一種耐候鋼冶煉新方法實(shí)踐

蒙玉勇  胡建光

（寶鋼股份上海梅山鋼鐵股份有限公司 煉鋼廠 江蘇 南京 210039）

摘  要：通過對(duì)耐候鋼冶煉操作方法改進(jìn)，即鐵水硫含量＜0.03%時(shí)，鐵水只扒渣不脫硫，鐵水硫含量≥0.03%時(shí)，鐵水按目標(biāo)值0.02%脫硫，轉(zhuǎn)爐加渣鋼渣鐵代替部分廢鋼，轉(zhuǎn)爐出鋼混沖脫硫，LF爐脫硫的新工藝；轉(zhuǎn)爐出鋼混沖脫硫率達(dá)到20%左右，LF一次脫硫率達(dá)到60%以上，完全能夠滿足耐候鋼硫上限要求；耐候鋼冶煉轉(zhuǎn)爐鋼渣堿度在1.7左右，LF爐精煉渣堿度在6-8；成功冶煉耐候鋼6.1萬(wàn)噸可節(jié)約生產(chǎn)成本62.56萬(wàn)元。

關(guān)鍵詞：工藝優(yōu)化；混沖脫硫；脫硫鎂粉；堿度

A New Method of weathering resistant steel smelting process

MENG Yuyong，HU Jianguang

(Baosteel Shanghai Meishan Iron & Steel Co. , Ltd Nanjing 210039，China)

Abstract: By improving the weathering resistant steel smelting process,when the sulfur content of molten iron is less than 0.03%, the molten iron is only desulphurized and the sulfur content of molten iron is ≥0.03%,The molten iron is desulfurized by 0.02% of the target value , Converter out of steel blending desulfurization, LF furnace desulfurization process; converter outflushing desulfurization rate of about 20%, LF once a desulfurization rate of 60% or more, fully meet the requirements of weathering steel sulfur ceiling; weathering resistant steel smelting converter steel slag In 1.7 or so, LF furnace refining slag basicity in the 6-8; successful smelting weathering resistant steel 61,000 tons can save production costs of 625,600 yuan.

Key words: process optimization；mixed desulfurization；magnesium desulfurization；basicity

耐候鋼為中硫高磷鋼種，其磷含量為0.07-0.11%，硫含量上限為0.0125%；目前，梅鋼耐候鋼冶煉方法為，鐵水預(yù)處理脫硫扒渣，轉(zhuǎn)爐脫碳、脫磷、升溫，LF爐脫硫，連鑄澆鑄；由于箱板為高磷鋼種，轉(zhuǎn)爐脫磷任務(wù)輕，加入石灰系造渣劑少，爐渣堿度低（2.5左右），轉(zhuǎn)爐冶煉加入渣鐵、渣鋼，渣鐵、渣鋼中硫含量高，轉(zhuǎn)爐冶煉過程中回硫率可達(dá)500-1000%，為使硫元素合格，鋼水需在LF爐進(jìn)一步脫硫。

現(xiàn)有冶煉方法的問題在于鐵水預(yù)處理脫硫過程中加脫硫劑脫硫扒渣后，兌入轉(zhuǎn)爐，轉(zhuǎn)爐加渣鋼渣鐵又重新回硫，鐵水預(yù)處理脫硫作用被部分或全部抵銷。

轉(zhuǎn)爐冶煉過程中本身具有30-35%的脫硫能力，尤其在硫含量較高時(shí)脫硫能力更為顯著，加之轉(zhuǎn)爐出鋼加石灰混沖脫硫，鐵水脫硫后兌入轉(zhuǎn)爐冶煉耐候鋼，很大程度上變成回硫過程，未使轉(zhuǎn)爐脫硫能力完全釋放，反而增加了成本。這與當(dāng)下鋼鐵企業(yè)降本增效和利潤(rùn)最大化經(jīng)營(yíng)目標(biāo)相左。

