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1、转炉脱磷少渣炼钢工艺技术 发展与现状,宝钢炼钢厂,铁水脱磷基本冶金原理 国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状 宝钢转炉脱磷少渣炼钢工艺技术的研究和开发,内 容,第一部分 铁水脱磷基本冶金原理,铁水在氧化性渣下的脱磷反应可表述如下： 2P+5(FeO)(P2O5)+5Fe （1） 3(FeO)+(P2O5)(3FeOP2O5) （2） (1)式+(2)式： 2P+8(FeO)(3FeOP2O5)+5Fe （3） 由于在14001600时，(3FeOP2O5)不稳定，为了有效脱磷，则必须使渣中磷在高碱度下生成更稳定的化合物(4CaOP2O5)，即发生置换反应： (3FeOP2O5)4(CaO)(4
2、CaOP2O5)+3(FeO) （4）,铁水脱磷基本冶金原理,(3)式+(4)式： 2P+5(FeO)+ 4(CaO)(4CaOP2O5)+5Fe （5） 其平衡常数为： Kp与温度的关系为：lgKp51875/T-33.16 由此可得出铁水脱磷反应的热力学基本条件是： 高(CaO)，脱磷产物 (3FeOP2O5) (4CaO P2O5)。 高(FeO)，一般经常采用的脱磷剂如铁矿石、烧结矿、氧化铁皮、转炉炉渣等，要求其(FeO)含量不低于20%。 低温度，温度为12501400对脱磷有利。,铁水脱磷基本冶金原理,第二部分 国外转炉脱磷少渣炼钢技术的 发展与现状,国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展
3、与现状,混铁车/铁水包内铁水脱磷工艺技术的开发,1978年7月新日铁君津厂开发了铁水脱硅、脱磷技术，于19821983年在君津一、二炼钢相继投产，称之为ORP工艺。 将传统转炉进行脱硅、脱磷、脱硫、脱碳的工序分3段进行，以使各工序在热力学最佳条件下进行冶炼。 3段工序在高炉出铁槽中进行脱硅；在铁水罐或混铁车内进行脱磷、脱硫；在转炉中进行脱碳。 工艺流程为：,ORP工艺（Optimized Refining Process）,国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状,铁水沟 脱硅,铁水包,高炉,复吹转炉 （脱碳）,混铁车,混铁车内 脱磷脱硫,扒渣,ORP工艺要点,在高炉出铁沟的铁水表面上加入铁矿粉或
4、高氧化铁粉，将铁水中的硅含量降到0.15%。 脱磷脱硫粉剂：54轧钢铁鳞、30石灰、8CaF2和2CaCl2的石灰基粉剂。 渣的碱度控制在36。该系统有2个喷吹站，能在45min内同时处理2个290t的混铁车，其中喷吹时间25min。 脱磷工序目标值视冶炼钢种要求而异。冶炼低磷钢要求铁水P含量0.01%0.02%，冶炼普碳钢要求铁水P含量0.03%0.05%。,国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状,ORP-M工艺（Optimized Refining Process-Modified ）,从1984年开始，大分厂在君津ORP工艺基础上进行改进，于1986年6月ORP-M工艺在大分厂投入生产使用
5、。 工艺流程为：,混铁车 脱硅,铁水包 扒渣,高炉,复吹转炉 （LD-OB）,倒铁水入 铁水包,铁水包喷吹 脱磷脱硫,铁水包 真空吸渣,国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状,ORP-M工艺要点,采用混铁车内脱硅，铁水包内脱磷脱硫。 脱硅处理是采用两根喷枪向混铁车铁水喷入CaO、FeO和O2，铁水Si由0.35%降至0.10%； 脱硅铁水倒入铁水包，铁水包吊放置于转盘上（有4个处理工作位置），完成去除脱硅渣（真空吸渣器）和铁水的脱磷脱硫，由扒渣机扒除脱磷脱硫渣。 1988年12月大分厂又对铁水的脱磷脱硫系统进行了改造，新增了顶部投入氧化铁和顶吹氧功能。在不到11min的处理时间内，P可以从处理前
