首钢京唐公司全三脱冶炼技术

1、 “全三脱”冶炼技术2011年5月1前言 自从首钢京唐公司钢铁厂项目开展可行性研究以来，社会各界就给予了高度重视，尤其是对其“全三脱”冶炼工艺，更是备受瞩目。国内知名冶金专家对炼钢工艺都提出了宝贵意见，并提出了各自的先进理念。京唐公司炼钢作业部在广泛听取各方建议的基础上，做了大量的分析研究工作，最终采用了许多国际先进的工艺技术，如转炉干法除尘、高炉供转炉铁水运输的“一罐到底”技术、“全三脱”冶炼工艺、高效连铸机、大型精炼设备采用国产化等。2一、概述二、传统与“全三脱”流程洁净钢生产特点三、京唐采用“全三脱”工艺存在的难点四、“全三脱”冶炼工艺生产实践五、典型钢种生产六、难点问题解决情况七、辅原

2、料消耗情况八、结论3一、概述1、转炉炼钢技术进步分析1）炼钢转炉功能的解析-集成方面的创新 20世纪50年代以前，长期以来总以为一种工艺、一个装置的功能越多越好，而忽视整个制造流程生产的总体发展趋势。例如平炉就是一个实例，平炉确实有很多功能，一度曾是主要的炼钢方法，但由于其冶炼周期过长、能耗高，很难与新兴的连续铸钢工艺经济地匹配起来，因而，随着全连铸体制钢厂的推行，平炉炼钢工艺趋向萎缩。4 随着科学研究的不断深化，钢铁制造流程的不断创新，逐步认识到必须注意对炼钢炉的功能进行解析与集成，淘汰一些不适合炼钢炉承担的功能（例如脱硫功能等），开发、集成一些优化的功能（例如快速脱碳、快速升温等）。 5

3、炼钢炉的功能优化应遵循以下原则: 遵循物理化学原理来优化选择化学冶金功能，兼顾质量、成本和效率； 优化炼钢过程的时间节奏和温度制度，保持物质流顺畅、高效率； 以功能-结构-效率的连锁优化促进与前后工序在动态运行过程中的协调等。 可以清楚地看出，现代氧气转炉的功能将定位在以脱碳、升温为主和适度的脱磷上。其它功能应分别分解到铁水预处理装置或二次冶金装置分担。6 2）铁水预处理与全量铁水在线 “三脱”处理的技术效果与经济效益 铁水预处理工艺对现代氧气转炉炼钢厂而言，尤显重要。其重要性已从原来冶炼一些对含硫量要求特别严的钢种开始，发展成为炼铁炼钢凝固过程优化不可分割的重要环节。由于转炉预处理铁水进行脱

4、磷工艺的开发，正在形成一种全量铁水进行“三脱”处理的技术进步模式。全量铁水“三脱”的概念是所有进入转炉炼钢的铁水都要经过“三脱”预处理。 72、关于铁水“全三脱”工艺的价值 1）建立起高效、低成本的洁净钢生产工艺平台，提高产品竞争力； 2）可以使用较高含P的矿石，铁水含磷可以放到0.10.15，有利于降低矿石采购成本； 3）有利于脱碳转炉使用锰矿，还原成钢水Mn，可以降低合金成本； 4）脱碳转炉渣可为脱磷转炉使用，并少加石灰； 5）加快转炉（大型）冶炼节奏，适合于现代高拉速板坯铸机匹配运行，提高生产效率； 6）有利于运行过程时间紧凑，实现节能。 不能将其价值局限在冶炼超低磷钢。83、“全三脱”

5、冶炼工艺技术国内外发展简况 根据所用的不同容器，铁水脱磷可分为两类：一种是在铁水包或鱼雷车中进行脱磷，另一种就是在转炉内进行铁水预处理脱磷。与混铁车内或铁水包中进行的铁水预处理相比，在转炉内进行脱磷预处理的优点是转炉的容积大、反应速度快、效率高、可节省造渣剂的用量，吹氧量较大时不易发生严重的喷溅现象，也不存在鱼雷车和铁水包中脱磷时温降大、处理时间长等问题，有利于生产超低磷钢，尤其是中高碳的超低磷钢。因此，近年来在转炉内进行铁水脱磷的工艺技术得到了较大的发展。9 我们把通过转炉进行铁水脱硅、脱磷预处理，再通过转炉进行铁水脱碳精炼的工艺称为转炉两步炼钢工艺，即一座转炉进行铁水脱磷操作，另一座转炉接

