降低炼钢全流程钢铁料消耗工艺研究

降低炼钢全流程钢铁料消耗工艺研究钢铁料消耗是炼钢厂一项重要的综合性技术经济指标，涉及脱硫、提钒、炼钢和连铸等炼钢生产全流程。

钢铁料消耗占整个炼钢厂成本的70%以上，降低钢铁料消耗，则意味着原料投入减少，成本和能耗降低，效益明显提高。

国内外降低钢铁料采用的主要措施有：①推行全面精料炼钢，铁水脱P、S、Si后供给转炉，通过强化铁水脱硫，对铁水成分、温度、带渣量进行考核，以保证和稳定转炉生产；②转炉冶炼改善吹炼工艺，降低吹损和喷溅；提高造渣材料质量，采用活性石灰造渣，减少渣量，减少化学吹损和渣中带铁；稳定转炉操作，避免过吹及喷溅；③提高连铸比，控制中间包钢水残余量，减少断浇，提高连铸炉数和金属收得率，提高良坯收得率，降低铸损。

近年来，攀钢围绕降低钢铁料消耗进行了多年攻关，取得了一定的成绩，但实际指标与国内主要钢铁企业还有一定的差距。

针对攀钢炼钢全流程钢铁料消耗仍然偏高的情况，在炼钢全流程钢铁料消耗调查基础上，结合攀钢提钒炼钢厂装备及工艺条件，采用以下技术措施：①优化脱硫提钒工艺，降低脱硫提钒铁损；②优化复吹炼钢，减少渣中带铁，降低终渣TFe；③加强连铸管理，提高单中包连浇炉数、控制大包残钢，并尽可能减少漏钢。

采用以上关键技术后，攀钢脱硫提钒铁损由5.39%降低到5.21%；转炉终渣TFe含量由21%降低到19.47%；单中包连浇炉数提高了0.97炉/包次，同时中包残钢量降低0.68kg/t钢。

钢铁料消耗降低显著，炼钢全流程钢铁料消耗控制为1145.45 kg/t钢，较对比降低了3.2 kg/t 钢。

1 攀钢钢铁料消耗控制现状及改进技术措施攀钢提钒炼钢厂目前拥有5个脱硫工位、2×120t提钒转炉、5×120t炼钢转炉和5台连铸机，基本上实现了炉机匹配。

攀钢炼钢工艺流程见图1。

目前，转炉炼钢钢铁料消耗为1072kg/t钢，与国内其他厂家消耗相比，有进一步降低的潜力。

图1 攀钢炼钢工艺流程示意图1.1 影响全流程钢铁料消耗主要因素分析1）铁水脱硫提钒工序攀钢高炉采用钒钛磁铁矿冶炼，铁水低[Si]、低温，以及V、Ti元素的存在，影响了[S]在铁水中的传质；另外，高炉渣为CaO-SiO2-Al2O3-TiO2渣系，渣中TiO2含量达20%，且有少量的TiC，TiN，Ti（C，N）及其他高熔点物质，导致炉渣熔化温度升高，流动性差，脱硫反应动力学条件不好，脱硫扒渣铁损较高。

