日本鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)爐脫硅、脫磷工藝的開發(fā)

日本鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)爐脫硅、脫磷工藝的開發(fā)

1鐵水三脫磷技術(shù)隨著石油、天然氣、汽車、電子等行業(yè)的發(fā)展，對鋼材產(chǎn)量的要求越來越高。因此，純鋼和純鋼的生產(chǎn)工藝正在迅速發(fā)展。為了生產(chǎn)純凈鋼和超純凈鋼以及連鑄技術(shù)的普遍采用,鐵水脫硫、脫磷技術(shù)獲得廣泛采用。從20世紀70年代后期,鐵水預(yù)處理-轉(zhuǎn)爐-爐外精煉已成為轉(zhuǎn)爐煉鋼的優(yōu)化工藝線路。對轉(zhuǎn)爐煉鋼車間,全量鐵水脫硫已被鋼鐵界普遍接受,而對鐵水脫磷技術(shù)的采用,目前國內(nèi)鋼鐵界尚存在一定分歧。早于20世紀70年代末期至80年代初期,為了生產(chǎn)低磷、超低磷鋼種,日本各大鋼鐵公司相繼開發(fā)了鐵水罐或混鐵車鐵水三脫技術(shù)(脫硅、脫硫及脫磷),并均已投入了工業(yè)化生產(chǎn)。由于鐵水罐或混鐵車脫磷尚存在一些問題,于20世紀90年代后期,日本一些鋼鐵企業(yè)根據(jù)本廠具體條件,又相繼開發(fā)了轉(zhuǎn)爐脫磷工藝,并在日本鋼管福山廠一、二煉鋼車間、新日鐵君津二煉、住友金屬和歌山廠獲得采用,稱之為SRP工藝(SimpleRefingProcess)。2ptimi轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)爐工藝1978年7月新日鐵君津廠開發(fā)了鐵水脫硅、脫磷技術(shù),于1982～1983年在君津一、二煉相繼投產(chǎn),稱之為ORP工藝(OptimizingRefiningProcess),旨在把過去傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐進行脫硅、脫磷、脫硫、脫碳的工序分3段進行,以使各工序在熱力學最佳條件下進行冶煉。所謂3段工序是在高爐出鐵槽中進行脫硅;在鐵水罐或混鐵車內(nèi)進行脫磷、硫;在轉(zhuǎn)爐中進行脫碳。當高爐鐵水含硅量高時,尚需在鐵水罐或混鐵車中進行二次脫硅,其脫硅目標值應(yīng)為w(Si)≤0.15%,以滿足鐵水脫磷要求。3日本一些污水處理廠的鐵水脫氮性能3.1鐵、高爐出鐵該廠采用ORP工藝,鐵水脫硅在高爐出鐵槽中進行,噸鐵脫硅劑加入量一般為30kg;鐵水脫磷在混鐵車中進行,噸鐵脫磷劑(鐵礦石粉或燒結(jié)礦粉)加入量一般為50kg,平均月處理鐵水量已達20萬t,從1982年9月至1983年7月共處理鐵水量已達204萬t。高爐出鐵硅目標值為w[Si]≤0.15%;脫磷工序目標值視冶煉鋼種要求而異,當冶煉低磷鋼時,要求處理后的鐵水含磷量為w(P)0.01%～0.02%;煉普碳鋼時要求鐵水含磷量為w(P)0.03%～0.05%。3.2水、磷、灰、鐵該廠在高爐出鐵槽內(nèi)進行脫硅,在混鐵車內(nèi)進行二次脫硅,采取真空吸渣后進行鐵水脫磷,脫磷后再進行真空吸渣而后兌入轉(zhuǎn)爐。脫硅劑(燒結(jié)礦粉)在高爐出鐵槽及混鐵車中加入,噸鐵加入量為31kg;脫磷劑(蘇打灰)在混鐵車中加入,噸鐵加入量為19kg,蘇打灰可進行回收利用。經(jīng)脫磷后的鐵水成分變化見表1。3.3鐵水脫磷處理從1982年7月開始,以生產(chǎn)極低磷鋼用鐵水為目的,在150t混鐵車內(nèi)用生石灰作脫磷劑進行了噴吹試驗,其后又在50t鐵水罐內(nèi)進行噴吹試驗,并取得進展,于1984年7月,作為大量的鐵水脫磷處理設(shè)備開始投入生產(chǎn)。