现代转炉炼钢技术及对攀钢炼钢发展的建议

第23卷第1期

　　　　　　　　　　　

2002年3月

钢　铁　钒　钛

　　　　　　　　　　　　

Vol.23,No.1

March2002

现代转炉炼钢技术及对攀钢炼钢发展的建议

文永才1,杨森祥2,王　胜2,张　槐2

(11攀枝花钢铁研究院,四川　攀枝花　617000;21攀钢提钒炼钢厂,四川　攀枝花　617062)

摘　要:回顾了转炉炼钢技术的发展历程及各个时期的主要技术进步,介绍了当代转炉炼钢的重要技术,结合具体实际情况,提出了攀钢炼钢技术发展的建议。关键词:转炉;炼钢;铁水预处理;转炉脱磷

中图分类号:TF71　　文献标识码:A　　文章编号:1004-7638(2002)01-0026-06

CONTEMPORARYCONVERTERSTEELMAKINGTECHNOLOGIES

ANDDEVELOPMENTALSUGGESTIONTOPANGWENYong-cai1,YANGSen-xiang22(11PanzhihuaIronandSteelVanadiumRecoveryandSteelmak2ingPlantofPZHAbstract:Thehistoryofconvertersteelmakingisreviewed.Themainadvanceofsteel2makingtechnologyindifferenttimesaredescribed.Thetechnologiesofcontemporaryconvertersteel2makingareintroducedindetail.DevelopmentofconvertertechnologiesatPangangisproposedinlightoftheactualconditions.

KeyWords:converter;steelmaking;hotmetalpretreatment;dephsophorizinginconverter

1　转炉炼钢技术的发展历程

111　概述

1947年,R1杜勒及同事在瑞士Gerlafigen钢厂

质量好、生产成本低等优点,一经出现,就迅速在世界范围内推广,对世界钢铁的飞跃发展起到了决定

性的作用,是当代最主要的炼钢方法,见图1。112　转炉炼钢技术的发展

的215t转炉上首次进行了向钢液面上吹入高速氧流的试验,并于1948年3月获得成功。同年,奥地利联合钢铁公司也在Linz厂的2t和15t转炉上进行顶吹试验,于1949年10月获得成功。1953年,奥地利的Donawitz厂也建成一座顶吹转炉炼钢厂,并投产成功,由此,这种顶吹氧气炼钢法被命名为LD炼钢法[1～4]。

LD炼钢法具有生产效率高、建设投资少、钢水

　　[收稿日期]:2001-09-05

追溯转炉炼钢技术的发展史,可以分为:①LD基本技术的完善和转炉大型化时代;②转炉复合吹炼技术的开发与完善时代;③高效、高自动化、高洁净度炼钢时代。

11211　LD基本技术的完善和转炉大型化时代(1953～1978年)

这一时期,处于转炉炼钢技术的发展初期。技术完善的首要任务是安全、连续、稳定地进行炼钢生

顶吹、底吹为一体的复合吹炼技术引起了高度重视,

并由卢森堡阿尔卑德公司和法国钢铁研究院共同开发出顶吹氧、底吹惰性气体的复吹工艺,即LBE技术。随后,复吹技术迅速推广。顶底复合吹炼技术主要有[6]:

(1)顶吹氧、底吹惰性气体工艺;(2)顶底同时吹氧工艺;

(3)顶底复吹氧及喷吹燃料工艺。

转炉采用复合吹炼,明显改善了转炉终点操作,使吹炼后期渣反应更趋近平衡,磷、硫分配比更高,

图1　不同炼钢方法的产钢比例

见图2～3。终点钢水、钢渣氧化性的降低,不仅提高了钢水质量,而且有利于提高炉龄。这一时期,转炉炉龄达到3000～5000炉。

)11213　高效、高自动化、高洁净度炼钢时代(1990～　

产,并考虑生产能力的提高和品种的适应性,主要技

术进步有:

(1)氧枪的改进,由单孔喷头发展为多孔喷头;

(2)OG法转炉除尘、煤气回收;(3)扩大对原料的适应性,如高磷铁水;(4)品种扩大,从低碳钢冶炼到中随着钢材质量要求的日益增高,炼钢技术的发展重点就体现在长寿高效、、高洁

。

:10000～20000炉或以上,不,更重要的是改变了传统的“三吹二”“、二吹一”模式,大大提高了转炉利用率,实现了转炉的高效化。

(2)计算机全自动炼钢技术:成功应用静态模型、副枪及动态模型和终点磷、硫预报技术,使转炉炼钢实现全过程自动控制,终点碳、温度双命中率可保持在90%或以上,同时降低终点钢水氧活度,为洁净钢的生产奠定基础。

(3)高洁净钢生产技术:提高钢的洁净度,可以明显改善钢的机械性能。如控制轴承钢的T[O]

控制石油管

炼;

(5);(6),使转炉基本实现由

静态模型和副枪动态模型相结合的全过程控制炼钢;

(7)发明了底吹转炉。

随着基本炼钢技术的不断完善,提出了转炉的大型化,以获得更高的生产能力和经济效益。因此,60年代就出现了200～300t的大型转炉,70年代以

后,250～300t的转炉一直是世界转炉炼钢的主力炉型。表1为美国13个钢铁公司21个转炉钢厂的转炉容量,其中转炉容量200t以上的钢厂占76%,而容量100t以下的钢厂数仅1个。

