转炉脱磷少渣炼钢工艺技术发展与现

转炉脱磷少渣炼钢工艺技术发展与现状宝钢炼钢厂铁水脱磷基本冶金原理国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状宝钢转炉脱磷少渣炼钢工艺技术的研究和开发内容第一部分铁水脱磷基本冶金原理铁水在氧化性渣下的脱磷反应可表述如下：2[P]+5(FeO)＝(P2O5)+5Fe（1）3(FeO)+(P2O5)＝(3FeO•P2O5)（2）(1)式+(2)式：2[P]+8(FeO)＝(3FeO•P2O5)+5Fe（3）由于在1400~1600℃时，(3FeO•P2O5)不稳定，为了有效脱磷，则必须使渣中磷在高碱度下生成更稳定的化合物(4CaO•P2O5)，即发生置换反应：(3FeO•P2O5)＋4(CaO)＝(4CaO•P2O5)+3(FeO)（4）铁水脱磷基本冶金原理(3)式+(4)式：2[P]+5(FeO)+4(CaO)＝(4CaO•P2O5)+5Fe（5）其平衡常数为：Kp与温度的关系为：lgKp＝51875/T-33.16由此可得出铁水脱磷反应的热力学基本条件是：高(CaO)，脱磷产物(3FeO•P2O5)(4CaO•P2O5)。高(FeO)，一般经常采用的脱磷剂如铁矿石、烧结矿、氧化铁皮、转炉炉渣等，要求其(FeO)含量不低于20%。低温度，温度为1250℃~1400℃对脱磷有利。45252)()(][)4(CaOFeOPOPCaOKp铁水脱磷基本冶金原理第二部分国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状混铁车/铁水包内铁水脱磷工艺技术的开发1978年7月新日铁君津厂开发了铁水脱硅、脱磷技术，于1982～1983年在君津一、二炼钢相继投产，称之为ORP工艺。将传统转炉进行脱硅、脱磷、脱硫、脱碳的工序分3段进行，以使各工序在热力学最佳条件下进行冶炼。3段工序－在高炉出铁槽中进行脱硅；在铁水罐或混铁车内进行脱磷、脱硫；在转炉中进行脱碳。工艺流程为：ORP工艺（OptimizedRefiningProcess）国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状铁水沟脱硅铁水包高炉复吹转炉（脱碳）混铁车混铁车内脱磷脱硫扒渣ORP工艺要点在高炉出铁沟的铁水表面上加入铁矿粉或高氧化铁粉，将铁水中的硅含量降到0.15%。脱磷脱硫粉剂：54％轧钢铁鳞、30％石灰、8％CaF2和2％CaCl2的石灰基粉剂。渣的碱度控制在3～6。该系统有2个喷吹站，能在45min内同时处理2个290t的混铁车，其中喷吹时间25min。脱磷工序目标值视冶炼钢种要求而异。冶炼低磷钢要求铁水[P]含量0.01%～0.02%，冶炼普碳钢要求铁水[P]含量0.03%～0.05%。国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状ORP-M工艺（OptimizedRefiningProcess-Modified）从1984年开始，大分厂在君津ORP工艺基础上进行改进，于1986年6月ORP-M工艺在大分厂投入生产使用。工艺流程为：混铁车脱硅铁水包扒渣高炉复吹转炉（LD-OB）倒铁水入铁水包铁水包喷吹脱磷脱硫铁水包真空吸渣国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状ORP-M工艺要点采用混铁车内脱硅，铁水包内脱磷脱硫。脱硅处理是采用两根喷枪向混铁车铁水喷入CaO、FeO和O2，铁水[Si]由0.35%降至0.10%；脱硅铁水倒入铁水包，铁水包吊放置于转盘上（有4个处理工作位置），完成去除脱硅渣（真空吸渣器）和铁水的脱磷脱硫，由扒渣机扒除脱磷脱硫渣。1988年12月大分厂又对铁水的脱磷脱硫系统进行了改造，新增了顶部投入氧化铁和顶吹氧功能。在不到11min的处理时间内，[P]可以从处理前0.09~0.10％降到0.016％以下（铁水包容量340t）。一个ORP-M脱磷站，处理周期只需18min（11min脱磷处理＋7min准备工作），月处理铁水可达51万t。国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状SARP工艺（SumitomoAlkatiRefiningProcess）住友金属进行可用于工业性生产的脱磷工艺的研究始于1970年。