脫磷區(qū)-京唐脫磷冶煉工藝

“全三脫”冶煉-脫磷工藝首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司2012年3月“全三脫”冶煉-脫磷工藝

首鋼京唐前言一直以來低成本、高效生產(chǎn)潔凈鋼是煉鋼工作者孜孜不倦追求的目標。常規(guī)轉(zhuǎn)爐冶煉多種功能復(fù)合在一個工序中，影響因素多，生產(chǎn)操作波動大，容易造成鋼水質(zhì)量不穩(wěn)定。提高鋼水潔凈度主要依靠爐外精煉，造成能耗高、成本高。近年來，市場對高效能質(zhì)量穩(wěn)定的潔凈鋼需求日益增加，鋼材市場競爭日趨激烈，常規(guī)轉(zhuǎn)爐煉鋼法更難以低成本、高效、穩(wěn)定地組織生產(chǎn)高質(zhì)量潔凈鋼。因此，以“全三脫”為代表的轉(zhuǎn)爐冶煉新流程成為低成本、高效、穩(wěn)定的生產(chǎn)高潔凈鋼的先進工藝之一?！叭摗币睙?脫磷工藝首鋼京唐“全三脫”冶煉工藝技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展簡況“全三脫”工藝20世紀80年代產(chǎn)生于日本，現(xiàn)在日本住友金屬和歌山廠、川崎制鐵水島廠、NKK福山廠、新日鐵室蘭廠、君津以及韓國浦項光陽廠、現(xiàn)代制鐵唐津廠等均采用脫磷爐、脫碳爐煉鋼工藝進行大規(guī)模生產(chǎn)。國內(nèi)寶鋼從2002年開始進行BRP技術(shù)研究。通過“全三脫”冶煉工藝，縮短轉(zhuǎn)爐冶煉周期，利于連鑄高拉速、層流組織煉鋼工序生產(chǎn)。降低轉(zhuǎn)爐終點磷含量，最低達到0.003%，進行少渣冶煉，脫磷和脫碳總渣量小于60kg／t?！叭摗币睙挐?脫磷工藝首鋼京唐首鋼京唐公司“全三脫”工藝簡介

現(xiàn)有2座5500m3高爐，高爐—轉(zhuǎn)爐界面采用“一罐到底”技術(shù)運輸鐵水，運輸鐵水罐容量為300噸。煉鋼廠配有4個300tKR脫硫站、2座300t脫磷爐、3座300t脫碳爐；精煉配有2座雙工位RH、2臺CAS精煉、1座雙工位LF爐，4臺雙流板坯連鑄機?！叭摗币睙?脫磷工藝首鋼京唐煉鋼的基本任務(wù)脫碳；脫磷（脫硅）；脫硫；脫氧；脫氮、氫等；去除非金屬夾雜物；合金化；升溫；凝固成型；廢鋼、爐渣返回利用；回收煤氣、蒸汽等。6傳統(tǒng)煉鋼流程傳統(tǒng)煉鋼流程7工序功能演變與分工“全三脫”冶煉-脫磷工藝首鋼京唐鐵水脫磷工藝技術(shù)鐵水脫磷預(yù)處理的工藝優(yōu)點鐵水預(yù)處理脫磷，反應(yīng)溫度低，熱力學(xué)條件好，易于脫磷。鐵水中C、Si含量高提高了鐵水中磷的活度，有利于脫磷。和煉鋼相比，不會因脫磷造成鋼水過氧化，影響鋼質(zhì)量。9轉(zhuǎn)爐脫磷預(yù)處理的優(yōu)勢主要優(yōu)勢：爐內(nèi)自由空間大，允許強烈攪拌鋼水；頂吹供氧（傳統(tǒng)三脫采用頂噴Fe2O3）；高強度底吹（0.3m3/t/min）。因而可以做到：不需要預(yù)先脫硅；較高廢鋼比(8～10％)；較低爐渣堿度(1.5～2）；處理后鐵水溫度高(1350℃).“全三脫”冶煉——“全三脫”少渣冶煉10“全三脫”冶煉的主要目的不是生產(chǎn)低磷鋼，其意義在于：能夠建立起高效率低成本大批量的潔凈鋼生產(chǎn)平臺：[P]≤0.025～0.035%，顯著改善IF鋼板抗二次加工脆化和熱軋鋼板低溫沖擊韌性等性能。煉鐵生產(chǎn)可以采用較高磷含量的低價位鐵礦石：鐵水[P]放寬至0.10～0.15%，降低礦石采購成本。可以在煉鋼冶煉中使用Mn礦石代替部分MnFe合金;煉鋼渣量顯著降低(60kg/t)，脫碳轉(zhuǎn)爐爐渣可以返回用于脫磷轉(zhuǎn)爐冶煉；脫磷爐渣可以不經(jīng)蒸汽穩(wěn)定化處理而用于鋪路材料；可以顯著加快大型轉(zhuǎn)爐的冶煉節(jié)奏，與高拉速連鑄相適應(yīng):高拉速連鑄周期在25～35min，常規(guī)冶煉難于匹配。有利于有利于實現(xiàn)自動化煉鋼，提高終點命中率：脫碳爐不加入廢鋼，入爐的半鋼成分已知。“全三脫”冶煉——“全三脫”少渣冶煉11脫磷反應(yīng)對絕大多數(shù)鋼種，磷是有害的雜質(zhì)：冷脆；調(diào)質(zhì)鋼的回火脆性；熱加工性；焊接性能等。

