿命，还可以为钢水精炼提供良好的条件。
二、适用范围
本操作法适用于杭钢转炉厂40吨转炉在出钢过程中下渣的控制。
三、技术特点
1、用木塞塞住出钢口防止出钢初期下渣；
2、控制挡渣塞投掷时间防止中期钢液涡流卷渣；
3、提高挡渣命中率防止出钢后期下渣。
四、操作要领
1、在现在的操作过程中，采用软木塞在前一炉出钢后塞住出钢口，在冶炼过程中，由于内炉碳氧反应剧烈产生喷溅和气流把软木塞冲出出钢口，而在转炉出钢前由于出钢口内有炉渣，此时塞软木塞根本就无法起到挡初期渣的作用，因此采用以下两个方法来改前期的挡渣：
1.1在出钢后塞软木塞时，用耐火泥合适涂在软木塞四周，塞入出钢口使软木塞与出钢口较好的粘在一起.阻止喷溅和气流的冲击。
1.2根据不同时期的出钢口形状，选择不同型号的软木塞，使其两者之间合理的配合。
转炉少渣炼钢工艺操作(转炉造渣方式)
③脱碳期采用高—低—低枪位。在吹炼中期，碳激烈氧化， (TFe)被大量消耗，熔渣的矿物组成发生了变化，熔点升高，可能会 出现“返干”现象。在处理炉渣“返干”或加速终点渣形成时，不 要加入过量的矿石，或用过高的枪位吹炼，避免(TFe)积聚。
——脱磷效率提高
❖ 渣量少、渣中TFe含量低
——金属收得率提高
❖ 石灰、生烧白云石消耗降低
——石灰、生烧白云石消耗量降低
少渣炼钢工艺渣量70-80kg/t，普通工艺渣量100-
120kg/t。少渣炼钢工艺比普通工艺降低35kg/t左右。
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2.3 技术开发难点
脱碳渣具有高的碱度和比较高的∑(FeO)含量，对铁水具 有去磷和去硫能力，且本身还含有大量的物理热，将该种 炉渣部分/全部留在炉内可以显著加速下一炉初期渣的成渣 过程，提高吹炼前期脱磷率、节省石灰用量和提高炉子的 热效率。但在操作中，必须特别注意防止兑铁水时产生严 重喷溅。
1.3 氧气转炉常用的造渣方法
1、单渣法： 在吹炼过程中只造1次渣，中途不倒渣、不扒渣，直到吹炼终点
出钢。单渣操作工艺比较简单，吹炼时间短，劳动条件好，易于实现 自动控制。正常情况下脱磷效率在80%左右，脱硫效率为30%～40%； 第一批渣料是在开吹的同时加入，第二批渣料的加入时间是在硅锰氧 化基本结束，第一批渣料基本化好，碳焰初起时加入。 2、双渣法：
转炉脱磷造渣工艺
转炉脱磷造渣工艺
1. 引言
转炉脱磷造渣工艺是钢铁生产过程中的一项重要工艺，用于去除炼钢过程中产
生的磷元素，以保证钢铁产品的质量和性能。本文将介绍转炉脱磷造渣的基本原理、工艺流程和关键技术。
2. 转炉脱磷造渣的原理
转炉脱磷造渣是通过向钢水中添加磷灰石或其他磷源，利用氧气吹炼的过程中，在高温下将磷元素与其他元素反应生成易于脱离炉渣的化合物，实现磷的去除。转炉脱磷造渣的原理可以归纳为以下几个方面：
•磷灰石溶解法：磷灰石在高温下可以与钢中的溶解铁反应生成可溶解的化合物。在转炉中加入磷灰石后，磷元素与炼钢过程中形成的氧化铁和砂状物质反应生成可溶解的磷化合物，随炉渣一起排出。
•气相反应法：在转炉脱磷过程中，通过向炉内注入氧气形成高温气氛，利用氧气与炼钢过程中产生的磷元素发生反应，生成易于脱离炉渣的磷化合物。
•硅酸盐溶解法：在炼钢过程中，添加硅酸盐类物质可以与磷元素反应生成低熔点的磷化合物，帮助磷元素更好地转移到炉渣中。
3. 转炉脱磷造渣工艺流程
转炉脱磷造渣的工艺流程一般包括以下几个步骤：
3.1 钢水准备
在转炉脱磷造渣工艺中，首先需要准备好合适的钢水。钢水的成分和温度对脱
磷效果有很大的影响，通常需要控制好钢水的硫含量、温度和其他杂质含量。
