钢研总院炉外精炼技术-曾加庆

低成本、高效化、稳定性 低成本 高效化 稳定性 生产洁净钢工艺技术钢铁研究总院 2013年8月 桂林报告提纲z低成本、高效化、稳定性生产洁净钢生产体系的构成 z底吹搅拌与顶吹供氧的协同作用 z新工艺关键技术要领 z新工艺技术先进性的分析 z综合效益分析 z建议一、低成本、高效化、稳定性生产洁 净钢生产工艺的构成„复吹转炉前期快速脱硅、脱磷和中间倒渣 中„转炉少渣炼钢及高拉碳出钢 „转炉脱碳期锰矿熔融还原 „转炉脱碳期炉渣留渣操作及脱碳炉渣热循环二、底吹搅拌与顶吹供氧的协同作用 二、炼钢的目的及主要反应形式： 炼钢的目的及主要反应形式转炉炼钢过程须去除的杂质元素： 铁水中的碳、磷、硫等； 去除上述杂质过程中额外产生的有害杂质：硫主要在铁水预 硫 要在铁水预 处理阶段去除！氧 氮 氢等； 氧、氮、氢 等现代转炉炼钢追求的目标：低成本、高效率、 现代转炉炼钢追求的目标 低成本 高效率 稳定性去除上述杂质元素，或抑制上述杂质元 素在钢中的富集！二、底吹搅拌与顶吹供氧的协同作用 二、 炼钢过程磷和硫去除： 炼钢过程磷和 硫去除：炉渣—钢水间的液-液反应； 2[P]+5(FeO)+3(CaO)=（3CaO.P2O5）+5[Fe]; [S]+(CaO)=(CaS)+[O]热力学条件：熔池温度、化学成分（对氧气流股的依赖性较低！）； 动力学条件：液-液分层，须具备均衡的熔池搅拌条件！促进渣 钢间液 液反应。

促进渣-钢间液-液反应二、底吹搅拌与顶吹供氧的协同作用 二、 底吹搅拌与顶吹供氧的协同作用 炼钢过程碳的脱除：氧气流股与钢水间的气—液反应：2[C]+{O2}=2{CO}; 炉渣与钢水间的液—液反应：[C]+(FeO)=[Fe]+{CO}；热力学条件：熔池温度、化学成分、气相分压（对氧气流股的依赖性很强！）；动力学条件：熔池搅拌！脱碳反应的副产品{CO} { }可以对熔池产生附加搅拌作用 可以对熔池产生附加搅拌作用！二、底吹搅拌与顶吹供氧的协同作用 二、转炉炼钢过程中的动力学条件：氧气流股对熔池的搅拌： „不单纯是气体搅拌器，必须以合理供氧为主； 不单纯是气体搅拌器 必须以合理供氧为主 „氧气流股对熔池搅拌过于集中，有死区！ 碳-氧反应产生CO 氧反应产生CO气体对熔池搅拌： 气体对熔池搅拌： „冶炼初期：温度低，碳焰未上来，渣钢之间的搅拌很弱，对前期脱磷极为不利（软吹和硬 吹均不利！）顶吹 氧气CO 气泡 金属 熔池„冶炼中期：碳氧反应剧烈，氧气流股作用区 冶炼中期 碳氧反应剧烈 氧气流股作用区温度急升，熔池搅拌过度，诱发“喷溅”！„冶炼后期：碳氧反应明显减弱，以氧气流股搅拌熔池为主，钢水过氧化严重！顶吹转炉或复吹效果差的 转炉均不能很好地满足炉 渣—钢水之间动力学要求！二、底吹搅拌与顶吹供氧的协同作用 二、转炉炼钢过程中的热力学条件：有害杂质元素去除的热力学条件比较容易实现： 有害杂质元素去除的热力学条件比较容易实现温度控制：高温反应、冷却剂加入量； 成渣路线的合理确定：已有成熟的经验；转炉炼钢过程中的动力学条件：实现持续、均衡、协调的动力学条件比较难：顶吹氧枪对熔池的搅拌（以供氧为主、受限）； 碳-氧反应产生CO 氧反应产生CO气体对熔池的搅拌（不均衡）； 气体对熔池的搅拌（不均衡）；结论： 论 须借助高效的底吹手段，优化对熔池的搅拌，达到顶吹与底吹的协同搅拌效果！三、新工艺关键技术要领高炉炼铁铁水脱硫转炉炼钢钢水精炼真空脱气„ 现有流程都具备生产高洁净度钢水的能力， 现有流程都具备生产高洁净度钢水的能力 竞争力体现在生产成本、 体现在生产成本效率和过程控制的稳定性等。