6、0.090.10降到0.016以下（铁水包容量340t）。 一个ORP-M脱磷站，处理周期只需18min（11min脱磷处理7min准备工作），月处理铁水可达51万t。,国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状,SARP工艺（Sumitomo Alkati Refining Process）,住友金属进行可用于工业性生产的脱磷工艺的研究始于1970年。到1982年5月住友金属鹿岛厂建立了SARP系统，其处理能力为2000t/d铁水。 既在铁水沟中脱硅，又在混铁车内进行脱硅，最终的硅含量大约为0.1。然后在混铁车内采用喷吹苏打灰进行脱磷、脱硫，渣子用真空吸渣法排出。 其流程为：高炉铁沟脱硅（锰矿石或
7、铁矿石）混铁车（烧结矿脱硅）混铁车（喷吹苏打灰脱磷） 处理后铁水P0.01%，S0.003%。 这种方法的效率高，生产低磷钢时精炼成本较低，但缺点是在处理过程中产生大量烟雾，钠的损失大且会污染环境，没有得到大规模推广使用。,国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状,住友金属和歌山厂铁水脱磷工艺,从1982年7月开始，以生产极低磷钢用铁水为目的，在150t混铁车内用生石灰作脱磷剂进行了喷吹试验。 其后又在50t铁水罐内进行喷吹试验，并取得进展，于1984年7月,作为大量的铁水脱磷处理设备开始投入生产。 150t混铁车脱磷处理铁水主要是供转炉生产低磷钢、高碳钢、高锰钢；50t铁水罐脱磷铁水是供AOD生
8、产不锈钢。1985年11月，月处理铁水量达24万t，约占全部铁水量的70%。 由于转炉采用小渣量操作工艺，有助于生产费用的降低。,表2-1 脱磷剂组成及粒度,国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状,混铁车/铁水罐脱磷工艺存在的主要问题,铁水温降大 当采用铁水脱硅、磷工艺时，铁水显热和化学热均降低。以君津厂为例,铁水脱磷前后温降一般均大于100，铁水脱磷后至兑入转炉时还要下降30左右，因此兑入转炉铁水温度仅为1240，从而给转炉吹炼带来诸多困难。由于热量不足，使转炉炉料中废钢比大幅度降低，同时往往造成吹炼中渣铁粘附氧枪，尤其当冶炼高碳钢时更会感到热量不足，甚至有时需要外供热源，如喷吹或加入焦碳以弥
9、补转炉吹炼热量的不足。,表2-2 君津厂铁水脱磷前后成分及温度变化（1984.111985.01）,国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状,混铁车/铁水罐脱磷工艺存在的主要问题（续）,脱硅脱磷剂消耗量大 脱硅剂一般在高炉出铁槽中加入，加入量视高炉铁水原始含硅量及出铁速度而异。当高炉铁水Si在0.3%左右时，脱硅后铁水Si含量0.15%时，吨铁需加入脱硅剂30kg。 脱磷剂一般在混铁车或铁水罐中加入，加入量视铁水原始含磷量及残留渣量而异，当铁水含硅量为0.15%时，欲将铁水中磷降至0.01%0.02%时，吨铁脱磷剂耗量约为50kg。,国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状,混铁车/铁水罐脱磷工艺存在
10、的主要问题（续）,铁水供送系统流程复杂 由于采用铁水脱硅、磷技术，使从高炉至炼钢供送铁水的工序有所增加，传搁时间有所延长，延长时间每次约为2h。铁水脱硅、磷与不脱硅、磷(仅脱硫)的工序比较见表2-3。,表2-3 两种工艺路线的比较,国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状,混铁车/铁水罐脱磷工艺存在的主要问题（续）,铁水罐、混铁车装铁水量减少 由于脱硅、磷在铁水罐或混铁车内加入大量脱硅、磷剂，化学反应较为激烈，为了抑制铁水温降过大，采取吹入部分氧气时喷溅更为激烈，因此需在铁水罐或混铁车上部留出适当反应空间，从而导致装入铁水量减少，不利于与转炉装入量的匹配。 铁水罐或混铁车内衬成本增加 由于铁水脱硅
11、、磷产生大量酸性渣，使内衬侵蚀加剧，原用粘土质内衬已不能满足要求，一般将内衬改为Al2O3-SiC-C质耐材，但其导热系数较大，使铁水温降加剧。且Al2O3-SiC-C质耐材价格高，使铁水运输费用有所增加。,国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状,转炉铁水脱磷工艺技术的开发,由于在鱼雷车和铁水包中脱磷存在一些问题，许多厂家纷纷研究在转炉内进行脱磷的预处理方法，最早的是日本神户制钢神户厂采用的炉，随后住友金属、新日铁、日本钢管也纷纷研究开发并采用了这一技术。 1983年，神户制钢神户厂炉脱磷脱硫工艺。 1987年，住友金属鹿岛厂SRP工艺。 1989年，新日铁名古屋厂LD-ORP工艺。 1995年