表1　美国的炼钢转炉容量[5]

转炉容量/t

钢厂数/个

3171

280～220190～160154

86

1

顶吹

18

底吹

3

11212　转炉复合吹炼技术时代(1978～1990年)

底吹转炉发明后,人们发现,底吹工艺与顶吹工艺相比有明显的优点:熔池搅拌强度大,脱碳速度快,碳氧反应更趋于平衡。同时,人们还发现,如果将底吹比降低到30%或更低,也能获得相同的冶金效果。全连铸的出现,对转炉炼钢在时间、温度、成分及钢水质量等方面提出了更高的要求。因此,集

图2　磷分配比与渣中FeO含量的关系

用钢的[S]≤10×10-6,可以提高钢材抗H2S腐蚀能力;控制钢中[C]+[N]≤50×10-6,可以大幅度提高钢的深冲性能。因而,洁净钢的社会需求日趋

扩大。然而,人们通过大量的试验、研究,深刻认识到,单纯依靠某一工序的技术改造或进步无法完成洁净钢的生产,因此“,分阶段精炼”的系统技术得到了迅速发展,形成了新的、能大规模廉价生产洁净钢的生产体系。转炉的技术经济指标见表2[7]。

典型的“分阶段精炼”流程为:铁水三脱—转炉少渣冶炼—多功能二次精炼—连铸保护浇铸和中包冶金

纵观转炉炼钢技术的发展历史,可以看出,技术

图3　硫分配比与炉渣碱度的关系

表2　转炉技术经济指标变化

工　　艺传统复合吹炼工艺

分阶段冶炼工艺

工艺

传统复合吹炼工艺分阶段冶炼工艺

钢水质量

0103～01120103～0160冶炼周期/min

35～4020～25

控制精度

≤010300108～0110±01≤01010060-/t-1

6055～60

±15±10

钢铁料消耗/kg1t-1

11201060

≤01025≤01010

转炉作业率%

75～8092:

①;②提高钢水质量,满足日益苛刻的社会要求;③降低转炉炼钢的生产成本。

2　当代转炉炼钢的重要技术

211　铁水预处理21111　铁水脱硫

趋势。与喷吹脱磷工艺相比较,转炉脱磷工艺因其

具有工艺流程短、处理能力大、工艺稳定、能同时脱硫等优点而倍受关注[7～10]。

转炉脱磷工艺就是将铁水脱磷的任务集中在专用转炉完成。该转炉以脱磷为主要任务,通过顶吹氧、底吹气体实施强搅拌、外加石灰等造渣材料、温度控制在1350℃左右对铁水进行脱磷,同时尽量将[C]的烧损控制在最低限度。转炉脱磷后的金属称为半钢,送往炼钢转炉炼钢。

(1)铁水[Si]含量对于喷吹法的铁水脱磷工艺,要求严格控制铁水的[Si]含量。但对于转炉脱磷工艺,只要铁水[Si]

(2)造渣

炉渣碱度(CaO/SiO2)=215～310,渣中TFe控制在10%～15%,可保证良好的脱磷、脱硫效果,见表3。由于反应在低温进行,采用加入磷含量较低的脱碳转炉渣、增大底部供气强度、适当加大萤石用量、加入石灰粉和转炉烟尘制成的球团等措施促进化渣。

(3)强搅拌和弱供氧

铁水脱硫的发展趋势是[7]:全量铁水脱硫、铁水脱硫容器趋向铁水包、喷粉脱硫为主、脱硫剂趋向于金属镁。

20世纪80年代以来,铁水脱硫技术得到迅速推广。日本、美国脱硫后的铁水[S]达到01005%,有的钢厂实现了铁水全脱硫。我国宝钢、武钢三炼钢也采用全量铁水脱硫,入转炉铁水[S]平均控制在01005%～01007%。21112　转炉脱磷

目前,采用铁水脱磷工艺的钢厂较少。国外,只有日本大规模采用铁水脱磷工艺;国内宝钢开展了这方面的研究工作。

在大规模生产洁净钢的同时,为了尽量降低钢渣量,实现绿色炼钢,对铁水进行脱磷是发展的必然

表3　转炉脱磷工艺的脱磷、脱硫效果

脱　　磷()脱　　硫

()素合金化[6,11～13],从而大幅度降低生产成本。

21213　终点控制

铁水中的[S]、[P]等杂质元素去掉后,终点控制就简化为碳和温度的控制。采用计算机可获得理想的效果,在控制精度为[C]±01015%、T±12℃条件下,[C]、T双命中率可达到90%。21214　挡渣

钢渣流入钢包不仅会引起钢水回磷、降低合金收得率,还会严重影响精炼效果,对于洁净钢的生产尤为如此,因此各种挡渣技术相继问世。目前,挡渣镖技术得到了较为广泛的采用。采用挡渣镖挡渣,钢包的渣层厚度

