120t轉爐少渣冶煉試驗研究

張祥遠

【摘 要】 本文結合三鋼二煉鋼120t轉爐實際生產情況，進行少渣冶煉試驗并探索其工藝制度。試驗結果表明：采用留渣操作可大幅減少石灰加入量，有效的降低渣料消耗。同等條件下，少渣冶煉石灰耗比傳統雙聯石灰耗低8.7kg/t，金屬料耗低1.9kg/t；且鋼水收得率得以提高，噸鋼損耗減少近28kg。

【關鍵詞】 轉爐 少渣冶煉 留渣操作 脫磷

【Abstract】 In this paper， it experimented on less slag steelmaking to explored its technology systems in connection with the practical production conditions of the 120t converter steelmaking in the No.2 Steelmaking Plant of Sanming Iron and Steel Group. The results showed that the remaining slag operation can significantly reduce the amount of lime and effectively reduce consumption of slag. Under the same conditions， compared to？traditional double steelmaking， the lime consumption on less slag steelmaking is low 8.7kg / t， metallic material consumption is low 1.9kg / t； and steel yield can be improved， the reduction of the loss per ton steel is nearly 28kg.

【Key words】 converter less slag steelmaking remaining slag operation dephosphorization

1 少渣冶煉的研究背景及意義

面對鋼鐵行業產能過剩的巨大挑戰，市場需求相對疲軟，為了適應行業發展形勢，降低生產成本，提高鋼種質量，福建三鋼閩光股份有限公司（以下簡稱三鋼）結合二煉鋼120t轉爐實際生產情況，開展少渣冶煉探索試驗，以期掌握其工藝特點和規律、工序成本等方面的情況，為今后全面推廣轉爐少渣煉鋼打下堅實的基礎。同時也致力于為三鋼優質品種鋼的生產提供技術支持，進一步減少爐料消耗、降低生產成本，提升企業核心競爭力。

2 少渣冶煉的現狀

少渣量煉鋼技術是80年代初在世界流行起來的一種造渣工藝，即在脫磷期結束后倒掉部分脫磷渣，從而使脫碳期在渣量大大減少的情況下進行冶煉。其目的在保證煉鋼要求的前提下，降低石灰和總造渣材料消耗。這項技術以日本較為領先。日本君津鋼廠使用“三脫”鐵水少渣煉鋼，實現顯著的經濟效益，石灰消耗得到大幅降低，渣料消耗降至7.2kg/t鋼。NKK福山鋼廠開發的少渣煉鋼技術，渣量控制在30kg/t鋼。我國寶鋼集團自行創新的轉爐少渣煉鋼技術，石灰單耗達到11.3kg/t，總渣量也減少為常規渣量的1/3。

近來三鋼入爐鐵水磷、硫含量越來越高，脫磷更是成為轉爐操作的難點。鐵水成分見表1。

采用少渣冶煉模式其特征在于，少渣冶煉方法包括脫磷期和脫碳期，其中在脫磷期，以脫磷劑（包括石灰、輕燒白云石和云母礦等）和上一爐鋼留下的脫碳渣作為造渣材料來進行脫磷冶煉，在脫磷期結束后倒掉40～60%的脫磷渣；在脫碳期，重新造渣來進行少渣吹煉，并且將產生的脫碳渣進行濺渣操作后循環利用。一是轉爐終渣具有一定的堿度，有利于提高渣中的CaO含量，減少冶煉過程石灰的用量；二是可以充分地利用脫碳渣所攜帶的熱量和較高的FeO含量，能加快下一爐初期渣的形成，造出流動性好的頂渣，有利于前期脫磷、脫硫。此外，留渣操作能減少造渣礦石的加入量，又提高金屬收得率，降低生產成本。