3.2 炉前处理
在转炉脱磷造渣工艺中，炉前处理是非常重要的一环。通过炉前处理可以将钢
水中的杂质和不洁物去除，以减少对转炉脱磷造渣工艺的影响。
3.3 加入磷源
在转炉中加入适量的磷源是实现脱磷的关键步骤。常用的磷源有磷灰石、磷矿
石等，选择合适的磷源对脱磷效果有很大的影响。
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氧气转炉“留渣+双渣”炼钢工艺技术研究
王新华1，朱国森2，李海波2，吕延春2
(1.北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083；2.首钢技术研究院，北京100043)
摘要：首钢迁钢公司和首秦公司大规模采用了“留渣+双渣”转炉炼钢新工艺，大幅度减少了炼钢渣量和石灰、白云石消耗。文章介绍了其中所开发的3项重要技术：①脱磷阶段采用低碱度(w(CaO)/w(SiO2)∶1.3～1.5)和低MgO质量分数(≤7.5%)渣系，形成流动性良好和适度泡沫化炉渣，解决了脱磷阶段结束难以快速足量倒渣和渣中金属铁质量分数高这两大问题；②针对脱磷阶段底吹搅拌弱问题，采用了低枪位和高供氧强度吹炼方法，利用顶吹氧气流加强金属熔池搅拌，获得了良好脱磷效果；③通过加快生产速度，特别是对“炼钢-精炼-连铸”生产合理组织调配，在转炉冶炼时间增加大约4min情况下，钢产量并没有减少。
关键词：转炉炼钢；少渣；石灰消耗；脱磷；炉渣
中国钢铁工业近20年来发展迅速，对国民经济快速增长发挥了重要作用，但在节省资源、能源和减少炉渣等固体废弃物排放等方面，目前面临着巨大的压力和挑战。以占中国产钢量90%以上氧气转炉炼钢为例，每年生产约6.2亿t粗钢，要产生6000万t以上炉渣，消耗3100万t以上石灰和700万t以上轻烧白云石，而用于生产炼钢石灰和轻烧白云石的石灰石与生白云石矿产均为重要的不可再生资源。
2001年Ogawa等[1]报道了新日铁开发的MURC转炉炼钢新工艺及其在8t转炉的试验情况，该工艺将转炉冶炼分为2个阶段，在第1阶段主要进行脱硅、脱磷，结束后倒出部分炉渣，然后进行第2阶段吹炼，吹炼结束后出钢但将炉渣保持在炉内，下一炉在炉内留渣情况下装入废钢、铁水，然后进行第1和第2阶段吹炼，并以此循环往复。近年来，新日铁陆续报道了MUCR工艺相关情况[2-10]，新日铁公司的大分、八幡、室兰、君津等钢厂采用了该工艺，产钢占新日铁总产钢量55%左右，转炉炼钢石灰消耗减少40%以上，但对其中许多关键技术，如液态渣固化、脱磷阶段炉渣碱度、供氧参数、脱磷工艺、倒渣控制等基本没有报道。
20世纪50～70年代，中国一些转炉钢厂在铁水硅、磷质量分数高时，为了降低石灰消耗，减少吹炼过程喷溅，改善脱磷效果，曾采用过出钢后留渣或“留渣+双渣”炼钢工艺。后来，随着高炉生产水平提高(铁水硅质量分数降低)，高磷铁矿石用量减少(铁水磷质量分数降低)，以及顾忌留渣造成铁水喷溅安全隐患，留渣或“留渣+双渣”炼钢工艺没有在更大规模推广采用。
近年来中国国内钢厂开始试验采用“留渣+双渣”转炉炼钢工艺，其中首钢在其迁钢公司5座210t复吹转炉和首秦公司3座100t复吹转炉大规模采用了该工艺方法，取得了炼钢石灰消耗减少47%以上，轻烧白云石消耗减少55%以上，渣量降低30%以上的效果。
1 首钢采用“留渣+双渣”炼钢工艺情况
