国内外转炉脱磷炼钢新工艺

国内外转炉脱磷炼钢新工艺

2009-12-14 20:52:27 作者：潘秀兰来源：制钢参考网

介绍了转炉脱磷炼钢工艺的新进展、国内外先进炼钢厂独立开发的大型转炉脱磷炼钢新工艺，以及8家大型钢铁厂的转炉“双联法”技术经济指标和生产业绩。转炉脱磷炼钢新工艺的操作方式主要有“双联法”和“双渣法”。“双联法”较传统方法，工序简化，炉内自由空间大，反应动力学条件优越，生产成本较低。通常铁水磷含量可脱至0.010%，适于大批量、经济的生产超低磷钢。

1 前言

近年来，用户对低磷钢和超低磷钢的需求明显增加，特别是深冲钢和高级别管线钢等对磷含量要求苛刻的钢种，但常规转炉炼钢法难以低成本的组织生产。20世纪90年代中后期，为解决超低磷钢的生产难题，日本各大钢厂进行了转炉铁水脱磷的试验研究。1993～2007年，日本新日铁、JFE、住友金属和神户制钢四家钢铁企业公布的转炉脱磷专利数量分别为33、40、18和7项（共计98项）。

日本发明的转炉脱磷炼钢工艺主要方法有：JFE的LD－NRP法、住友金属的SRP法、神户制钢的H炉、新日铁的LD-ORP法和MURC法。其操作方式主要有两种：一是采用两座转炉双联作业，一座脱磷，另一座接受来自脱磷炉的低磷铁水脱碳，即“双联法”。典型“双联法”工艺流程为：高炉铁水→铁水预脱硫→转炉脱磷→转炉脱碳→二次精炼→连铸。二是在同一座转炉上进行铁水脱磷和脱碳，类似传统的“双渣法”。

中国包钢与北京钢铁研究总院进行了中磷铁水转炉脱磷试验。宝钢开发的BRP（Baosteel BOF Refining Process）技术已获2005年中国冶金科技成果一等奖，并成功地应用于其一炼钢、二炼钢和不锈钢分厂。鞍钢也对转炉脱磷炼钢新工艺进行了大量研究。

目前，“双联法”是生产超低磷钢的最先进转炉炼钢法。主要优势是：炉内自由空间大、允许强烈搅拌钢水、顶吹供氧、高强度底吹（0.3m3/（t.min））、不需要预脱硅、废钢比高(8%～10%)、炉渣碱度较低(1.5～2)、渣量低、处理后铁水温度较高(1350℃)、脱磷效率明显提高。本文将重点介绍“双联法”。

2 转炉脱磷新工艺

2.1 JFE福山制铁所

福山制铁所有两个炼钢厂（第二炼钢厂和第三炼钢厂）。该制铁所是日本粗钢产量最高的厂家（1080万t/a）。第三炼钢厂有2座320t顶底复吹转炉，采用LD－NRP工艺（“双联法”），一座转炉脱磷，另一座脱碳；转炉脱磷能力为450万t/a。该厂自1999年开始全量铁水转炉脱磷预处理。

脱磷转炉指标：吹炼时间为10min；废钢比为7%～10%；氧气流量为30000m3/h，底吹气体为3000m3/h；石灰消耗为10～15kg/t。

脱碳转炉指标：炉龄低于脱磷转炉，转炉在炉役前期用于脱碳，炉役后期用于脱磷，炉龄约7000炉；石灰消耗5～6 kg/t。

第二炼钢厂拥有3座250t顶底复吹转炉。采用传统“三脱”工艺(NRP)，“三脱”处理能力420万t/a。该厂的生产数据表明，铁水罐内脱磷处理周期长，产能低。LD－NRP技术与常规冶炼技术相比，每吨钢成本低5美元左右。此外，JFE京滨炼钢厂的两座330t转炉也采用“双联法”炼钢。

2.2 住友金属鹿岛制铁所

住友金属鹿岛制铁所有两个炼钢厂。第一炼钢厂3座250t转炉，采用该公司发明的SRP 法（双联法）炼钢。第二炼钢厂2座250t转炉，采用常规冶炼工艺。第一炼钢厂中一座转炉脱磷，另两座转炉脱碳(二吹一)，脱磷铁水富余25%，运送给第二炼钢厂。