到1982年5月住友金属鹿岛厂建立了SARP系统，其处理能力为2000t/d铁水。既在铁水沟中脱硅，又在混铁车内进行脱硅，最终的硅含量大约为0.1％。然后在混铁车内采用喷吹苏打灰进行脱磷、脱硫，渣子用真空吸渣法排出。其流程为：高炉－铁沟脱硅（锰矿石或铁矿石）－混铁车（烧结矿脱硅）－混铁车（喷吹苏打灰脱磷）处理后铁水[P]≤0.01%，[S]≤0.003%。这种方法的效率高，生产低磷钢时精炼成本较低，但缺点是在处理过程中产生大量烟雾，钠的损失大且会污染环境，没有得到大规模推广使用。国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状住友金属和歌山厂铁水脱磷工艺从1982年7月开始，以生产极低磷钢用铁水为目的，在150t混铁车内用生石灰作脱磷剂进行了喷吹试验。其后又在50t铁水罐内进行喷吹试验，并取得进展，于1984年7月,作为大量的铁水脱磷处理设备开始投入生产。150t混铁车脱磷处理铁水主要是供转炉生产低磷钢、高碳钢、高锰钢；50t铁水罐脱磷铁水是供AOD生产不锈钢。1985年11月，月处理铁水量达24万t，约占全部铁水量的70%。由于转炉采用小渣量操作工艺，有助于生产费用的降低。组成生石灰氧化铁屑萤石氯化钙粒度％30~4050~555~100~5100目表2-1脱磷剂组成及粒度国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状混铁车/铁水罐脱磷工艺存在的主要问题铁水温降大当采用铁水脱硅、磷工艺时，铁水显热和化学热均降低。以君津厂为例,铁水脱磷前后温降一般均大于100℃，铁水脱磷后至兑入转炉时还要下降30℃左右，因此兑入转炉铁水温度仅为1240℃，从而给转炉吹炼带来诸多困难。由于热量不足，使转炉炉料中废钢比大幅度降低，同时往往造成吹炼中渣铁粘附氧枪，尤其当冶炼高碳钢时更会感到热量不足，甚至有时需要外供热源，如喷吹或加入焦碳以弥补转炉吹炼热量的不足。项目[Si]，％[P]，％温度，℃高炉出铁0.380.0901521铁水脱磷前0.150.1321376铁水脱磷后0.020.0251270表2-2君津厂铁水脱磷前后成分及温度变化（1984.11～1985.01）国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状混铁车/铁水罐脱磷工艺存在的主要问题（续）脱硅脱磷剂消耗量大脱硅剂一般在高炉出铁槽中加入，加入量视高炉铁水原始含硅量及出铁速度而异。当高炉铁水[Si]在0.3%左右时，脱硅后铁水[Si]含量≤0.15%时，吨铁需加入脱硅剂30kg。脱磷剂一般在混铁车或铁水罐中加入，加入量视铁水原始含磷量及残留渣量而异，当铁水含硅量为0.15%时，欲将铁水中磷降至0.01%～0.02%时，吨铁脱磷剂耗量约为50kg。国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状混铁车/铁水罐脱磷工艺存在的主要问题（续）铁水供送系统流程复杂由于采用铁水脱硅、磷技术，使从高炉至炼钢供送铁水的工序有所增加，传搁时间有所延长，延长时间每次约为2h。铁水脱硅、磷与不脱硅、磷(仅脱硫)的工序比较见表2-3。序号铁水脱硅、脱磷铁水仅脱硫1高炉出铁脱硅高炉出铁2扒出脱硅渣－3进入脱硅、脱磷间－4铁水二次脱硅－5扒出脱硅渣－6铁水脱磷脱硫铁水脱硫7扒出脱磷脱硫渣扒出脱硫渣8进入炼钢倒罐站进入炼钢倒罐站表2-3两种工艺路线的比较国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状混铁车/铁水罐脱磷工艺存在的主要问题（续）铁水罐、混铁车装铁水量减少由于脱硅、磷在铁水罐或混铁车内加入大量脱硅、磷剂，化学反应较为激烈，为了抑制铁水温降过大，采取吹入部分氧气时喷溅更为激烈，因此需在铁水罐或混铁车上部留出适当反应空间，从而导致装入铁水量减少，不利于与转炉装入量的匹配。铁水罐或混铁车内衬成本增加由于铁水脱硅、磷产生大量酸性渣，使内衬侵蚀加剧，原用粘土质内衬已不能满足要求，一般将内衬改为Al2O3-SiC-C质耐材，但其导热系数较大，使铁水温降加剧。且Al2O3-SiC-C质耐材价格高，使铁水运输费用有所增加。