铁水提钒时吹损和钒渣带铁是钢铁料消耗的主要因素。

钢铁料消耗主要表现为：①现提钒工艺难以适应不同铁水条件的变化；②钒渣TFe含量较高，使钢铁料消耗增加。

2）转炉炼钢工序攀钢采用半钢炼钢，半钢[C]低，平均为3.93%左右，且[Si]、[Mn]均为微量。

炼钢过程明显热量不足、吹损大，终渣TFe含量高。

3）钢水连铸工序连铸工序影响钢铁料消耗的主要方面：连铸坯的切头、切尾和中间包更换的接头；中间包和大包残余钢水、铸坯火焰切割产生的割缝等。

1.2 降低全流程钢铁料消耗技术措施为进一步降低炼钢全流程钢铁料消耗，提出以下针对性技术措施：1）开发高效复合脱硫剂，优化脱硫喷吹工艺减少脱硫过程喷溅。

2）优化脱硫调渣工艺，降低脱硫渣带铁量。

3）优化提钒、炼钢复吹工艺，减少炼钢深吹，降低钒渣、钢渣TFe含量。

4）优化转炉炼钢造渣工艺，降低渣中TFe含量。

5）采用板坯连铸浸入式水口快速更换技术，减少断浇、漏钢、死流、回炉，强化切头、切尾处理，提高定尺合格率，提高连铸单中包连浇炉数、降低中包残余钢水量，减少废品量。

2 降低脱硫提钒铁损2.1 铁水条件高炉铁水条件见表1。

表1 试验期间脱硫前铁水条件2.2 优化脱硫剂配方对脱硫剂的改进包括：①适当降低原M4脱硫剂的Mg含量；②适当增大原M4脱硫剂和原AD脱硫剂的发气量，提高脱硫效率；③在原M4脱硫剂和原AD 脱硫剂中配加部分钠盐，降低脱硫渣黏度，在提高脱硫效率的同时进一步降低脱硫铁损；④取消原AD脱硫剂中金属铝的配量；⑤降低原M4脱硫剂CaO含量，提高原AD脱硫剂的CaO含量，以达到降低脱硫剂单耗提高脱硫效率的目的。

对比典型试验与大生产的脱硫效果发现，在脱硫效率及喷吹时间以及脱硫剂单耗优于对比炉次的情况下，试验罐次脱硫铁损为3.56%，较原M4脱硫剂降低0.16%；较原AD脱硫剂降低0.13%。

2.3 优化脱硫调渣工艺脱硫渣渣态较稀，脱硫后扒渣困难；渣态较稠，脱硫渣流动性差，渣中金属铁含量较高，扒渣时造成直接的金属铁损失。

为改善脱硫渣态，减少脱硫渣中金属铁含量，降低脱硫扒渣铁损，根据生产实际对脱硫调渣剂进行了改进。

改进前后的TZ型脱硫调渣剂主要成分见表2。

表2 TZ型脱硫调渣剂改进前后主要成分指标脱硫渣调渣剂改进前、后效果对比可见，使用高效钙基复合脱硫剂，试验罐次TFe 29.69%，较改进前对比罐次低8.33%；使用高效镁基脱硫剂，试验罐次TFe 41.22%，较改进前对比罐次低2.56%。

说明加入改进后TZ型脱硫调渣剂能有效地降低脱硫渣TFe，改善渣态，有利于降低铁损。

2.4 应用复吹提钒技术转炉提钒复吹以流量调节模式控制提钒复吹系统复吹压力，可稳定控制在0.3-1.2MPa范围内；单管复吹流量调节范围：30-200m3/h，旁通支管流量30m3/h。

复吹提钒炉次与原提钒炉次的效果对比发现，在铁水条件基本相当条件下，与原提钒炉次相比，复吹提钒炉次的半钢[C]提高了0.2%，半钢[V]降低了0.006%，钒渣TFe含量降低了2.2%，钒渣V2O5品位提高了1.31%，钒氧化率提高了3.1%。

2.5 调整钒渣渣态通过向提钒炉内加入无烟煤对钒渣渣态进行调整。

无烟煤中的C与钒渣中（FeO）发生还原反应，将Fe还原至半钢中，产生的CO2排入大气。

向炉内加碳质调渣剂进行调渣，出钒渣炉次，在提枪的同时加入无烟煤200-300kg，摇炉1-2min。

调渣后，钒渣的TFe含量由27.28%降低到26.15%，降低了1.13%。

2.6 脱硫提钒工序取得的效果通过优化铁水脱硫工艺、脱硫调渣工艺，应用复吹提钒技术工艺以及调整钒渣渣态，有效降低了钒渣TFe含量和脱硫提钒铁损。

钒渣TFe和脱硫提钒铁损对比发现，钒渣TFe含量较对比降低了2.2%。

脱硫提钒铁损降低了0.18%。

3 降低转炉炼钢终点钢渣TFe含量3.1 提高终点钢水碳含量终点碳含量的高低将直接影响到转炉炉衬、钢铁料、冶金辅料等消耗，是影响转炉各项技术经济指标的重要因素，因此，在所炼钢种允许的范围内，提高终点碳含量有利于降低炼钢消耗，提高相关技术经济指标。