150t混鐵車脫磷處理鐵水主要是供轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)低磷鋼、高碳鋼、高錳鋼;50t鐵水罐脫磷鐵水是供AOD生產(chǎn)不銹鋼。1985年11月,月處理鐵水量達24萬t,約占全部鐵水量的70%。由于轉(zhuǎn)爐采用小渣量操作工藝,有助于生產(chǎn)費用的降低。脫磷劑組成及粒度見表2。ω[Si]>0.1%時為脫硅期,ω[Si]≤0.1%時為脫磷期,當頂吹氧6Nm3/min時(50t鐵水罐),在脫Si期內(nèi)鐵水溫度有些上升,因此,在脫磷期內(nèi)鐵水溫度降低得到一定改善。3.4生石灰鐵水處理該廠采用Q-BOP轉(zhuǎn)爐進行脫磷,即將鐵水兌入Q-BOP轉(zhuǎn)爐,加入脫磷劑,其中每噸鐵水加入生石灰20kg;鐵礦石28kg;吹入氧氣6Nm3,處理后鐵水成分見表3。處理后的鐵水從Q-BOP轉(zhuǎn)爐中倒出,再將熔渣排出,脫磷后的鐵水再兌入另一座Q-BOP轉(zhuǎn)爐煉鋼。3.5申城鋼在高爐出鐵槽中進行鐵水脫硅,鐵水流入鐵水罐中,經(jīng)鐵水處理爐進地脫磷,處理后兌入轉(zhuǎn)爐,處理前后鐵水成分見表4。4轉(zhuǎn)爐冶煉取得了主要成效鐵水脫硅、脫磷處理技術(shù)為日本在20世紀70年代開發(fā)的一項新的工藝,同時在日本各鋼鐵公司獲得了廣泛應(yīng)用并取得了良好效果,它已成為轉(zhuǎn)爐冶煉低磷、極低磷或超低磷鋼的重要手段。由于轉(zhuǎn)爐采用少渣冶煉,轉(zhuǎn)爐冶煉工藝也獲得改善,為提高鋼質(zhì)量和降低轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)成本提供了良好條件。盡管如此,做為普遍推廣采用這項技術(shù),在一定條件下,工藝上尚存在一些問題,需在今后進一步改進完善。4.1鐵水脫磷前后溫度從轉(zhuǎn)爐冶煉熱平衡條件而言,轉(zhuǎn)爐冶煉熱量來自鐵水帶入的顯熱及化學熱。當采用鐵水脫硅、磷工藝時,由于化學元素的燒損及加入大量脫磷劑致使鐵水化學熱及鐵水溫度降低,因此兌入轉(zhuǎn)爐的鐵水溫度偏低。以君津廠為例,鐵水脫磷前后溫降一般均大于100℃,1984年11月至1985年1月君津廠鐵水實際溫度見表5。鐵水脫磷后至兌入轉(zhuǎn)爐時還需下降30℃左右,因此兌入轉(zhuǎn)爐鐵水溫度僅為1240℃,從而給轉(zhuǎn)爐吹煉帶來諸多困難。由于熱量不足,使轉(zhuǎn)爐爐料中廢鋼比大幅度降低,同時往往造成吹煉中渣鐵粘附氧槍,尤其當冶煉高碳鋼時更會感到熱量不足,甚至有時需要外供熱源,如噴吹或加入焦碳,以彌補轉(zhuǎn)爐吹煉熱量的不足。4.2脫硅劑、磷劑、鐵水磷酸鹽系統(tǒng)脫硅劑一般在高爐出鐵槽中加入,加入量視高爐鐵水原始含硅量及出鐵速度而異。當高爐鐵水w(Si)在0.3%左右時,脫硅后鐵水含硅量為w(Si)≤0.15%時,噸鐵需加入脫硅劑30kg。脫硅劑組成見表6。脫磷劑一般在混鐵車或鐵水罐中加入,加入量視鐵水原始含磷量及殘留渣量而異,當鐵水含硅量在w(Si)為0.15%時,欲將鐵水中磷降至w(P)0.01%～0.02%時,噸鐵脫磷劑耗量約為50kg。脫磷劑組成見表7。4.3鋼供送鐵水由于采用鐵水脫硅、磷技術(shù),使從高爐至煉鋼供送鐵水的工序有所增加,傳擱時間有所延長,延長時間每次約為2h。鐵水脫硅、磷與不脫硅、磷(僅脫硫)的工序比較如表8。4.4吹入部分氧漂由于脫硅、磷在鐵水罐或混鐵車內(nèi)加入大量脫硅、磷劑,化學反應(yīng)較為激烈,為了抑制鐵水溫降過大,采取吹入部分氧氣時噴濺更為激烈,因此需在鐵水罐或混鐵車上部留出適當反應(yīng)空間,從而導致裝入鐵水量減少,不利于與轉(zhuǎn)爐裝入量的匹配。