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1、 首钢京唐公司 “全三脱”冶炼技术首钢京唐公司 2011年5月1前言自从首钢京唐公司钢铁厂项目开展可行性研究 以来，社会各界就给予了高度重视，尤其是对其 “全三脱”冶炼工艺，更是备受瞩目。国内知名 冶金专家对炼钢工艺都提出了宝贵意见，并提出 了各自的先进理念。京唐公司炼钢作业部在广泛 听取各方建议的基础上，做了大量的分析研究工 作，最终采用了许多国际先进的工艺技术，如转 炉干法除尘、高炉供转炉铁水运输的“一罐到底 ”技术、“全三脱”冶炼工艺、高效连铸机、大 型精炼设备采用国产化等。2一、概述二、传统与“全三脱”流程洁净钢生产特 点三、京唐采用“全三脱”工艺存在的难点四、“全三脱”冶炼工艺生产实
2、践五、典型钢种生产六、难点问题解决情况七、辅原料消耗情况八、结论3一、概述 1、转炉炼钢技术进步分析 1）炼钢转炉功能的解析-集成方面的创新20世纪50年代以前，长期以来总以为一种工艺 、一个装置的功能越多越好，而忽视整个制造流 程生产的总体发展趋势。例如平炉就是一个实例 ，平炉确实有很多功能，一度曾是主要的炼钢方 法，但由于其冶炼周期过长、能耗高，很难与新 兴的连续铸钢工艺经济地匹配起来，因而，随着 全连铸体制钢厂的推行，平炉炼钢工艺趋向萎缩 。4随着科学研究的不断深化，钢铁制造流程的不断创新，逐步认识到必须注意对炼钢炉的功能进行解析与集成，淘汰一些不适合炼钢炉承担的功能（例如脱硫功能等），
3、开发、集成一些优化的功能（例如快速脱碳、快速升温等）。 5炼钢炉的功能优化应遵循以下原则: 遵循物理化学原理来优化选择化学冶金功能 ，兼顾质量、成本和效率； 优化炼钢过程的时间节奏和温度制度，保持 物质流顺畅、高效率； 以功能-结构-效率的连锁优化促进与前后工 序在动态运行过程中的协调等。可以清楚地看出，现代氧气转炉的功能将定位 在以脱碳、升温为主和适度的脱磷上。其它功能 应分别分解到铁水预处理装置或二次冶金装置分 担。62）铁水预处理与全量铁水在线 “三脱”处理的 技术效果与经济效益铁水预处理工艺对现代氧气转炉炼钢厂而言， 尤显重要。其重要性已从原来冶炼一些对含硫量 要求特别严的钢种开始，发
4、展成为炼铁炼钢 凝固过程优化不可分割的重要环节。由于转炉预 处理铁水进行脱磷工艺的开发，正在形成一种全 量铁水进行“三脱”处理的技术进步模式。全量 铁水“三脱”的概念是所有进入转炉炼钢的铁水 都要经过“三脱”预处理。72、关于铁水“全三脱”工艺的价值1）建立起高效、低成本的洁净钢生产工艺平台， 提高产品竞争力；2）可以使用较高含P的矿石，铁水含磷可以放到 0.10.15，有利于降低矿石采购成本；3）有利于脱碳转炉使用锰矿，还原成钢水Mn， 可以降低合金成本；4）脱碳转炉渣可为脱磷转炉使用，并少加石灰；5）加快转炉（大型）冶炼节奏，适合于现代高拉 速板坯铸机匹配运行，提高生产效率；6）有利于运行
5、过程时间紧凑，实现节能。不能将其价值局限在冶炼超低磷钢。83、“全三脱”冶炼工艺技术国内外发展简况根据所用的不同容器，铁水脱磷可分为两类：一 种是在铁水包或鱼雷车中进行脱磷，另一种就是在 转炉内进行铁水预处理脱磷。与混铁车内或铁水包 中进行的铁水预处理相比，在转炉内进行脱磷预处 理的优点是转炉的容积大、反应速度快、效率高、 可节省造渣剂的用量，吹氧量较大时不易发生严重 的喷溅现象，也不存在鱼雷车和铁水包中脱磷时温 降大、处理时间长等问题，有利于生产超低磷钢， 尤其是中高碳的超低磷钢。因此，近年来在转炉内 进行铁水脱磷的工艺技术得到了较大的发展。9我们把通过转炉进行铁水脱硅、脱磷预处理，再 通过
