转炉脱磷工艺近年来,随着我国钢材的发展,对低磷钢的生产要求越来越高,对高级别钢特别是低磷钢的需求大大增加,这些产品对钢中磷的质量分数提出了很高的要求,大多要求磷含量低于0.015%;低温用钢管、特殊深冲钢、镀锡板要求钢中磷低于0.010%;一些航空、原子能、耐腐蚀管线用钢要求磷低于0.005%,所以超低磷钢将成为以后发展的主要方向。
下面是关于国内外对超低磷钢的生产研究。
以及现场的一些主要工艺过程。
一国际上对超低磷钢的研究日本发明的转炉脱磷工艺主要方法有:JFE的LD-NRP法,住友金属的SRP法,神户制钢的H炉,新日铁的LD-ORP法和MURC法。
其操作方式住友有两种,第一种是采用两座转炉双联作业,一座是脱磷,另一座接受来自脱磷炉的低磷铁水脱碳,即“双联法”,典型的双联法工艺流程为:高炉铁水—铁水预处理—转炉脱磷—转炉脱碳—二次精炼—连铸;第二种是在同一座转炉上进行铁水脱磷和脱碳,类似传统的“双渣法”。
德国发明的转炉脱磷工艺:TBM工艺(蒂森底吹技术)目前双联法是生产超低磷钢的最先进转炉炼钢法,其主要优势是:炉内自由空间大,允许强烈搅拌钢水,顶吹供氧,高强度底吹,不需要预脱硅,废钢比较高,炉渣碱度比较低,渣量低,处理后铁水温度较高(1350),脱磷效率明显提高。
1转炉脱磷新工艺1.1JFE福山制铁所福山制铁所,有两个炼钢厂(第二炼钢厂和第三炼钢厂)。
该制铁所是日本粗钢产量最好的厂家。
第三炼钢厂有2座320T的顶底复吹转炉,采用LD-NRP工艺(双联法),一座转炉脱磷,另一座转炉脱碳,转炉脱磷能力为450万t/a。
该厂1999年开始全量铁水转炉脱磷预处理。
转炉脱磷指标:吹炼时间为10分钟,废钢比为7%~10%;氧气流量为30000立方米/h,底吹气体为3000立方米/h;石灰消耗为10~15kg/t。
转炉脱碳指标:炉龄低于脱磷转炉,转炉在炉役前期用于脱碳,炉役后期用于脱磷,炉龄约7000炉;石灰消耗5~6kg/t。
第二炼钢厂有3座250t顶底复吹转炉;采用传统‘三脱’工艺(NRP),“三脱”处理能力420玩吨/年。
该厂统计的生产数据表明,铁水罐内脱磷处理周期长,产能低;LD—NRP技术与常规冶炼技术相比,每吨钢的成本降低5美元左右。
此外,JFE京滨炼钢厂的两座330t转炉也采用双联法炼钢。
1.2住友金属鹿岛制铁所住友金属鹿岛制铁所有两个炼铁厂,第一炼铁厂3座250t转炉,采用该公司发明的SRP法(双联法)炼钢,第二炼钢厂2座250t转炉,采用常规冶炼工艺。
第一炼钢厂一座转炉脱磷,另两座转炉脱碳(二吹一),脱磷铁水富余25%,运送给第二炼钢厂。
脱磷转炉指标:吹炼时间为8min;冶炼周期为22Min;废钢比为10%(加轻废钢);出铁温度为1350;渣量为40kg/t。
脱碳转炉指标:吹炼时间为14min;冶炼周期为30Min;锰矿用量为15kg/t(Mn回收率:30%~40%);渣量为20kg/t(以干渣方式回收)。
1.3住友金属和歌山制铁所住友金属和歌山制铁所粗钢产能390万吨。
炼钢生产采用SRP法,100%铁水经转炉脱磷。
该厂脱磷转炉与脱碳转炉设在不同跨,脱磷转炉和脱碳转炉的吹炼时间9~12min,转炉炼钢的冶炼周期在20min以内。
一个转炉炼钢车间供钢水给三台连铸机,是目前世界上炼钢生产节奏最快的钢厂。