4.5粘土質(zhì)不同用量對鐵水溫降的影響由于鐵水脫硅、磷產(chǎn)生大量酸性渣,使內(nèi)襯侵蝕加劇,原用粘土質(zhì)內(nèi)襯已不能滿足要求,一般將內(nèi)襯改為Al2O3-SiC-C質(zhì)耐材導熱系數(shù)較大,使鐵水溫降加劇。且Al2O3-SiC-C質(zhì)耐材價格高,使鐵水運輸費用有所增加。5日本法脫磷法鑒于鐵水罐、混鐵車脫硅、磷工藝存在諸多缺點,為了生產(chǎn)純凈鋼、超純凈鋼和提高鋼的質(zhì)量,適當提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)率,降低生產(chǎn)成本,日本一些轉(zhuǎn)爐鋼廠于20世紀90年代中后期開發(fā)了轉(zhuǎn)爐脫磷和另座轉(zhuǎn)爐脫碳工藝,住友金屬稱之為SRP法。5.1提高轉(zhuǎn)爐爐襯壽命福山三煉原設(shè)置有2座300t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐,為了使鐵水脫磷比率增加到接近100%,于1995年采用轉(zhuǎn)爐脫磷工藝,工藝參數(shù)見表9。2座轉(zhuǎn)爐分別在爐役前半期進行脫碳煉鋼(大約4000爐),爐役后半期作為脫磷爐,2座轉(zhuǎn)爐交替使用,爐襯壽命約為8000爐。由于采用低磷鐵水使轉(zhuǎn)爐吹煉時間縮短約3min。此外,通過少渣冶煉,使轉(zhuǎn)爐終點控制得到改善。幾乎可實現(xiàn)無取樣直接出鋼,這樣出鋼到出鋼的周期時間從29min降為25min,減少4min。從而提高了單座轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)能力;金屬收得率、轉(zhuǎn)爐爐襯壽命均有所提高;降低了生產(chǎn)成本,目前福山廠二、三煉鋼廠均采用單座轉(zhuǎn)爐進行煉鋼操作,每月鋼產(chǎn)量達70余萬t。5.2鋼種脫磷、氧耗總量控制1999年3月和歌山廠新建2座210t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐,采用SRP工藝。兌入轉(zhuǎn)爐鐵水w[P]為0.1%,經(jīng)脫磷后鐵水中w[P]降至0.01%。當冶煉低磷鋼時一般脫磷后鐵水中w[P]量至0.01%～0.02%;一般鋼種脫磷后鐵水含磷量控制在w[P]為0.03%～0.05%。脫磷轉(zhuǎn)爐氧耗13Nm3/t;脫碳轉(zhuǎn)爐氧耗為45m3/t。轉(zhuǎn)爐脫磷后出半成品,采用擋渣,因此進入鋼包中渣量減少,不需扒渣;但對冶煉w(P)<0.01%的鋼種需進行扒渣。脫磷渣堿度控制在2.2～2.7,根據(jù)冶煉鋼種考慮,溫度愈低,脫磷率愈高,溫度目標值一般控制在1350℃。和歌山廠新建轉(zhuǎn)爐車間配置有帶頂槍并帶噴粉的RH裝置(RH-PB),經(jīng)RH-PB處理可將鋼中硫降低至5×10-6以下;氮降至15×10-6以下,同時可將鋼中碳、磷、氧含量降低到極低水平,從而實現(xiàn)了超純凈鋼生產(chǎn)的最佳工藝。5.3降低鋼質(zhì)、降低生產(chǎn)成本君津二煉采用了轉(zhuǎn)爐脫磷工藝,轉(zhuǎn)爐排渣后進行脫碳,轉(zhuǎn)爐冶煉渣量可降低至30kg/t左右,石灰消耗量大幅度降低,同時對鋼質(zhì)量亦有所提高并降低了生產(chǎn)成本。5.4造渣劑、造渣劑、冷卻劑、鋼的用量在轉(zhuǎn)爐脫磷吹煉中,氧槍槍位不變,頂?shù)籽鯕饬髁靠刂圃?00～700Nm3/min。在吹煉末期把供氧量降到很低,以使渣中TFe保持較高值,碳含量低些;底部攪拌氣體控制在15Nm3/min。