降低炼钢全流程钢铁料消耗工艺研究

降低炼钢全流程钢铁料消耗工艺研究

钢铁料消耗是炼钢厂一项重要的综合性技术经济指标，涉及脱硫、提钒、炼钢和连铸等炼钢生产全流程。钢铁料消耗占整个炼钢厂成本的70%以上，降低钢铁料消耗，则意味着原料投入减少，成本和能耗降低，效益明显提高。

国内外降低钢铁料采用的主要措施有：①推行全面精料炼钢，铁水脱P、S、Si后供给转炉，通过强化铁水脱硫，对铁水成分、温度、带渣量进行考核，以保证和稳定转炉生产；②转炉冶炼改善吹炼工艺，降低吹损和喷溅；提高造渣材料质量，采用活性石灰造渣，减少渣量，减少化学吹损和渣中带铁；稳定转炉操作，避免过吹及喷溅；③提高连铸比，控制中间包钢水残余量，减少断浇，提高连铸炉数和金属收得率，提高良坯收得率，降低铸损。

近年来，攀钢围绕降低钢铁料消耗进行了多年攻关，取得了一定的成绩，但实际指标与国内主要钢铁企业还有一定的差距。针对攀钢炼钢全流程钢铁料消耗仍然偏高的情况，在炼钢全流程钢铁料消耗调查基础上，结合攀钢提钒炼钢厂装备及工艺条件，采用以下技术措施：①优化脱硫提钒工艺，降低脱硫提钒铁损；②优化复吹炼钢，减少渣中带铁，降低终渣TFe；③加强连铸管理，提高单中包连浇炉数、控制大包残钢，并尽可能减少漏钢。采用以上关键技术后，攀钢脱硫提钒铁损由5.39%降低到5.21%；转炉终渣TFe含量由21%降低到19.47%；单中包连浇炉数提高了0.97炉/包次，同时中包残钢量降低0.68kg/t钢。钢铁料消耗降低显著，炼钢全流程钢铁料消耗控制为1145.45 kg/t钢，较对比降低了3.2 kg/t钢。

1 攀钢钢铁料消耗控制现状及改进技术措施

攀钢提钒炼钢厂目前拥有5个脱硫工位、2×120t提钒转炉、5×120t炼钢转炉和5台连铸机，基本上实现了炉机匹配。攀钢炼钢工艺流程见图1。目前，转炉炼钢钢铁料消耗为1072kg/t钢，与国内其他厂家消耗相比，有进一步降低的潜力。

图1 攀钢炼钢工艺流程示意图

1.1 影响全流程钢铁料消耗主要因素分析

1）铁水脱硫提钒工序

攀钢高炉采用钒钛磁铁矿冶炼，铁水低[Si]、低温，以及V、Ti元素的存在，影响了[S]在铁水中的传质；另外，高炉渣为CaO-SiO2-Al2O3-TiO2渣系，渣中TiO2含量达20%，且有少量的TiC，TiN，Ti（C，N）及其他高熔点物质，导致炉渣熔化温度升高，流动性差，脱硫反应动力学条件不好，脱硫扒渣铁损较高。

