脱磷区-京唐脱磷冶炼工艺

“全三脱”冶炼-脱磷工艺首钢京唐钢铁联合有限责任公司2012年3月“全三脱”冶炼-脱磷工艺

首钢京唐前言一直以来低成本、高效生产洁净钢是炼钢工作者孜孜不倦追求的目标。常规转炉冶炼多种功能复合在一个工序中，影响因素多，生产操作波动大，容易造成钢水质量不稳定。提高钢水洁净度主要依靠炉外精炼，造成能耗高、成本高。近年来，市场对高效能质量稳定的洁净钢需求日益增加，钢材市场竞争日趋激烈，常规转炉炼钢法更难以低成本、高效、稳定地组织生产高质量洁净钢。因此，以“全三脱”为代表的转炉冶炼新流程成为低成本、高效、稳定的生产高洁净钢的先进工艺之一。“全三脱”冶炼-脱磷工艺首钢京唐“全三脱”冶炼工艺技术国内外发展简况“全三脱”工艺20世纪80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、君津以及韩国浦项光阳厂、现代制铁唐津厂等均采用脱磷炉、脱碳炉炼钢工艺进行大规模生产。国内宝钢从2002年开始进行BRP技术研究。通过“全三脱”冶炼工艺，缩短转炉冶炼周期，利于连铸高拉速、层流组织炼钢工序生产。降低转炉终点磷含量，最低达到0.003%，进行少渣冶炼，脱磷和脱碳总渣量小于60kg／t。“全三脱”冶炼洁-脱磷工艺首钢京唐首钢京唐公司“全三脱”工艺简介

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2座双工位RH、2台CAS精炼、1座双工位LF炉，4台双流板坯连铸机。“全三脱”冶炼-脱磷工艺首钢京唐炼钢的基本任务脱碳；脱磷（脱硅）；脱硫；脱氧；脱氮、氢等；去除非金属夹杂物；合金化；升温；凝固成型；废钢、炉渣返回利用；回收煤气、蒸汽等。6传统炼钢流程传统炼钢流程7工序功能演变与分工“全三脱”冶炼-脱磷工艺首钢京唐铁水脱磷工艺技术铁水脱磷预处理的工艺优点铁水预处理脱磷，反应温度低，热力学条件好，易于脱磷。铁水中C、Si含量高提高了铁水中磷的活度，有利于脱磷。和炼钢相比，不会因脱磷造成钢水过氧化，影响钢质量。9转炉脱磷预处理的优势主要优势：炉内自由空间大，允许强烈搅拌钢水；顶吹供氧（传统三脱采用顶喷Fe2O3）；高强度底吹（0.3m3/t/min）。因而可以做到：不需要预先脱硅；较高废钢比(8～10％)；较低炉渣碱度(1.5～2）；处理后铁水温度高(1350℃).“全三脱”冶炼——“全三脱”少渣冶炼10“全三脱”冶炼的主要目的不是生产低磷钢，其意义在于：能够建立起高效率低成本大批量的洁净钢生产平台：[P]≤0.025～0.035%，显著改善IF钢板抗二次加工脆化和热轧钢板低温冲击韧性等性能。炼铁生产可以采用较高磷含量的低价位铁矿石：铁水[P]放宽至0.10～0.15%，降低矿石采购成本。可以在炼钢冶炼中使用Mn矿石代替部分MnFe合金;炼钢渣量显著降低(60kg/t)，脱碳转炉炉渣可以返回用于脱磷转炉冶炼；脱磷炉渣可以不经蒸汽稳定化处理而用于铺路材料；可以显著加快大型转炉的冶炼节奏，与高拉速连铸相适应:高拉速连铸周期在25～35min，常规冶炼难于匹配。有利于有利于实现自动化炼钢，提高终点命中率：脱碳炉不加入废钢，入炉的半钢成分已知。“全三脱”冶炼——“全三脱”少渣冶炼11脱磷反应对绝大多数钢种，磷是有害的杂质：冷脆；调质钢的回火脆性；热加工性；焊接性能等。