SRP法优点是:(1)可采用较高磷含量的低价铁矿石炼铁,铁水磷含量放宽至0.10%~0.15%,降低了矿石采购成本;(2)炼钢时,可以使用锰矿石取代MnFe合金;(3)与高拉速连铸机相匹配,加快了大型转炉的生产节奏;(4)脱碳炉渣可返回用于脱磷转炉,炼钢渣量显著降低;(5)脱磷炉渣不经蒸汽稳定化处理,可直接铺路;降低了炉渣处理成本;(6)建立起高效率,低成本,大批量生产洁净钢的平台,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;(7)工序紧凑。
1.4神户制钢由于神户制钢生产的高碳钢比例较大,转炉的脱磷负荷大,铁水脱磷,脱硫预处理用H炉(专用转炉),处理过程分两步:首先在高炉出铁沟用喷吹法对铁水进行脱硅处理,用撇渣器去除脱硅渣后,将铁水在兑入H炉进行脱磷,脱硫。
脱磷时,喷吹石灰系渣料,同时顶吹氧气;脱磷后,在喷入苏打粉系渣料脱硫。
经预处理的铁水再装入另一座转炉进行脱碳。
用H炉进行铁水脱磷,脱硫处理具有如下特征:(1)H炉内空间大,进行铁水预处理时,炉内反应效率高,反应速度快,可在较短的时间内连续完成脱磷,脱硫处理;(2)可用块状生石灰和转炉渣代替部分脱磷渣;(3)脱磷过程中添加部分锰矿,可提高脱磷效率,且增加了铁水中的猛含量。
1.5新日铁八幡制铁所新日铁八幡制铁所有两个炼钢厂,第一炼钢厂2座170t转炉,采用传统的三脱工艺;第二炼钢厂2座350t转炉生产采用新日铁名古屋制铁所发明的LD—ORP工艺(双联法)见下图:1.6新日铁君津制铁所新日铁君津制铁所有2个炼钢厂,第一炼钢厂和第二炼钢厂均采用KR法脱硫(S<=0.002%)。
第一炼钢厂有3座230t复吹转炉;第二炼钢厂有2座300t复吹转炉,采用LD—ORP法和MURC(双渣法)法两种工艺炼钢。
LD—ORP法渣量少,可生产高纯净钢。
脱磷转炉弱供氧,大渣量,碱度2.5~3.0,温度为1320~1350,纯脱磷时间约为9~10min,冶炼周期约20min,废钢比通常为9%,为了提高产量,目前废钢比已达到11%~14%,经脱磷后钢水(P<=0.002%)兑入脱碳转炉,总收得率92%以上。
转炉的复吹寿命约4000炉。
脱碳转炉强供氧,少渣量,冶炼周期为28~30min,脱碳转炉不吃废钢。
从脱磷至脱碳结束的总冶炼周期约为50Min.恰好与连铸机的浇灌周期50~60min相匹配。
日本大型钢铁厂转炉双联法生产指标参见下表1.7新日铁室兰制铁所和大分制铁所新日铁室兰制铁所(2座270tLD—OB转炉)和大分制铁所(3座370t复吹转炉)受设备和产品的限制,难于采用“双联法”工艺,为此全部采用了新日铁开发的MURC 工艺,在同一转炉上进行铁水脱磷和脱碳吹炼,类似传统炼钢的“双渣法“。
采用MURC工艺,在同一座转炉上可连续脱硅脱磷除渣和脱碳。
工艺过程是:铁水在转炉中的脱硅脱磷后倒炉排渣,保留铁水,脱磷渣一般倒出50%;然后造脱渣进行脱碳,脱碳后出钢,脱碳渣可直接留在炉内用于下一炉脱磷吹炼;MURC工艺冶炼周期约33~35min,见下图采用这种工艺,通常铁水和脱碳渣物流方向相反,废钢比多,碱度低低温(约1350)操作,可达到高效脱磷,炉渣热循环,减少炼钢渣量和石灰用量。
MURC法中间扒渣是其最突出的特点。
如果扒渣不稳定,含磷渣排出少,将影响脱磷效果和脱碳的正常运行。
因此,MURC法的关键是中间扒脱磷渣的操作稳定。
在脱磷吹炼末期,会出现一定量的泡沫渣,可有效的利用渣的泡沫化进行扒渣。
渣的泡沫化是中间扒渣的关键,应注意控制脱磷吹炼渣的成分和碱度。
1.8德国的TBM脱磷工艺TBM是由蒂森一克虏博炼钢厂转炉炼钢的一种冶炼工艺,该技术除了具有传统底吹的冶金效果之外,还具有显著的底吹深脱磷功能。
它主要是通过独特的环形布置的底枪提高供气强度,为脱磷提供良好的动力学条件,从而提高转炉脱磷率。
