轉爐聯(lián)法冶煉工藝的技術特點

1轉爐串聯(lián)法冶煉的背景隨著世界反切割技術的發(fā)展和精煉設備的多樣性，轉爐精煉的傳統(tǒng)過程（即在同一座轉爐中去除磷、剝皮、剝皮、加熱和精煉）逐漸簡化，即反演過程分為幾個部分。將一個大冶設備的單一功能操作輪廓為鋼鐵工業(yè)生產的發(fā)展方向。這種發(fā)展帶來的好處是:可提高鋼水的質量,縮短轉爐冶煉周期,降低原材料的消耗和能耗,每一設備的生產操作單一,有利于冶煉過程的控制和管理。轉爐雙聯(lián)法冶煉正是基于此背景發(fā)展起來的一項煉鋼新技術,該工藝核心是將轉爐冶煉功能分為脫磷和脫碳兩部分,兩個轉爐分別進行脫磷和脫碳操作。本文著重對此技術的特點和優(yōu)越性進行分析和說明。2采用轉爐法制備工藝的主要技術特點2.1轉爐串聯(lián)法工藝特點二十世紀八十年代日本幾大鋼鐵公司開發(fā)應用了混鐵車、鐵水罐脫磷技術,九十年代初又開始開發(fā)轉爐脫磷技術,當時稱為專用爐脫磷、H爐脫磷等,如新日鐵在名古屋廠試驗,住友在鹿島廠、川崎制鐵在水島廠試驗等。到九十年代末,轉爐脫磷技術日趨成熟,各大公司全面推廣應用,紛紛取代混鐵車和鐵水罐脫磷技術,尤其是新日鐵君津廠,它原是混鐵車脫磷ORP技術的開發(fā)者,在九十年代末短時間內把兩個煉鋼廠的混鐵車脫磷都改為轉爐脫磷。1999年投產的住友和歌山新煉鋼廠專門建了一個轉爐脫磷車間,由脫磷轉爐專向脫碳轉爐提供脫磷鐵水?，F(xiàn)在日本住友金屬和歌山廠、川崎制鐵水島廠、NKK福山廠以及新日鐵室蘭廠等均采用轉爐雙聯(lián)法冶煉工藝進行大規(guī)模生產。典型的轉爐雙聯(lián)法工藝流程為高爐鐵水→鐵水脫硫預處理→轉爐脫磷→轉爐脫碳→二次精煉→連鑄。2002年11月11日,寶鋼一煉鋼2號300t轉爐應用轉爐脫磷、少渣冶煉技術成功冶煉出第一爐成分合格的超低磷鋼。2004年2月18日建成投產的寶鋼集團一鋼公司150t轉爐生產車間也采用了轉爐脫磷工藝。2.2采用轉爐法制備工藝特點2.2.1nsk保持低碳經濟的重要措施轉爐采用雙聯(lián)法冶煉工藝有以下主要特點:(1)采用頂?shù)讖痛缔D爐進行鐵水脫磷采用頂?shù)讖痛缔D爐進行鐵水脫磷處理,有較為理想的條件,轉爐容量大,形狀好,有充分的反應空間,強烈的熔池攪拌可加快爐渣與鐵水的反應速度,并可消除鐵水和爐渣間的溫度差(30~50℃),使脫磷能力得到增強。(2)減少渣量由于分別在兩轉爐進行脫磷和脫碳,所以只有脫磷轉爐需要合適的爐渣用于脫磷,脫碳爐可無渣或少渣冶煉。脫磷爐在低溫階段的單一脫磷效率甚高,脫磷渣不進入脫碳爐,所以沒有回磷之虞,脫磷爐的爐渣用量也比常規(guī)冶煉的低。如NKK福山三煉鋼300t轉爐采用雙聯(lián)法冶煉工藝,爐渣量減少效果明顯,轉爐脫磷渣量20kg/t鐵,轉爐脫碳渣量8kg/t鋼。(3)轉爐的功能專一化,冶煉周期縮短由于轉爐的功能專一化,使每爐吹氧時間大大縮短,NKK福山三煉鋼300t轉爐脫磷吹氧時間8~10min,脫碳吹氧時間11~13min,同傳統(tǒng)轉爐法煉鋼相比,轉爐的出鋼到出鋼時間縮短3~4min。通過降低爐渣生成量,改善了吹煉終點的控制,使每一爐取樣次數(shù)減少,同樣也直接縮短了出鋼到出鋼時間。雙聯(lián)法冶煉可減少轉爐噴補次數(shù),也加快了生產節(jié)奏。采用雙聯(lián)法冶煉工藝NKK福山廠三煉鋼300t轉爐出鋼至出鋼時間從31min減少到27min。(4)提高轉爐爐齡由于轉爐雙聯(lián)法冶煉生產節(jié)奏快,冶煉時間縮短,使熱循環(huán)得到改善,轉爐爐底部位剝落減輕。據(jù)NKK福山廠經驗,由于轉爐爐底部位爐襯損壞程度減輕,轉爐爐襯壽命即使在不進行噴補的條件下也可達到8000爐的水平。