某些鋼種，例如高Ni合金鋼、低溫液態(tài)氣體儲罐、奧氏體不銹鋼等，抗HIC管線鋼、厚板等，要求盡量降低[P]含量。12鐵水中[P]的氧化反應(yīng)1314（P2O5）的穩(wěn)定性—造渣的必要性15通過造堿性爐渣降低(P2O5)的活度系數(shù)16煉鋼爐渣成分范圍17脫磷反應(yīng)的熱力學(xué)條件18脫磷反應(yīng)平衡的研究1920回磷(鋼液磷含量回升）回磷：煉鋼過程回磷；脫氧過程回磷。煉鋼過程回磷原因：吹煉中期爐渣“返干”；爐渣FetO含量減少。300噸BOF轉(zhuǎn)爐吹煉過程金屬成分變化21脫氧過程回磷原因出鋼帶渣量多；爐渣堿度降低；[O]含量降低。22底吹轉(zhuǎn)爐吹煉過程鋼水成分變化《轉(zhuǎn)爐煉鋼》，冶金工業(yè)出版社，1974，p204雙渣操作：一次渣：0～14min；二次渣：14～18min。后吹脫磷。23超低磷冶煉工藝技術(shù)進展傳統(tǒng)工藝：雙渣、后吹主要不足：脫磷渣很難較完全倒出；鋼水過氧化嚴重；效率低、成本高。24采用鐵水“三脫”預(yù)處理新日鐵君津廠脫磷工序流程示意圖25歐、美鋼鐵界的不同意見鐵水脫磷處理爐渣FetO含量低，脫磷反應(yīng)偏離平衡程度大；鐵水脫硅后，脫磷處理渣量少，脫磷能力差；轉(zhuǎn)爐煉鋼單渣脫磷與鐵水脫磷＋轉(zhuǎn)爐脫碳煉鋼的最后結(jié)果是相同的[1]；廢鋼裝入比低（3～5％）。[1]N.Bannenberg,etal.,中歐煉鋼技術(shù)研討會，2001年9月3日，北京26采用氧氣轉(zhuǎn)爐進行脫磷預(yù)處理90年代中后期日本企業(yè)開發(fā)成功；日本鋼鐵企業(yè)大規(guī)模采用；寶鋼已采用；首鋼“曹妃甸”工程。27轉(zhuǎn)爐鐵水脫磷工藝（LD-ORP）S.Kitamura,etal.,9thChina-JapanSymposiumonScienceandTechnologyofironandSteel,Nov.8-9,Xian,p.12328轉(zhuǎn)爐鐵水脫磷工藝（MURC）S.Kitamura,etal.,9thChina-JapanSymposiumonScienceandTechnologyofironandSteel,Nov.8-9,Xian,p.12329不同預(yù)處理工藝脫磷比較高CaO/O2比；高堿度爐渣；低FetO含量爐渣；脫磷爐渣堿度高，再利用困難。高供氧吹煉；低堿度爐渣；高FetO含量爐渣；脫磷爐渣堿度低，再利用容易。30不同預(yù)處理工藝脫磷比較31渣量比較32轉(zhuǎn)爐脫磷預(yù)處理意義建立起高效低成本的純凈鋼生產(chǎn)平臺；煉鐵可以采用較高磷含量的低價鐵礦石；有利于在煉鋼冶煉中使用Mn礦石；脫碳轉(zhuǎn)爐爐渣返回用于鐵水脫磷處理；脫磷爐渣可以不經(jīng)蒸氣處理而用于鋪路材料；可以顯著加快大型轉(zhuǎn)爐冶煉節(jié)奏，與高速連鑄相適應(yīng)；有利于工序間緊湊和信息傳送。33國內(nèi)采用轉(zhuǎn)爐脫磷處理鋼廠34轉(zhuǎn)爐脫磷預(yù)處理的不同模式住友和歌山制鐵所、首鋼曹妃甸鋼廠的模式：全部鐵水進行脫磷預(yù)處理；De-P和De-C轉(zhuǎn)爐位于不同跨間；目的：高效、低耗、優(yōu)質(zhì)、減少排放等。寶鋼BRP等：部分鐵水（～20％）進行脫磷處理；主要目的：生產(chǎn)低磷、超低磷鋼。

