如何建立高效低成本洁净钢平台太原

1、如何建立高效低成本洁净钢平台如何建立高效低成本洁净钢平台 刘刘 浏浏钢铁研究总院钢铁研究总院20092009年年8 8月月太原太原前前 言言 洁净化是现代钢铁材料发展的主要潮流，洁净钢生产是洁净化是现代钢铁材料发展的主要潮流，洁净钢生产是当代炼钢技术发展的重大方向。当代炼钢技术发展的重大方向。 欧美国家采用传统流程生产洁净钢，其特点是以炉外精欧美国家采用传统流程生产洁净钢，其特点是以炉外精炼作为控制钢水洁净度的主要手段，采用铁水脱硫预处理炼作为控制钢水洁净度的主要手段，采用铁水脱硫预处理-转炉冶炼转炉冶炼-炉外精炼工艺。日本开发的洁净钢生产新流程强炉外精炼工艺。日本开发的洁净钢生产新流程强调采

2、用全量铁水调采用全量铁水“三脱三脱”预处理工艺，实现转炉少渣冶炼，预处理工艺，实现转炉少渣冶炼，通过铁水预处理控制钢水洁净度，达到降低成本和提高效通过铁水预处理控制钢水洁净度，达到降低成本和提高效率的目标。率的目标。 目前，世界金融危机使全球钢铁业进入萧条时期，如何目前，世界金融危机使全球钢铁业进入萧条时期，如何降低洁净钢制造成本、降低能耗和减少制造过程中的环境降低洁净钢制造成本、降低能耗和减少制造过程中的环境污染成为今后全球钢铁业市场竞争的焦点。为此，迫切需污染成为今后全球钢铁业市场竞争的焦点。为此，迫切需要建立起高效低成本洁净钢生产技术平台。要建立起高效低成本洁净钢生产技术平台。 本文对如

3、何建立高效低成本洁净钢生产平台提出具体的本文对如何建立高效低成本洁净钢生产平台提出具体的看法。看法。汇报内容汇报内容 洁净钢与洁净钢制造平台洁净钢与洁净钢制造平台 两种洁净钢制造流程两种洁净钢制造流程 传统流程的基本矛盾传统流程的基本矛盾 建立高效低成本洁净钢平台的关键技术建立高效低成本洁净钢平台的关键技术 结论结论提高钢材洁净度是钢铁技术发展的方向提高钢材洁净度是钢铁技术发展的方向钢材洁净度的预测与实际水平比较钢材洁净度的预测与实际水平比较/10/10-6-6钢钢 类类代表代表钢种钢种技术特点技术特点洁净度要求洁净度要求 10-6性能指标性能指标 S BrEL/%超低碳钢超低碳钢IF钢钢同时

4、要求降低钢中的碳、氮和同时要求降低钢中的碳、氮和含氧量，提高产品成型性含氧量，提高产品成型性C20, N20,S50, T.O20,dS40低碳铝镇静钢低碳铝镇静钢TIRP钢钢准确控制成份、夹杂物，严格准确控制成份、夹杂物，严格控制组织结构，保证板材表面控制组织结构，保证板材表面质量质量C=0.2, Si=1.5,Mn=1.54508000.926低合金低合金高强度钢高强度钢X80X100尽可能降低硫含量，提高钢水尽可能降低硫含量，提高钢水洁净度，严格控制钢中夹杂物洁净度，严格控制钢中夹杂物S10, P80O20, N50, H155069021高级电工钢高级电工钢35W230要求同时降低要求

5、同时降低C、N含量和含量和S含含量，精确控制成份，提高磁场量，精确控制成份，提高磁场强度，降低铁损强度，降低铁损C24, S+N30 Si2.62.9%S10, N25P1.5/50(W/kg)2.20B50(T)1.68典型高品质钢种的性能与洁净度要求典型高品质钢种的性能与洁净度要求 实际水平 3 3 25 5 20 0.5 55 国内最高水平 10 10 50 58 25 0.5 100 关于关于“质量过剩质量过剩”的讨论：的讨论： 没有质量过剩只有产品差异；没有质量过剩只有产品差异； “质量过剩质量过剩”的观念应转变为保证质的观念应转变为保证质量、降低成本、提高市场竞争力；量、降低成本、