因此，需要優(yōu)化設(shè)計(jì)耐候鋼新的冶煉方法，鐵水預(yù)處理降低脫硫等級(jí)或只扒渣不脫硫，合理控制轉(zhuǎn)爐出鋼溫度和出鋼過程爐渣改性，充分發(fā)揮LF爐脫硫能力，通過新工藝路徑試驗(yàn)分析及運(yùn)行，達(dá)到降低該鋼種的冶煉成本的目的。

1 耐候鋼新脫硫工藝操作制定

1.1 耐候鋼冶煉原有工藝操作

（1）鐵水預(yù)處理脫硫扒渣，脫硫按神經(jīng)元模型計(jì)算，脫到目標(biāo)硫所需的鎂粉和石灰粉量噴吹預(yù)處理脫硫，扒渣按照正常規(guī)定扒渣；

（2）耐候鋼是高磷鋼，轉(zhuǎn)爐冶煉磷壓力小，為了更好的解決內(nèi)部資源，轉(zhuǎn)爐加渣鋼渣鐵，節(jié)約成本；出鋼加鋼包渣改性劑進(jìn)行鋼包渣改性；

（3）LF爐加熱造渣、吹氬攪拌提供脫硫熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)條件，軟吹氬攪拌去夾雜。

原有工藝路徑的問題在于鐵水噴吹鎂粉脫硫后，轉(zhuǎn)爐加渣鋼渣鐵含硫高，反而大量回硫，未能夠充分發(fā)揮預(yù)處理脫硫的實(shí)際意義，轉(zhuǎn)爐出鋼混沖脫硫以及LF爐本身具有強(qiáng)脫硫能力，未使其脫硫能力完全釋放。這與當(dāng)下降低原輔料消耗和利潤(rùn)最大化相背。

1.2 耐候鋼冶煉新工藝操作

為了進(jìn)一步降低耐候鋼綜合成本，對(duì)以下（GV5950E1/GV5950E2/GV5950E3）耐候鋼全部加渣鐵渣鋼工藝進(jìn)行優(yōu)化規(guī)范，要求脫硫和轉(zhuǎn)爐按照如下工藝進(jìn)行控制操作并執(zhí)行。

（1）對(duì)于該類鋼種集中加渣鋼、渣鐵過精煉爐脫硫的耐候鋼，其鐵水初始硫在0.03%以下的爐次，只扒渣不脫硫；鐵水硫≥0.03%的爐次按照目標(biāo)0.02%脫硫；

（2）轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度按照目標(biāo)1660±10℃控制，減少精煉爐因加熱而產(chǎn)生的電耗成本。

（3）轉(zhuǎn)爐出鋼執(zhí)行二煉鋼鋼包渣改性渣料加入方案，出鋼過程要保證鋼流和加入的石灰充分混合，提高轉(zhuǎn)爐出鋼混沖脫硫效果。

（4）LF爐脫硫能力釋放、微調(diào)溫度的箱板冶煉工藝，通過新工藝路勁試行。

1.3 耐候鋼冶煉工藝操作改變流程圖對(duì)照

根據(jù)耐候鋼冶煉原有工藝和新工藝要求，繪制詳細(xì)流程圖，耐候鋼冶煉原有工藝流程圖見圖1，新工藝流程圖見圖2.

2 工序硫控制及效益計(jì)算

為了更好的了解耐候鋼冶煉工序硫含量及對(duì)應(yīng)脫硫率，統(tǒng)計(jì)梅鋼二煉鋼耐候鋼冶煉月工序平均硫含量及脫硫率，具體數(shù)據(jù)見表1.