高效率低成本的純凈鋼生產(chǎn)平臺；煉鐵生產(chǎn)采用較高磷含量的低價位鐵礦石；煉鋼冶煉中使用Mn礦石；脫碳轉(zhuǎn)爐爐渣返回用于鐵水脫磷處理；脫磷爐渣不經(jīng)蒸汽老化處理用于鋪路材料；顯著加快大型轉(zhuǎn)爐的冶煉節(jié)奏，與高拉速連鑄相適應(yīng)；有利于工序間緊湊和信息傳送。

經(jīng)濟地生產(chǎn)低磷、超低磷鋼（[P]≤0.008%）。35關(guān)鍵工藝技術(shù)低供氧強度下De－P轉(zhuǎn)爐吹煉技術(shù)；高供氧強度De－C轉(zhuǎn)爐少渣吹煉技術(shù)；超低磷鋼冶煉技術(shù)等“全三脫”脫磷工藝操作首鋼京唐脫磷爐工藝流程圖

“全三脫”脫磷工藝操作首鋼京唐1、脫磷爐裝入制度采用基本恒定的裝入制度?？傃b入量為（鐵水+廢鋼）322±2t。鐵水裝入偏差：±1t。鐵水比由熱量、設(shè)備、鐵水和廢鋼供應(yīng)、鋼種、鐵水條件和操作等決定。

鐵水和廢鋼必須經(jīng)稱量入爐。

鐵水最大裝入量≤330t，廢鋼最大裝入量≤55t。加廢鋼和兌鐵時，底吹N2按底部供氣控制模式表執(zhí)行。

底吹供氣正常后，方可向轉(zhuǎn)爐兌鐵。

正常時，先加廢鋼后兌鐵水，加入廢鋼角度70-75°““全三脫”脫磷工藝操作首鋼京唐2、脫磷爐造渣制度終渣堿度按1.8～2.5控制。TFe應(yīng)控制在4～15％。

終渣MgO控制在8~9%。

當爐內(nèi)熱量富余時，加入礦石或冷固球團調(diào)整溫度，吹煉后期礦石加入量每批≤1000Kg，當爐內(nèi)熱量不足時，考慮采用焦炭或硅鐵作為提溫劑。

每班第一、四爐送渣樣分析，接樣后化驗室及時分析并向煉鋼主控室返回渣樣成分，根據(jù)爐渣成分調(diào)整石灰加入量和槍位。補爐第一爐冶煉不取渣樣化驗。

石灰必須在開吹后4.5min內(nèi)加完?！叭摗泵摿坠に嚥僮魇卒摼┨?、冷卻能換算及氧氣量計算裝入原料對廢鋼的冷卻比氧化劑換算氧氣量

“全三脫”脫磷工藝操作首鋼京唐4、脫磷槍位及供氧制度

開吹氧氣流量使用30000Nm3/h，吹煉3min氧氣流量轉(zhuǎn)換到22000Nm3/h直至終點。低槍位點火，之后高槍位化渣，逐步降槍。

“全三脫”脫磷工藝操作首鋼京唐5、脫磷爐底吹供氣制度脫磷底吹供氣模式：42①節(jié)水節(jié)電：與濕法相比可節(jié)水約30%；節(jié)電約20～30%；②凈化效率高有利于環(huán)境保護：凈化后煙氣含塵量為～20mg/Nm3，甚至可降到10mg/Nm3

以下；③系統(tǒng)阻力小，風機運行費低，壽命長，維修工作量?。虎苷嫉孛娣e是濕法的一半，不需要濁環(huán)水沉淀池及污泥處理設(shè)施；⑤回收的含鐵干粉塵便于燒結(jié)的再利用，污染環(huán)境小，符合循環(huán)經(jīng)濟要求。

轉(zhuǎn)爐干式除塵具備節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢，并隨著其技術(shù)的不斷完善，近年來國內(nèi)外一些新建或改造的煉鋼廠都采用了干式除塵。目前該技術(shù)在歐洲應(yīng)用的比較穩(wěn)定，但在國內(nèi)還不夠理想。1）轉(zhuǎn)爐干式除塵的特點“全三脫”冶煉——干法除塵技術(shù)432）工藝流程及主要設(shè)備組成圖1干法除塵工藝流程圖“全三脫”冶煉——干法除塵技術(shù)44①節(jié)水節(jié)電：與濕法相比可節(jié)水約30%；節(jié)電約20～30%；②凈化效率高有利于環(huán)境保護：凈化后煙氣含塵量為～20mg/Nm3，甚至可降到10mg/Nm3