6、提高市场竞争力； 今后的发展不应以降低产品质量为前今后的发展不应以降低产品质量为前提，而应以大幅度降低生产成本作为主提，而应以大幅度降低生产成本作为主攻目标。攻目标。生产工艺与钢材洁净度生产工艺与钢材洁净度 随着社会的发展进步，市场对钢材洁净度的要求日益增加。超纯净、高均匀度随着社会的发展进步，市场对钢材洁净度的要求日益增加。超纯净、高均匀度和高性能是和高性能是2121世纪钢铁产品质量发展的主要技术方向，为了提高钢材的各种性能，世纪钢铁产品质量发展的主要技术方向，为了提高钢材的各种性能，延长服役寿命，提高强度，要求钢材的杂质含量（延长服役寿命，提高强度，要求钢材的杂质含量（S S、P P、N

7、N、O O、H H）和夹杂物总量越）和夹杂物总量越低越好。低越好。 典型钢种的纯净度水平（典型钢种的纯净度水平（1010-6-6） 典型国外厂家超纯净钢生产工艺与技术水平（典型国外厂家超纯净钢生产工艺与技术水平（1010-6-6） 洁净钢与洁净钢制造平台洁净钢与洁净钢制造平台 洁净钢并非特指某一类具体的钢种，而是代表实际生产过程中控制洁净钢并非特指某一类具体的钢种，而是代表实际生产过程中控制钢水洁净度所能达到的工艺水平。因此，洁净钢不是一个钢种的概念，钢水洁净度所能达到的工艺水平。因此，洁净钢不是一个钢种的概念，而属于生产工艺范畴，反映出洁净钢具体的生产工艺和制造水平。而属于生产工艺范畴，反映

8、出洁净钢具体的生产工艺和制造水平。 元素元素 年代年代 极限浓度极限浓度钢种钢种技术突破技术突破C19621977199180206电工钢电工钢深冲钢深冲钢极低碳钢极低碳钢采用采用RH/DH工艺工艺提高提高RH循环流量循环流量提高提高RH界面反应速度界面反应速度S19651978199850103低温用钢低温用钢管线钢管线钢压力容器钢压力容器钢KR铁水脱硫铁水脱硫LF炉工艺优化炉工艺优化转炉低转炉低S与精炼优化与精炼优化P196519771993150306耐热钢耐热钢,低温钢低温钢9%Ni钢钢超低温钢超低温钢转炉大渣量脱磷转炉大渣量脱磷LD-AOD多级脱磷多级脱磷T.O 1968197819

9、9830104高强度厚板高强度厚板高碳线材高碳线材轴承钢轴承钢RH/DHVAD采用脱磷铁水采用脱磷铁水工艺进步与洁净度水平的提高（工艺进步与洁净度水平的提高（1010-6-6） 钢材洁净度水平预测钢材洁净度水平预测两种洁净钢制造流程两种洁净钢制造流程 传统洁净钢制造流程传统洁净钢制造流程 日本洁净钢制造新流程日本洁净钢制造新流程 2121世纪的新型炼钢厂世纪的新型炼钢厂 两种洁净钢生产流程的比较两种洁净钢生产流程的比较主要技术问题：主要技术问题： 工艺流程长工艺流程长 钢水质量不稳定钢水质量不稳定 生产成本高生产成本高 渣量大，能耗、铁耗高渣量大，能耗、铁耗高 CO2排放量大排放量大传统洁净钢

10、制造流程传统洁净钢制造流程 传统洁净钢制造流程可以生产出高洁净度钢水，但由于工艺流程长，传统洁净钢制造流程可以生产出高洁净度钢水，但由于工艺流程长，生产工艺的波动造成钢水质量不稳定；钢水提纯主要依靠炉外精炼，造成生产工艺的波动造成钢水质量不稳定；钢水提纯主要依靠炉外精炼，造成能耗高、成本高、能耗高、成本高、CO2排放量高。排放量高。高炉高炉LFLF转炉冶炼转炉冶炼铁水脱硫铁水脱硫RHRHCCCC流流程程特特点点 采用全量铁水脱硫预处理工艺采用全量铁水脱硫预处理工艺 采用传统转炉炼钢工艺采用传统转炉炼钢工艺 采用采用LF炉还原精炼工艺炉还原精炼工艺 采用采用RH真空精炼工艺真空精炼工艺 采用全连