日本从1980年开始采用转炉全自动吹炼技术,使终点[C]、T双命中率提高到90%以上“,后吹”次数降低到10%以下)。根(如铁水成分、温,,确保终点命中。

(2)吹炼过程动态调整。通过对炉渣进行在线检测,动态调整氧枪枪位和加料程序,避免炉渣“返干”或“喷溅”,保持过程平稳吹炼。

(3)终点动态控制。采用副枪或投入式热电偶、炉气检测仪或火焰亮度探测仪等手段,在吹炼终点前检测熔池的温度、[C]含量,校正吹炼轨迹,保证更精确地命中终点成分与温度。

(4)对终点[P]的预报与控制。主要依靠智能化的控制模型实现[14]。

(5)终点精确控制。转炉终点的精确控制不仅保证终点[C]、温度精确命中,[S]、[P]达到出钢要求,还要求终点钢液的[O]越低越好。控制终点[O]含量的技术有:精确控制终点[C]含量,对于低碳钢,碳的控制精度为±0101%,对于中碳钢,碳的控制精度为±0102%,对于高碳钢,碳的控制精度为±0110%;提高底部供气强度,使渣—钢反应趋于平衡;后期减氧操作。

我国转炉炼钢采用计算机控制尚处于发展阶段,仅宝钢、武钢应用较为成功。据文献[15]介绍,2000年,武钢三炼钢计算机炼钢终点双命中率达到

),补80%～85%(控制精度:[C]±0101%、T±12℃

　　转炉内的脱磷反应速度取决于熔池的搅拌强

度。对于300t转炉,合适的底部供气强度为0112～0115Nm3/(min・t)。

转炉处理过程控制铁水中[C]的氧化,对后部炼钢非常重要,采取的技术主要有:严格控制处理温度、顶吹使用018～112Nm3/(min・t)供氧强度的弱供氧制度。

(4)吹炼温度的控制

加入废钢或矿石控制反应温度,使温度控制在1320～1350℃。50t转炉处理含[P]为0125%的铁水,可熔化废钢70～90kg/t铁水。

转炉脱磷工艺的脱磷效率高,磷分配比(P)/[P]高达100～300,是炼钢转炉脱磷效率(炼钢转炉磷分配比(P)/[P]一般为30～70)的2倍以上,其产生的渣量较炼钢转炉大幅度下降,因而,。212　转炉炼钢21211　供氧

(1)供氧强度

供氧强度是指单位时间内每吨金属的供氧量,供氧强度越大,生产效率越高。大型转炉的供氧强度一般为310～315Nm3/(min・t),如宝钢300t转炉的供氧强度为313Nm3/(min・t),武钢三炼钢250t转炉的供氧强度达316Nm3/(min・t),日本君津二炼钢300t转炉的供氧强度为318Nm3/(min・t),韩国浦项二炼钢300t转炉的供氧强度也达到3144Nm3/(min・t)。

(2)操作供氧一般采用恒压变枪操作。但对于铁水“三脱”后的少渣炼钢,在冶炼后期,因脱碳的限制环节从氧扩散转为碳扩散的碳含量由0145%下降为0120%,如仍采用恒压操作,将会引起熔池过氧化,

而采用减氧操作,则可使低碳钢冶炼的氧活度达到400×10-6([C]=0103%)。21212　造渣

铁水中的[Si]、[S]、[P]等杂质元素去掉后,转炉实现少渣炼钢,其渣量控制在30kg/(t钢)左右。同时,冶炼过程加入锰矿、铬矿等,实现炉内部分元

吹率为8%以下。宝钢计算机炼钢的终点双命中率

攀钢于1999年开始进行半钢脱磷工艺的研究,

目前的脱磷铁水比例大约为15%,脱磷率10%～20%,脱磷渣无去除手段,直接带入炼钢转炉。入转炉的半钢[P]一般为01040%～01055%(脱磷后)和01055%～01075%(未脱磷)。

(3)半钢入转炉的半钢[C]为3110%～3190%,温度为1280～1340℃,[Si]微量。从[C]、[Si]含量和温度来看,同日本铁水三脱后的半钢相近。

2000年,攀钢成功生产出杂质元素[P]+[S]+[N]+[H]+[O]

与武钢三炼钢相近。

214　转炉长寿炉衬技术21411　溅渣护炉

溅渣护炉就是通过氧枪喷吹高压氮气将炉渣溅到炉壁,以保护炉衬,达到提高炉龄的目的。美国18个顶吹转炉厂中,有12[5]个厂采用了溅渣护炉技术,炉龄一般为10000炉以上,内陆钢公司在2000年9月已有一座转炉炉龄超过40000炉,并还在服役。我国于1996年开始这项技术的开发和应用,炉龄均大幅度提高,宝钢于1998年达到14001炉,武钢于1999年达到15208炉,首钢第三炼钢厂于2000年达到17000余炉。

溅渣护炉的主要优点是:大幅度降低耐火材料消耗、大大提高转炉作业率、投资回报率高等。但溅渣护炉也带来了负面影响,最明显的是复吹不能与炉龄同步[16],从而影响了复吹冶金效果的充分发挥。采用溅渣护炉后,透气砖的寿命一般在3000炉以下,这意味着,3000炉以后,复吹的冶金效果将大大降低或完全没有。采用溅渣护炉技术,,件寿命达到了15208,。21412　其它