国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状转炉铁水脱磷工艺技术的开发由于在鱼雷车和铁水包中脱磷存在一些问题，许多厂家纷纷研究在转炉内进行脱磷的预处理方法，最早的是日本神户制钢神户厂采用的Ｈ炉，随后住友金属、新日铁、日本钢管也纷纷研究开发并采用了这一技术。1983年，神户制钢神户厂Ｈ炉脱磷脱硫工艺。1987年，住友金属鹿岛厂SRP工艺。1989年，新日铁名古屋厂LD-ORP工艺。1995年，NKK福山厂LD-NRP工艺。其它转炉铁水脱磷工艺。国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状神户制钢的Ｈ炉铁水预处理由于该厂的产品中，中、高碳钢的比例较大，转炉的脱磷负荷大，1983年，该厂研究开发的Ｈ炉铁水脱磷、脱硫预处理投入使用。图2-1Ｈ炉铁水预处理的流程铁水沟喷吹脱Si脱P、S转炉脱C国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状Ｈ炉进行铁水脱磷、脱硫处理特点进行铁水预处理时Ｈ炉的形状比混铁车好，其反应的效率高、反应速度快，可在较短的时间内连续完成脱磷、脱硫处理；可以用块状生石灰和转炉渣代替部分脱磷粉剂；脱磷过程中添加部分锰矿，可提高脱磷效率，而且铁水中的锰含量也可提高。项目[Si]，％[P]，％[S]，％铁水原始成分0.400.0850.040脱硅后铁水0.180.0820.040脱磷后铁水痕迹0.0150.010表2-4铁水脱硅、脱磷前后成分国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状SRP工艺（SimpleRefiningProcess）住友金属开发了一种在顶底复吹转炉中进行铁水脱磷的新方法－SRP法，于1987年4月应用于工业生产取代SARP法。SRP工艺特点：(1)复吹的脱磷炉可用廉价的脱磷剂进行快速处理，在10min的处理时间内，可得到磷含量0.02%的低磷铁水；(2)在底吹气体的流量为0.1～0.14Nm3/t.min的条件下可溶化7%的废钢。1998年，该厂在160t的脱磷炉上，将底吹气体的流量从0.14Nm3/t.min增加到0.35Nm3/t.min。结果随底吹气体流量的增加，磷的分配比、石灰的溶解度、铁的收得率提高，渣中(FeO)含量降低，从而可进一步提高脱磷速度、减少渣量；(3)脱碳炉采用脱磷铁水吹炼时，由于送氧速度和脱碳速度达到平衡，少渣吹炼的条件下提高了锰的收得率。即使不用添加焦炭，终点时锰含量也能达到0.7%～0.8%；(4)与常规工艺相比，用此工艺冶炼一般钢种时，石灰的用量可减少一半。国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状表2-5住友金属鹿岛厂SRP工艺试验和操作条件项目脱磷炉脱碳炉炉容量250t250t顶吹氧1.0~1.3Nm3/t.min2.0～2.7Nm3/t.min底吹搅拌气体及底吹强度CO2:0.05～0.20Nm3/t.minCO2:0.05～0.20Nm3/t.min熔剂成分及用量转炉渣-铁矿-石灰-萤石：30～60kg/t石灰-白云石：10～20kg/t处理时间8～10min13～18min铁水成分Si：0.2～0.57%P：0.090～0.128%国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状LD-ORP工艺1989年12月新日铁名古屋钢厂采用转炉方式铁水预处理（LD-ORP），处理铁水的比例达98%以上。工艺流程为：高炉－混铁车－兑铁到铁水包－转炉（脱[Si]、[P]、[S]）－BOFLD-ORP是在以前第一炼钢厂的LD-PB炉（有底部喷粉能力的160tLD转炉）上增强底吹能力，利用底部喷粉能力，实现转炉的高速脱硅、脱磷能力（脱磷时间约12min）以及高速脱硫处理（后吹脱硫时间约6min）。处理分两步进行：脱磷脱硅剂使用CaCO3，从转炉底部喷入铁水中，以增强搅拌能力，促进脱磷。脱磷处理的时间约10min；脱硫剂则用Na2CO3复合CaO，时间约7min，总体处理时间都在27min内。耐材方面，由于喷粉对耐材的破坏较大，虽然也使用镁碳砖炉衬，但侵蚀严重。因此采用了添加尖晶石及SiC的镁碳砖，结果侵蚀速度从原先的0.24mm/ch降为0.08mm/ch。国外转炉脱磷少渣炼钢技术的