11、铸工艺采用全连铸工艺日本洁净钢制造新流程日本洁净钢制造新流程洁净钢生产新流程洁净钢生产新流程转炉转炉“三脱三脱”高炉高炉少渣冶炼少渣冶炼RHRHCCCC铁水罐铁水罐“三脱三脱”一罐到底一罐到底 日本学者认为：传统的洁净钢生产流程存在着生产成本高、能耗高、日本学者认为：传统的洁净钢生产流程存在着生产成本高、能耗高、CO2排排放量大和产品质量不稳定等缺点。为改进这些缺点，提出采用分阶段冶炼工艺，放量大和产品质量不稳定等缺点。为改进这些缺点，提出采用分阶段冶炼工艺，并经过并经过20年的发展完善，形成了洁净钢制造新流程。年的发展完善，形成了洁净钢制造新流程。流流程程特特点点 采用高炉低硅冶炼和铁水脱硅

12、预采用高炉低硅冶炼和铁水脱硅预处理，严格控制硅含量；处理，严格控制硅含量； 采用铁水脱硫和脱磷预处理工艺采用铁水脱硫和脱磷预处理工艺; 采用转炉少渣冶炼工艺；采用转炉少渣冶炼工艺； 采用定碳出钢和采用定碳出钢和RH-KTB技术；技术； 采用全连铸工艺。采用全连铸工艺。主要技术优点：主要技术优点：（1）减少渣量，比传统流程减少渣量）减少渣量，比传统流程减少渣量4060%；（2）缩短转炉冶炼周期）缩短转炉冶炼周期3050%；（3）减少吨钢铁耗）减少吨钢铁耗1520kg；（4）减少吨钢铝耗）减少吨钢铝耗1.52kg，铁合金消，铁合金消耗耗310kg。21世纪的新型炼钢厂世纪的新型炼钢厂日本住友和歌山

13、厂日本住友和歌山厂 100%100%铁水铁水“三脱三脱”预处理预处理 100%100%快节奏生产，周期快节奏生产，周期2020分钟分钟 100%100%钢水真空处理钢水真空处理 100%100%连铸坯热装直轧连铸坯热装直轧(850)(850)技技术术特特点点工厂配置：年产钢量工厂配置：年产钢量420420万吨万吨( (实际产量实际产量) ) 采用采用1 1座座210210吨转炉进行铁水吨转炉进行铁水“三脱三脱” 采用采用2 2座座210210吨转炉少渣炼钢（二吹一）吨转炉少渣炼钢（二吹一） 采用采用2 2座座RH-KTBRH-KTB真空精炼真空精炼 采用采用3 3台铸机实现全连铸生产台铸机实现

14、全连铸生产和歌山厂的基本经验和歌山厂的基本经验全量铁水全量铁水“三脱三脱”预处理工艺预处理工艺优化优化KR脱硫预处理工艺：脱硫预处理工艺： 控制搅拌时间控制搅拌时间1013min； 控制粉剂消耗控制粉剂消耗7kg/t钢；钢； 提高处理温度提高处理温度1360； KR脱硫率稳定在脱硫率稳定在90%以上。以上。优化转炉铁水脱磷预处理工艺：优化转炉铁水脱磷预处理工艺： 控制炉渣碱度控制炉渣碱度1.82.0, 保证处理终点保证处理终点P0.025%； 采用底吹强搅拌采用底吹强搅拌, 底吹供气强度为底吹供气强度为0.4Nm3/t.min; 铁水初始铁水初始Si从从0.2%提高到提高到0.6%; 入炉废钢

15、比从入炉废钢比从12%提提高到高到18%; 降低处理终点温度至降低处理终点温度至13001320.和歌山厂的基本经验和歌山厂的基本经验全流程高效快节奏生产全流程高效快节奏生产 （1）提高供氧强度达到）提高供氧强度达到5Nm3/t.min。 （2）采用非对称氧枪，降低粉尘发生量）采用非对称氧枪，降低粉尘发生量20%。 （3）采用快速出钢技术，取消终点副枪取）采用快速出钢技术，取消终点副枪取样测温。快速出钢比例达到样测温。快速出钢比例达到96%。 （4）提高动态控制精度，当）提高动态控制精度，当C0.2%时，时，C控制精度为控制精度为 0.005%，T为为 2.2；当；当C0.2%时时,C为为 0

