中国转炉炼钢技术的进步

中国转炉炼钢技术的进步

刘 浏

(钢铁研究总院)

摘 要 本文在分析国内转炉炼钢的技术现状的基础上，总结了国内在铁水脱硫预处理、转炉长寿工艺与长寿复吹技术、高效冶炼工艺等方面的经验，并提出今后的技术发展方向。 关键词 炼钢 转炉 铁水预处理

1 前 言

目前，转炉炼钢法仍是世界上最主要的炼钢生产方法。由于中国劳动力便宜，废钢资源紧缺，电价昂贵等资源、社会特点，进一步促进了转炉炼钢技术的发展。根据2001年的统计，转炉钢产量为1．18亿吨，占当年全国钢产量1．37亿吨的86％[1]，也说明转炉炼钢是中国目前最主要的炼钢方法。

随着中国经济的迅速发展，2003年人均GDP首次突破1000美元，达到1090美元，中国经济的繁荣和旺盛的市场需求促进了中国钢铁工业的迅速发展，同时也促进了转炉炼钢技术的不断进步。

本文总结近五年来中国转炉炼钢技术的发展，并对目前存在的问题和今后的发展方向提出具体的看法。

2 中国转炉炼钢的生产概况

根据2001年国内大中型钢铁企业统计：国内共有转炉223座，转炉公称吨位总计为10960吨。国内转炉生产状况详见表l。

表1 2001年国内转炉生产状况统计

从表1中可以看出，我国大、中、小型转炉的炉型结构基本合理，其中大型转炉19座，其公称吨位总计为4180吨，占国内转炉公称吨位总量的38．1％；中型转炉42座，其公称吨位总计为3981吨，占36．3％；小型转炉162座，公称吨位总计为2800吨，占25．6％。

从实际生产能力分析，小型转炉仍是目前国内钢铁生产的主体。其钢产量在2003年达到8425万吨，占全国当年转炉钢总产量的51％；而大、中型转炉产量分别为3524．7万吨和3665．7万吨，分别占当年全国转炉钢产量的21．7％和22．5％。

从生产品种上分析，小型转炉以生产普碳钢建筑材为主，主要和小方坯连铸机配合生产，通常未采用铁水预处理、计算机终点控制和炉外精炼等先进工艺装备。中型转炉是今后我国钢铁生产的主力炉型，承担着增加钢产量和扩大转炉钢品种的双重任务，其品种范围包括热轧带钢(与薄板坯连铸连轧生产线配套)、中厚板、各类优质碳素钢(如重轨、硬线)、特殊钢(包括弹簧、齿轮、轴承、冷镦等钢种)和高附加值钢铁产品(如不锈钢、冷轧硅钢等)。大型转炉主要生产热轧带钢。目前，国内绝大多数大、中型转炉均采用了铁水脱硫预处理、炉外精炼、计算机终点动态控制等先进技术，装备精良，工艺流程先进，是我国钢铁工业先进生产力的代表。

表2给出目前国内大、中、小型转炉技术经济指标的比较。

表2

分析表2可以看出，目前国内小型转炉的强化冶炼指标已达到国际领先水平。小转炉通

3常采用高速供氧技术强化冶炼，供氧强度一般在3．5Nm／t．min以上，其中济钢、莱芜

钢厂等十余家钢厂的供氧强度超过4．0Nm3／t．min，使吹氧时间缩短到11~13min，平均冶炼周期达到24．7min。在此基础上加快生产节奏，使日历作业率平均达到85％以上，最高达到97．7％。并采用适当扩大装入量的方法，降低炉容比，提高单炉产量，使转炉的利用系数平均达到64．872 t／t·d，最高达到96·236 t／t·d。相比之下，国内大、中型转炉的冶炼强度虽然已接近或达到国际先进水平，但与国内小转炉相比尚有较大的差距。 3 铁水脱硫预处理技术的进步

采用铁水预处理工艺，是改善转炉钢水质量和提高生产效率的重要保证，也是现代化钢铁厂的基本标志之一。近几年，国内转炉厂开始大量推广采用铁水预处理技术，积累了丰富的经验。1991年国内铁水预处理量仅为69万吨，铁水预处理比仅为1．82％；至2001年，铁水预处理量达到3200万吨，预处理比例为26．1％；预计到2005年，铁水预处理量将超过6886万吨，预处理比例达到50％[3]。经过多年的实践，在引进国外先进设备的基础上，结合国内特点不断改进、优化和创新，使不少钢厂铁水脱硫工艺达到国际先进水平。如武钢二炼钢KR法脱硫工艺搅拌头寿命超过500次，处理温降≤28℃，脱硫用石灰粉剂消耗仅为