6、受来自脱磷炉的低磷铁水进行脱碳操作。该工艺20世纪90年代产生于日本，现在日本住友金属和歌山厂、川崎制铁水岛厂、NKK 福山厂、新日铁室兰厂以及韩国浦项光阳厂等均采用转炉两步炼钢法冶炼工艺进行大规模生产。转炉两步炼钢工艺，日本住友和歌山厂称SRP法、新日铁室兰厂称LD-ORP法、NKK 福山厂称LD-NRP法。典型的两步炼钢工艺流程为高炉铁水一铁水脱硫预处理一转炉脱磷一转炉脱碳一二次精炼一连铸。10 宝钢从2002年开始进行了BRP(Baosteel BOF Refining Process)技术研究，即宝钢转炉脱磷一脱碳两步炼钢工艺技术研究。主要是低磷和极低磷钢，包括管线钢、IF钢、帘线钢、

7、石油钻杆钢等钢种，脱磷炉停吹磷的质量分数平均在0.015% 以下，最低达到0.003%，成品磷的质量分数低于0.006%，进行少渣吹炼时，脱磷和脱碳后的总渣量小于60 kgt。114、首钢京唐公司“全三脱”工艺简介 首钢京唐公司现有2座5500m3高炉，高炉转炉界面采用“一罐到底”技术运输铁水，运输铁水罐容量为300吨。炼钢厂配有4个300tKR脱硫站、2座300t脱磷炉、3座300t脱碳炉；精炼配有RH、CAS、LF炉，连铸采用双流板坯连铸机，工艺流程如下图。1213 脱硫工艺是采用脱硫效率高且脱硫效果稳定的机械搅拌KR法，脱磷工艺是采用转炉法。工艺布局特点是转炉采用双高跨布置，即分为脱磷预

8、处理转炉跨和脱碳转炉跨。2009年5月23日京唐公司炼钢投产后，随即转炉进行了“全三脱”冶炼工艺试验，经过不断摸索、改进，“全三脱”比例已达到80以上，“全三脱”工艺生产稳定、顺行，生产出的钢水纯净度较高，与常规冶炼相比，“全三脱”冶炼消耗较低，初步实现了低成本生产洁净钢的目标。14 二、传统流程与“全三脱”流程洁净钢生产特点 1、传统流程 传统洁净钢生产流程（如图2）可以生产出高洁净度钢水，但由于钢水提纯主要依靠炉外精炼，造成工艺流程长，生产工艺波动造成钢水质量不稳定；能耗高、成本高、CO2排放量高。15图2传统洁净钢生产流程16传统流程存在的基本矛盾：1）炼钢回硫，需LF炉二次脱硫；2）低

9、碳脱磷，造成钢、渣过氧化；3）钢水过氧化，增大脱氧剂消耗；4）脱氧产生大量夹杂，需长时间“软吹”；5）炉渣利用效率低，难以实现渣循环。17 传统流程存在的上述基本矛盾造成该流程生产洁净钢存在以下缺点： 1）由于钢水提纯依赖炉外精炼，造成生产批量小，不能大批量生产洁净钢； 2）由于流程存在回硫、低碳脱磷和钢水过氧化等问题，造成磷、硫和钢中夹杂物控制不稳定； 3）由于渣量大，不能形成渣循环，造成生产成本高，生产效率低。182、“全三脱”新流程 “全三脱”流程是洁净钢生产新流程的理论基础，其特点是在最佳的热力学条件下单独进行脱硫、脱硅、脱磷、脱碳等反应，大幅度提高反应效率，以达到提高生产效率、降低生

10、产成本和提高钢水洁净度的目标。洁净钢生产新流程以铁水预处理作为钢水提纯的重点，转炉成为洁净钢生产的主体。通过减少渣量和实现炉渣循环降低生产成本。19 流程特点： 1）采用铁水高效脱硫工艺和废钢处理技术，严格控制转炉回硫； 2）采用转炉脱硅、脱磷工艺，实现高碳脱磷; 3）采用脱碳炉少渣冶炼工艺，避免炉渣污染; 4）高碳出钢，真空下冶炼低碳钢，避免钢水过氧化； 5）减少渣量，脱碳炉渣作为脱磷剂返回脱磷炉. 新流程实现高效低成本稳定大批量生产洁净钢，20 开发目标是： 1）转炉生产效率提高1倍； 2）转炉直接生产S+P100 10-6的洁净钢； 3）转炉洁净钢生产成本低于传统工艺普通钢。213、两种

11、洁净钢生产新流程的技术评价 将传统洁净钢流程与日本洁净钢生产新流程相比较，可看出新流程在洁净钢生产方面具有明显的技术经济竞争力，具体数据如下表（两种流程比较）：2223三、京唐采用“全三脱”工艺存在的难点 1、干法除尘 干法除尘是来自欧洲的先进环保工艺，该技术在常规转炉的应用目前是比较成熟的，特别是在国外，但是在国内也还存在除尘系统发生“卸爆”多和除尘不稳等问题。两步炼钢技术是来源于日本的先进冶炼工艺，但是日本全部采用的是湿法除尘技术。 京唐转炉“全三脱”冶炼采用干式除尘是世界第一家。转炉“全三脱”工艺在脱碳转炉吹炼“全三脱”铁水时，与常规转炉不同的是：吹炼前期没有Si、Mn氧化烟气，直接产生