3 少渣冶煉試驗工藝制度

試驗在三鋼二煉鋼120噸的三座轉爐上進行的，冶煉鐵水未經預處理，由煉鐵廠直接提供。選擇在同一爐座先后進行脫磷脫碳的單爐雙聯少渣冶煉的方法，其工藝流程如圖1所示。

為了探索轉爐少渣冶煉的適用性和廣泛性，試驗對鋼種沒有限制。在13爐次的試驗中，涉及多個鋼種，包括了低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼，這些鋼種基本代表了三鋼二煉鋼的品種和能力。

3.1 供氧模式與槍位制度

對于少渣冶煉操作，脫P期過程槍位控制采用“低一高一低”的模式較為合理，開吹保持低槍位以利于熔池升溫、脫硅，待爐內反應3min后適當高槍，控制爐內溫度緩慢上升和堿性氧化渣的快速形成，以增加渣中氧化鐵含量，創造較佳的脫P反應的熱力學條件。后期根據化渣情況進行壓槍操作，加強爐內攪拌，促進渣鋼分離效果，使反應達到平衡。針對入爐鐵水溫度較高，熱值好的爐次，可適當的再提高一點槍位。與傳統雙聯冶煉相比，少渣冶煉脫P前期氧氣流量適當提高，前3min供氧強度24000～26000m3/h；3min～4.5min供氧強度21000～23000m3/h，供氧時間約5.5～6min；吹煉后期加大底吹流量有利于減少鐵損。脫C期點火成功后，槍位、供氧制度與傳統雙聯冶煉近似相當：供氧強度約31000m3/h。

3.2 造渣制度

針對不同鐵水成分，轉爐少渣冶煉造渣材料的用量見表2所示：

石灰及其它造渣材料在吹煉開始時投入，若是鐵溫高，熱值好，石灰加入的時機可適當提前。考慮到螢石對爐襯的侵蝕，一般不加螢石來輔助化渣，如遇轉爐化渣不良時，可投少量螢石幫助化渣。脫磷期倒渣量控制在總渣量的40～60%，爐渣堿度一般控制在2.0～2.6之間，爐渣TFe含量控制在10%～12%之間；脫碳期終點爐渣堿度一般控制在2.5～3.0之間，爐渣TFe含量控制在12%～20%之間。endprint

3.3 溫度制度

采用少渣冶煉吹煉溫度制度的控制關鍵在于合理選用適當的熱補償方法，以彌補因鐵水溫度和發熱元素（Si、S、P、C等）含量的降低而造成的熱量不足。本試驗僅以減少造渣料和冷料用量就實現了試驗條件下的熱平衡；針對鐵水硅過高，可在吹煉過程中多加冷料。少渣吹煉時脫磷期平均停吹溫度為1350～1400℃；脫碳期平均停吹溫度為1580～1630℃。

4 少渣冶煉試驗結果與討論（冶金效果）

4.1 脫磷

在少渣冶煉條件下，鐵水平均脫磷率均高于傳統雙聯冶煉和常規單聯冶煉，試驗數據見表3所示。這是因為少渣操作時成渣快、渣層薄、爐渣的流動性好，爐渣脫磷能力過剩；加之熔池攪拌促進鋼渣充分反應，從一定程度上改善了脫磷反應的動力學條件，使脫磷反應更趨于平衡。

影響脫磷反應的因素很多，從熱力學角度分析，根據脫磷反應的平衡條件和磷的分配系數，影響脫磷主要的影響因素是爐渣成分和溫度。爐渣成分對脫磷主要反應在渣中氧化鐵含量和爐渣的堿度上。生產實踐表明，在保證出鋼溫度的前提下，把渣中（TFe）和爐渣堿度控制在11.5%和2.5以上，可以使平均終點[P]控制在0.030%以下。