雙聯(lián)法的脫磷爐使用的都是轉爐后期爐齡期,由于冶煉溫度低,可大大提高該轉爐的爐齡。(5)可用錳礦來替代錳鐵合金脫磷轉爐的少渣冶煉,有利于錳的還原,提高錳的利用率,所以可用錳礦來替代錳鐵合金,對高錳鋼、超低磷鋼、純凈鋼等的冶煉優(yōu)越性尤為突出。(6)脫磷爐可以使用脫碳爐爐渣脫碳爐的爐渣可直接返回給脫磷爐使用,這對綜合利用爐渣、相對減少爐渣量、改善環(huán)境和降低成本是有益的。脫碳爐爐渣用于脫磷爐,可使噸鋼減少~10kg的石灰消耗。在實際使用中,日本各鋼廠各有自己的方法,住友金屬采用了爐渣處理后通過爐頂料倉加入脫磷爐,返回量為10~15kg/t,新日鐵君津廠和NKK福山廠是采用留渣作業(yè)。寶鋼一煉鋼采用的是將脫碳爐爐渣通過廢鋼料槽隨廢鋼一道加入到脫磷爐中。2.2.2脫磷爐爐頂?shù)状禑掁D爐采用雙聯(lián)法冶煉工藝的風險較小,因為其設備配置和工藝布置同傳統(tǒng)轉爐煉鋼車間基本一致。雙聯(lián)法冶煉工藝使用與否相當靈活,轉爐不進行雙聯(lián)作業(yè)也可改為常規(guī)操作。雙聯(lián)法工藝轉爐的主要配置特點:(1)至少配置兩座轉爐,即一座轉爐脫磷作業(yè),另一座轉爐脫碳作業(yè),每座轉爐爐役前半期作脫碳爐使用,爐役后半期作脫磷爐使用。(2)采用頂?shù)讖秃洗禑?底吹氣體主要為氮氣、氬氣,可加強熔池攪拌。(3)每座轉爐設置兩套獨立的氧槍,一套專用脫碳,另一套專用于脫磷,兩套吹氧槍,可實現(xiàn)迅速而準確的更換。(4)轉爐設置擋渣裝置。脫磷爐出鋼時,需進行擋渣控制,以減少鋼水罐內鋼水的含渣量。(5)盡量提高轉爐修爐、拆爐、補爐和換出鋼口等工作的機械化程度,改善工作條件。設置專用的去冷鋼氧槍,以清理轉爐爐口附近的冷鋼。(6)采用全汽化冷卻煙道,并回收蒸汽,以降低設備投資和生產操作成本。采用OG濕式或LT干式除塵法和進行轉爐煤氣回收。(7)轉爐爐前的主操作平臺可考慮開孔,脫磷爐出脫磷鐵水后,脫磷鐵水要馬上兌入脫碳轉爐內,其最短捷的工藝路線是在轉爐爐前的操作平臺上開孔,從孔中吊起脫磷鐵水罐即可就近兌入脫碳爐。在二個轉爐的操作平臺的合適位置上各開一個鐵水吊裝孔,并設置蓋板。脫磷轉爐前的平臺孔打開,并設活動欄桿,脫碳轉爐前的平臺孔被蓋板蓋住。3采用轉爐法制備的主要工藝參數(shù)3.1料鐵和輕廢鋼堆爐NKK福山廠的雙聯(lián)轉爐為兩座300t復吹轉爐,爐料鐵水比≥93%,使用的冷鐵和輕廢鋼堆比重約1t/m3,爐齡壽命約8000爐,其中先5000爐作為脫碳爐,后3000爐作脫磷爐。其具體參數(shù)見表1。3.2出鋼條件分析寶鋼一鋼公司150t轉爐車間常規(guī)生產和雙聯(lián)法生產設計指標間的消耗比較見表2(見46頁)。表2中的鐵水條件和出鋼條件分別如下。鐵水條件:[C]4.3%,[Si]<0.4%,[Mn]0.4%,[P]0.12%,兌轉爐鐵水溫度1275℃。出鋼條件:[C]0.07%,[P]0.020%,出鋼溫度1630℃。由表2可見,轉爐雙聯(lián)法冶煉工藝的設計指標同轉爐常規(guī)冶煉工藝相比在減少能源介質和熔劑消耗、減少渣量、縮短轉爐的冶煉周期、提高轉爐爐齡和提高錳礦中錳的收得率等方面,具有較為明顯的優(yōu)勢。4各企業(yè)在鐵水脫磷和轉爐冶煉工藝選擇上應采取因地制宜的原則轉爐雙聯(lián)法冶煉工藝技術在日本各大鋼鐵企業(yè)成功應用,對我國鋼鐵業(yè)的發(fā)展和前進方向具有一定的借鑒和啟發(fā)作用。我國各地鋼鐵企業(yè)發(fā)展情況不盡相同,因此各企業(yè)在鐵水脫磷和轉爐冶煉工藝選擇上應根據(jù)各自的客觀條件和目標要求