造渣劑加入石灰、螢石,轉(zhuǎn)爐脫碳渣經(jīng)處理后達到合格塊度供脫磷用,脫碳渣加入量約為20kg/t;石灰消耗12～15kg/t;螢石2～3kg/t,加礦石作冷卻劑,過去川崎用鐵礦石,最近改用燒結(jié)礦代替。當冶煉一般鋼種時磷的目標值可控制在w(P)0.03%～0.05%。脫磷轉(zhuǎn)爐吹煉時間約為10min,其周期時間約為22～28min。脫碳轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生渣量噸鋼約為30kg,脫磷轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生渣量噸鋼為40～50kg,廢鋼加入量約為10%。由于采用轉(zhuǎn)爐脫磷,提高了單座轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)能力和鋼的質(zhì)量,同時可降低生產(chǎn)成本,據(jù)日本有關(guān)資料報導,每噸鋼可降低生產(chǎn)成本200日元左右。6混鐵車或鐵水罐脫磷近年來SRP技術(shù)在日本一些轉(zhuǎn)爐鋼廠采用,并取得了良好效果,另一些轉(zhuǎn)爐鋼廠,根據(jù)本廠具體條件仍采用混鐵車或鐵水罐進行脫磷。我國一些鋼廠是否采用鐵水脫磷或采用哪種脫磷工藝應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品方案、鐵水供送方式、車間轉(zhuǎn)爐座數(shù)和同時吹煉轉(zhuǎn)爐座數(shù),以及煉鋼與煉鐵、軋鋼生產(chǎn)能力的平衡情況等因素綜合分析確定。6.1產(chǎn)品方案6.1.1鐵水脫磷技術(shù)當生產(chǎn)不銹鋼且用高爐鐵水為部分原料時,應(yīng)采用鐵水脫磷技術(shù),脫磷后鐵水中w[P]≤0.010%～0.015%,一般采用鐵水罐脫磷。6.1.2超低磷鋼的脫磷能力低磷鋼w[P]≤0.015%;極低磷鋼w[P]≤0.01%;超低磷鋼w[P]≤0.005%,應(yīng)采用鐵水脫磷工藝,其脫磷工藝應(yīng)視現(xiàn)有鐵水供送方式如混鐵車或鐵水罐,鐵水脫磷能力應(yīng)視低磷、極低磷、超低磷鋼產(chǎn)量而定。6.1.3一般蒙鋼一般普鋼生產(chǎn)則不宜采用鐵水脫磷技術(shù)。6.2rp技術(shù)的選擇6.2.1轉(zhuǎn)爐未發(fā)揮殘余能力當轉(zhuǎn)爐車間鋼產(chǎn)量已按2吹2或3吹3設(shè)計時,則轉(zhuǎn)爐已無富余能力,在此條件一般不宜選取SRP工藝。如產(chǎn)品方案有要求時亦可采用鐵水罐或混鐵車進行部分鐵水脫磷。6.2.2提高爐襯壽命轉(zhuǎn)爐車間設(shè)計鋼產(chǎn)量按2吹1或3吹2考慮時,由于近年來采用濺渣護爐和爐襯耐火材料材質(zhì)的改善,轉(zhuǎn)爐爐襯壽命已達數(shù)千爐或超過萬爐,因此可利用1座或2座轉(zhuǎn)爐進行脫碳煉鋼;而另一座轉(zhuǎn)爐進行鐵水脫磷,如寶鋼一、二煉鋼廠均有采用SRP的條件。6.2.3未采用工藝工藝一般根據(jù)建設(shè)鋼廠的具體條件和業(yè)主要求而定。如國內(nèi)近期新建的部分轉(zhuǎn)爐煉鋼廠未采用該工藝。上海寶鋼集團一鋼公司不銹鋼工程中,其中不銹鋼系統(tǒng)采用鐵水罐脫磷,其中普鋼系統(tǒng)設(shè)置2座公稱容量為150t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐,采用SRP工藝,普鋼系統(tǒng)車間年產(chǎn)鋼230萬t。6.3比較srp和傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐工藝的路徑SRP與傳統(tǒng)工藝路線相比,工