表1 月度平均工序硫含量及脫硫率

2.1 鐵水預(yù)處理硫控制

梅鋼鐵水預(yù)處理脫硫采用復(fù)合噴吹法脫硫。復(fù)合噴吹法脫硫工藝主要是向鐵水中噴吹Mg粉和石灰粉進(jìn)行脫硫。

鎂粉脫硫原理分兩個(gè)步驟：鎂粉在以氮?dú)鉃檩d氣傳輸通過噴槍噴入高溫鐵水中，鎂首先氣化并溶入鐵水中，鎂粉在鐵水中的溶解成液態(tài)鎂和氣態(tài)鎂都能與硫迅速反應(yīng)生成固態(tài)硫化鎂，上浮進(jìn)入渣中，經(jīng)過鐵水扒渣去除。

通過表1中脫硫數(shù)據(jù)計(jì)算繪制脫硫率變化曲線圖見圖3.

從圖3可以得到，在耐候鋼新工藝操作實(shí)施前，即2016年3月之前鐵水預(yù)處理脫硫率在80-92%之間，耐候鋼新操作要求實(shí)施后，鐵水脫硫率下降到50-75%；其主要原因是新工藝操作要求鐵水硫含量低于0.03%的爐次只扒渣不脫硫，硫含量≥0.03%的爐次降低脫硫等級(jí)，所以脫硫率有明顯下降。

2.2 轉(zhuǎn)爐硫控制

轉(zhuǎn)爐冶煉的脫硫率在30 % ~ 35%之間，入爐鐵水硫含量越高，廢鋼硫含量越低轉(zhuǎn)爐脫硫效率越高，當(dāng)入爐鐵水低于150ppm時(shí)，轉(zhuǎn)爐脫硫效率很低，甚至由于廢鋼、輔料含硫，會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)爐0脫硫率或回硫現(xiàn)象。

在氧氣頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，脫硫反應(yīng)主要是轉(zhuǎn)爐渣脫硫，一般認(rèn)為脫硫主要反應(yīng)式為：

[FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO)                       （1）

[FeS]+(MnO)=(MnS)+(FeO)                      （2）

轉(zhuǎn)爐脫硫所需的有利條件[1]：需要較高的溫度；較高堿度的轉(zhuǎn)爐渣；需要爐渣中FeO含量低；大的轉(zhuǎn)爐渣量；好的熔渣流動(dòng)性。

耐候鋼磷含量較高，因此轉(zhuǎn)爐造渣主要采取爐渣堿度2.0~2.5造渣工藝，因此該鋼種在轉(zhuǎn)爐對(duì)于脫硫有利的因素主要是采取適當(dāng)高溫、低氧化性進(jìn)行控制，以提高脫硫效率。

通過表1中轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)鋼水硫含量及氬站鋼水硫含量數(shù)據(jù)計(jì)算繪制轉(zhuǎn)爐出鋼混沖脫硫的脫硫率變化曲線圖見圖4.

由表1看出，鐵水脫硫等級(jí)降低后，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)硫含量并沒有明顯上升，這也與入爐鐵水硫含量高且加渣鋼渣鐵轉(zhuǎn)爐冶煉時(shí)，轉(zhuǎn)爐脫硫率得以釋放這一理論相吻合。圖4可看出，轉(zhuǎn)爐出鋼混沖脫硫脫硫率穩(wěn)定在15-25%之間，這一操作減輕了LF爐的脫硫壓力。

2.3 LF精煉爐硫控制

LF 精煉爐冶煉過程中脫硫反應(yīng)為：

[FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO)               （3）

在LF精煉爐內(nèi)可以創(chuàng)造非常好的脫硫熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件：通過脫硫石灰，造高堿度還原渣；電弧加熱，提高鋼水和爐渣溫度；通過調(diào)節(jié)鋼包底吹吹氬流量，保證較強(qiáng)烈攪拌鋼水，增大有效反應(yīng)界面積，促進(jìn)鋼渣間的反應(yīng)，從而提高脫硫速率。

造白渣是LF精煉脫硫的重要環(huán)節(jié)，白渣形成的越早，LF還原精煉時(shí)間就越短，精煉脫硫效果就會(huì)越好[2]。

通過實(shí)驗(yàn)研究表明，在LF爐脫硫生產(chǎn)中，控制好爐渣氧化性、堿度、渣量和底吹氬條件、保證一定的精煉時(shí)間，其脫硫效率可達(dá)80-90%[3-4]。為了進(jìn)一步驗(yàn)證這一理論，對(duì)梅鋼耐候鋼冶煉LF爐脫硫情況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

通過表1中氬站鋼水硫含量及LF爐出站鋼水硫含量數(shù)據(jù)計(jì)算繪制LF爐脫硫的脫硫率變化曲線圖見圖5.

