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1、 转炉炼钢新技术讲座 主讲人:马春玉 2006年9月 转炉炼钢的新技术主要是铁水预处理转炉炼钢的新技术主要是铁水预处理!(三脱三脱)、顶底复合、顶底复合吹炼，溅渣护炉与转炉长寿、转炉吹炼自动控制，煤气回收吹炼，溅渣护炉与转炉长寿、转炉吹炼自动控制，煤气回收与负能炼钢等。与负能炼钢等。一、铁水预处理工艺技术一、铁水预处理工艺技术 铁水预处理是指将铁水兑入转炉之前进行的各种铁水预处理是指将铁水兑入转炉之前进行的各种提纯处理。可分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理。提纯处理。可分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理。普通铁水预处理包括：铁水脱硫、脱硅、脱磷的三脱预普通铁水预处理包括：铁水脱硫、脱硅、脱磷的
2、三脱预处理。处理。特殊铁水预处理是针对铁水中含有特殊元素进特殊铁水预处理是针对铁水中含有特殊元素进行提纯精炼或资源综合利用行提纯精炼或资源综合利用,如铁水提钒、提铌、脱铬如铁水提钒、提铌、脱铬等预处理工艺。等预处理工艺。铁水铁水“三脱三脱”预处理的目的和意义预处理的目的和意义1.1转炉渣量大幅度降低（转炉渣量大幅度降低（1525kg/t)实现少渣冶炼。实现少渣冶炼。可可降低成本、节能、提高钢质量和洁净度。降低成本、节能、提高钢质量和洁净度。1.2 脱碳速度加快脱碳速度加快,终点控制容易终点控制容易,氧效率提高氧效率提高,提高生产提高生产率。率。1.3 锰的回收率提高锰的回收率提高,可进行锰矿熔
3、融还原可进行锰矿熔融还原,降低成本。降低成本。1.4 转炉煤气成分稳定转炉煤气成分稳定,煤气回收控制更加容易煤气回收控制更加容易,以利实以利实现转炉负能炼钢、节能、降成本。现转炉负能炼钢、节能、降成本。1.5有利于扩大品种有利于扩大品种(高碳、高锰钢系列高碳、高锰钢系列)铁水脱硫工艺技术铁水脱硫工艺技术铁水脱硫法是指在铁水罐、铁水包、混铁车中进铁水脱硫法是指在铁水罐、铁水包、混铁车中进行脱硫。行脱硫。在高炉、炉外精炼炉和转炉内每脱除在高炉、炉外精炼炉和转炉内每脱除1kg硫的成硫的成本分别是铁水脱硫法的本分别是铁水脱硫法的2.6倍、倍、6.1倍、倍、16.9 倍，倍，铁水脱硫法的成本低效率高。铁
4、水脱硫法的成本低效率高。铁水脱硫预处理的工艺方法铁水脱硫预处理的工艺方法投掷法投掷法-将脱硫剂投入铁水中。将脱硫剂投入铁水中。喷吹法喷吹法-将脱硫剂喷入铁水中。将脱硫剂喷入铁水中。搅拌法（搅拌法（KR 法）法）-将通过中空机械搅拌器向铁水将通过中空机械搅拌器向铁水内加入脱硫剂，搅拌脱硫。内加入脱硫剂，搅拌脱硫。三种方法的比较见表三种方法的比较见表1铁水脱硫剂的选择铁水脱硫剂的选择元素的脱硫能力元素的脱硫能力,由高到低依次为由高到低依次为:CaC2、NaO2、Mg、BaO、CaO、MnO、MgO。工业中常用的脱硫剂有工业中常用的脱硫剂有:CaO系、系、CaO+CaC2 系、系、CaC2、CaO+
5、Mg系、系、Mg系。几种脱硫剂的特点见表系。几种脱硫剂的特点见表2。铁水脱磷工艺技术铁水脱磷工艺技术3.1 铁水脱磷可在四种容器中进行铁水脱磷可在四种容器中进行:混铁车同时脱硫脱磷混铁车同时脱硫脱磷;铁水罐铁水罐同时脱硫脱磷同时脱硫脱磷;铁水包同时脱硫脱磷铁水包同时脱硫脱磷;转炉铁水脱磷。转炉铁水脱磷。3.2 铁水预处理脱磷反应温度低铁水预处理脱磷反应温度低(1300度度1350度度),热力学条件好热力学条件好,易于脱磷。易于脱磷。铁水中、铁水中、含量高含量高,提高了铁水磷的活度提高了铁水磷的活度,有利于脱磷。有利于脱磷。由于铁水预处理脱磷具备良好的化学热力学条件由于铁水预处理脱磷具备良好的化