6、转炉进行铁水脱碳精炼的工艺称为转炉两步炼 钢工艺，即一座转炉进行铁水脱磷操作，另一座转 炉接受来自脱磷炉的低磷铁水进行脱碳操作。该工 艺20世纪90年代产生于日本，现在日本住友金属和 歌山厂、川崎制铁水岛厂、NKK 福山厂、新日铁室 兰厂以及韩国浦项光阳厂等均采用转炉两步炼钢法 冶炼工艺进行大规模生产。转炉两步炼钢工艺，日 本住友和歌山厂称SRP法、新日铁室兰厂称LD-ORP法 、NKK 福山厂称LD-NRP法。典型的两步炼钢工艺流 程为高炉铁水一铁水脱硫预处理一转炉脱磷一转炉 脱碳一二次精炼一连铸。10宝钢从2002年开始进行了BRP(Baosteel BOF Refining Proces
7、s)技术研究，即宝钢转炉脱磷一 脱碳两步炼钢工艺技术研究。主要是低磷和极低 磷钢，包括管线钢、IF钢、帘线钢、石油钻杆钢 等钢种，脱磷炉停吹磷的质量分数平均在0.015% 以下，最低达到0.003%，成品磷的质量分数低于 0.006%，进行少渣吹炼时，脱磷和脱碳后的总渣 量小于60 kgt。114、首钢京唐公司“全三脱”工艺简介首钢京唐公司现有2座5500m3高炉，高炉转炉界面采用“一罐到底”技术运输铁水，运输铁水罐容量为300吨。炼钢厂配有4个300tKR脱硫站、2座300t脱磷炉、3座300t脱碳炉；精炼配有RH、CAS、LF炉，连铸采用双流板坯连铸机，工艺流程如下图。1213脱硫工艺是采
8、用脱硫效率高且脱硫效果稳定的 机械搅拌KR法，脱磷工艺是采用转炉法。工艺布 局特点是转炉采用双高跨布置，即分为脱磷预处 理转炉跨和脱碳转炉跨。2009年5月23日京唐公司 炼钢投产后，随即转炉进行了“全三脱”冶炼工 艺试验，经过不断摸索、改进，“全三脱”比例 已达到80以上，“全三脱”工艺生产稳定、顺 行，生产出的钢水纯净度较高，与常规冶炼相比 ，“全三脱”冶炼消耗较低，初步实现了低成本 生产洁净钢的目标。14二、传统流程与“全三脱”流程洁净钢生 产特点 1、传统流程传统洁净钢生产流程（如图2）可以生产出高洁净度钢水，但由于钢水提纯主要依靠炉外精炼，造成工艺流程长，生产工艺波动造成钢水质量不稳
9、定；能耗高、成本高、CO2排放量高。15图2传统洁净钢生产流程16传统流程存在的基本矛盾：1）炼钢回硫，需LF炉二次脱硫；2）低碳脱磷，造成钢、渣过氧化；3）钢水过氧化，增大脱氧剂消耗；4）脱氧产生大量夹杂，需长时间“软吹”；5）炉渣利用效率低，难以实现渣循环。17传统流程存在的上述基本矛盾造成该流程生产 洁净钢存在以下缺点：1）由于钢水提纯依赖炉外精炼，造成生产批量 小，不能大批量生产洁净钢；2）由于流程存在回硫、低碳脱磷和钢水过氧化 等问题，造成磷、硫和钢中夹杂物控制不稳定；3）由于渣量大，不能形成渣循环，造成生产成 本高，生产效率低。182、“全三脱”新流程“全三脱”流程是洁净钢生产新流
10、程的理论 基础，其特点是在最佳的热力学条件下单独进行 脱硫、脱硅、脱磷、脱碳等反应，大幅度提高反 应效率，以达到提高生产效率、降低生产成本和 提高钢水洁净度的目标。洁净钢生产新流程以铁 水预处理作为钢水提纯的重点，转炉成为洁净钢 生产的主体。通过减少渣量和实现炉渣循环降低 生产成本。19流程特点： 1）采用铁水高效脱硫工艺和废钢处理技术，严 格控制转炉回硫；2）采用转炉脱硅、脱磷工艺，实现高碳脱磷;3）采用脱碳炉少渣冶炼工艺，避免炉渣污染;4）高碳出钢，真空下冶炼低碳钢，避免钢水过 氧化；5）减少渣量，脱碳炉渣作为脱磷剂返回脱磷炉.新流程实现高效低成本稳定大批量生产洁净钢，20开发目标是：1）
11、转炉生产效率提高1倍；2）转炉直接生产S+P100 10-6的洁净钢；3）转炉洁净钢生产成本低于传统工艺普通钢。213、两种洁净钢生产新流程的技术评价将传统洁净钢流程与日本洁净钢生产新流程相比较，可看出新流程在洁净钢生产方面具有明显的技术经济竞争力，具体数据如下表（两种流程比较）：22技术经济指标传统洁净钢流程洁净钢新流程生产效率供氧时间(min) 冶炼周期(min) 日产炉数(炉/座) 生产能力(t/公称t年)1217 2845 2530 10000810 2025 5060 1500020000洁净度（%）转炉终点P S H N P+S0.0080.020 0.0080.015 0.000