12、碳氧化烟气；24 脱碳转炉不加废钢，导致熔池温度快速上升，含有大量CO的烟气迅速产生。合理控制前烧期确保产生足量的“不可爆气体”烟气会变得困难，这将是造成转炉开吹“卸爆”的根源。 宝钢二炼钢厂吹炼由鱼雷罐处理的“全三脱”铁水时“卸爆”显著增多的事实已经证明了我们的分析和担忧。这首先是技术问题，同时也是实践问题，需要从理论和实践两个方面入手，如果解决不好将会制约整个生产的顺行和达产、达效。252、自动化炼钢 对于京唐双联冶炼工艺，因工艺的特殊性，国内及欧洲还未涉足双联工艺冶炼自动控制技术，日本较多的钢铁企业采用双联冶炼工艺生产模式，在自动化控制方面具有一定水平，但技术保密，不对外进行技术输出，因

13、此无法实现依靠外部量来实现双联冶炼工艺的自动化控制技术。 因此，京唐需要完全自主开发“全三脱”自动化炼钢技术。263、其它 1）少渣溅渣技术。由于脱碳炉采用少渣冶炼工艺，渣量只有40Kg/t以下，因此，如何保证溅渣效果，确保炉衬厚度保持在合理范围是一个难点； 2）热量问题。由于在转炉工序多一次铁水倒运，因此，当产量不足时，存在热量不足问题。27四、“全三脱”冶炼工艺生产实践1、KR脱硫项目脱硫剂消耗(Kg/t)终点S( %)0.005比例脱硫前温度脱硫后温度处理温降周期(min)搅拌头寿命范围5.18.400.00898.51307146712831434125938.4283次平均6.070

14、.0021421.41393.727.7表2 京唐公司KR法某月脱硫主要技术参数28 京唐公司铁水100%经KR脱硫，为了保证钢水的纯净度和满足连铸工艺要求，KR脱硫后，铁水中的S含量要求全部0.005，实际0.005的比例达到98.5，平均终点S含量为0.002%以下，深脱硫可达到0.001以下，脱硫剂消耗和综合指标达到国内先进水平。同时为生产洁净钢创造了有利条件。292、脱磷、脱碳、常规冶炼基本工艺制度 项目装入制度造渣制度供氧制度底吹模式脱磷铁水：288吨废钢：36吨石灰：根据Si含量配加碱度：1.82.2控制氧枪：4孔脱磷专用氧枪供氧强度：1.32.0Nm3/t.min底吹：16支强度

15、：0.20.3 Nm3/t.min脱碳半钢铁水：318吨石灰：根据P含量配加碱度：3.54.5控制氧枪：6孔脱碳专用氧枪供氧强度：3.23.6Nm3/t.min底吹：8支强度：0.080.20 Nm3/t.min常规铁水：288吨废钢：36吨石灰：根据Si含量配加碱度：3.23.8控制氧枪：6孔脱碳专用氧枪供氧强度：3.23.6Nm3/t.min底吹：8支强度：0. 080.2 Nm3/t.min表3 脱磷、脱碳、常规冶炼基本工艺制度303、入炉铁水情况 项 目C/%Si/%P/%Mn/%T/ 脱磷炉范围3.85.10.340.500.0820.1010.140.7112751424平均4.7

16、080.4170.0910.2391361脱碳炉范围3.04.000.130.0080.0450.010.1912871380平均3.5470.0460.0220.0601336常规范围4.24.90.330.540.0780.1000.140.7012811449平均4.6870.4270.0860.1911386表4 脱磷炉、脱碳炉、常规转炉某月入炉铁水和终点情况314、脱磷炉指标 图3 脱磷炉终点C、温控制情况 由图3可知，脱磷炉终点C控制比较稳定，基本集中在3.33.6%，脱磷炉终点温度基本控制在13401380，平均为1348，与工艺要求保持一至。32图4 终点P控制情况 当铁水Si

17、0.4%时，脱磷炉终点P可比较稳定的控制在0.03%的水平，平均P为0.026%，可为后道工序创造较好条件。 当铁水Si0.4%，终点P明显提高，集中在0.020.045的水平，平均为0.037%，可见，铁水质量对脱磷炉终点控制影响很大。335、脱碳炉指标 图5 脱碳炉终点C、温控制情况 目前，低碳钢比例在55%以上，终点C比较低。采用加快钢包周转速度等措施，转炉终点温度降低，按照不同钢种，不同工艺路线，不同要求控制温度，目前平均为1670。34 图6 脱碳炉终点P控制情况 脱碳炉终点P在0.0040.009%，平均为0.007%，如有特殊要求，可将P控制在0.004%以下水平，可以满足各类钢