6、学热力学条件,渣钢间磷的渣钢间磷的分配系数是炼钢脱磷的分配系数是炼钢脱磷的:倍倍,因而渣量小因而渣量小,可以控制较低的可以控制较低的渣中渣中FeO含量含量,脱磷成本低。脱磷成本低。3.3 在氧化条件下在氧化条件下,脱磷反应是阳极反应脱磷反应是阳极反应P-5e=P5+脱硫反应是阴极反应脱硫反应是阴极反应S+2e=S2-,所以铁水间同时脱所以铁水间同时脱磷脱硫是可行的磷脱硫是可行的,只是需采用较大脱硫能力的熔剂。只是需采用较大脱硫能力的熔剂。4 铁水脱硅工艺技术铁水脱硅工艺技术4.1 脱硅是脱磷的必要条件脱硅是脱磷的必要条件,换言之换言之,铁水须先脱硅铁水须先脱硅,然然后再同时脱磷脱硫。后再同时脱
7、磷脱硫。脱硅易于减少转炉石灰用量和渣脱硅易于减少转炉石灰用量和渣量。量。可在低碱度下实现脱硅可在低碱度下实现脱硅,成本低。成本低。4.2 铁水脱硅可在高炉的铁水沟连续进行铁水脱硅可在高炉的铁水沟连续进行,分为一段法分为一段法和两段法和两段法,也可在铁水罐脱硅。也可在铁水罐脱硅。二、顶底复合吹炼技术二、顶底复合吹炼技术 1 顶底复合吹炼法可分为三类顶底复合吹炼法可分为三类 顶吹氧、底吹惰性气体法，全世界广泛采用此法。顶吹氧、底吹惰性气体法，全世界广泛采用此法。顶底复合吹氧法，日本和欧洲多为采用。顶底复合吹氧法，日本和欧洲多为采用。顶底吹氧、喷吹法燃料法，宜于顶底吹氧、喷吹法燃料法，宜于100%废
8、钢。废钢。2 工艺特点工艺特点2.1 反应速度快、热效率高，可实现炉内二次燃烧。反应速度快、热效率高，可实现炉内二次燃烧。2.2 碳氧反应更趋平衡：当吹炼终点：碳氧反应更趋平衡：当吹炼终点：c=0.04%时，无时，无复吹的终点复吹的终点o 约为约为900*10-6，而进行复吹的炉次则，而进行复吹的炉次则为为550*10-6左右。左右。说明钢渣的氧化性大为降低，吹炼说明钢渣的氧化性大为降低，吹炼终点残终点残Mn 明显提高，合金收得率明显提高。明显提高，合金收得率明显提高。2.3 吹炼后期强化熔池搅拌，使钢吹炼后期强化熔池搅拌，使钢-渣反应接近平衡，渣反应接近平衡，利于脱磷脱硫反应的进行。利于脱磷
9、脱硫反应的进行。2.4 保持顶吹转炉成渣速度快和底吹转炉吹炼平稳保持顶吹转炉成渣速度快和底吹转炉吹炼平稳的双重优点。的双重优点。2.5 冶炼低碳钢冶炼低碳钢(C=0.01%0.02%)时，避免了钢渣过氧化。时，避免了钢渣过氧化。3 复吹转炉的经济效益复吹转炉的经济效益3.1 渣中含铁量降低渣中含铁量降低2.5%5.0%。3.2 金属收得率提高金属收得率提高0.5&1.5%，残，残Mn 提高提高0.02%0.06%。3.3 磷含量降低磷含量降低0.002%。3.4 石灰消耗降低石灰消耗降低3kg/t10kg/t，氧气消耗减少氧气消耗减少4Nm3/t6Nm3/t。3.5 提高炉龄，减少耐火材料消耗
10、，综合经济效益约为提高炉龄，减少耐火材料消耗，综合经济效益约为615元元吨。吨。三、溅渣护炉技术三、溅渣护炉技术 溅渣护炉技术是利用高溅渣护炉技术是利用高MgO含量的炉渣，用高压氮气将炉渣含量的炉渣，用高压氮气将炉渣喷吹到转炉炉衬上，喷吹到转炉炉衬上，进而凝固到炉衬上，减缓炉衬砖的侵蚀速度进而凝固到炉衬上，减缓炉衬砖的侵蚀速度，从而提高转炉的炉龄。，从而提高转炉的炉龄。1 技术要点技术要点 1.1 炉内合理的留渣量，炉内合理的留渣量，通常控制在通常控制在80120kg/t 较合适。较合适。1.2 炉渣特性控制：炉渣特性控制：终渣终渣MgO 8%为宜为宜(特别对镁碳砖转炉特别对镁碳砖转炉)。Fe