氧气炼钢法问世以来,通过改进炉衬材质、砌筑方法、炼钢操作以及采取各种有效的炉体维护办法,使炉龄从开始的几十炉、几百炉提高到6000～8000炉。值得一提的是日本采用转炉脱磷(脱磷炉)—转炉少渣炼钢(脱碳炉)双联炼钢工艺,结合智能控制技术,炼钢转炉炉龄达到了6000～8000炉。

其铁水预处理工艺还无法适应大规模、廉价生产洁净钢的要求。31112　低供氧强度不能满足转炉高效化要求攀钢120t转炉目前仍然使用90年代初研制的535氧枪,在0185～0190MPa的氧气压力下,流量3/215～216(,313Nm3/。供氧强度低,使转炉在18min或以上,同时,还严重影响了转炉的高效特点,也是制约转炉—连铸匹配的重要因素。31113　缺乏自动炼钢基础

尽管攀钢1997年开始在1#转炉进行了基础自动化改造,1998年2#、3#转炉也相继改造完成,但只能对过程原始数据进行记录,再加上过程熔池情况无任何检测手段、计量设备落后(或没有),转炉目前基本上是经验炼钢。

1999年开始进行了转炉终点控制完善的研究,使连铸钢的一次拉碳率由原来的13%提高到目前的60%～65%,对缩短冶炼时间、降低钢中[O]、提高转炉生产效率起到了重要作用。但在现有条件下,要进一步提高一次拉碳率,难度是相当大的,而且目前的操作也不能对终点[C]、温度、a[O]实现精确控制。31114　渣量较大,钢渣的处理问题日益突出

攀钢脱磷的任务集中在炼钢转炉完成,因此必须保证足够的渣量。攀钢的造渣材料消耗及总渣量见表4,由此,每年产生的钢渣量达30多万吨。目前,钢渣基本未加以利用,钢渣的堆放问题也日显突出。312　建议

(1)结合“先炼钢后提钒探索性试验”项目,展

3　攀钢炼钢技术发展的建议

311　差距

与现代转炉炼钢相比,攀钢的差距主要体现在

以下几个方面:

31111　铁水预处理规模无法适应大规模生产洁净

钢的要求

(1)脱硫

攀钢于1993年开始大规模进行铁水脱硫。目前的脱硫铁水比为85%,入转炉[S]平均为01018%,最低可达01002%。入转炉平均[S]含量及铁水脱硫比例与世界先进钢厂相比均有较大差距。

(2)脱磷

表4　攀钢转炉目前的造渣材料消耗

-1

-1

-1

-1

()-1

开转炉脱磷工艺研究,对转炉脱磷的造渣制度、供氧制度、温度制度进行全面系统的试验,并评价其经济性,为大规模生产洁净钢做好技术储备。“先炼钢后提钒”工艺成熟后,目前的提钒转炉可以作为脱磷炉使用,向炼钢转炉提供低磷含量的半钢。

(2)少渣炼钢工艺研究,实现转炉少渣操作。采用低[P]含量的半钢炼钢,将炼钢转炉总渣量降低至40kg/(t钢)以下,并对钢渣的利用进行研究,如返回脱磷炉做脱磷剂、添加进烧结矿中等。

(3)开展锰矿直接合金化研究,实现炉内合金元素的部分合金化,进一步降低生产成本。

(4)进一步完善转炉终点控制。利用副枪或其它检测手段,进行终点控制,将一次拉碳率提高至85%～90%或以上。参考文献:

(5)进行转炉供氧的系统研究。将目前215～216Nm3/min・t的供氧强度提高至313～315Nm3/min・t,缩短冶炼周期,提高生产效率,同时开展少渣

炼钢的后期减氧操作研究,降低钢水的[O]含量。

(6)全自动炼钢技术研究,对终点[C]、[O]、温度进行精确控制。

4　结语

　　攀钢转炉投产30年来,已形成了年产钢360万t、从低碳钢至高碳钢二百余个品种的生产规模,2001年的钢铁料消耗已达到1087kg/(t钢)左右的较高水平。我们相信,通过炼钢工作者的共同努力,在不久的将来,、高自动化[1]　戴云阁,李文秀[]1沈阳:东北大学出版社,199814-121[2]　王雅贞1[M]1北京:冶金工业出版社,198311-51

[3]　余志祥1现代转炉炼钢技术[J]1炼钢,2001,(1):13-181

[4]　佩尔克RD,等1邵象华,等译1氧气顶吹转炉炼钢[M]1北京:冶金工业出版社,198018-101[5]　陈伟庆1美国的炼钢技术现状[J]1钢铁,2000,(6):66-691

[6]　冶金部复吹专家组,宝钢设计研究院1氧气顶底复吹转炉设计参考[M]1北京:冶金工业出版社,199412-111[7]　刘　浏1转炉炼钢的技术进步[J]1炼钢,2000,(5):1-81

[8]　HarujiOkuda,etal.RefiningTechniquesofPretreatedHotMetalinConverters[A]1SteelmakingConferenceProceedings[C],