12、，NKK福山厂LD-NRP工艺。 其它转炉铁水脱磷工艺。,国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状,神户制钢的炉铁水预处理,由于该厂的产品中，中、高碳钢的比例较大，转炉的脱磷负荷大， 1983年，该厂研究开发的炉铁水脱磷、脱硫预处理投入使用。,图2-1 炉铁水预处理的流程,铁水沟喷吹脱Si,脱P、S,转炉脱C,国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状,炉进行铁水脱磷、脱硫处理特点,进行铁水预处理时炉的形状比混铁车好，其反应的效率高、反应速度快，可在较短的时间内连续完成脱磷、脱硫处理； 可以用块状生石灰和转炉渣代替部分脱磷粉剂； 脱磷过程中添加部分锰矿，可提高脱磷效率，而且铁水中的锰含量也可提高。,表2
13、-4 铁水脱硅、脱磷前后成分,国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状,SRP工艺（Simple Refining Process）,住友金属开发了一种在顶底复吹转炉中进行铁水脱磷的新方法SRP法，于1987年4月应用于工业生产取代SARP法。 SRP工艺特点： (1) 复吹的脱磷炉可用廉价的脱磷剂进行快速处理，在10min的处理时间内，可得到磷含量0.02%的低磷铁水； (2) 在底吹气体的流量为0.10.14Nm3/t.min的条件下可溶化7%的废钢。1998年，该厂在160t的脱磷炉上，将底吹气体的流量从0.14Nm3/t.min增加到0.35Nm3/t.min。结果随底吹气体流量的增加，磷
14、的分配比、石灰的溶解度、铁的收得率提高，渣中(FeO)含量降低，从而可进一步提高脱磷速度、减少渣量； (3) 脱碳炉采用脱磷铁水吹炼时，由于送氧速度和脱碳速度达到平衡，少渣吹炼的条件下提高了锰的收得率。即使不用添加焦炭，终点时锰含量也能达到0.7%0.8%； (4) 与常规工艺相比，用此工艺冶炼一般钢种时，石灰的用量可减少一半。,国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状,表2-5 住友金属鹿岛厂SRP工艺试验和操作条件,国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状,LD-ORP工艺,1989年12月新日铁名古屋钢厂采用转炉方式铁水预处理（LD-ORP），处理铁水的比例达98%以上。 工艺流程为： 高炉混铁
15、车兑铁到铁水包转炉（脱Si、P、S）BOF LD-ORP是在以前第一炼钢厂的LD-PB炉（有底部喷粉能力的160tLD转炉）上增强底吹能力，利用底部喷粉能力，实现转炉的高速脱硅、脱磷能力（脱磷时间约12min）以及高速脱硫处理（后吹脱硫时间约6min）。 处理分两步进行：脱磷脱硅剂使用CaCO3，从转炉底部喷入铁水中，以增强搅拌能力，促进脱磷。脱磷处理的时间约10min；脱硫剂则用Na2CO3复合CaO，时间约7min，总体处理时间都在27min内。 耐材方面，由于喷粉对耐材的破坏较大，虽然也使用镁碳砖炉衬，但侵蚀严重。因此采用了添加尖晶石及SiC的镁碳砖，结果侵蚀速度从原先的0.24mm/c
16、h降为0.08mm/ch。,国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状,表2-6 LD-ORP脱磷脱硫处理的操作条件（名古屋厂）,国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状,LD-NRP工艺,为了使炼钢工艺合理化、提高生产效率、改善产品品质，NKK福山厂三炼钢于1995年3月将转炉改为脱碳、脱磷兼用炉。 在高炉经过脱硅的铁水被送入转炉型的脱磷炉后，加入块状的渣料，在复吹的条件下进行脱磷操作。加入的铁水经12min处理，磷可从最初的0.106%降为0.025%。,表2-7 福山厂转炉进行铁水脱磷处理的操作条件,国外转炉脱磷少渣炼钢技术的发展与现状,LD-NRP工艺（续）,2座转炉分别在炉役前半期进行脱碳炼钢(大约4000炉)，炉役后半期作为脱磷