16、.01%，T为为 4.1。全流程时间匹配全流程时间匹配 快速出钢技术快速出钢技术 快速出钢比例快速出钢比例 脱碳炉冶炼周期脱碳炉冶炼周期/min/min加废钢加废钢 兑铁兑铁 吹氧吹氧 出钢出钢 倒渣倒渣 补炉补炉139511总计总计20和歌山厂的基本经验和歌山厂的基本经验快速周转提高热效率快速周转提高热效率（1）提高铁水温度）提高铁水温度 采用新工艺铁水到转炉的运输距离从采用新工艺铁水到转炉的运输距离从2000m缩短到缩短到800m，混铁车的运转次数从，混铁车的运转次数从2.2次次/车车天提高到天提高到3.4次次/车车天，铁水平均温度从天，铁水平均温度从1310提高到提高到1356，增加，增

17、加46。（2）增加脱碳炉冷却能）增加脱碳炉冷却能 随转炉作业率的提高，平均日产炉数从随转炉作业率的提高，平均日产炉数从17炉提高到炉提高到45炉，弥补了脱碳炉与传统转炉冷却炉，弥补了脱碳炉与传统转炉冷却能的差异。能的差异。项项 目目冷却能损失冷却能损失/%提高供氧强度增大耐提高供氧强度增大耐火材料辐射损失火材料辐射损失2.4减少铁氧化热损失减少铁氧化热损失3.0提高出钢提高出钢C热损失热损失1.8总计总计7.2脱碳炉与传统转炉冷却能的差异脱碳炉与传统转炉冷却能的差异和歌山厂的基本经验和歌山厂的基本经验降低洁净钢生产成本降低洁净钢生产成本和歌山厂采用新工艺后和传统转炉炼钢相比：和歌山厂采用新工艺

18、后和传统转炉炼钢相比： 降低炼钢能耗降低炼钢能耗66%； 降低石灰消耗降低石灰消耗25%； 降低铁损降低铁损29%； 降低锰铁合金消耗降低锰铁合金消耗48%； 降低渣量降低渣量33%； 增加粉尘回收利用率增加粉尘回收利用率60%。结论：结论：洁净钢生产成本大幅度降低洁净钢生产成本大幅度降低两种洁净钢生产流程的比较两种洁净钢生产流程的比较 将传统洁净钢流程与日本洁净钢生产新流程相比较，可以看出新流程具有将传统洁净钢流程与日本洁净钢生产新流程相比较，可以看出新流程具有明显的技术经济竞争力。明显的技术经济竞争力。技术经济指标技术经济指标传统洁净钢流程传统洁净钢流程洁净钢新流程洁净钢新流程生生产产效效

19、率率供氧时间供氧时间(min)冶炼周期冶炼周期(min)日产炉数日产炉数(炉炉/座座)生产能力生产能力(t/公称公称t年年)12172845253010000910202545601500020000洁洁净净度度%PSHN (P+S+H+N)0.0050.0100.0040.0080.000150.00150.010.0150.0080.0200.0080.0150.00030.00200.0250.030消消耗耗石灰石灰(kg/t)氧耗氧耗(Nm3/t)钢铁料消耗钢铁料消耗(kg/t)锰铁消耗锰铁消耗(kg/t)铝耗铝耗(kg/t)渣量渣量(kg/t)6070501085标准标准(1.0)2

20、.53.510012030354510650.51.05070成成本本节铁节铁(吨铁吨铁2000元计算元计算)节约合金节约合金减少渣量减少渣量提高生产效率提高生产效率标准标准标准标准标准标准标准标准-36元元/t-20元元/t-20元元/t-24元元/t传统洁净钢生产流程中的传统洁净钢生产流程中的基本矛盾基本矛盾 炼钢回硫炼钢回硫 低碳脱磷低碳脱磷 铝脱氧与夹杂物控制铝脱氧与夹杂物控制 强还原精炼强还原精炼脱硫反应热力学：脱硫反应热力学： 炉渣硫容量炉渣硫容量CS决定了炉渣脱硫能力；决定了炉渣脱硫能力； 炉渣硫容量和钢水氧位决定了渣钢间硫的分配比炉渣硫容量和钢水氧位决定了渣钢间硫的分配比; 炼