12、3 0.0020 0.0250.0300.0020.005 0.0020.005 0.00015 0.0015 0.010.015消耗石灰(kg/t)(铁水 Si0.4%) 渣量(kg/t) 氧耗(Nm3/t) 钢铁料消耗(kg/t)(转炉 ) 锰铁消耗(kg/t) 铝耗(kg/t)6070100120 50 1085标准(1.0) 2.53.525305070 45 10750.5 0.51.0成本节铁(吨铁2000元计算) 节约合金 减少渣量 其它（备品件及人工） 总计标准 标准 标准 标准 标准-20元/t -15元/t -10元/t +8元/t -37元/t 23三、京唐采用“全三脱”
13、工艺存在的难点1、干法除尘干法除尘是来自欧洲的先进环保工艺，该技术 在常规转炉的应用目前是比较成熟的，特别是在 国外，但是在国内也还存在除尘系统发生“卸爆 ”多和除尘不稳等问题。两步炼钢技术是来源于 日本的先进冶炼工艺，但是日本全部采用的是湿 法除尘技术。京唐转炉“全三脱”冶炼采用干式除尘是世界 第一家。转炉“全三脱”工艺在脱碳转炉吹炼“ 全三脱”铁水时，与常规转炉不同的是：吹炼前 期没有Si、Mn氧化烟气，直接产生碳氧化烟气；24脱碳转炉不加废钢，导致熔池温度快速上升，含 有大量CO的烟气迅速产生。合理控制前烧期确保 产生足量的“不可爆气体”烟气会变得困难，这 将是造成转炉开吹“卸爆”的根源
14、。宝钢二炼钢厂吹炼由鱼雷罐处理的“全三脱” 铁水时“卸爆”显著增多的事实已经证明了我们 的分析和担忧。这首先是技术问题，同时也是实 践问题，需要从理论和实践两个方面入手，如果 解决不好将会制约整个生产的顺行和达产、达效 。252、自动化炼钢对于京唐双联冶炼工艺，因工艺的特殊性，国 内及欧洲还未涉足双联工艺冶炼自动控制技术， 日本较多的钢铁企业采用双联冶炼工艺生产模式 ，在自动化控制方面具有一定水平，但技术保密 ，不对外进行技术输出，因此无法实现依靠外部 量来实现双联冶炼工艺的自动化控制技术。因此，京唐需要完全自主开发“全三脱”自动 化炼钢技术。263、其它1）少渣溅渣技术。由于脱碳炉采用少渣冶
15、炼工艺，渣量只有40Kg/t以下，因此，如何保证溅渣效果，确保炉衬厚度保持在合理范围是一个难点；2）热量问题。由于在转炉工序多一次铁水倒运，因此，当产量不足时，存在热量不足问题。27四、“全三脱”冶炼工艺生产实践 1、KR脱硫项目脱硫剂消 耗(Kg/t)终点S ( %)0.005 比例脱硫前温 度脱硫后温 度处理温降 周期 (min)搅拌头寿 命范围5.18.4 00.00898.51307146 71283 1434125938.4283次平均6.070.0021421.41393.727.7表2 京唐公司KR法某月脱硫主要技术参数28京唐公司铁水100%经KR脱硫，为了保证钢水的纯净度和满
16、足连铸工艺要求，KR脱硫后，铁水中 的S含量要求全部0.005，实际0.005的比 例达到98.5，平均终点S含量为0.002%以下，深 脱硫可达到0.001以下，脱硫剂消耗和综合指 标达到国内先进水平。同时为生产洁净钢创造了 有利条件。292、脱磷、脱碳、常规冶炼基本工艺制度 项目装入制度造渣制度供氧制度底吹模式脱磷铁水：288吨 废钢：36吨石灰：根据Si含 量配加 碱度：1.82.2控 制氧枪：4孔脱磷专 用氧枪 供氧强度： 1.32.0Nm3/t.min底吹：16支 强度：0.20.3 Nm3/t.min脱碳半钢铁水：318吨石灰：根据P含 量配加 碱度：3.54.5控 制氧枪：6孔脱碳专 用氧枪 供氧强度： 3.23.6Nm3/t.min底吹：8支 强度：0.080.20 Nm3/t.min常规铁水：288吨 废钢：36吨石灰：根据Si含 量配加 碱度：3.23.8 控制