某些钢种，例如高Ni合金钢、低温液态气体储罐、奥氏体不锈钢等，抗HIC管线钢、厚板等，要求尽量降低[P]含量。12铁水中[P]的氧化反应1314（P2O5）的稳定性—造渣的必要性15通过造碱性炉渣降低(P2O5)的活度系数16炼钢炉渣成分范围17脱磷反应的热力学条件18脱磷反应平衡的研究1920回磷(钢液磷含量回升）回磷：炼钢过程回磷；脱氧过程回磷。炼钢过程回磷原因：吹炼中期炉渣“返干”；炉渣FetO含量减少。300吨BOF转炉吹炼过程金属成分变化21脱氧过程回磷原因出钢带渣量多；炉渣碱度降低；[O]含量降低。22底吹转炉吹炼过程钢水成分变化《转炉炼钢》，冶金工业出版社，1974，p204双渣操作：一次渣：0～14min；二次渣：14～18min。后吹脱磷。23超低磷冶炼工艺技术进展传统工艺：双渣、后吹主要不足：脱磷渣很难较完全倒出；钢水过氧化严重；效率低、成本高。24采用铁水“三脱”预处理新日铁君津厂脱磷工序流程示意图25欧、美钢铁界的不同意见铁水脱磷处理炉渣FetO含量低，脱磷反应偏离平衡程度大；铁水脱硅后，脱磷处理渣量少，脱磷能力差；转炉炼钢单渣脱磷与铁水脱磷＋转炉脱碳炼钢的最后结果是相同的[1]；废钢装入比低（3～5％）。[1]N.Bannenberg,etal.,中欧炼钢技术研讨会，2001年9月3日，北京26采用氧气转炉进行脱磷预处理90年代中后期日本企业开发成功；日本钢铁企业大规模采用；宝钢已采用；首钢“曹妃甸”工程。27转炉铁水脱磷工艺（LD-ORP）S.Kitamura,etal.,9thChina-JapanSymposiumonScienceandTechnologyofironandSteel,Nov.8-9,Xian,p.12328转炉铁水脱磷工艺（MURC）S.Kitamura,etal.,9thChina-JapanSymposiumonScienceandTechnologyofironandSteel,Nov.8-9,Xian,p.12329不同预处理工艺脱磷比较高CaO/O2比；高碱度炉渣；低FetO含量炉渣；脱磷炉渣碱度高，再利用困难。高供氧吹炼；低碱度炉渣；高FetO含量炉渣；脱磷炉渣碱度低，再利用容易。30不同预处理工艺脱磷比较31渣量比较32转炉脱磷预处理意义建立起高效低成本的纯净钢生产平台；炼铁可以采用较高磷含量的低价铁矿石；有利于在炼钢冶炼中使用Mn矿石；脱碳转炉炉渣返回用于铁水脱磷处理；脱磷炉渣可以不经蒸气处理而用于铺路材料；可以显著加快大型转炉冶炼节奏，与高速连铸相适应；有利于工序间紧凑和信息传送。33国内采用转炉脱磷处理钢厂34转炉脱磷预处理的不同模式住友和歌山制铁所、首钢曹妃甸钢厂的模式：全部铁水进行脱磷预处理；De-P和De-C转炉位于不同跨间；目的：高效、低耗、优质、减少排放等。宝钢BRP等：部分铁水（～20％）进行脱磷处理；主要目的：生产低磷、超低磷钢。

高效率低成本的纯净钢生产平台；炼铁生产采用较高磷含量的低价位铁矿石；炼钢冶炼中使用Mn矿石；脱碳转炉炉渣返回用于铁水脱磷处理；脱磷炉渣不经蒸汽老化处理用于铺路材料；显著加快大型转炉的冶炼节奏，与高拉速连铸相适应；有利于工序间紧凑和信息传送。

经济地生产低磷、超低磷钢（[P]≤0.008%）。35关键工艺技术低供氧强度下De－P转炉吹炼技术；高供氧强度De－C转炉少渣吹炼技术；超低磷钢冶炼技术等“全三脱”脱磷工艺操作首钢京唐脱磷炉工艺流程图

“全三脱”脱磷工艺操作首钢京唐1、脱磷炉装入制度采用基本恒定的装入制度。总装入量为（铁水+废钢）322±2t。铁水装入偏差：±1t。铁水比由热量、设备、铁水和废钢供应、钢种、铁水条件和操作等决定。