铁水提钒时吹损和钒渣带铁是钢铁料消耗的主要因素。钢铁料消耗主要表现为：①现提钒工艺难以适应不同铁水条件的变化；②钒渣TFe含量较高，使钢铁料消耗增加。

2）转炉炼钢工序

攀钢采用半钢炼钢，半钢[C]低，平均为3.93%左右，且[Si]、[Mn]均为微量。炼钢过程明显热量不足、吹损大，终渣TFe含量高。

3）钢水连铸工序

连铸工序影响钢铁料消耗的主要方面：连铸坯的切头、切尾和中间包更换的接头；中间包和大包残余钢水、铸坯火焰切割产生的割缝等。

1.2 降低全流程钢铁料消耗技术措施

为进一步降低炼钢全流程钢铁料消耗，提出以下针对性技术措施：

1）开发高效复合脱硫剂，优化脱硫喷吹工艺减少脱硫过程喷溅。

2）优化脱硫调渣工艺，降低脱硫渣带铁量。

3） 优化提钒、炼钢复吹工艺，减少炼钢深吹，降低钒渣、钢渣TFe含量。

4）优化转炉炼钢造渣工艺，降低渣中TFe含量。

5）采用板坯连铸浸入式水口快速更换技术，减少断浇、漏钢、死流、回炉，强化切头、切尾处理，提高定尺合格率，提高连铸单中包连浇炉数、降低中包残余钢水量，减少废品量。

2 降低脱硫提钒铁损

2.1 铁水条件

高炉铁水条件见表1。

表1 试验期间脱硫前铁水条件

2.2 优化脱硫剂配方

对脱硫剂的改进包括：①适当降低原M4脱硫剂的Mg含量；②适当增大原M4脱硫剂和原AD脱硫剂的发气量，提高脱硫效率；③在原M4脱硫剂和原AD脱硫剂中配加部分钠盐，降低脱硫渣黏度，在提高脱硫效率的同时进一步降低脱硫铁损；④取消原AD脱硫剂中金属铝的配量；⑤降低原M4脱硫剂CaO含量，提高原AD脱硫剂的CaO含量，以达到降低脱硫剂单耗提高脱硫效率的目的。

对比典型试验与大生产的脱硫效果发现，在脱硫效率及喷吹时间以及脱硫剂单耗优于对比炉次的情况下，试验罐次脱硫铁损为3.56%，较原M4脱硫剂降低0.16%；较原AD脱硫剂降低0.13%。

2.3 优化脱硫调渣工艺

脱硫渣渣态较稀，脱硫后扒渣困难；渣态较稠，脱硫渣流动性差，渣中金属铁含量较高，扒渣时造成直接的金属铁损失。为改善脱硫渣态，减少脱硫渣中金属铁含量，降低脱硫扒渣铁损，根据生产实际对脱硫调渣剂进行了改进。改进前后的TZ型脱硫调渣剂主要成分见表2。

表2 TZ型脱硫调渣剂改进前后主要成分指标

脱硫渣调渣剂改进前、后效果对比可见，使用高效钙基复合脱硫剂，试验罐次TFe 29.69%，较改进前对比罐次低8.33%；使用高效镁基脱硫剂，试验罐次TFe 41.22%，较改进前对比罐次低2.56%。说明加入改进后TZ型脱硫调渣剂能有效地降低脱硫渣TFe，改善渣态，有利于降低铁损。

2.4 应用复吹提钒技术

转炉提钒复吹以流量调节模式控制提钒复吹系统复吹压力，可稳定控制在0.3-1.2MPa范围内；单管复吹流量调节范围：30-200m3/h，旁通支管流量30m3/h。

复吹提钒炉次与原提钒炉次的效果对比发现，在铁水条件基本相当条件下，与原提钒炉次相比，复吹提钒炉次的半钢[C]提高了0.2%，半钢[V]降低了0.006%，钒渣TFe含量降低了2.2%，钒渣V2O5品位提高了1.31%，钒氧化率提高了3.1%。

2.5 调整钒渣渣态

通过向提钒炉内加入无烟煤对钒渣渣态进行调整。无烟煤中的C与钒渣中（FeO）发生还原反应，将Fe还原至半钢中，产生的CO2排入大气。向炉内加碳质调渣剂进行调渣，出钒渣炉次，在提枪的同时加入无烟煤200-300kg，摇炉1-2min。调渣后，钒渣的TFe含量由27.28%降低到26.15%，降低了1.13%。

2.6 脱硫提钒工序取得的效果

通过优化铁水脱硫工艺、脱硫调渣工艺，应用复吹提钒技术工艺以及调整钒渣渣态，有效降低了钒渣TFe含量和脱硫提钒铁损。钒渣TFe和脱硫提钒铁损对比发现，钒渣TFe含量较对比降低了2.2%。脱硫提钒铁损降低了0.18%。

3 降低转炉炼钢终点钢渣TFe含量

3.1 提高终点钢水碳含量

终点碳含量的高低将直接影响到转炉炉衬、钢铁料、冶金辅料等消耗，是影响转炉各项技术经济指标的重要因素，因此，在所炼钢种允许的范围内，提高终点碳含量有利于降低炼钢消耗，提高相关技术经济指标。

终点钢水碳含量与终渣TFe含量的关系见图2，随终点钢水碳含量的增加，终渣TFe含量明显下降。根据图2所示关系，将终点钢水碳含量提高到0.05%-0.07%。终点碳含量提高0.014%后，终点钢渣TFe含量降低了0.81%。

