梁新騰^1，2， 孫彥輝¹， 曾建華²， 陳均²， 陳路²

（1. 北京科技大學冶金與生態工程學院，北京100083； 2. 攀鋼集團研究院有限公司，四川成都611731）

摘 要：首先針對SRP煉鋼工藝存在的問題進行了介紹，目前該工藝除新建鋼廠外，很難在絕大多數已建成鋼鐵廠推廣采用，然后對半鋼轉爐煉鋼不適宜采用當前流行的MURC工藝的原因進行了詳細闡述。以攀鋼西昌鋼釩200 t 轉爐為依托，在半鋼轉爐脫磷理論分析的基礎上，提出了“一爐全留渣、一爐倒出大半”的半鋼轉爐熱態渣循環利用新工藝，在實際應用中取得了顯著的效果，轉爐脫磷效率有很明顯的提高，轉爐各種輔料消耗平均降至47.64 kg/t，石灰消耗平均為13.95 kg/t，同時對于降低鋼鐵料消耗、提高轉爐壽命也有很好的作用。

關 鍵 詞：半鋼；轉爐煉鋼；脫磷；輔料消耗

煉鋼過程需要大量的原輔料，同時產生大量冶金渣、蒸汽、煤氣、除塵灰等。減少煉鋼過程原輔料消耗以及對其進行高效循環利用，已成為各鋼鐵企業的共同課題，對促進企業的可持續發展意義重大^[1-6]。攀鋼轉爐半鋼煉鋼針對近年來國內普遍采用的MURC工藝，積極開展了相關研究，經過比較，對于一般鋼種采用MURC工藝對于降低轉爐各種消耗效果不顯著，為此積極開發各種轉爐少渣煉鋼新技術，在理論分析的基礎上，轉爐半鋼煉鋼“一爐全留渣、一爐倒出大半”新工藝取得了很好的效果。

1   轉爐少渣煉鋼工藝對比

日本鋼鐵企業最早采用的轉爐鐵水脫磷-少渣脫碳煉鋼工藝引起了國內外鋼鐵界的高度關注，目前已基本取代了過去在鐵水罐、魚雷罐中對鐵水進行脫磷預處理的方法。住友金屬采用SRP 煉鋼工藝^[7] （一座轉爐脫磷、一座轉爐脫碳）總渣量在40～60 kg/t，與常規工藝相比，冶煉一般鋼種時，總石灰消耗量從40 kg/t 降至10～20 kg/t。住友金屬鹿島廠現行SRP工藝，3座250 t轉爐，總渣量（脫磷轉爐＋脫碳轉爐）約60 kg/t鋼，渣量減少25%以上。中國寶鋼、首鋼京唐公司等也采用了類似工藝。但此項技術也面臨較大困難^[8]，主要原因為：（1）脫磷轉爐只能采用輕薄廢鋼，稍厚和稍大尺寸廢鋼在脫磷冶煉結束時會熔化不完全；（2）在脫磷轉爐出鐵和脫碳轉爐鐵水裝爐過程，將損失溫度40～50 ℃，當脫磷后鐵水碳質量分數和溫度同時位于控制范圍下限時，容易發生脫碳轉爐熱量不足問題。同時由于該工藝需要專門脫磷轉爐，因此除新建鋼廠外，該工藝很難在絕大多數已建成鋼鐵廠推廣采用。

日本和韓國等一些成熟的轉爐普遍開展各種煉鋼新技術，其中轉爐鋼渣熱態循環利用是其中的一個熱點。2000 年新日鐵鋼研究所通過在8 t 轉爐上試驗^[9]，開發出一種針對轉爐數量少的煉鋼廠的轉爐脫磷煉鋼新工藝Multi-Refining Converter（MURC），其工藝流程如圖1 所示。該工藝在同一轉爐進行鐵水脫磷預處理和脫碳吹煉，類似傳統“雙渣法”煉鋼，此工藝對于降低轉爐各種消耗效果非常顯著。此工藝目前在中國得到了很快的推廣，中國首鋼遷安鋼鐵公司采用此工藝實現轉爐輔料消耗降低40%以上^[10]。MURC 工藝的關鍵在于轉爐前期能夠快速成渣，并能夠在吹煉前期倒出大部分高磷渣。

