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1、3.3我厂炼钢厂优化分析：3.3.1我厂炼钢厂简介：承德新新钒钛股份有限公司炼钢厂位于我厂集团滦河主厂区西部，占地17万平方米，其中厂房面积8.33万平方米。一期工程于1987年7月1日建成投产，二期工程于2004年0月26日建成投产，现有在册职工2247人，炼钢厂主要设备有100吨转炉两座、40吨顶吹转炉四座，连铸机五台，其中：德马克型小方坯连铸机一台、罗可普型小方坯连铸机两台，弧型四点矫直一机双流板坯连铸机一台，八机八流铸机一台；1300吨、600吨混铁炉各两座；桥式起重机35台及一些辅助设备。炼钢厂的装备，从冶炼到连铸，从供料、供水到供氧、供风，全部采用电子控制技术。PLC、交流变频、计
2、算机控制技术的应用，在主要设备上熠熠生辉，显示了炼钢设备的先进程度。特别是转炉系统、连铸系统等主要设备采用的自动调频变速装置，在国内居于领先水平。2003年实现数字信息自动采集、区域控制和整体ERP信息管理，炼钢厂投产18年来，生产以平均每年递增10%以上的速度增长，2000年后增长速度达到20%以上。主要技术指标达到省内先进水平，有些经济技术指标如：转炉平均炉衬寿命11392炉，最高达17461炉，属世界钒钛磁铁矿冶金行业最高水平；冶炼周期、钢铁料消耗指标省内第一。其他指标均居同行业中上游水平。2004年全年产钢211.85万吨、钒渣5.22万吨。主要品种有HRB335、HRB400、Q19
3、5、Q195L、Q345、Q345B、20#、Q345、25MnV圆环链、20MnSi、45#、SS300 、SS400 、CM490等。2005年炼钢厂钢产量达到241.74万吨，并且具备了年产300万吨钢和12万吨钒渣的能力。3.3.2炼钢厂生产工艺流程：3.3.2.1铁水脱硫生产工艺流程：（1）脱硫的热力学分析：采用铁水炉外脱硫可以补充转炉氧化渣脱硫能力低的缺欠。铁水进入转炉前很容易进行脱硫。用计算式表示硫活度和元素的关系式为： as=fs%s （21） lgfs=lgfs1+ lgfs2+ lgfs3+ lgfs4+ （22） fs=10ess%s+esc%c+esp%p+ （23）其
4、中，as为硫活度，fs为硫活度系数，esp表示质量浓度为1%时相互作用系数。由此可见，铁水在饱和碳的条件下fs很高，并易造成还原性气氛，有良好的脱硫条件。（2）脱硫的动力学分析：脱硫反应主要在渣铁界面进行，扩散是整体反应过程中的主要环节：（1） 硫在铁液中向渣铁界面扩散。（2） 在界面发生化学反应 。（3） 生成硫化物由反应界面向渣中扩散。则脱硫反应的速率方程为： （24）式中： A：铁水与渣的接触面积 M：铁水重量 LS0：平衡状态下渣铁分配系数 KS：硫在渣中传质系数 Km：硫在铁中的传质系数依上式分析,加快反应速率的因素为：(1) 增大渣铁间的接触面积A。(2) 提高渣铁分配系数LS0。
5、(3) 增大硫在渣液和铁液中的传质系数KS和Km。在实际中可采用以下几种措施：(1) 通过气体搅拌或机械搅拌来增大反应接触面积A。(2) LS0主要取决于脱硫剂种类的选择。(3) 由于Km比KS大得多，可降低渣粘度或提高温度来增大传质系数。综上所述，脱硫剂选用脱硫效果较好且价格便宜的Ca基复合脱硫剂；利用气体搅拌实现增大渣铁反应接触面积。为此，我厂炉外脱硫采用法，即顶吹气体搅拌法。我厂冶炼钒钛磁铁矿一直存在着铁水含硫高、温度低等问题，严重限制了炼铁、提钒、炼钢等主体工艺能力的发挥。随着对钢水质量及炼钢品种要求的进一步提高，在线脱硫已成为目前能够经济、有效提高钢质量手段之一。但是，由于钒钛铁水温