转炉冶炼过程优化的潜力仍很大 对降低生产成本、进一步提高钢水洁 „ 转炉冶炼过程优化的潜力仍很大，对降低生产成本、进 步提高钢水洁 净度、工艺稳定顺行等会产生重要影响，国内外有成功经验可以借鉴。

转炉流程生产洁净钢的操作误区：„ 铁水预处理深脱硫与炼钢过程回硫; 转炉 高碳 低温 中等碱度 小渣量 半钢脱磷 与 低碳 高温 „ 转炉“高碳、低温、中等碱度、小渣量、半钢脱磷”与“低碳、高温、 高碱度、大渣量、过氧化钢水脱磷”操作制度的选择; „钢水过氧化与铝脱氧、再脱硫及夹杂物变性。

新日铁开发的LD-ORP和MURC技术：LD-ORP技术：一个转炉内完成脱硅、脱磷，生产的半钢铁水倒入第二个转炉 技术 个转炉内完成脱硅 脱磷 生产的半钢铁水倒入第 个转炉 进行少渣快速托碳炼钢，高磷炉渣与脱碳炼钢完全分离； MURC技术 MURC技术：一个转炉内完成脱硅、脱磷，中间倒渣后再脱碳升温，脱碳期炉 个转炉内完成脱硅 脱磷 中间倒渣后再脱碳升温 脱碳期炉 渣留渣操作，为下一炉脱磷操作提供一定碱度的熔渣，减少石灰消耗。