2   攀鋼半鋼煉鋼實現少渣煉鋼的探討

攀鋼西昌鋼釩煉鋼采用釩鈦磁鐵礦冶煉，鐵水中含質量分數0.3%左右的釩，因此在轉爐煉鋼之前，需先提釩，經過轉爐提釩，鐵水中釩被氧化，同時鐵水中硅、錳等元素也被氧化，碳元素部分氧化，半鋼同普通鐵水有明顯的差異，煉鋼轉爐半鋼入爐條件見表1。

由于含釩鐵水轉爐同時脫磷提釩工藝目前還未走通，鐵水經過脫硫、提釩預處理后，磷質量分數基本上沒有變化，仍然為0.060%左右。轉爐煉鋼采用的造渣材料有活性石灰、高鎂石灰、復合渣等多種材料。

攀鋼西昌鋼釩半鋼煉鋼曾經采用MURC工藝進行過轉爐試驗，采用MURC工藝總體上不經濟，主要體現在：（1）由于硅、錳等元素缺失，轉爐初期渣形成速度慢，平均形成時間在3.5 min 左右，在轉爐前期放渣時，初渣才剛好形成，還未充分參與脫磷反應；（2）脫磷期結束，正直碳氧反應劇烈期，爐渣泡沫化嚴重，倒渣困難，倒渣過程鋼鐵料流失嚴重；（3）由于提釩工序及工序熱量損失，造成半鋼煉鋼熱量不足，轉爐前期倒爐放渣進一步增加了熱量損失。

因此，必須有新思路開展針對半鋼煉鋼的少渣煉鋼工藝研究，降低冶煉成本，減少轉爐渣量。

3   半鋼轉爐脫磷新工藝

3.1   半鋼轉爐脫磷理論分析

有關鋼鐵液的脫磷熱力學，尤其是鐵水脫磷熱力學，冶金工作者們已做了很多研究工作，形成了一套成熟的研究思路，得到了一系列的經驗及半經驗公式，有利于指導生產實踐。脫磷渣系的Healy公式^[11]在當前最被認可。

圖2所示為2013年1月份攀鋼西昌鋼釩200 t轉爐終渣理論磷分配比與實際磷分配比之間的關系，實際磷分配比低于理論分配比，顯然攀鋼西昌鋼釩200 t轉爐終點磷質量分數未能達到理論平衡值。

對西昌鋼釩200 t 轉爐半鋼煉鋼爐渣磷容量進行理論分析，煉鋼脫磷反應可由式（2）^[12]表示。

根據等溫方程式有

式中：為爐渣中P₂O₅的活度系數；為P₂O₅的克分子分數；f_P 、f_O 分別為P和O的活度系數；K為平衡常數；

欲使式（2）能夠進行，則ΔG 必須是負值，即J＜K 。

式（4）中

當T＝1873 K 時，K＝4.4 × 10^－10。

所以，使式（2）能夠進行的條件為

按照轉爐典型爐渣成分（質量分數）CaO 40%、SiO₂ 12%、MgO 12%、FeO 20%、MnO 6%，計算得＝ 4.17×10^－18 [13]。鋼水終點w([P])＝ 0.012%、w([O])＝ 0.06%，假設f_P 、f_O 都等于1，則計算得轉爐終渣中極限P₂O₅質量分數約為2.36%。西昌鋼釩轉爐終渣P₂O₅質量分數一般為0.85%左右，遠小于極限目標，因此，轉爐全部或部分留渣具備可行性。