脱磷转炉指标：吹炼时间为8min；冶炼周期为22min；废钢比为10%(加轻废钢)；出铁温度为1350℃；渣量为40kg/t。

脱碳转炉指标：吹炼时间为14min；冶炼周期为30min；锰矿用量为15kg/t（Mn回收率30%～40%）；渣量为20kg/t（以干渣方式回收）。

2.3 住友金属和歌山制铁所

住友金属和歌山制铁所粗钢年产能390万t。炼钢生产采用SRP法，100%铁水经转炉脱磷。该厂脱磷转炉与脱碳转炉设在不同跨，脱磷转炉和脱碳转炉的吹炼时间9～12min，转炉炼钢的冶炼周期控制在20min以内。一个转炉炼钢车间给三台连铸机供钢水，是目前世界炼钢生产节奏最快的钢厂。

和歌山制铁所SRP法优点是：

◆可采用较高磷含量的低价位铁矿石炼铁，铁水磷含量放宽至0.10%～0.15%，降低了矿石采购成本；

◆炼钢时，可以使用锰矿石取代锰铁合金；

◆工序紧凑，与高拉速连铸机相匹配，加快了大型转炉的生产节奏；

◆脱碳炉渣可返回用于脱磷转炉，炼钢渣量显著降低；

◆脱磷炉渣不经蒸汽稳定化处理，可直接铺路，降低了炉渣处理成本；

◆建立高效率、低成本、大批量洁净钢生产平台，显著改善IF钢板抗二次加工脆化和热轧钢板低温冲击韧性等性能。

2.4 神户制钢

由于神户制钢生产的高碳钢比例较大，转炉脱磷负荷大。铁水脱磷、脱硫预处理用H炉（专用转炉）。处理过程分两步：首先在高炉出铁沟用喷吹法对铁水进行脱硅处理，用撇渣器去除脱硅渣后，将铁水再兑入H炉进行脱磷、脱硫。脱磷时喷吹石灰系渣料，同时顶吹氧气。脱磷后，再喷入苏打粉系渣料脱硫。经预处理的铁水再装入另一座转炉进行脱碳。用H炉进行铁水脱磷、脱硫处理具有如下特征：

◆H炉内空间大，进行铁水预处理时，炉内反应效率高、反应速度快，可在较短的时间内连续完成脱磷、脱硫处理；

◆可用块状生石灰和转炉渣代替部分脱磷渣；

◆脱磷过程中添加部分锰矿，可提高脱磷效率，且增加了铁水中的锰含量。

2.5新日铁八幡制铁所

新日铁八幡制铁所有两个炼钢厂，第一炼钢厂2座170t转炉，采用传统的“三脱”工艺。第二炼钢厂2座350t转炉，采用新日铁名古屋制铁所发明的LD－ORP工艺（“双联法”），参见图1。

2.6 新日铁君津制铁所

新日铁君津制铁所有两个炼钢厂，第一炼钢厂和第二炼钢厂均采用KR法脱硫（S≤0.002%）。第一炼钢厂有3座230t复吹转炉；第二炼钢厂有2座300t复吹转炉，采用LD-ORP法和MURC（双渣法）法两种工艺炼钢。LD-ORP法渣量少，可生产高纯净钢。脱磷转炉弱供氧，大渣量，碱度为2.5～3.0，温度为1320～1350℃，纯脱磷时间约为9～10min，冶炼周期约20min，废钢比通常为9%。为了提高产量，目前废钢比已达11%～14%，经脱磷后钢水（P≤0.020%）兑入脱碳转炉，总收得率92%以上。转炉的复吹寿命约4000炉。脱碳转炉强供氧，少渣量，冶炼周期为28～30min，脱碳转炉不吃废钢。从脱磷至脱碳结束的总冶炼周期约为50min，恰与连铸机的浇铸周期50～60min相匹配。日本大型钢铁厂转炉“双联法”生产指标参见表1。

表1 日本钢铁厂转炉”双联法”生产指标对比

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