11、O12%18%为宜。为宜。合适的炉渣粘度：易溅起、挂渣、均匀又防止炉底上涨、炉合适的炉渣粘度：易溅起、挂渣、均匀又防止炉底上涨、炉膛变形。膛变形。1.3 溅渣操作参数控制溅渣操作参数控制 N2 压力与流量与氧气压力、压力与流量与氧气压力、流量相接近时，效果流量相接近时，效果较好。较好。枪位高度要根据企业实际摸索，可在枪位高度要根据企业实际摸索，可在12.5m之间变化。之间变化。溅渣时间通常为溅渣时间通常为2.54min。枪位夹角多数企业的枪位夹角多数企业的实践证明实践证明12度比较理想。度比较理想。2.溅渣护炉的经济效益溅渣护炉的经济效益 2.1 提高炉龄提高炉龄34 倍以上。倍以上。2.2
12、提高转炉利用系数提高转炉利用系数2%4%。2.3 降低炉衬砖消耗降低炉衬砖消耗0.21.0kg/t，降低补炉料消耗降低补炉料消耗0.51.0kg/t。2.4 减轻工人劳动强度。减轻工人劳动强度。2.5 投资回报率高。我国投资回报率高。我国62 座转炉测算投资回收期为座转炉测算投资回收期为1.3 年。年。溅渣护炉的综合经济效益大约为溅渣护炉的综合经济效益大约为210 元元/t钢。钢。溅渣护炉与复吹转炉的关系溅渣护炉与复吹转炉的关系 对于采用溅渣护炉与复吹冶炼并存的转炉，对于采用溅渣护炉与复吹冶炼并存的转炉，随着溅渣后炉龄的提高，炉底相应上涨，影响了随着溅渣后炉龄的提高，炉底相应上涨，影响了底吹透
13、气砖的工作，此时，底吹透气砖的寿命约底吹透气砖的工作，此时，底吹透气砖的寿命约为为3000 炉，这意味着从炉，这意味着从3000 炉以后，炉以后，复吹效果复吹效果大大减弱，大大减弱，甚至消失。甚至消失。而溅渣护炉的炉龄远远而溅渣护炉的炉龄远远大于大于3000 炉炉(现在达现在达2 万多炉万多炉)。这就是一贯注这就是一贯注重高纯净钢，普遍采用复吹技术的日本不愿意采重高纯净钢，普遍采用复吹技术的日本不愿意采用溅渣护炉技术的原因。用溅渣护炉技术的原因。目前，炼钢工作者正努目前，炼钢工作者正努力开发底吹喷嘴长寿技术，要点如下：力开发底吹喷嘴长寿技术，要点如下：3.1 利用底吹喷嘴前蘑菇头的生长和控制技
14、术，利用底吹喷嘴前蘑菇头的生长和控制技术，实现喷嘴长寿化。实现喷嘴长寿化。3.2 炉役前期，利用粘渣、挂渣和溅渣迅速在喷炉役前期，利用粘渣、挂渣和溅渣迅速在喷嘴前端生成透气蘑菇头，避免喷嘴烧损。嘴前端生成透气蘑菇头，避免喷嘴烧损。3.3 炉役中后期注意控制蘑菇头高度，防止堵塞。炉役中后期注意控制蘑菇头高度，防止堵塞。3.4 对堵塞喷嘴采用复通技术。对堵塞喷嘴采用复通技术。4.转炉炼钢自动控制技术转炉炼钢自动控制技术 转炉吹炼自动控制分为三个阶段：转炉吹炼自动控制分为三个阶段：4.1静态控制静态控制 依据初始条件依据初始条件(铁水重量、成分、温度、废钢重量、铁水重量、成分、温度、废钢重量、分类分
15、类)。要求的终点目标要求的终点目标(终点温度、化学成分终点温度、化学成分)以及参以及参考炉次的参考数据考炉次的参考数据,计算出本炉次的氧耗量计算出本炉次的氧耗量,确定各确定各种副原料的加入量和吹炼过程氧枪的高度。种副原料的加入量和吹炼过程氧枪的高度。静态控制静态控制包括三个模型包括三个模型:氧量模型、枪位模型和副原料模型。氧量模型、枪位模型和副原料模型。这这样可基本命中终点的含碳量和温度目标。样可基本命中终点的含碳量和温度目标。4.2 动态控制 当转炉供氧量达到氧耗量的当转炉供氧量达到氧耗量的85%左右时左右时,降低吹氧流量降低吹氧流量,副枪开始测温、定碳副枪开始测温、定碳,并把测得的温度值及