21、钢过程炼钢过程C降低使氧位升高，硫分配比下降，易发生回硫。降低使氧位升高，硫分配比下降，易发生回硫。核心问题：核心问题： 炼钢终点钢水氧位高，硫炼钢终点钢水氧位高，硫分配比低分配比低(25)，钢水易被，钢水易被炉渣污染造成回硫；炉渣污染造成回硫； 铁水脱硫后需采用高纯度铁水脱硫后需采用高纯度原辅料才能有效避免钢水原辅料才能有效避免钢水回硫；回硫； 为避免回硫增加了生产成为避免回硫增加了生产成本。本。炼钢脱硫反应炼钢脱硫反应工序工序铁水脱硫铁水脱硫铁水脱磷铁水脱磷脱碳脱碳LF精炼精炼反应模式反应模式还原反应还原反应 弱氧化还应弱氧化还应 氧化反应氧化反应还原反应还原反应还原剂还原剂SiCFeAl

22、氧势氧势PO210-1510-1610-1310-1410-1010-1110-1210-13炉渣炉渣R3.56.02.53.53.05.06.07.0炉渣炉渣(T.Fe)2.0%5.0%1825%1.0% (%S)/%S300600203026300600%S0.0010.005 0.0050.01 0.0050.010.0020.005各工序脱硫技术指标比较各工序脱硫技术指标比较 0.000.020.040.060.080.10012345678910 Ls=(%S)/%S%C 迁 钢 本 钢终点终点C对对LS的影响的影响210t转炉转炉180t转炉转炉炼钢回硫炼钢回硫终点终点C对对Ls的

23、影响的影响 回硫是转炉炼钢的主要问题，不仅造成钢水质量回硫是转炉炼钢的主要问题，不仅造成钢水质量波动，而且大幅度增加生产成本。波动，而且大幅度增加生产成本。回硫的原因：回硫的原因： （1）铁水）铁水S低，回硫趋于严重。低，回硫趋于严重。 （2）转炉渣钢间硫分配比低，易回硫。）转炉渣钢间硫分配比低，易回硫。 （3）废钢和原辅材料加重脱硫负荷。）废钢和原辅材料加重脱硫负荷。解决措施：解决措施：提高渣钢间硫的分配比是冶炼超低硫钢提高渣钢间硫的分配比是冶炼超低硫钢的技术关键。的技术关键。两种流程对硫的控制两种流程对硫的控制 回硫的危害：回硫的危害： （1）要求废钢、原辅材料硫低，增加生产成本。）要求废

24、钢、原辅材料硫低，增加生产成本。 （2）需采用）需采用LF炉二次脱硫，增加成本。炉二次脱硫，增加成本。 （3）LF炉脱硫生成大量炉脱硫生成大量Al2O3二次夹杂，难以碰二次夹杂，难以碰撞聚合，上浮分离。撞聚合，上浮分离。3(CaO)+3S+2Al=3(CaS)+ (Al2O3)0.000.020.040.060.080.100510152025 不同碱度的理论线 本 钢 迁 钢2.02.53.0R=3.51600oC Ls=(%S)/%SC, %180t转炉转炉210t转炉转炉石灰硫石灰硫/%0.010.020.030.05终点终点S/%0.00250.0050.00750.0125回硫率回硫

25、率/% (0.002%)125250375625回硫率回硫率/% (0.005%)-500150250石灰硫含量对回硫率的影响石灰硫含量对回硫率的影响 0.000.050.100.150.200.250.300.0000.0050.0100.0150.0200.0250.030 本钢 迁钢 武钢 P, %C, %转炉终点转炉终点C-P关系关系吹炼终点吹炼终点C对对Lp的影响的影响炼钢脱磷的热力学条件：炼钢脱磷的热力学条件：传统观点：传统观点：高碱度高高碱度高FeO炉渣；低温；大渣量。炉渣；低温；大渣量。 转转炉炉脱脱磷磷规规律律 炼钢脱磷在高温下进行，反应温度炼钢脱磷在高温下进行，反应温度16

26、00； 只能在低碳只能在低碳(C0.10%)条件下实现有效脱磷条件下实现有效脱磷; 随着熔池随着熔池C降低，渣钢间磷的分配比迅速升高降低，渣钢间磷的分配比迅速升高; 提高碱度有利于降低提高碱度有利于降低 P2O5，增大，增大钢渣间磷分配比，提钢渣间磷分配比，提高脱磷率；高脱磷率； 低碳脱磷使炉渣氧化性增强，在高氧位下实现脱磷；低碳脱磷使炉渣氧化性增强，在高氧位下实现脱磷； 高高FeO渣中渣中P2O5浓度始终保持较低的水平浓度始终保持较低的水平(12%)；增大渣量，降低渣中增大渣量，降低渣中P2O5含量才能实现深脱磷；含量才能实现深脱磷；加强熔池搅拌有利于提高渣钢间磷的分配比。加强熔池搅拌有利于