4.2 脫碳

從氧化物的分解壓力圖可知，在1673K以下CO的分解壓力高于MnO，1796K以下CO的分解壓力高于SiO2。說明在冶煉前期硅先被氧化，待熔池溫度上升后，碳氧反應慢慢加劇。冶煉過程和末期的脫碳速度主要取決于[O]和[C]擴散，由于少渣冶煉時的渣層較薄，頂吹氧氣的動量可高效率地傳輸到熔池，增強熔池的攪拌作用，促進熔池中[O]和[C]的擴散，從而有效的加快脫碳反應速率并縮短冶煉時間。在實際試驗期間，由于少渣吹煉脫磷負荷較小，有效的縮短前期化渣脫磷的時間，單爐平均冶煉時間為15.3min，比傳統雙聯冶煉提早了1.5min，為進一步實現高效生產提供依據。

4.3 脫硫

轉爐渣為氧化性渣，反應過程中對硫去除難度較大，當鐵水硫高時，在冶煉過程中緩解降低；當鐵水硫低時，在吹煉過程幾乎不脫硫。試驗結果表明轉爐少渣冶煉與常規冶煉過程脫硫能力近似相當，在此就不多作討論。

4.4 輔料消耗

采用少渣冶煉時鋼水收得率比傳統雙聯冶煉高，終點磷含量也進一步降低，鋼水成分能夠滿足冶煉工藝要求，更大程度地提高了鋼水的純凈度。下面從冶煉終點成分、輔料單耗、爐渣量和吹損率等方面，將轉爐少渣冶煉的試驗數據與傳統雙聯冶煉、常規單聯冶煉實績進行對比分析，詳見下表4所示。

由于少渣冶煉采用留渣操作，造渣用的石灰加入量大幅減少，有效的降低渣料消耗。同時，脫碳期因渣量少、渣層薄，頂吹氧氣利用更充分，吹煉終點鋼水中的氧含量低，殘余錳高，進而提高合金收得率，達到降本增效的功效。由表中試驗數據可知，少渣冶煉石灰耗比傳統雙聯石灰耗低8.7kg/t，金屬料耗低1.9kg/t；比常規單聯冶煉石灰耗低7.2kg/t，因脫磷倒渣等導致的損耗，使其金屬料耗不及常規單聯冶煉。

4.5 吹損

與常規冶煉相比，少渣冶煉采用高槍位操作，會增加渣中鐵珠和FeO的含量，但由于石灰、鎂球等造渣料的減少，進而使渣量的減少（噸鋼渣量減少25～32kg）；加之，留渣量的大幅增加，綜合分析，從一定程度上有效降低冶煉過程的吹損率，鋼水收得率得以提高。由表可知，與傳統雙聯冶煉相比，少渣冶煉過程吹損率降低0.21%，相當于噸鋼損耗減少近28kg；與常規單聯冶煉相比還有一定的差距，這也是今后要亟待進一步研討的問題。

4.6 經濟效益

通過實驗比較分析，少渣冶煉采用留渣操作有利于濺渣層覆蓋爐體，可減輕爐襯的侵蝕程度，延長其使用壽命。經計算，少渣冶煉與傳統雙聯冶煉相比，按公司年產鋼550萬噸計算，其中二煉鋼轉爐普鋼生產成本預計可降低530萬元。同時，對今后擴大鋼種和致力于生產優質鋼提供有力的技術支持，有著深遠的價值和意義。

5 結語

（1）通過轉爐少渣試驗，可有效降低終點磷含量，對今后擴大鋼種和生產優質鋼提供技術支持。（2）采用少渣-留渣操作，大幅減少造渣料的加入量，石灰耗降至31.4kg/t，金屬料耗1097.5 kg/t。（3）少渣冶煉與傳統雙聯冶煉相比，能減輕爐襯的侵蝕，同時可降低轉爐生產成本約530萬元。

參考文獻

[1]魏壽昆.冶金過程熱力學.上海：上海科學技術出版社，1980：221.

[2]蘇天森等.轉爐濺渣護爐技術.北京：冶金工業出版社，1999：232-268.

[3]趙素華，潘秀蘭，梁慧智.少渣煉鋼工藝的進步與展望[J].鞍鋼技術，2008（6）13-24.