1988.249-2561

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[10]　杜　挺,邓开文1钢铁冶炼新工艺[M]1北京:北京大学出版社,19931171-1791[11]　文永才,等1对攀钢实现少渣炼钢的探讨[J]1钢铁钒钛,1999,20(1):65-701

[12]　文永才,等1转炉炼钢用锰矿进行钢直接合金化的热力学分析[J]1钢铁钒钛,1997,18(2):7-101[13]　文永才,等1锰矿球团进行钢直接合金化的动力学研究[J]1钢铁钒钛,1998,19(1):9-151[14]　原隆康,等1转炉终点动态磷控制技术的开发[J]1世界钢铁,2000,(5):1-81[15]　刘完善,等1250t转炉计算机控制炼钢[J]1钢铁,2000,35(增刊):30-331[16]　苏天森1转炉溅渣护炉技术[M]1北京:冶金工业出版社,199911171[17]　李茂林,等1攀钢纯净钢生产实践与探讨[J]1钢铁钒钛,2000,21(3):15-191

编辑　仲剑丽

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钢　铁　钒　钛

　　　　　　　　　　　　

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March2002

现代转炉炼钢技术及对攀钢炼钢发展的建议

文永才1,杨森祥2,王　胜2,张　槐2

(11攀枝花钢铁研究院,四川　攀枝花　617000;21攀钢提钒炼钢厂,四川　攀枝花　617062)

摘　要:回顾了转炉炼钢技术的发展历程及各个时期的主要技术进步,介绍了当代转炉炼钢的重要技术,结合具体实际情况,提出了攀钢炼钢技术发展的建议。关键词:转炉;炼钢;铁水预处理;转炉脱磷

中图分类号:TF71　　文献标识码:A　　文章编号:1004-7638(2002)01-0026-06

CONTEMPORARYCONVERTERSTEELMAKINGTECHNOLOGIES

ANDDEVELOPMENTALSUGGESTIONTOPANGWENYong-cai1,YANGSen-xiang22(11PanzhihuaIronandSteelVanadiumRecoveryandSteelmak2ingPlantofPZHAbstract:Thehistoryofconvertersteelmakingisreviewed.Themainadvanceofsteel2makingtechnologyindifferenttimesaredescribed.Thetechnologiesofcontemporaryconvertersteel2makingareintroducedindetail.DevelopmentofconvertertechnologiesatPangangisproposedinlightoftheactualconditions.

KeyWords:converter;steelmaking;hotmetalpretreatment;dephsophorizinginconverter

1　转炉炼钢技术的发展历程

111　概述

1947年,R1杜勒及同事在瑞士Gerlafigen钢厂

质量好、生产成本低等优点,一经出现,就迅速在世界范围内推广,对世界钢铁的飞跃发展起到了决定

性的作用,是当代最主要的炼钢方法,见图1。112　转炉炼钢技术的发展

的215t转炉上首次进行了向钢液面上吹入高速氧流的试验,并于1948年3月获得成功。同年,奥地利联合钢铁公司也在Linz厂的2t和15t转炉上进行顶吹试验,于1949年10月获得成功。1953年,奥地利的Donawitz厂也建成一座顶吹转炉炼钢厂,并投产成功,由此,这种顶吹氧气炼钢法被命名为LD炼钢法[1～4]。

LD炼钢法具有生产效率高、建设投资少、钢水

　　[收稿日期]:2001-09-05

追溯转炉炼钢技术的发展史,可以分为:①LD基本技术的完善和转炉大型化时代;②转炉复合吹炼技术的开发与完善时代;③高效、高自动化、高洁净度炼钢时代。

11211　LD基本技术的完善和转炉大型化时代(1953～1978年)

这一时期,处于转炉炼钢技术的发展初期。技术完善的首要任务是安全、连续、稳定地进行炼钢生

顶吹、底吹为一体的复合吹炼技术引起了高度重视,

并由卢森堡阿尔卑德公司和法国钢铁研究院共同开发出顶吹氧、底吹惰性气体的复吹工艺,即LBE技术。随后,复吹技术迅速推广。顶底复合吹炼技术主要有[6]:

(1)顶吹氧、底吹惰性气体工艺;(2)顶底同时吹氧工艺;

(3)顶底复吹氧及喷吹燃料工艺。

转炉采用复合吹炼,明显改善了转炉终点操作,使吹炼后期渣反应更趋近平衡,磷、硫分配比更高,

图1　不同炼钢方法的产钢比例

见图2～3。终点钢水、钢渣氧化性的降低,不仅提高了钢水质量,而且有利于提高炉龄。这一时期,转炉炉龄达到3000～5000炉。

)11213　高效、高自动化、高洁净度炼钢时代(1990～　

产,并考虑生产能力的提高和品种的适应性,主要技

术进步有:

(1)氧枪的改进,由单孔喷头发展为多孔喷头;

(2)OG法转炉除尘、煤气回收;(3)扩大对原料的适应性,如高磷铁水;(4)品种扩大,从低碳钢冶炼到中随着钢材质量要求的日益增高,炼钢技术的发展重点就体现在长寿高效、、高洁