由表1看出，工藝操作改變前后，LF精煉爐出站樣硫含量能滿足耐候鋼冶煉硫含量要求，圖5看出LF爐脫硫率能保持在60%左右，這也充分證明了LF精煉爐具有強(qiáng)脫硫能力。

2.4 新工藝操作控硫效果試驗(yàn)

為了能夠充分發(fā)揮轉(zhuǎn)爐、精煉爐的脫硫能力，開發(fā)了耐候鋼深脫硫新工藝，目的能夠低成本、且快速脫硫。轉(zhuǎn)爐出鋼混沖脫硫，LF精煉脫硫，分步脫硫控制要點(diǎn)如下：

   （1）調(diào)整轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)鋼水溫度和石灰加入量，轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)保證較高的出鋼溫度（目標(biāo)溫度1660℃），出鋼過程中加入脫硫石灰1000kg、改性劑500kg；出鋼過程脫硫是在短時(shí)間的鋼流強(qiáng)大的攪拌作用下所完成；出鋼4-8分鐘內(nèi)需快速地加入合金、精煉渣、脫氧劑等，增加了鋼水與加料的接觸面積與接觸時(shí)間。成渣速度快慢與否，直接影響脫硫速率的快慢，提高成渣速度，可以加快脫硫的速度和效率。低氧化性是獲得高脫硫率的關(guān)鍵之一， 如在出鋼前期未進(jìn)行脫氧操作，即使生成了足夠的頂渣，脫硫率仍然不高。因此，轉(zhuǎn)爐出鋼過程中保證鋼水的預(yù)脫氧處理，以提高脫硫率。

  （2）LF脫硫：LF爐的鋼水先根據(jù)氬站試樣決定是否進(jìn)行補(bǔ)鋁脫氧作業(yè)，然后加入渣料和鋁渣脫氧劑，使得鋼水達(dá)到脫硫條件，攪拌脫硫15分鐘，測(cè)溫取進(jìn)站樣，加熱化渣，根據(jù)進(jìn)站樣或渣樣再次補(bǔ)加渣料，加熱15~25分鐘，加熱過程的強(qiáng)攪拌亦是脫硫需要的動(dòng)力學(xué)條件，當(dāng)溫度達(dá)到目前要求時(shí)，鋼水已完成脫硫目標(biāo)要求，之后再進(jìn)行合金化和取樣出站作業(yè)。具體實(shí)施方式流程如下：

爐后出鋼加料→LF鋼水進(jìn)站→（脫氧）渣料加入攪拌→測(cè)溫取樣→加熱→測(cè)溫取樣→（渣料加入）→加熱→合金化→出站。

在采用耐候鋼冶煉新工藝條件下，現(xiàn)場(chǎng)跟蹤，系統(tǒng)導(dǎo)出試樣硫含量數(shù)據(jù)，分析計(jì)算硫含量，具體數(shù)據(jù)見表2.

表2 試樣工序硫含量

根據(jù)熔煉號(hào)A-E不同工序試樣硫含量變化繪制爐次號(hào)各工序硫含量變化曲線，如圖6所示。

從表2及圖6中可以知道轉(zhuǎn)爐出鋼混沖脫硫率在20%左右，LF一次脫硫率在60%以上，LF爐出站樣硫含量都低于0.01%，完全能夠滿足耐候鋼硫上限0.0125%的制造標(biāo)準(zhǔn)。

耐候鋼新工藝冶煉爐次F各工序渣樣成分見表3.