图2 终点钢水碳含量与终渣TFe 关系

3.2 炼钢转炉复吹技术的应用

炼钢转炉顶底复合吹炼是集转炉顶吹和底吹优点的综合技术，具有比顶吹和底吹更好的冶金特性，其目的是加强熔池搅拌的效果，改善转炉熔池的热力学和动力学条件，促进渣/钢间动态反应平衡。该工艺现已在世界众多钢铁企业广泛应用。氧枪供氧强度和底部供气强度的提高为半钢炼钢脱磷、脱碳提供了很好的动力学条件。在终点钢水碳含量基本相当的情况下，通过应用复吹技术，攀钢120t新转炉终点钢水氧活度降低103×10-6，终渣TFe明显下降，较无复吹炉次降低了1.69%。

3.3 调整转炉炼钢终渣渣态

转炉出钢前根据炉渣状况加入500-1000kg/炉终渣调整剂进行调渣，并在转炉零位停留2-3min后直接出钢。终渣调整剂中含有10%左右的SiC作为还原剂。加入终渣调整剂后，其中的SiC与渣中的FeO发生氧化还原反应，从而将FeO还原为Fe和CO，达到降低渣中TFe含量的目的。转炉出钢前加入终渣调整剂进行调渣后，渣中的TFe含量由原21.84%降至21.03%，降低了0.81%。

3.4 降低转炉终渣TFe效果

通过以上关键技术的应用，转炉终渣TFe含量为19.47%，较对比的21%降低了1.53%。转炉炼钢终点钢渣TFe含量得到了有效降低。

4 降低连铸工序钢铁料消耗

4.1 主要技术措施

1） 板坯连铸采用浸入式水口快速更换技术，解决浸入式水口渣线部位受保护渣侵蚀严重而影响连浇炉数的问题，提高单中包连浇炉数，降低中包残余钢水量。

2） 严格控制钢水成分，减少因成分不合格而引起的钢水回炉炉数。

3） 加强生产过程中设备故障的处理，减少对生产的冲击以及对铸坯称重的影响。

4） 加强铸机流道质量的监控，提高流道质量，减少铸坯废品。

5） 采用优化定尺切割技术，摸索钢种的收缩率，合理调节定尺长度，尽可能提高定尺合格率，加强浇钢工艺操作，减少因操作原因造成的断浇、漏钢、死流、回炉及质量缺陷。

6）强化切头、切尾处理，减少废品量。

4.2 取得的试验效果

采用浸入式水口快速更换技术后，单中包连浇炉数得到了很大程度的提高。试验炉次单中包连浇炉数平均为13.22炉/包次，较对比提高了0.97炉/包次，降低了由于单中包连浇炉数较低而引起的金属铁的损失。同时，试验炉次中包残钢量为5.12kg/t钢，较对比降低0.68kg/t钢，中包残钢量也得到了有效降低。

5 全流程钢铁料消耗降低效果

攀钢炼钢各工序及全流程钢铁料消耗对比见图3。通过对攀钢炼钢各工序工艺进行优化攻关，钢铁料消耗降低显著，炼钢全流程钢铁料消耗控制为1145.45 kg/t钢，较对比降低3.2 kg/t钢。其中，脱硫提钒较对比降低2.24kg/t半钢，转炉炼钢较对比降低1.72kg/t钢，钢水连铸较对比降低0.61kg/t钢。

图3 炼钢各工序及全流程钢铁料消耗对比

6 结论

1）通过优化铁水脱硫工艺、脱硫调渣工艺，应用复吹提钒技术工艺以及调整钒渣渣态，有效降低了钒渣TFe含量和脱硫提钒铁损，脱硫提钒铁损由5.39%降低到5.21%，降低了0.18%。

2）转炉炼钢提高终点钢水碳含量、应用复吹技术、调整终渣渣态后，转炉终渣TFe含量由21%降低到19.47%，较对比的降低了1.53%。

3）连铸工序采用“定尺切割、降低每浇次中间包残钢量以及浸入式水口快速更换技术”等技术措施，单中包连浇炉数提高了0.97炉/包次，同时中包残钢量降低0.68kg/t钢。

4）通过对攀钢炼钢各工序工艺进行优化攻关，钢铁料消耗降低显著，炼钢全流程钢铁料消耗控制为1145.45 kg/t钢，较对比降低3.2 kg/t钢。