终点钢水碳含量与终渣TFe含量的关系见图2，随终点钢水碳含量的增加，终渣TFe含量明显下降。

根据图2所示关系，将终点钢水碳含量提高到0.05%-0.07%。

终点碳含量提高0.014%后，终点钢渣TFe含量降低了0.81%。

图2 终点钢水碳含量与终渣TFe 关系3.2 炼钢转炉复吹技术的应用炼钢转炉顶底复合吹炼是集转炉顶吹和底吹优点的综合技术，具有比顶吹和底吹更好的冶金特性，其目的是加强熔池搅拌的效果，改善转炉熔池的热力学和动力学条件，促进渣/钢间动态反应平衡。

该工艺现已在世界众多钢铁企业广泛应用。

氧枪供氧强度和底部供气强度的提高为半钢炼钢脱磷、脱碳提供了很好的动力学条件。

在终点钢水碳含量基本相当的情况下，通过应用复吹技术，攀钢120t新转炉终点钢水氧活度降低103×10-6，终渣TFe明显下降，较无复吹炉次降低了1.69%。

3.3 调整转炉炼钢终渣渣态转炉出钢前根据炉渣状况加入500-1000kg/炉终渣调整剂进行调渣，并在转炉零位停留2-3min后直接出钢。

终渣调整剂中含有10%左右的SiC作为还原剂。

加入终渣调整剂后，其中的SiC与渣中的FeO发生氧化还原反应，从而将FeO 还原为Fe和CO，达到降低渣中TFe含量的目的。

转炉出钢前加入终渣调整剂进行调渣后，渣中的TFe含量由原21.84%降至21.03%，降低了0.81%。

3.4 降低转炉终渣TFe效果通过以上关键技术的应用，转炉终渣TFe含量为19.47%，较对比的21%降低了1.53%。

转炉炼钢终点钢渣TFe含量得到了有效降低。

4 降低连铸工序钢铁料消耗4.1 主要技术措施1）板坯连铸采用浸入式水口快速更换技术，解决浸入式水口渣线部位受保护渣侵蚀严重而影响连浇炉数的问题，提高单中包连浇炉数，降低中包残余钢水量。

2）严格控制钢水成分，减少因成分不合格而引起的钢水回炉炉数。

3）加强生产过程中设备故障的处理，减少对生产的冲击以及对铸坯称重的影响。

4）加强铸机流道质量的监控，提高流道质量，减少铸坯废品。

5）采用优化定尺切割技术，摸索钢种的收缩率，合理调节定尺长度，尽可能提高定尺合格率，加强浇钢工艺操作，减少因操作原因造成的断浇、漏钢、死流、回炉及质量缺陷。

6）强化切头、切尾处理，减少废品量。

4.2 取得的试验效果采用浸入式水口快速更换技术后，单中包连浇炉数得到了很大程度的提高。

试验炉次单中包连浇炉数平均为13.22炉/包次，较对比提高了0.97炉/包次，降低了由于单中包连浇炉数较低而引起的金属铁的损失。

同时，试验炉次中包残钢量为5.12kg/t钢，较对比降低0.68kg/t钢，中包残钢量也得到了有效降低。

5 全流程钢铁料消耗降低效果攀钢炼钢各工序及全流程钢铁料消耗对比见图3。

通过对攀钢炼钢各工序工艺进行优化攻关，钢铁料消耗降低显著，炼钢全流程钢铁料消耗控制为1145.45 kg/t钢，较对比降低3.2 kg/t钢。

其中，脱硫提钒较对比降低2.24kg/t半钢，转炉炼钢较对比降低1.72kg/t钢，钢水连铸较对比降低0.61kg/t钢。

图3 炼钢各工序及全流程钢铁料消耗对比6 结论1）通过优化铁水脱硫工艺、脱硫调渣工艺，应用复吹提钒技术工艺以及调整钒渣渣态，有效降低了钒渣TFe含量和脱硫提钒铁损，脱硫提钒铁损由5.39%降低到5.21%，降低了0.18%。

2）转炉炼钢提高终点钢水碳含量、应用复吹技术、调整终渣渣态后，转炉终渣TFe含量由21%降低到19.47%，较对比的降低了1.53%。

3）连铸工序采用“定尺切割、降低每浇次中间包残钢量以及浸入式水口快速更换技术”等技术措施，单中包连浇炉数提高了0.97炉/包次，同时中包残钢量降低0.68kg/t钢。

4）通过对攀钢炼钢各工序工艺进行优化攻关，钢铁料消耗降低显著，炼钢全流程钢铁料消耗控制为1145.45 kg/t钢，较对比降低3.2 kg/t钢。