完成前期脱硅、 脱磷后， 定 脱磷后，一定 要进行一定程 度的炉渣 铁 度的炉渣—铁 水分离操作！ 解决铁水高效 脱磷和钢水过 氧化问题！Development of effective refining process consisting of both hot metal  pretreatment and decarburization in two top‐bottom blown convertersOperating conditions Dephosphorization furnace R t   Reactor Top blowing Bottom blowing bl i Flux  Blowing time Decarburization furnace250t BOF(STB)O2(1.0‐1.3Nm3/min.t) O2(2.0‐2.7Nm3/min.t) CO2(0.05 (0 05‐0.2Nm 0 2N 3/min.t) / i t)BOF slag‐Fe ore‐CaO‐flourspar 30‐60kg/t g/ 8‐12min Typical  conditions of treatment  CaO‐MgO 10‐20kg/t g/ 13‐18minHot metal temperature Tap temperature Mn‐ore Mn yield [ ]E.P [Mn] [C]E.P1300‐1320℃ 1650‐1670℃ 17‐20kg/t 65‐75%0 7‐0.8% 0.7 0 8%0.08‐0.12%新工艺实施的 新 艺实施的 重要前提条件： 均衡可靠的熔 池搅拌效果是 实施新工艺必 备的手段！新工艺所需的底吹强度上限：≥0.25 25Nm Nm3/t /t. .min 目前国内转炉底吹强度上限: 目前国内转炉底吹强度上限 :≤0.1Nm3/t /t. .min关键操作要领：脱硅脱磷期强底吹效果 脱硅脱磷期 强底吹效果★★★★★ ★★★★★脱硅、 脱硅 、脱磷期熔池温度控制 脱磷期熔池温度控制 废钢、 废钢 、石灰条件★★★铁酸钙预熔渣的使用 ★★★ 现场操作习惯★★★★★四、新工艺技术先进性的分析需特别关注的问题： 需特别关注的问题对低价原料适应性问题，能否降低原料成本？ 能否降低辅助原料消耗量（石灰）？进 步减少渣量？（相当 能否降低辅助原料消耗量（石灰）？进一步减少渣量？（相当 于降低钢铁料消耗） 能否降低脱氧剂及铁合金消耗量？ 能否保证连铸 连浇的生产节奏？ 能否保证连铸、连浇的生产节奏？ 新工艺技术是否能稳定运行？ 能否进一步提高钢材质量？ ………四 新工艺技术先进性的分析 四、新工艺技术先进性的分析新流程对低品质原料的适应性问题！鲕状高磷赤铁矿：铁品位：40%，磷含量0.8-1.0%； 矿价：250元/吨； 普通外矿 铁品位 60 67% 磷含量0 015% 普通外矿：铁品位：60-67%，磷含量0.015%； 外矿价格：850元/吨； 能否允许高炉吃一定比例的低价高磷矿（或允许高炉 原料品质有一定的波动性！），降低入炉原料成本？新工艺处理较高磷含量铁水的稳定性显著提高！四、新工艺技术先进性的分析转炉脱磷操作制度的选择！高碳、低温、中等碱度、少渣量半钢脱磷：渣—钢间磷的分配系数：（%P）/[%P]=100—200低碳、高温、高碱度、过氧化钢水、大渣量脱磷：渣 钢间磷的分配系数 （%P）/[%P]=20 （%P）/[%P]=20—50 渣—钢间磷的分配系数： 50炼钢工作者要“善待”炼钢前期宝贵的脱磷时机， 要敢于抛弃或修订传统“三高一低” 要敢于抛弃或修订传统 三高一低 的脱磷观念！脱硅、脱磷期钢—渣间磷的分配系数脱碳升温期钢—渣间磷的分配系数脱硅 脱磷期和脱碳升温期炉渣与钢水之间磷的分配系数存在较 脱硅、脱磷期和脱碳升温期炉渣与钢水之间磷的分配系数存在较 大差别（是降本增效的潜力之一！）。

传统“低碳、高温、高碱度、炉渣与钢水过氧化、大渣量”的脱 传统“低碳 高温 高碱度 炉渣与钢水过氧化 大渣量”的脱 磷操作模式太“奢侈”！四、新工艺技术先进性的分析能否降低脱氧剂、增碳剂及铁合金消耗量？ 脱氧剂消耗量：取决于炉渣和钢水过氧化程度及渣量！采用新工艺体系后，可采用“高拉碳”操作模式，炉渣和钢 水过氧化性明显改善，渣量明显减少，大幅度减少脱氧剂和增碳剂的消耗量！铁合金消耗量：取决于吹炼终点钢水中合金元素存量！采用新工艺体系后，脱碳、升温过程磷负荷降低，可采用 “少渣”吹炼模式，炉渣过氧化性降低，可进行锰矿熔融还 原 用低价锰矿替代锰铁合金！ 原，四、新工艺技术先进性的分析能否降低炼钢过程造渣辅料消耗量？90 80 70常规冶炼 新 工 艺 冶 炼 （ 10年 1-9月 ） 新 工 艺 冶 炼 （ 11年 2月 ）80 22 58首钢京唐钢铁公司 2010 年 和 2011 年 不同时期内转炉造 渣剂消耗量及总渣 量对比数据。

渣料 料消耗/kg/t60 50 40 30 20 10 39 15 24 26 13石灰轻烧总渣料量宝钢于2002年前后开展少渣炼钢时得到的造渣剂消耗量、总渣量及铁损对比数据四、新工艺技术先进性的分析如何进一步降低脱氧剂及铁合金消耗量？在转炉脱碳升温期进行锰矿熔融还原的可行性： 日本住友金属 于1990年开始 进行转炉锰矿 熔融还原工作， 并将其集成应 用于铁水“三脱”Concept of smelting reduction of Mn ore in SRP技术中。