。

:10000～20000炉或以上,不,更重要的是改变了传统的“三吹二”“、二吹一”模式,大大提高了转炉利用率,实现了转炉的高效化。

(2)计算机全自动炼钢技术:成功应用静态模型、副枪及动态模型和终点磷、硫预报技术,使转炉炼钢实现全过程自动控制,终点碳、温度双命中率可保持在90%或以上,同时降低终点钢水氧活度,为洁净钢的生产奠定基础。

(3)高洁净钢生产技术:提高钢的洁净度,可以明显改善钢的机械性能。如控制轴承钢的T[O]

控制石油管

炼;

(5);(6),使转炉基本实现由

静态模型和副枪动态模型相结合的全过程控制炼钢;

(7)发明了底吹转炉。

随着基本炼钢技术的不断完善,提出了转炉的大型化,以获得更高的生产能力和经济效益。因此,60年代就出现了200～300t的大型转炉,70年代以

后,250～300t的转炉一直是世界转炉炼钢的主力炉型。表1为美国13个钢铁公司21个转炉钢厂的转炉容量,其中转炉容量200t以上的钢厂占76%,而容量100t以下的钢厂数仅1个。

表1　美国的炼钢转炉容量[5]

转炉容量/t

钢厂数/个

3171

280～220190～160154

86

1

顶吹

18

底吹

3

11212　转炉复合吹炼技术时代(1978～1990年)

底吹转炉发明后,人们发现,底吹工艺与顶吹工艺相比有明显的优点:熔池搅拌强度大,脱碳速度快,碳氧反应更趋于平衡。同时,人们还发现,如果将底吹比降低到30%或更低,也能获得相同的冶金效果。全连铸的出现,对转炉炼钢在时间、温度、成分及钢水质量等方面提出了更高的要求。因此,集

图2　磷分配比与渣中FeO含量的关系

用钢的[S]≤10×10-6,可以提高钢材抗H2S腐蚀能力;控制钢中[C]+[N]≤50×10-6,可以大幅度提高钢的深冲性能。因而,洁净钢的社会需求日趋

扩大。然而,人们通过大量的试验、研究,深刻认识到,单纯依靠某一工序的技术改造或进步无法完成洁净钢的生产,因此“,分阶段精炼”的系统技术得到了迅速发展,形成了新的、能大规模廉价生产洁净钢的生产体系。转炉的技术经济指标见表2[7]。

典型的“分阶段精炼”流程为:铁水三脱—转炉少渣冶炼—多功能二次精炼—连铸保护浇铸和中包冶金

纵观转炉炼钢技术的发展历史,可以看出,技术

图3　硫分配比与炉渣碱度的关系

表2　转炉技术经济指标变化

工　　艺传统复合吹炼工艺

分阶段冶炼工艺

工艺

传统复合吹炼工艺分阶段冶炼工艺

钢水质量

0103～01120103～0160冶炼周期/min

35～4020～25

控制精度

≤010300108～0110±01≤01010060-/t-1

6055～60

±15±10

钢铁料消耗/kg1t-1

11201060

≤01025≤01010

转炉作业率%

75～8092:

①;②提高钢水质量,满足日益苛刻的社会要求;③降低转炉炼钢的生产成本。

2　当代转炉炼钢的重要技术

211　铁水预处理21111　铁水脱硫

趋势。与喷吹脱磷工艺相比较,转炉脱磷工艺因其

具有工艺流程短、处理能力大、工艺稳定、能同时脱硫等优点而倍受关注[7～10]。

转炉脱磷工艺就是将铁水脱磷的任务集中在专用转炉完成。该转炉以脱磷为主要任务,通过顶吹氧、底吹气体实施强搅拌、外加石灰等造渣材料、温度控制在1350℃左右对铁水进行脱磷,同时尽量将[C]的烧损控制在最低限度。转炉脱磷后的金属称为半钢,送往炼钢转炉炼钢。

(1)铁水[Si]含量对于喷吹法的铁水脱磷工艺,要求严格控制铁水的[Si]含量。但对于转炉脱磷工艺,只要铁水[Si]

(2)造渣

炉渣碱度(CaO/SiO2)=215～310,渣中TFe控制在10%～15%,可保证良好的脱磷、脱硫效果,见表3。由于反应在低温进行,采用加入磷含量较低的脱碳转炉渣、增大底部供气强度、适当加大萤石用量、加入石灰粉和转炉烟尘制成的球团等措施促进化渣。

(3)强搅拌和弱供氧

铁水脱硫的发展趋势是[7]:全量铁水脱硫、铁水脱硫容器趋向铁水包、喷粉脱硫为主、脱硫剂趋向于金属镁。

20世纪80年代以来,铁水脱硫技术得到迅速推广。日本、美国脱硫后的铁水[S]达到01005%,有的钢厂实现了铁水全脱硫。我国宝钢、武钢三炼钢也采用全量铁水脱硫,入转炉铁水[S]平均控制在01005%～01007%。21112　转炉脱磷