18、种的生产。35 五、典型钢种生产 1、管线钢 管线钢工艺路线是：KR脱硫“全三脱”冶炼LF精炼RH精炼连铸，转炉底吹效果较好，终点C、P 控制理想；过程泡沫渣控制良好，终点N含量较低；采用炉后大渣量渣洗，进站S含量较低。LF炉采用极低硫钢冶炼模式， Cu、Ni、Mo合金化在转炉内完成，Cr合金化在出钢过程完成，Nb、V在LF完成；夹杂物评级合格满足管线钢要求。成品C、S、P、N成分控制良好。36图7 管线钢主要成分控制情况372、汽车板 SDC04、SDC06成分控制难点在C和N，目前生产的成分控制满足高品质汽车板的要求。中包熔炼成份C含量最低4ppm，平均22.6ppm，标准差7.2ppm。

19、中包熔炼成份N含量最低10ppm，平均24.3ppm，标准差7.8ppm。 图8 汽车板C、N控制情况38六、难点问题解决情况1、干法除尘工艺 通过分析蒂森钢厂提供的转炉烟气成分曲线图，发现在曲线图上的开吹阶段存在一段约1.5分左右的完全燃烧烟气段，由此得到启示，控制开吹阶段的烟气完全燃烧并产生一段“不可爆”烟气是控制“卸爆”的关键。 在分析的基础上，通过设定脱碳转炉开吹操作条件，包括供氧、枪位、烟罩、风机速度等，初步找到了能产生约1.5分钟的“不可爆气体”烟气的操作条件，并绘制出了转炉烟气曲线，通过大量的数据分析，形成可行性报告，为下一步的工作提供了理论参考。39 通过不断的现场总结，摸索出

20、了脱磷操作、脱碳操作的枪位控制、氧气流量控制以及罩裙控制的模式，有效避免了脱碳操作开吹时因CO/O2达到临界点造成的报警提枪。实现了脱磷操作、脱碳操作蒸发冷却器进行自动喷水控制的模式，未发现干法除尘粗输灰链发生堵塞的现象。目前两步炼钢干法除尘使用效果良好。40表5 2010年干法除尘系各月统泄爆次数月份123456789101112卸爆次数110100022000 表5表明，在“全三脱”冶炼条件下的干法除尘工艺已达到国际上常规冶炼采用干法除尘工艺的先进水平。 41图9 2010各月煤气含尘量（mg/Nm3）422、自动化炼钢 京唐公司采用“全三脱”冶炼技术，同时还有部分炉次采用常规冶炼，在这种

21、多种工艺混合的情况下，自动化炼钢的开发就显得异常复杂。通过个方面努力，目前实现了模型指导炼钢，基本达到半钢“一键式”炼钢的条件，双命中率达到85%以上。 由于外方重新开发半钢模型报价较高，适应条件有限，并且维护较为困难。因此，京唐公司专门成立攻关组，开发了具有独立自主知识产权的、具有京唐特色的自动化炼钢控制系统。 自主研发模型经过继承、创新和融合，逐步是实现的新型工艺下的模型需求，取得良好的创新效果。43 1）模型继承 以原有冶炼模型为基础，实现常规冶炼过程控制，以调整系统结构为主要任务，做好两步法模型准备。以当前副枪检测系统、基础自动化及设备为基础，实现300吨转炉常规冶炼自动化控制生产，并

22、根据工艺、设备、原材料完善系统，增强系统对外部条件的应付能力。如：铁水温度、成分大幅度波动工艺状况。 2）模型创新 以常规模型为基础，在常规模型调试过程中，同时调试半钢冶炼动态模型，单独设置动态参数组。半钢模型将以半钢作为主原料，取消普通44 模型主原料计算模型，静态模型以渣模型、热平衡模型、氧平衡模型为主。渣模型以渣量及脱磷任务为计算依据进行计算。计算效果由生产工艺评价，并根据冶炼工艺要求调整。冶金模型同冶炼经验相结合方式，热平衡、氧平衡采用模型计算，渣平衡以经验总结为主。 3）模型融合 经过集成脱磷、脱碳、常规冶炼模型，实现系统对多种冶炼工艺的支持。根据京唐工艺特点及需求，优化系统功能，完善模型对各种特殊工艺的处理过程、对品种钢冶炼有针对性的控制过程。454）模型的应用效果 首先在3#C实现了自主研发模型的在线预报，并通过数据统计分析可以看出，自主研发的模型更具有优势。 图10 自动化炼钢模型界面463、少渣溅渣与热量问题的解决 通过改进砌筑方法、加强溅渣护炉，同时改进补炉料，目前脱碳炉炉龄可达到5500炉左右，预计2