4．69kg／t钢，脱硫成本仅为20元／t铁[4]，上述指标均已超过国外同类钢厂水平[5]。

最近几年，国内大力发展镁脱硫铁水预处理工艺，先后引进了美国、欧洲和俄罗斯的铁水脱硫于艺，比较了混合喷吹法、复合喷吹法和纯镁喷吹法三种工艺。实践证明，采用喷镁脱硫工艺优于以KR法为代表的石灰剂脱硫方法，主要的优点是：渣量小，处理温降低，铁损少。在三种镁脱硫工艺中，纯镁喷吹工艺略显优势，其主要优点是：

(1)硫效率高。纯镁喷吹法脱硫效率>95％，而复合喷吹法约为80％，混合喷吹法脱硫效率不稳定；

(2)处理时间短。纯镁喷吹纯处理时间为5~8min，而复合喷吹法约为l0min；

(3)处理温降小。纯镁喷吹处理过程温降平均为8．12℃，而复合喷吹法温降约为8．14℃；

(4)铁损低。纯镁喷吹的平均铁损为7．1kg／t，而复合喷吹法为10~12kg／t。

由于纯镁喷吹工艺具有上述优点，可使吨铁处理成本降低到15元以下。

今后几年，国内铁水脱硫技术将会进一步普及，主要的技术发展方向是：

(1)为了扩大铁水预处理能力，实现100％铁水脱硫预处理，需要进一步提高脱硫速度，缩短处理周期。

(2)改进扒渣工艺。目前，国内采用脱硫预处理铁水炼钢的转炉厂回硫现象十分严重，通常达到200~300％，回硫的主要原因是铁水带渣、辅料含硫过高和废钢造成的。因此，改进扒渣工艺，在保证扒渣效果的前提下，进一步降低铁损是至关重要的。

(3)努力降低铁水脱硫预处理成本，使脱硫成本

4 转炉炼钢技术的进步

近几年国内转炉炼钢技术进步很快，主要是推广采用了以下先进技术。

4．1长寿转炉技术

自1997年以来，国内大力开展溅渣护炉技术的研究开发和推广应用工作，使转炉炉龄大幅度提高，如图1所示[6]。至2002年国内95．2％的转炉采用了溅渣护炉技术，大型转炉平均炉龄达到10181．5炉，中型转炉平均炉龄达到15298．2炉，部份小型转炉钢厂的平均炉龄也已达到10316炉。由于炉龄的提高，给工厂带来巨大的经济效益，表3给出武钢、莱钢、三明钢厂在炉龄超过万炉以后，随着炉龄的增长，技术经济指标的变化情况[7]。从表中可以看出，随着炉龄延长到3万炉以上，炉役期产钢量同步增长，耐火材料消耗和吨钢成本也相应逐年降低。

图1 表3

国内转炉溅渣护炉的基本经验概括为：

(1)根据冶炼钢种和生产工艺的差别，选择正确的溅渣工艺；

(2)提高N2压力，优化溅渣工艺；

(3)正确选择开始溅渣的时机，实现炉衬零浸蚀；

(4)溅渣与补炉相结合，严格控制溅渣后的转炉炉型；

(5)加强烟罩水冷炉口等设备维护，延长其寿命。

4．2长寿复吹工艺

转炉溅渣后炉龄大幅度提高，如何实现全程复吹，提高底吹喷嘴的寿命是全世界钢铁厂

急待解决的重大技术难题。为了解决这一问题，国内转炉厂发明了炉渣蘑菇头保护底吹透气砖的先进技术，使底吹喷嘴的一次寿命与炉龄同步，并保证复吹比100％。表4给出炉渣透气蘑菇头与金属蘑菇头的技术比较[8]，从表中可以看出，炉渣蘑菇头以氧化物为主，体积大，透气性良好。经水模实验证明，在相同的气量下，由炉渣蘑菇头喷射出来的细小气泡搅拌熔池，可使熔池混匀时间缩短40~50％[9]。图2给出武钢二炼钢炉龄达到30368炉时，出钢后的炉底照片。此时炉底厚约400mm，四支底吹喷嘴清晰可见，完好无缺，说明炉渣蘑菇头对底吹喷嘴的保护效果极佳。

表4,图2,3

全炉役期内底吹喷嘴的工作状况，可采用连续测定终点钢水[C]·[O]浓度积来衡量：对于顶吹转炉，由于熔池缺乏搅拌，[C]·[O]一般大于0．003；而对于正常状态下的复吹转炉，碳氧浓度积[C]．[O]≤0．0028。图3给出整个炉役期内(30，368炉)，终点钢水氧含量的变化趋势。说明在整个炉役期内采用长寿复吹工艺都能获得良好的冶金效果。