以下；③系統(tǒng)阻力小，風機運行費低，壽命長，維修工作量小；④占地面積是濕法的一半，不需要濁環(huán)水沉淀池及污泥處理設(shè)施；⑤回收的含鐵干粉塵便于燒結(jié)的再利用，污染環(huán)境小，符合循環(huán)經(jīng)濟要求。

轉(zhuǎn)爐干式除塵具備節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢，并隨著其技術(shù)的不斷完善，近年來國內(nèi)外一些新建或改造的煉鋼廠都采用了干式除塵。目前該技術(shù)在歐洲應(yīng)用的比較穩(wěn)定，但在國內(nèi)還不夠理想。1）轉(zhuǎn)爐干式除塵的特點“全三脫”冶煉——干法除塵技術(shù)452）工藝流程及主要設(shè)備組成圖1干法除塵工藝流程圖“全三脫”冶煉——干法除塵技術(shù)463）轉(zhuǎn)爐干式除塵的主要技術(shù)難點（1）干式除塵與傳統(tǒng)的OG除塵的比較轉(zhuǎn)爐干式除塵在靜電除塵器中有火種，一旦煙氣中CO、H2、O2等成分達到爆炸條件，在靜電除塵器中就會卸爆；而OG除塵煙道中通常沒有火種，即使煙氣成分達到爆炸條件也不會爆炸。（2）京唐公司轉(zhuǎn)爐與常規(guī)轉(zhuǎn)爐干式除塵的比較常規(guī)轉(zhuǎn)爐冶煉，鐵水中Si、Mn含量較高，開吹前期有Si、Mn氧化期，煙氣中的CO含量較低，不易發(fā)生爆炸；而“全三脫”冶煉的脫碳爐，鐵水中Si、Mn含量比較低，沒有Si、Mn氧化期，開吹后就發(fā)生激烈的C、O反應(yīng)，煙氣中CO含量較高，易發(fā)生爆炸?？刂泼撎紶t開吹卸爆是京唐轉(zhuǎn)爐干式除塵的關(guān)鍵?！叭摗币睙挕煞ǔ龎m技術(shù)474）煤氣卸爆的條件右圖為Salzgitter鋼廠提供的干法除塵系統(tǒng)煤氣爆炸的較精確的成分、溫度范圍。煤氣發(fā)生爆炸的一般條件是：（1）煙氣成分進入可燃燒爆炸范圍（氫氣很低的含量如0～3%以上或CO大于12%，同時O2大于5%）；（2）煙氣溫度低于燃燒溫度610℃；（3）系統(tǒng)內(nèi)部存在“火種”。煤氣卸爆比較復(fù)雜，下面重點分析討論京唐轉(zhuǎn)爐干式除塵卸爆的問題?！叭摗币睙挕煞ǔ龎m技術(shù)485）脫碳轉(zhuǎn)爐開吹“卸爆”問題的提出目前世界上轉(zhuǎn)爐采用干式除塵的都是常規(guī)冶煉，該技術(shù)在常規(guī)轉(zhuǎn)爐的應(yīng)用目前是比較成熟的，特別是在國外。但是在國內(nèi)也還存在除塵系統(tǒng)發(fā)生“卸爆”多和除塵不穩(wěn)等問題。京唐轉(zhuǎn)爐“全三脫”冶煉采用干式除塵是世界第一家。轉(zhuǎn)爐雙聯(lián)工藝在脫碳轉(zhuǎn)爐吹煉全三脫鐵水時，與常規(guī)轉(zhuǎn)爐不同的是：吹煉前期沒有Si、Mn氧化煙氣，直接產(chǎn)生碳氧化煙氣；脫碳轉(zhuǎn)爐不加廢鋼，導(dǎo)致熔池溫度快速上升，含有大量CO的煙氣迅速產(chǎn)生。合理控制前燒期確保產(chǎn)生足量的“不可爆氣體”會變得困難，這將是造成轉(zhuǎn)爐開吹“卸爆”的根源。寶鋼二煉鋼吹煉三脫鐵水、包鋼二次下槍時發(fā)生開吹卸爆明顯增多的情況就很說明問題?！叭摗币睙挕煞ǔ龎m技術(shù)49京唐脫碳轉(zhuǎn)爐吹煉的是“全三脫”鐵水，正常供氧強度會很快產(chǎn)生大量的CO煙氣，為保證“前燒期”煙氣全部燃燒必須提罩操作。若按正常3.4供氧強度開吹，并且完全燃燒將產(chǎn)生約320000N