铁水和废钢必须经称量入炉。

铁水最大装入量≤330t，废钢最大装入量≤55t。加废钢和兑铁时，底吹N2按底部供气控制模式表执行。

底吹供气正常后，方可向转炉兑铁。

正常时，先加废钢后兑铁水，加入废钢角度70-75°““全三脱”脱磷工艺操作首钢京唐2、脱磷炉造渣制度终渣碱度按1.8～2.5控制。TFe应控制在4～15％。

终渣MgO控制在8~9%。

当炉内热量富余时，加入矿石或冷固球团调整温度，吹炼后期矿石加入量每批≤1000Kg，当炉内热量不足时，考虑采用焦炭或硅铁作为提温剂。

每班第一、四炉送渣样分析，接样后化验室及时分析并向炼钢主控室返回渣样成分，根据炉渣成分调整石灰加入量和枪位。补炉第一炉冶炼不取渣样化验。

石灰必须在开吹后4.5min内加完。“全三脱”脱磷工艺操作首钢京唐3、冷却能换算及氧气量计算装入原料对废钢的冷却比氧化剂换算氧气量

“全三脱”脱磷工艺操作首钢京唐4、脱磷枪位及供氧制度

开吹氧气流量使用30000Nm3/h，吹炼3min氧气流量转换到22000Nm3/h直至终点。低枪位点火，之后高枪位化渣，逐步降枪。

“全三脱”脱磷工艺操作首钢京唐5、脱磷炉底吹供气制度脱磷底吹供气模式：42①节水节电：与湿法相比可节水约30%；节电约20～30%；②净化效率高有利于环境保护：净化后烟气含尘量为～20mg/Nm3，甚至可降到10mg/Nm3

以下；③系统阻力小，风机运行费低，寿命长，维修工作量小；④占地面积是湿法的一半，不需要浊环水沉淀池及污泥处理设施；⑤回收的含铁干粉尘便于烧结的再利用，污染环境小，符合循环经济要求。

转炉干式除尘具备节能、环保等优势，并随着其技术的不断完善，近年来国内外一些新建或改造的炼钢厂都采用了干式除尘。目前该技术在欧洲应用的比较稳定，但在国内还不够理想。1）转炉干式除尘的特点“全三脱”冶炼——干法除尘技术432）工艺流程及主要设备组成图1干法除尘工艺流程图“全三脱”冶炼——干法除尘技术44①节水节电：与湿法相比可节水约30%；节电约20～30%；②净化效率高有利于环境保护：净化后烟气含尘量为～20mg/Nm3，甚至可降到10mg/Nm3

以下；③系统阻力小，风机运行费低，寿命长，维修工作量小；④占地面积是湿法的一半，不需要浊环水沉淀池及污泥处理设施；⑤回收的含铁干粉尘便于烧结的再利用，污染环境小，符合循环经济要求。

转炉干式除尘具备节能、环保等优势，并随着其技术的不断完善，近年来国内外一些新建或改造的炼钢厂都采用了干式除尘。目前该技术在欧洲应用的比较稳定，但在国内还不够理想。1）转炉干式除尘的特点“全三脱”冶炼——干法除尘技术452）工艺流程及主要设备组成图1干法除尘工艺流程图“全三脱”冶炼——干法除尘技术463）转炉干式除尘的主要技术难点（1）干式除尘与传统的OG除尘的比较转炉干式除尘在静电除尘器中有火种，一旦烟气中CO、H2、O2等成分达到爆炸条件，在静电除尘器中就会卸爆；而OG除尘烟道中通常没有火种，即使烟气成分达到爆炸条件也不会爆炸。（2）京唐公司转炉与常规转炉干式除尘的比较常规转炉冶炼，铁水中Si、Mn含量较高，开吹前期有Si、Mn氧化期，烟气中的CO含量较低，不易发生爆炸；而“全三脱”冶炼的脱碳炉，铁水中Si、Mn含量比较低，没有Si、Mn氧化期，开吹后就发生激烈的C、O反应，烟气中CO含量较高，易发生爆炸。控制脱碳炉开吹卸爆是京唐转炉干式除尘的关键。“全三脱”冶炼——干法除尘技术474）煤气卸爆的条件右图为Salzgitter钢厂提供的干法除尘系统煤气爆炸的较精确的成分、温度范围。煤气发生爆炸的一般条件是：（1）烟气成分进入可燃烧爆炸范围（氢气很低的含量如0～3%以上或CO大于12%，同时O2大于5%）；（2）烟气温度低于燃烧温度610℃；（3）系统内部存在“火种”。煤气卸爆比较复杂，下面重点分析讨论京唐转炉干式除尘卸爆的问题。“全三脱”冶炼——干法除尘技术485）脱碳转炉开吹“卸爆”问题的提出目前世界上转炉采用干式除尘的都是常规冶炼，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。京唐转炉“全三脱”冶炼采用干式除尘是世界第一家。转炉双联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，直接产生碳氧化烟气；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”会变得困难，这将是造成转炉开吹“卸爆”的根源。宝钢二炼钢吹炼三脱铁水、包钢二次下枪时发生开吹卸爆明显增多的情况就很说明问题。“全三脱”冶炼——干法除尘技术49京唐脱碳转炉吹炼的是“全三脱”铁水，正常供氧强度会很快产生大量的CO烟气，为保证“前烧期”烟气全部燃烧必须提罩操作。若按正常3.4供氧强度开吹，并且完全燃烧将产生约320000N