首钢迁钢公司第一和第二炼钢分厂共拥有5座210t顶底复吹转炉，氧枪采用5孔喷头，马赫数为2.0，供氧强度在3.3～3.4m3/(min·t)范围，年产钢810万t，主要产品包括汽车、家电用冷轧钢板、电工钢板、管线钢板、容器板、造船板等。首秦公司拥有3座100t顶底复吹转炉，氧枪采用4孔喷头，马赫数为2.0，供氧强度在3.6～3.8m3/(min·t)范围，年产钢260万t，主要生产优质中厚板(管线、造船、桥梁、高层建筑、海洋平台用钢板等)。如图1所示，迁钢公司和首秦公司采用的氧气转炉“留渣+双渣”炼钢工艺主要包括以下环节：
①转炉冶炼结束出钢后将炉渣留在炉内；②采用溅渣护炉将部分炉渣溅至炉衬表面加以固化，再补加一定量石灰、白云石对炉底液态渣进行固化；③对炉渣固化加以确认，然后装入废钢、铁水；④进行第1阶段吹炼(脱磷阶段)，结束后倒出炉内60%左右炉渣；⑤进行第2阶段(脱碳阶段)吹炼，结束后出钢，但将炉渣留在炉内，进入下炉次冶炼并以此循环往复。
炼钢脱磷反应可由(1)式表示，图2为根据(2)式[10-11]计算得到的脱磷反应平衡常数与温度的关系。可以看到，温度对脱磷反应的影响非常显著，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个数量级以上。
“留渣+双渣”炼钢工艺的基本原理便是利用转炉冶炼前期温度低这一有利于脱磷反应热力学条件，将上炉终渣(由于温度高已基本不具备脱磷能力)，用于下炉吹炼初期(由于温度低，炉渣重新具备脱磷能力)进行脱磷，并在温度上升至对脱磷不利之前，将炉渣部分倒出，然
后加入少量渣料造渣进行第2阶段吹炼(可进一步脱磷)。由于上炉炉渣可以被下炉再利用，因而能够大幅度减少炼钢石灰、轻烧白云石等原材料消耗和炼钢渣量。根据该工艺能够显著减少炼钢渣量的特点，首钢将其简称为“SGRS”工艺(SlagGenerationReducedSteelmaking)。
SGRS炼钢工艺除能够减少石灰、轻烧白云石等原材料消耗和炼钢渣量之外，还具有以下优点：①炼钢炉渣通常含14%～25%氧化铁，渣量减少因而可以降低钢铁料消耗；②常规炼钢工艺外排炉渣碱度高(大于3.0)，渣中自由CaO质量分数多。采用41SGRS工艺，外排炉渣主要为脱磷阶段的低碱度渣，因此可以简化炉渣处理；③常规工艺炼钢，出钢后留在炉内部分钢水随炉渣倒出，采用新工艺吹炼终点不倒渣，因而可以提高钢水收得率。
至2012年底，首钢迁钢公司和首秦公司采用SGRS工艺产钢比率分别达到了63.8%和81.5%，与常规转炉炼钢工艺相比，转炉炼钢石灰消耗分别降低了47.3%和48.5%(迁钢公司降低至22.0kg/t，首秦公司降低至32.1kg/t)，轻烧白云石消耗分别降低了55.2%和70.0%(迁钢公司降低至8.0kg/t，首秦公司降低至5.7kg/t)，转炉炼钢渣量分别减少了32.6%和30.7%，钢铁料消耗分别降低了6.517kg/t和8.250kg/t，取得了显著经济效益。
2 关键工艺技术
2.1 脱磷阶段炉渣流动性控制与足量倒渣
采用SGRS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。如倒渣量不足，会出现：
①炉内渣量逐炉蓄积，碱度不断增加，倒渣愈加困难的情况，最后导致SGRS工艺无法接续，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·SiO2等高熔点析出相；②炉渣具有较低黏度；③适当提高脱磷阶段温度。
由图3所示CaO-SiO2-FeO系相图[11]可以看到，在SGRS工艺脱磷阶段炉渣氧化铁质量分数范围(9%～15%)，为使炉渣全部熔化(均匀液相)，炉渣碱度w(CaO)/w(SiO2)须控制在1.3以下。考虑到渣中还含少量Al2O3、MnO等，能够适当扩大该三元系液相区范围，因此为使炉渣充分熔化，炉渣碱度不应超过1.5。