目前,采用铁水脱磷工艺的钢厂较少。国外,只有日本大规模采用铁水脱磷工艺;国内宝钢开展了这方面的研究工作。

在大规模生产洁净钢的同时,为了尽量降低钢渣量,实现绿色炼钢,对铁水进行脱磷是发展的必然

表3　转炉脱磷工艺的脱磷、脱硫效果

脱　　磷()脱　　硫

()素合金化[6,11～13],从而大幅度降低生产成本。

21213　终点控制

铁水中的[S]、[P]等杂质元素去掉后,终点控制就简化为碳和温度的控制。采用计算机可获得理想的效果,在控制精度为[C]±01015%、T±12℃条件下,[C]、T双命中率可达到90%。21214　挡渣

钢渣流入钢包不仅会引起钢水回磷、降低合金收得率,还会严重影响精炼效果,对于洁净钢的生产尤为如此,因此各种挡渣技术相继问世。目前,挡渣镖技术得到了较为广泛的采用。采用挡渣镖挡渣,钢包的渣层厚度

日本从1980年开始采用转炉全自动吹炼技术,使终点[C]、T双命中率提高到90%以上“,后吹”次数降低到10%以下)。根(如铁水成分、温,,确保终点命中。

(2)吹炼过程动态调整。通过对炉渣进行在线检测,动态调整氧枪枪位和加料程序,避免炉渣“返干”或“喷溅”,保持过程平稳吹炼。

(3)终点动态控制。采用副枪或投入式热电偶、炉气检测仪或火焰亮度探测仪等手段,在吹炼终点前检测熔池的温度、[C]含量,校正吹炼轨迹,保证更精确地命中终点成分与温度。

(4)对终点[P]的预报与控制。主要依靠智能化的控制模型实现[14]。

(5)终点精确控制。转炉终点的精确控制不仅保证终点[C]、温度精确命中,[S]、[P]达到出钢要求,还要求终点钢液的[O]越低越好。控制终点[O]含量的技术有:精确控制终点[C]含量,对于低碳钢,碳的控制精度为±0101%,对于中碳钢,碳的控制精度为±0102%,对于高碳钢,碳的控制精度为±0110%;提高底部供气强度,使渣—钢反应趋于平衡;后期减氧操作。

我国转炉炼钢采用计算机控制尚处于发展阶段,仅宝钢、武钢应用较为成功。据文献[15]介绍,2000年,武钢三炼钢计算机炼钢终点双命中率达到

),补80%～85%(控制精度:[C]±0101%、T±12℃

　　转炉内的脱磷反应速度取决于熔池的搅拌强

度。对于300t转炉,合适的底部供气强度为0112～0115Nm3/(min・t)。

转炉处理过程控制铁水中[C]的氧化,对后部炼钢非常重要,采取的技术主要有:严格控制处理温度、顶吹使用018～112Nm3/(min・t)供氧强度的弱供氧制度。

(4)吹炼温度的控制

加入废钢或矿石控制反应温度,使温度控制在1320～1350℃。50t转炉处理含[P]为0125%的铁水,可熔化废钢70～90kg/t铁水。

转炉脱磷工艺的脱磷效率高,磷分配比(P)/[P]高达100～300,是炼钢转炉脱磷效率(炼钢转炉磷分配比(P)/[P]一般为30～70)的2倍以上,其产生的渣量较炼钢转炉大幅度下降,因而,。212　转炉炼钢21211　供氧

(1)供氧强度

供氧强度是指单位时间内每吨金属的供氧量,供氧强度越大,生产效率越高。大型转炉的供氧强度一般为310～315Nm3/(min・t),如宝钢300t转炉的供氧强度为313Nm3/(min・t),武钢三炼钢250t转炉的供氧强度达316Nm3/(min・t),日本君津二炼钢300t转炉的供氧强度为318Nm3/(min・t),韩国浦项二炼钢300t转炉的供氧强度也达到3144Nm3/(min・t)。

(2)操作供氧一般采用恒压变枪操作。但对于铁水“三脱”后的少渣炼钢,在冶炼后期,因脱碳的限制环节从氧扩散转为碳扩散的碳含量由0145%下降为0120%,如仍采用恒压操作,将会引起熔池过氧化,

而采用减氧操作,则可使低碳钢冶炼的氧活度达到400×10-6([C]=0103%)。21212　造渣

铁水中的[Si]、[S]、[P]等杂质元素去掉后,转炉实现少渣炼钢,其渣量控制在30kg/(t钢)左右。同时,冶炼过程加入锰矿、铬矿等,实现炉内部分元

吹率为8%以下。宝钢计算机炼钢的终点双命中率

攀钢于1999年开始进行半钢脱磷工艺的研究,

目前的脱磷铁水比例大约为15%,脱磷率10%～20%,脱磷渣无去除手段,直接带入炼钢转炉。入转炉的半钢[P]一般为01040%～01055%(脱磷后)和01055%～01075%(未脱磷)。

(3)半钢入转炉的半钢[C]为3110%～3190%,温度为1280～1340℃,[Si]微量。从[C]、[Si]含量和温度来看,同日本铁水三脱后的半钢相近。

2000年,攀钢成功生产出杂质元素[P]+[S]+[N]+[H]+[O]