[4]王新華.鋼鐵冶金煉鋼學[M].北京：高等教育出版社，2007，6：113-123.

[5]譚振宇.優化工藝配置實現轉爐少渣量吹煉[J].湖南冶金，2005，33（2）.

[6]康復，陸志新，蔣曉放，鐘志敏.寶鋼BRP技術的研究與開發[J].鋼鐵，2005（3）.endprint

3.3 溫度制度

采用少渣冶煉吹煉溫度制度的控制關鍵在于合理選用適當的熱補償方法，以彌補因鐵水溫度和發熱元素（Si、S、P、C等）含量的降低而造成的熱量不足。本試驗僅以減少造渣料和冷料用量就實現了試驗條件下的熱平衡；針對鐵水硅過高，可在吹煉過程中多加冷料。少渣吹煉時脫磷期平均停吹溫度為1350～1400℃；脫碳期平均停吹溫度為1580～1630℃。

4 少渣冶煉試驗結果與討論（冶金效果）

4.1 脫磷

在少渣冶煉條件下，鐵水平均脫磷率均高于傳統雙聯冶煉和常規單聯冶煉，試驗數據見表3所示。這是因為少渣操作時成渣快、渣層薄、爐渣的流動性好，爐渣脫磷能力過剩；加之熔池攪拌促進鋼渣充分反應，從一定程度上改善了脫磷反應的動力學條件，使脫磷反應更趨于平衡。

影響脫磷反應的因素很多，從熱力學角度分析，根據脫磷反應的平衡條件和磷的分配系數，影響脫磷主要的影響因素是爐渣成分和溫度。爐渣成分對脫磷主要反應在渣中氧化鐵含量和爐渣的堿度上。生產實踐表明，在保證出鋼溫度的前提下，把渣中（TFe）和爐渣堿度控制在11.5%和2.5以上，可以使平均終點[P]控制在0.030%以下。

4.2 脫碳

從氧化物的分解壓力圖可知，在1673K以下CO的分解壓力高于MnO，1796K以下CO的分解壓力高于SiO2。說明在冶煉前期硅先被氧化，待熔池溫度上升后，碳氧反應慢慢加劇。冶煉過程和末期的脫碳速度主要取決于[O]和[C]擴散，由于少渣冶煉時的渣層較薄，頂吹氧氣的動量可高效率地傳輸到熔池，增強熔池的攪拌作用，促進熔池中[O]和[C]的擴散，從而有效的加快脫碳反應速率并縮短冶煉時間。在實際試驗期間，由于少渣吹煉脫磷負荷較小，有效的縮短前期化渣脫磷的時間，單爐平均冶煉時間為15.3min，比傳統雙聯冶煉提早了1.5min，為進一步實現高效生產提供依據。

4.3 脫硫

轉爐渣為氧化性渣，反應過程中對硫去除難度較大，當鐵水硫高時，在冶煉過程中緩解降低；當鐵水硫低時，在吹煉過程幾乎不脫硫。試驗結果表明轉爐少渣冶煉與常規冶煉過程脫硫能力近似相當，在此就不多作討論。

4.4 輔料消耗

采用少渣冶煉時鋼水收得率比傳統雙聯冶煉高，終點磷含量也進一步降低，鋼水成分能夠滿足冶煉工藝要求，更大程度地提高了鋼水的純凈度。下面從冶煉終點成分、輔料單耗、爐渣量和吹損率等方面，將轉爐少渣冶煉的試驗數據與傳統雙聯冶煉、常規單聯冶煉實績進行對比分析，詳見下表4所示。

由于少渣冶煉采用留渣操作，造渣用的石灰加入量大幅減少，有效的降低渣料消耗。同時，脫碳期因渣量少、渣層薄，頂吹氧氣利用更充分，吹煉終點鋼水中的氧含量低，殘余錳高，進而提高合金收得率，達到降本增效的功效。由表中試驗數據可知，少渣冶煉石灰耗比傳統雙聯石灰耗低8.7kg/t，金屬料耗低1.9kg/t；比常規單聯冶煉石灰耗低7.2kg/t，因脫磷倒渣等導致的損耗，使其金屬料耗不及常規單聯冶煉。