6、度低、含硫高、带渣多的固有特点，加之高钛性炉渣熔化性温度高、钒钛铁水粘度大，加上我厂高炉容积小，座数多，现有脱硫设备不完善等原因，炼钢脱硫时断时序，脱硫成为了新构成的炼铁脱硫提钒炼钢连铸工艺流程的瓶颈。只有圆满解决了上述问题，才能最大限度的解决提钒、炼钢工序的一系列技术难题，彻底理顺炼铁、脱硫、提钒、炼钢、连铸之间的工序衔接和整个冶炼工艺流程，为满足连铸对钢水质量和炼钢品种的要求创造最佳的铁水条件。我厂100吨转炉系统目前未建脱硫设备，40吨转炉系统现存脱硫工位2个，脱硫方式为喷吹式钙基脱硫。最初于99年底建成40吨铁水包脱硫项目，后根据生产需要异地拆迁至新接铁跨内，改造为75吨铁水包脱硫。目
7、前脱硫粉剂单耗为5-6公斤/吨，脱硫率约为40%，喷吹处理时间要求不小于300秒，平均温度损失为30，终点硫平均为0.03%左右，脱硫处理率约为15%左右，脱硫工艺流程见图17。图17 脱硫工艺流程3.3.2.2转炉炼钢生产工艺流程：（1）撇渣：用于铁水渣的撇除高炉在出铁过程中会往铁水包中带入一部分高炉渣，这部分高炉渣含S量高、碱度低，如随铁水兑入转炉炼钢则会带来较大的负面影响，如增加炼钢渣料消耗、引起喷溅等，而我厂高炉冶炼含钒铁水带渣量较大，经统计大概在1.0-1.5%，有时会更高，如高炉渣随含钒铁水兑入提钒转炉，将直接影响钒渣的生产工艺，造成钒渣渣状变差，品位降低。在出铁及铁水运输过程中，
8、高炉渣温降较大，铁水包所带高炉渣的流动性很差，根据这一特性，炼钢厂40吨转炉系统采用了铁水撇渣工艺，即采用撇渣器撇渣，利用撇渣器中的撇渣过滤墙使流动性较好的铁水通过，而流动性较差的高炉渣被挡在撇渣器中，从而实现高炉铁水在入混铁炉前实现渣铁分离。撇渣后的铁水经流铁槽进入混铁炉（侧兑铁方式）。炼钢厂100吨转炉系统采用流铁槽内砌撇渣过滤墙进行挡渣方式进行撇渣。（2）混铁炉：用于存储铁水，并均匀铁水温度和成分我厂有4座混铁炉，均采用侧兑铁方式。其中40吨转炉系统混铁炉为2座公称容量600吨，采用铁水包撇渣包流铁槽混铁炉的入铁方式。100吨转炉系统混铁炉为2座公称容量1000吨，入铁方式可以采用两种。
9、一种采用高炉铁水直接经流铁槽流入混铁炉，当出铁高炉与混铁炉距离近时多采用该方式，特点是流程短，设备简单费用低，能耗小，结构合理。另一种为铁水包经流铁槽流入混铁炉，是与混铁炉距离较远的出铁高炉采用的方式。（3）转炉炼钢炼钢过程的基本任务就是将铁水、废钢等钢铁料炼成成分和温度符合钢种要求的钢水。所以，炼钢的主要任务可以概括为：“四脱”（脱碳、脱磷、脱硫、脱氧）、“二去”（去气、去夹杂）、加热升温等七项任务。即将生铁等金属料中的C、P、S等元素脱到钢种要求范围，去除气体和夹杂物等有害成分，并将铁水加热到钢种要求的出钢温度。氧气顶吹转炉炼钢的主要工艺制度主要分为五项，分别为：装入制度 供氧制度 造渣制
10、度温度制度 终点控制及脱氧合金化制度。图18 转炉炼钢工艺流程我厂炼钢的难点：目前我厂炼钢主要原材料为普通铁水和含钒铁水。普通铁水直接兑入转炉炼钢，含钒铁水由于所用铁水中含V、Ti、Cr等微量元素，因此采用双联工艺，既含钒铁水先经提钒转炉进行提钒，提钒后的金属液体其化学成分介于铁和钢之间，称之为半钢，然后用半钢炼钢。与铁水相比，半钢中C含量低，热量不足因此半钢炼钢废钢加入量较少，同时半钢中Si、Mn等元素含量为痕迹，故此造渣过程中SiO2、TiO2等酸性氧化物来源很少，致使炉渣组成比较单一，碱度高、黏度大、流动性差。所以其冶金性能不佳，脱S、脱P能力低，从而造成渣量增大，渣料消耗升高，同时限制