表3 爐次F各工序渣樣成分

從表3中數(shù)據(jù)可以看出，耐候鋼轉(zhuǎn)爐鋼渣堿度較低1.7，LF爐脫硫堿度6-8。

2.5 耐候鋼冶煉新工藝操作效益計(jì)算

耐候鋼工藝改進(jìn)改進(jìn)前后各項(xiàng)指標(biāo)見表4.

表4 耐候鋼工藝優(yōu)化前后各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)

從表4可以看出，耐候鋼工藝路徑優(yōu)化前后脫硫鎂粉單耗由0.39kg/噸鋼下降到0.15kg/噸鋼，脫硫石灰粉單耗由1.7kg/噸鋼下降到0.7kg/噸鋼，LF爐電單耗由24.03 kw.h/噸鋼下降到22.33 kw.h/噸鋼，帶渣鋼鐵料消耗由1056.47kg/噸鋼下降到1053.67kg/噸鋼。

耐候鋼冶煉新工藝從2016年4月開始現(xiàn)場(chǎng)施行，因此，效益計(jì)算時(shí)，統(tǒng)計(jì)2016年4-2017年3月梅鋼二煉鋼耐候鋼冶煉產(chǎn)量6.1萬(wàn)噸；鎂粉單價(jià)12元/kg，石灰粉單價(jià)0.6元/kg，鋼水單價(jià)2元/kg，電耗單價(jià)0.7元/kwh.t。

   經(jīng)濟(jì)效益=（降低鎂粉單耗×鎂粉價(jià)格+降低石灰粉電耗×石灰粉價(jià)格+降低鋼鐵料消耗×鋼水單價(jià)+降低噸鋼電耗×單耗單價(jià)）×鋼水量

= [（0.39-0.15）×12 +（1.7-0.7）×0.6+（1056.47-1053.67）×2 +（24.03-22.33）×0.7] ×61000

=62.65萬(wàn)元

通過新工藝優(yōu)化，不但解決梅鋼內(nèi)部多余渣鐵渣鋼回爐重?zé)捴匦吕�用的問題，變廢為寶，二煉鋼在16年3月至17年2月成功冶煉耐候鋼6.1萬(wàn)噸的前提下節(jié)約生產(chǎn)成本62.56萬(wàn)元。

通過以上分析可以得出，耐候鋼冶煉新工藝完全可行，即鐵水硫含量＜0.03%時(shí)，鐵水只扒渣不脫硫，鐵水硫含量≥0.03%時(shí)，鐵水按目標(biāo)值0.02%脫硫，轉(zhuǎn)爐加渣鋼渣鐵代替部分廢鋼，轉(zhuǎn)爐出鋼混沖脫硫，LF爐脫硫工藝完全能夠滿足耐候鋼冶煉，節(jié)約成本顯著。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）耐候鋼冶煉轉(zhuǎn)爐出鋼混沖脫硫率達(dá)到20%左右，LF一次脫硫率達(dá)到60%以上，LF爐出站樣硫含量都低于0.01%，完全能夠滿足耐候鋼硫上限0.0125%的制造標(biāo)準(zhǔn)。

（2）耐候鋼冶煉轉(zhuǎn)爐鋼渣堿度較低，其普通二元堿度在1.7左右，LF爐精煉渣堿度在6-8。

（3）耐候鋼冶煉新工藝完全可行，即鐵水硫含量＜0.03%時(shí)，鐵水只扒渣不脫硫，鐵水硫含量≥0.03%時(shí)，鐵水按目標(biāo)值0.02%脫硫，轉(zhuǎn)爐加渣鋼渣鐵代替部分廢鋼，轉(zhuǎn)爐出鋼混沖脫硫，LF爐脫硫工藝完全能夠滿足耐候鋼冶煉，成功冶煉耐候鋼6.1萬(wàn)噸節(jié)約生產(chǎn)成本62.56萬(wàn)元。

參考文獻(xiàn)

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