4．3复吹转炉强化冶炼技术

国内小型转炉强化冶炼的基本经验归纳为：提高供氧强度，缩短吹氧时间；加快生产节奏，提高转炉作业率；适当扩大装入量，提高转炉利用系数。借鉴小转炉强化冶炼的成功经验，在大、中型转炉上推广转炉高效冶炼技术，可以获得显著的经济效益。制约转炉强化冶炼的因素主要包括炉容比、成渣速度、吹炼平稳性和终点控制水平。如图4所示，随着转炉供氧强度的提高，炉气发生量大幅度增加，炉内泡沫渣的高度可以按下式计算： 公式1

提高供氧强度，使吹炼过程渣液面高度上涨，严重时溢出炉口，成为高效供氧的限制环节。为了解决这一问题，应当进一步减少渣量，改进化渣工艺，实现提前化渣。采用复吹工艺提高吹炼前期熔池的搅拌强度，可以加快石灰的熔解，提高前期成渣速度，达到减少喷溅的目的，实现平稳吹炼。采用复吹技术后，终点碳氧反应趋于平衡，如图5所示，终点碳、温波动较小，有利于实现计算机终点动态控制，进一步缩短后期操作时间。

图4,5

本钢炼钢厂150吨转炉采用复吹转炉强化冶炼工艺，在炉容比仅为0．67的条件下，使供氧强度提高到3．7Nm3／t．min，冶炼周期平均缩短22min。表5给出150吨转炉采用强化冶炼工艺前、后冶炼周期的变化情况。

表5 150吨转炉强化冶炼前、后周期时间对比／min

本钢150吨转炉采用复吹转炉强化冶炼工艺后获得明显的经济效益：

(1)幅度提高了钢产量，年增产钢量100万吨：

(2)高了钢水质量，终点钢水[C][O]≤0．0023，终点磷平均为0．0042％，平均脱磷率达到90．3％；

(3)降低了生产成本，平均出钢碳为0．06％的工艺条件下，终渣FeO平均降低到12．75％，钢中残锰高于0．08％，平均降低生产成本7．5元／t钢；

(4)实现负能炼钢，采用强化冶炼工艺之前，本钢炼钢工序能耗为23．5kg标准煤／t，采用强化冶炼工艺之后，工序能耗降低到﹣0．66 kg标准煤／t。

4．4今后转炉炼钢技术的发展

为了满足国内市场的需求，要求国内转炉生产技术进一步发展，重点解决以下问题：

(1)全面推广铁水脱硫预处理工艺，基本实现100％铁水脱硫；

(2)尽快解决目前转炉回硫较严重的问题，充分发挥铁水预处理的效果；

(3)在大、中型转炉上推广高效复吹转炉冶炼技术，进一步提高转炉的生产能力；

(4)开发和推广转炉全自动吹炼技术。

5 结 论

(1)转炉炼钢是目前中国最主要的炼钢方法，转炉炼钢技术的进步对我国炼钢生产技术的发展起到巨大的推动作用；

(2)近五年来，铁水脱硫预处理工艺和以长寿复吹转炉高效复吹工艺为代表的转炉炼钢技术得到迅速的发展，取得了明显的经济效益；

(3)今后要进一步发展完善铁水脱硫和转炉炼钢技术，促进我国钢铁工业的繁荣。

参考文献

1 中国钢铁协会，冶金工业信息标准院，2001年中国钢铁统计，2001．

2 刘浏，复吹转炉强化冶炼工艺研究，钢铁，2004(待发表).

3 Su Tiansen．The Ⅷ International Symposium for desulphurization of hot metal and steel，Sep．26～27，2002，InAnifyAustria．4 1．

4刘炳宇，纯镁铁水脱硫技术的应用，炼钢，2002，18(4)：1—2．

5邓崎琳等，铁水脱硫预处理技术在武钢的应用，炼钢，2002(18)：9-15·

6殷瑞钰，中国连铸的快速发展，钢铁，2004(39)增刊：1-7·

7 赖兆奕，转炉长寿与“经济炉龄”，2003年中国钢铁年会论文集，北京，Vol.3：292. 8 Liu Liu，Development of the Technique of long campaigns combined Blown Converter．Proceeding ot 2th Korea﹣China Symposium on advanced steel Technology．2001，July 2-4，Pohaug·Korea·76·

9 Liu Liu，Progress in Converter Steelmaking in China，9th China—Japan Symposium On Science and Technology of Iron and Steel，2001，Nov．8—9，Xina．Chnia．116．