11、着转炉炉龄的提高和冶炼周期的缩短。为改变这一现状，我厂先后研发出包渣、复合化渣球、铝镁球、铁皮球、尾渣球等一系列化渣剂来调整渣系结构，同时应用低品位SiC、白煤等进行补热，转炉炼钢流程见图18。3.3.2.2转炉炼钢提钒工艺流程：钢中余钒对钢性能的影响：1.通过热形变技术调整奥氏体使之产生尽可能细小的铁素体（4um）可以使钢的强度和韧性同时得到改善。2.沉淀强化作用。在用过的各种微合金元素中，V最适合产生强大、可靠的强化作用，主要因为其碳氮化物的溶解度积比较大，从而导致了较低的溶解温度和较高温度下溶解它们的能力。3.铸态组织。Nb钢的热裂纹敏感性非常大，而热裂问题对于V钢危害较小。而且，Nb微
12、合金钢中添加V可以降低热裂倾向。钒在自然界中的分布很广，约占地壳质量的0.02%；但其分布极为分散，常与其它金属矿共生，所以在开采与加工这些矿石时，钒作为共生产品或副产品予以回收。钒钛磁铁矿是钒的主要矿物资源，钒、铁、钛共生，一般将其冶炼成铁水后，再氧化吹炼得到钒渣作为生产钒产品的主要原料。生产钒渣的过程称作提钒，目前我国生产钒渣的工厂主要有攀枝花钢铁集团股份有限公司和承德新新钒钛股份有限公司（以下简称我厂），均采用双联工艺，即含钒铁水先进行提钒，然后进一步冶炼成钢。生产钒渣的工艺都是采用氧气转炉提钒工艺，其设备与炼钢转炉相同，生产工艺与转炉炼钢相似，转炉提钒工艺流程见图19。（1）氧气转炉提
13、钒的热力学条件：从热力学角度来看，钒的氧化反应主要是间接反应，即2V+3FeO=（V2O3）+3Fe （25）但是从各种元素氧化反应的自由能变化来看，钒与碳之间存在着选择性氧化的问题，即控制“脱钒保碳”的转化温度。2/3V+ COg=1/3（V2O3）+C （26）G=-250170+153.09T转G=G+RTlnK=G+RT转ln（aCa1/3V2O3）/（a2/3VPco）当G=0时，即-250170+153.09T转=0时，碳和钒的氧化顺序开始改变。因此T转=250170/153.09=1634K=1361。实际转化温度T转是受钒浓度和氧分压影响的一个变量，一般在13401400之间。
14、钒氧化是放热反应，“低温”有利于钒的氧化，温度控制是实现脱钒保碳的关键环节。在转炉提钒过程中，熔池温度过高时，碳开始优先氧化，进而降低渣中氧化铁，抑制钒的进一步氧化，而转炉提钒的主要任务是“脱钒保碳”，因此，必须加强对过程温度和终点温度的控制。（2）氧气转炉提钒的动力学条件从动力学角度分析，钒氧化反应主要取决于反应物V和（FeO）向反应界面扩散的扩散传质速度。在吹炼过程中，氧气直接同铁水接触，由于铁浓度很大，铁元素的氧化受动力学条件及扩散因素的影响较小。而铁水中的钒元素在吹炼过程中浓度逐渐降低，其扩散速度减慢，随着反应的进行，反应界面处的钒越来越不能满足反应的需要，其氧化速度逐渐减慢，在吹炼末期尤为明显，使熔池内的化学反应很难接近平衡。因此，铁水中钒向反应界面处的扩散传质速度是钒发生氧化反应的限制性环节，钒的氧化速度主要取决于钒的扩散速度。目前我厂有40吨提钒转炉1座，采用顶底侧复吹和顶吹提钒两种方式，100吨提钒转炉1座，采用顶底复吹和顶吹提钒两种方式，同时提钒转炉和炼钢转炉具备相互转化的能力。2006年具备了年产钒渣12万吨的能力。高 炉含钒铁水铁水包脱硫站混铁炉氧 枪氧气料 仓FeO皮球 料 斗铁块底吹枪氮气钒渣钒渣专用盘钒 渣 间半钢包炼钢转炉废钒渣合格钒渣隔离堆放隔离堆放提钒转炉图19 提钒工艺流程3.3.2.3 CAS-OB的工艺流程：CAS-OB精炼就是在