4.5 吹損

與常規冶煉相比，少渣冶煉采用高槍位操作，會增加渣中鐵珠和FeO的含量，但由于石灰、鎂球等造渣料的減少，進而使渣量的減少（噸鋼渣量減少25～32kg）；加之，留渣量的大幅增加，綜合分析，從一定程度上有效降低冶煉過程的吹損率，鋼水收得率得以提高。由表可知，與傳統雙聯冶煉相比，少渣冶煉過程吹損率降低0.21%，相當于噸鋼損耗減少近28kg；與常規單聯冶煉相比還有一定的差距，這也是今后要亟待進一步研討的問題。

4.6 經濟效益

通過實驗比較分析，少渣冶煉采用留渣操作有利于濺渣層覆蓋爐體，可減輕爐襯的侵蝕程度，延長其使用壽命。經計算，少渣冶煉與傳統雙聯冶煉相比，按公司年產鋼550萬噸計算，其中二煉鋼轉爐普鋼生產成本預計可降低530萬元。同時，對今后擴大鋼種和致力于生產優質鋼提供有力的技術支持，有著深遠的價值和意義。

5 結語

（1）通過轉爐少渣試驗，可有效降低終點磷含量，對今后擴大鋼種和生產優質鋼提供技術支持。（2）采用少渣-留渣操作，大幅減少造渣料的加入量，石灰耗降至31.4kg/t，金屬料耗1097.5 kg/t。（3）少渣冶煉與傳統雙聯冶煉相比，能減輕爐襯的侵蝕，同時可降低轉爐生產成本約530萬元。

參考文獻

[1]魏壽昆.冶金過程熱力學.上海：上海科學技術出版社，1980：221.

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3.3 溫度制度

采用少渣冶煉吹煉溫度制度的控制關鍵在于合理選用適當的熱補償方法，以彌補因鐵水溫度和發熱元素（Si、S、P、C等）含量的降低而造成的熱量不足。本試驗僅以減少造渣料和冷料用量就實現了試驗條件下的熱平衡；針對鐵水硅過高，可在吹煉過程中多加冷料。少渣吹煉時脫磷期平均停吹溫度為1350～1400℃；脫碳期平均停吹溫度為1580～1630℃。

4 少渣冶煉試驗結果與討論（冶金效果）

4.1 脫磷

在少渣冶煉條件下，鐵水平均脫磷率均高于傳統雙聯冶煉和常規單聯冶煉，試驗數據見表3所示。這是因為少渣操作時成渣快、渣層薄、爐渣的流動性好，爐渣脫磷能力過剩；加之熔池攪拌促進鋼渣充分反應，從一定程度上改善了脫磷反應的動力學條件，使脫磷反應更趨于平衡。

影響脫磷反應的因素很多，從熱力學角度分析，根據脫磷反應的平衡條件和磷的分配系數，影響脫磷主要的影響因素是爐渣成分和溫度。爐渣成分對脫磷主要反應在渣中氧化鐵含量和爐渣的堿度上。生產實踐表明，在保證出鋼溫度的前提下，把渣中（TFe）和爐渣堿度控制在11.5%和2.5以上，可以使平均終點[P]控制在0.030%以下。

4.2 脫碳

從氧化物的分解壓力圖可知，在1673K以下CO的分解壓力高于MnO，1796K以下CO的分解壓力高于SiO2。說明在冶煉前期硅先被氧化，待熔池溫度上升后，碳氧反應慢慢加劇。冶煉過程和末期的脫碳速度主要取決于[O]和[C]擴散，由于少渣冶煉時的渣層較薄，頂吹氧氣的動量可高效率地傳輸到熔池，增強熔池的攪拌作用，促進熔池中[O]和[C]的擴散，從而有效的加快脫碳反應速率并縮短冶煉時間。在實際試驗期間，由于少渣吹煉脫磷負荷較小，有效的縮短前期化渣脫磷的時間，單爐平均冶煉時間為15.3min，比傳統雙聯冶煉提早了1.5min，為進一步實現高效生產提供依據。