与武钢三炼钢相近。

214　转炉长寿炉衬技术21411　溅渣护炉

溅渣护炉就是通过氧枪喷吹高压氮气将炉渣溅到炉壁,以保护炉衬,达到提高炉龄的目的。美国18个顶吹转炉厂中,有12[5]个厂采用了溅渣护炉技术,炉龄一般为10000炉以上,内陆钢公司在2000年9月已有一座转炉炉龄超过40000炉,并还在服役。我国于1996年开始这项技术的开发和应用,炉龄均大幅度提高,宝钢于1998年达到14001炉,武钢于1999年达到15208炉,首钢第三炼钢厂于2000年达到17000余炉。

溅渣护炉的主要优点是:大幅度降低耐火材料消耗、大大提高转炉作业率、投资回报率高等。但溅渣护炉也带来了负面影响,最明显的是复吹不能与炉龄同步[16],从而影响了复吹冶金效果的充分发挥。采用溅渣护炉后,透气砖的寿命一般在3000炉以下,这意味着,3000炉以后,复吹的冶金效果将大大降低或完全没有。采用溅渣护炉技术,,件寿命达到了15208,。21412　其它

氧气炼钢法问世以来,通过改进炉衬材质、砌筑方法、炼钢操作以及采取各种有效的炉体维护办法,使炉龄从开始的几十炉、几百炉提高到6000～8000炉。值得一提的是日本采用转炉脱磷(脱磷炉)—转炉少渣炼钢(脱碳炉)双联炼钢工艺,结合智能控制技术,炼钢转炉炉龄达到了6000～8000炉。

其铁水预处理工艺还无法适应大规模、廉价生产洁净钢的要求。31112　低供氧强度不能满足转炉高效化要求攀钢120t转炉目前仍然使用90年代初研制的535氧枪,在0185～0190MPa的氧气压力下,流量3/215～216(,313Nm3/。供氧强度低,使转炉在18min或以上,同时,还严重影响了转炉的高效特点,也是制约转炉—连铸匹配的重要因素。31113　缺乏自动炼钢基础

尽管攀钢1997年开始在1#转炉进行了基础自动化改造,1998年2#、3#转炉也相继改造完成,但只能对过程原始数据进行记录,再加上过程熔池情况无任何检测手段、计量设备落后(或没有),转炉目前基本上是经验炼钢。

1999年开始进行了转炉终点控制完善的研究,使连铸钢的一次拉碳率由原来的13%提高到目前的60%～65%,对缩短冶炼时间、降低钢中[O]、提高转炉生产效率起到了重要作用。但在现有条件下,要进一步提高一次拉碳率,难度是相当大的,而且目前的操作也不能对终点[C]、温度、a[O]实现精确控制。31114　渣量较大,钢渣的处理问题日益突出

攀钢脱磷的任务集中在炼钢转炉完成,因此必须保证足够的渣量。攀钢的造渣材料消耗及总渣量见表4,由此,每年产生的钢渣量达30多万吨。目前,钢渣基本未加以利用,钢渣的堆放问题也日显突出。312　建议

(1)结合“先炼钢后提钒探索性试验”项目,展

3　攀钢炼钢技术发展的建议

311　差距

与现代转炉炼钢相比,攀钢的差距主要体现在

以下几个方面:

31111　铁水预处理规模无法适应大规模生产洁净

钢的要求

(1)脱硫

攀钢于1993年开始大规模进行铁水脱硫。目前的脱硫铁水比为85%,入转炉[S]平均为01018%,最低可达01002%。入转炉平均[S]含量及铁水脱硫比例与世界先进钢厂相比均有较大差距。

(2)脱磷

表4　攀钢转炉目前的造渣材料消耗

-1

-1

-1

-1

()-1

开转炉脱磷工艺研究,对转炉脱磷的造渣制度、供氧制度、温度制度进行全面系统的试验,并评价其经济性,为大规模生产洁净钢做好技术储备。“先炼钢后提钒”工艺成熟后,目前的提钒转炉可以作为脱磷炉使用,向炼钢转炉提供低磷含量的半钢。

(2)少渣炼钢工艺研究,实现转炉少渣操作。采用低[P]含量的半钢炼钢,将炼钢转炉总渣量降低至40kg/(t钢)以下,并对钢渣的利用进行研究,如返回脱磷炉做脱磷剂、添加进烧结矿中等。

(3)开展锰矿直接合金化研究,实现炉内合金元素的部分合金化,进一步降低生产成本。

(4)进一步完善转炉终点控制。利用副枪或其它检测手段,进行终点控制,将一次拉碳率提高至85%～90%或以上。参考文献:

(5)进行转炉供氧的系统研究。将目前215～216Nm3/min・t的供氧强度提高至313～315Nm3/min・t,缩短冶炼周期,提高生产效率,同时开展少渣

炼钢的后期减氧操作研究,降低钢水的[O]含量。

(6)全自动炼钢技术研究,对终点[C]、[O]、温度进行精确控制。

4　结语

　　攀钢转炉投产30年来,已形成了年产钢360万t、从低碳钢至高碳钢二百余个品种的生产规模,2001年的钢铁料消耗已达到1087kg/(t钢)左右的较高水平。我们相信,通过炼钢工作者的共同努力,在不久的将来,、高自动化[1]　戴云阁,李文秀[]1沈阳:东北大学出版社,199814-121[2]　王雅贞1[M]1北京:冶金工业出版社,198311-51

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编辑　仲剑丽