同时也使转炉终点碳.氧反应更接近平衡,从而降低了钢中氧含量。
TBM技术是一个喷气模型系统,其有如下优点:非常高的气体喷吹速度,完善的搅拌效果,压力损失低,对溅渣操作没有不良影响。
炉底喷嘴的数量、尺寸及布置方式根据每一个转炉具体的容量和形状确定。
总的气体流量将均匀地分布到每一个供气管线上,在每条供气管线上均安装有流量计和调节阀,用以精确调整底吹气体的压力和流量。
二我国国内对超低磷钢的研究以及这方面的探索中国包钢与北京钢铁研究总院进行了中磷铁水转炉内脱磷试验。
宝钢开发的BRP 技术已获2005年中国冶金科技成果一等奖,并成功地应用于一炼钢二炼钢和不锈钢分厂。
鞍钢也对转炉脱磷新工艺进行了大量的研究,并申请了多项专利。
2.1宝钢BRP技术宝钢2002年开始进行转炉双联法脱磷(BRP)技术研究。
为了满足BRP工艺技术要求,宝钢对一炼钢的300t转炉顶,底吹系统进行了改造。
BRP是宝钢拥有自主知识产权的技术,申请专利7项,技术秘密14项。
技术及科研投入达4133.73万元。
2002~2005年项目总经济效益约为6亿元。
BRP工艺生产的主要是低磷和超低磷钢,包括管线钢,IF钢,帘线钢,石油钻杆钢等,脱磷炉停吹时,磷含量平均在0.015%以下,最低达到0.003%,钢坯磷含量低于0.006%,进行少渣吹炼时,脱磷和脱碳后的总渣量低于60kg/t。
BRP工艺对于拓展品种,提高钢水品质以及实现效益最大化有重要作用。
2.2首钢脱磷工艺近年来,首钢为了提高自身产品在市场中的竞争力,投资近两亿元,在第三炼钢厂兴建了LF精炼炉和VD真空脱气设备,并改造了一台130 mm×130 mm八流小方坯连铸机,使该厂具备了优质长材坯料生产条件。
在开发和生产82B、77B、72A等高碳品种的过程中,针对钢中磷含量要求严格的问题,进行了转炉脱磷冶炼工艺研究,很好应用了转炉双渣操作和终点低拉增碳相结合的冶炼工艺,降低了钢水磷含量,提高了钢的洁净度和产品质量。
首钢第三炼钢厂目前的转炉冶炼控制情况,并针对商碳钢中磷含量高的问题,提出了转炉双渣操作与冶炼终点低拉增碳相结合的脱磷冶炼控制工艺,以提高钢水的洁净度和产品质量。
2.3首钢迁安钢铁厂的使用副枪转炉脱磷工艺近年来,随着科技的进步,对钢材的纯净度要求越来越严格。
大多优质钢种都要求磷含量低于0.015%;特殊深冲钢、镀锡板要求钢中磷低于0.010%;一些航空、耐腐蚀管线用钢要求磷低于0.005%。
因为钢中的磷可降低钢的冲击韧性,尤其是低温冲击韧性,磷的枝晶偏析使板材产生带状组织,造成钢板的各向异性。
所以生产优质钢,不仅对炉外精炼工艺要求较高,对转炉冶炼要求也十分严格,研究开发、冶炼低磷钢水是许多钢厂急需解决的难题。
首钢迁钢原转炉脱磷率仅为75%左右,自采用副枪系统后,脱磷效果明显改善,脱磷率提高至85%以上。
根据副枪模型数据、加料情况、钢样和渣样化验数据,结合声纳化渣图,分析了首钢迁钢转炉脱磷率提高的原因,为今后进一步优化脱磷工艺提供依据。
2.4本钢转炉脱磷工艺的研究随着本钢生产工艺及设备的不断改进与完善,一些特殊钢种(薄板钢种、深冲钢等)相继投入生产。
这些钢种对钢的纯净度要求越来越高,尤其对钢中的[P]含量的要求也越来越低,最低值在0.0085以下。
针对我厂的生产工艺条件,如何稳定有效的控制[P]含量,满足钢种的要求,有必要对转炉脱磷工艺进行研究。
利用副枪在吹炼过程中进行取样、测温,根据所取试样的化学成分、吹炼工艺参数对炼钢过程的脱磷进行了分析,了解脱磷的时机、特点以及影响脱磷的因素。