4.3 脫硫

轉爐渣為氧化性渣，反應過程中對硫去除難度較大，當鐵水硫高時，在冶煉過程中緩解降低；當鐵水硫低時，在吹煉過程幾乎不脫硫。試驗結果表明轉爐少渣冶煉與常規冶煉過程脫硫能力近似相當，在此就不多作討論。

4.4 輔料消耗

采用少渣冶煉時鋼水收得率比傳統雙聯冶煉高，終點磷含量也進一步降低，鋼水成分能夠滿足冶煉工藝要求，更大程度地提高了鋼水的純凈度。下面從冶煉終點成分、輔料單耗、爐渣量和吹損率等方面，將轉爐少渣冶煉的試驗數據與傳統雙聯冶煉、常規單聯冶煉實績進行對比分析，詳見下表4所示。

由于少渣冶煉采用留渣操作，造渣用的石灰加入量大幅減少，有效的降低渣料消耗。同時，脫碳期因渣量少、渣層薄，頂吹氧氣利用更充分，吹煉終點鋼水中的氧含量低，殘余錳高，進而提高合金收得率，達到降本增效的功效。由表中試驗數據可知，少渣冶煉石灰耗比傳統雙聯石灰耗低8.7kg/t，金屬料耗低1.9kg/t；比常規單聯冶煉石灰耗低7.2kg/t，因脫磷倒渣等導致的損耗，使其金屬料耗不及常規單聯冶煉。

4.5 吹損

與常規冶煉相比，少渣冶煉采用高槍位操作，會增加渣中鐵珠和FeO的含量，但由于石灰、鎂球等造渣料的減少，進而使渣量的減少（噸鋼渣量減少25～32kg）；加之，留渣量的大幅增加，綜合分析，從一定程度上有效降低冶煉過程的吹損率，鋼水收得率得以提高。由表可知，與傳統雙聯冶煉相比，少渣冶煉過程吹損率降低0.21%，相當于噸鋼損耗減少近28kg；與常規單聯冶煉相比還有一定的差距，這也是今后要亟待進一步研討的問題。

4.6 經濟效益

通過實驗比較分析，少渣冶煉采用留渣操作有利于濺渣層覆蓋爐體，可減輕爐襯的侵蝕程度，延長其使用壽命。經計算，少渣冶煉與傳統雙聯冶煉相比，按公司年產鋼550萬噸計算，其中二煉鋼轉爐普鋼生產成本預計可降低530萬元。同時，對今后擴大鋼種和致力于生產優質鋼提供有力的技術支持，有著深遠的價值和意義。

5 結語

（1）通過轉爐少渣試驗，可有效降低終點磷含量，對今后擴大鋼種和生產優質鋼提供技術支持。（2）采用少渣-留渣操作，大幅減少造渣料的加入量，石灰耗降至31.4kg/t，金屬料耗1097.5 kg/t。（3）少渣冶煉與傳統雙聯冶煉相比，能減輕爐襯的侵蝕，同時可降低轉爐生產成本約530萬元。

參考文獻

[1]魏壽昆.冶金過程熱力學.上海：上海科學技術出版社，1980：221.

[2]蘇天森等.轉爐濺渣護爐技術.北京：冶金工業出版社，1999：232-268.

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[4]王新華.鋼鐵冶金煉鋼學[M].北京：高等教育出版社，2007，6：113-123.

[5]譚振宇.優化工藝配置實現轉爐少渣量吹煉[J].湖南冶金，2005，33（2）.

[6]康復，陸志新，蔣曉放，鐘志敏.寶鋼BRP技術的研究與開發[J].鋼鐵，2005（3）.endprint