16、碳含量送入过程计并把测得的温度值及碳含量送入过程计算机。算机。过程计算机则计算出达到目标温度和目标碳含量所需过程计算机则计算出达到目标温度和目标碳含量所需补吹的氧量及冷却剂加入量补吹的氧量及冷却剂加入量,并以副枪测到的实际值作为初值并以副枪测到的实际值作为初值,以后每吹以后每吹3 秒的氧气量秒的氧气量,启动一次动态计算启动一次动态计算,预测熔池内温度预测熔池内温度和目标碳含量和目标碳含量,当温度和碳含量都进入目标范围时当温度和碳含量都进入目标范围时,发出停吹发出停吹命令。命令。终点终点C 和温度和温度T 的命中率可达的命中率可达80%以上。以上。但动态控制不能对造渣过程有效监测和控制但动态控制
17、不能对造渣过程有效监测和控制,不能降低不能降低转炉喷溅率转炉喷溅率,不能对终点不能对终点S、P 进行准确控制进行准确控制,S、P 成分不合格造成成分不合格造成“后吹后吹”时有增加时有增加,不能实现计算机对整个不能实现计算机对整个吹炼过程进行闭环在线控制吹炼过程进行闭环在线控制.4 全自动控制全自动控制 在静态、动态控制基础上在静态、动态控制基础上,通过对炉渣的在线检测通过对炉渣的在线检测,控制喷溅控制喷溅,并全面预报终点并全面预报终点C、S、P、T 实现闭环实现闭环控制。控制。全自动控制效果：全自动控制效果：(1)提高终点碳含量控制精度：低碳钢提高终点碳含量控制精度：低碳钢0.015%，中，中
18、碳钢碳钢0.02,高碳钢高碳钢0.05%,温度温度T10%。(2)实现对终点实现对终点S、P、Mn 含量的准确预报含量的准确预报,精度为精度为:S0.009%,P0.001%,Mn0.09%.(3)后吹率从后吹率从60%下降到下降到32%(中高碳钢中高碳钢)。(4)喷溅率从喷溅率从29%下降到下降到5.4%。(5)停氧到出钢时间从停氧到出钢时间从8.2min 缩到缩到2.5min。(6)铁收得率提高铁收得率提高0.49%,石灰消耗减少石灰消耗减少3kg/t。(7)炉龄提高炉龄提高30%。上述三种转炉自动控制技术性能和方法的比较上述三种转炉自动控制技术性能和方法的比较见下表。见下表。5 煤气回收
19、与负能炼钢煤气回收与负能炼钢5.1 技术原理技术原理氧气转炉炼钢的基本化学反应是碳、硅、元素在氧化反应中放热。氧气转炉炼钢的基本化学反应是碳、硅、元素在氧化反应中放热。C+OCO Si+OSiO2 氧化反应生成大量氧化反应生成大量CO 燃气；燃气燃气；燃气温度（物理热）平均为温度（物理热）平均为1 500 1600 ，燃气热值（化学潜热），燃气热值（化学潜热）平均为平均为2 100 kCal/Nm3,煤气波动在煤气波动在7115 Nm3/t。见表。见表1。采用煤气回收装置回收转炉烟气的化学潜热；采用余热锅炉采用煤气回收装置回收转炉烟气的化学潜热；采用余热锅炉回收烟气的物理显热。当炉气回收的总热
20、量大于炼钢厂生产消耗回收烟气的物理显热。当炉气回收的总热量大于炼钢厂生产消耗的总能量时，则实现了的总能量时，则实现了“炼钢厂负能炼钢炼钢厂负能炼钢”。日本君津钢厂、我国宝钢、武钢三炼钢厂均实现了日本君津钢厂、我国宝钢、武钢三炼钢厂均实现了“炼钢厂炼钢厂负能炼钢负能炼钢”。5.2 炼钢节能的主要途径炼钢节能的主要途径（1）降低铁钢比，每降低降低铁钢比，每降低0.1 可降低吨钢能耗可降低吨钢能耗7080 kgce/kg。（2）提高连铸比，与模铸相比，连铸可降低能耗提高连铸比，与模铸相比，连铸可降低能耗50%80%，提，提高成才率高成才率7%8%，降低生产成本，降低生产成本10%30%。（3）回收利用转炉煤气，降低吨钢能耗回收利用转炉煤气，降低吨钢能耗311 kgce。（4）提高连铸坯热送比，一般可将低吨钢能耗提高连铸坯热送比，一般可将低吨钢能耗1.92.1 kgce。（5）提高转炉作业率，宝钢转炉作业率从提高转炉作业率，宝钢转炉作业率从1995 年到年到1998 年提高年提高4.96 个百分点，工序能耗降低个百分点，工序能耗降低2.97 kgce。（6）降低动力和燃料消耗。降低动力和燃料消耗。