3. 2   半鋼轉爐煉鋼新工藝

基于以上理論分析，設計了半鋼轉爐煉鋼新工藝，采用此工藝既能夠保證轉爐有較好的脫磷效率又能夠實現轉爐少渣煉鋼，工藝流程如圖3 所示。

其操作要點為：（1）根據終渣狀態及渣量采取“一爐全留渣、一爐倒出大半”的半鋼轉爐熱態渣循環利用新工藝，連續循環直至需要監控轉爐等情況時倒出全部爐渣。（2）全留渣爐次石灰加入量按照1～1.5 t/爐加入，高鎂石灰加入量按照3.5～4.5 t/爐加入。（3）倒渣爐次石灰加入量按照1.5～2.0 t/爐加入，高鎂石灰加入量按照4.0～5.0 t/爐加入。（4）留渣爐次兌鐵前必須將轉爐搖至90°以下，爐長或搖爐工必須到平臺前面進行確認爐渣裹干，未裹干必須前后搖爐、再補加渣料或吹氮氣，必要時可二次濺渣，直至裹干后方可兌鐵。（5）兌鐵過程半鋼進入爐內5～10 t，吊車停留不少于15 s，隨后緩慢提升吊車副鉤，兌鐵總時間控制在2 min以上。

以兩個爐次為一冶煉循環對此新工藝進行如下說明：首先在第一個爐次采用正常的轉爐渣量（按照上述要點3）進行冶煉，在吹煉結束后，將轉爐內的爐渣全部留在爐內，開始濺渣護爐，經過必要的爐渣固化后，兌鐵開始第二爐次的吹煉，在第二個爐次采用接近正常爐次一半的轉爐渣量（按照上述要點（2））進行冶煉，在吹煉結束后，將轉爐內的爐渣倒出大部分，留1/3 爐渣在爐內開始下一個冶煉循環。

4   取得的效果

2014 年以來，攀鋼西昌鋼釩200 t 轉爐采用此新工藝比率達到了75%，采用新工藝后轉爐各類輔料、鋼鐵料消耗與原工藝對比情況見表2，轉爐各種輔料及鋼鐵料消耗較之前有較大幅度的降低。與常規轉爐煉鋼工藝相比，轉爐各種輔料消耗平均降至47.64 kg/t，平均降低了11.49 kg/t，其中，石灰消耗平均為13.95 kg/t，最低達9.5 kg/t，轉爐冶煉不同磷質量分數要求鋼種時石灰的消耗對比如圖4 所示；轉爐區域鋼鐵料消耗平均為1 037.44 kg/t，鋼鐵料平均降低了3.16 kg/t，取得了顯著經濟效益。

轉爐吹煉終點鋼水控制情況對比見表3。

新工藝充分利用了氧化性強的終渣用于鋼水前期脫磷，提高了爐渣利用率，爐渣中磷質量分數由原來的0.850%提高到1.257%，渣鋼中磷分配比達到116，遠遠高于原工藝，脫磷率平均為84.79%，較原工藝平均高2.65%；由于爐渣脫磷效率明顯提高，很多時候不需要終點深吹來保證脫磷效果，新工藝終渣TFe 質量分數平均為19.56%，較原工藝低0.79%，同時能夠使轉爐終點溫度顯著降低，這有助于提高轉爐壽命；終點鋼水硫質量分數平均為0.014 3%，終點硫質量分數較前工藝平均高0.001 1%，轉爐回硫量也較之前工藝要高，說明大渣量留渣對鋼水硫控制不利，在冶煉低硫鋼時要格外注意。

5   結論

（1）目前轉爐流行的MURC工藝對于攀鋼半鋼煉鋼而言，前期倒爐放渣比較困難，脫磷不穩定，實際操作過程不經濟。

（2）在半鋼轉爐脫磷理論分析的基礎上，提出了“一爐全留渣、一爐倒出大半”的半鋼轉爐熱態渣循環利用新工藝，在實際應用中取得了顯著的效果，轉爐各種輔料消耗平均降至47.64 kg/t，石灰消耗平均為13.95 kg/t，轉爐脫磷效率也有很明顯的提高，同時對于降低鋼鐵料消耗、提高轉爐壽命也起到了顯著的作用。

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