27、提高渣钢间磷的分配比。1. 钢中钢中C决定了转炉脱磷效率；决定了转炉脱磷效率；2. 受终点受终点C含量的限制，超低磷钢生产很困难。含量的限制，超低磷钢生产很困难。炼钢脱磷反应炼钢脱磷反应结结论论核心问题：核心问题： 实现高效脱磷如何避免钢的严重氧化；实现高效脱磷如何避免钢的严重氧化； 如何实现转炉稳定大批量生产超低磷钢。如何实现转炉稳定大批量生产超低磷钢。180t210t80T渣量对炼钢脱磷的影响渣量对炼钢脱磷的影响氧位对炼钢脱磷的影响氧位对炼钢脱磷的影响低碳脱磷低碳脱磷 低碳脱磷是转炉炼钢的主要特征，为了保证脱磷，低碳脱磷是转炉炼钢的主要特征，为了保证脱磷，要求提高钢水氧位，使钢渣过氧化。要

28、求提高钢水氧位，使钢渣过氧化。低碳脱磷的原因：低碳脱磷的原因： （1）C高氧位低，难以保证深脱磷。高氧位低，难以保证深脱磷。 （2）吹炼中期难形成高碱度渣，抑制脱磷反应。）吹炼中期难形成高碱度渣，抑制脱磷反应。 （3）终点温度高，降低了渣钢间磷的分配比。）终点温度高，降低了渣钢间磷的分配比。温度温度/碱度碱度 TFe/% 渣量渣量 P2O5/% 分配比分配比 C/%铁水脱磷铁水脱磷13202.53.053045581502503.2炼钢脱磷炼钢脱磷16503.03.5 2025 80120 0.51.050800.05铁水与钢水脱磷的技术比较铁水与钢水脱磷的技术比较 解决措施：解决措施： （1

29、）采用铁水脱磷工艺，提高脱磷效率。）采用铁水脱磷工艺，提高脱磷效率。 （2）采用低）采用低FeO脱磷技术，降低铁耗。脱磷技术，降低铁耗。 （3）严格控制钢水硅含量，减少渣量。）严格控制钢水硅含量，减少渣量。低碳脱磷的危害：低碳脱磷的危害： （1）反应温度高造成脱磷效率低，渣量大。）反应温度高造成脱磷效率低，渣量大。 （2）脱磷铁耗高。）脱磷铁耗高。 （3）钢水过氧化，无法实现高碳出钢。）钢水过氧化，无法实现高碳出钢。 （4）不能生产）不能生产P0.005%的超低磷钢。的超低磷钢。 （5）脱磷成本大幅度提高。）脱磷成本大幅度提高。转炉终点转炉终点C-O平衡平衡C对渣钢间磷分配的影响对渣钢间磷分配

30、的影响钢中夹杂物来源钢中夹杂物来源钢中夹杂物的来源：钢中夹杂物的来源： （1）脱氧产物：脱氧过程中钢水氧与铝反应生成）脱氧产物：脱氧过程中钢水氧与铝反应生成树枝状树枝状Al2O3夹杂，如图中夹杂，如图中(a)、(b)， ds50 m。 （4）外来夹杂：如钢水冲刷下来的水口结瘤，剥）外来夹杂：如钢水冲刷下来的水口结瘤，剥落的耐火材料等。如图中落的耐火材料等。如图中(c)，ds520 m 。钢中夹杂物的尺寸分布：钢中夹杂物的尺寸分布： 通常通常LCAK钢中含有钢中含有107109个夹杂物，其中个夹杂物，其中80130 m的夹杂少于的夹杂少于400，而，而130200 m的夹杂物的夹杂物少于少于10

31、个，个，200270 m的夹杂物少于的夹杂物少于1个。绝大部个。绝大部分夹杂在分夹杂在30 m以下。如图所示，钢包中大于以下。如图所示，钢包中大于30 m仅为仅为1.61ppm，而中间包中仅，而中间包中仅0.58ppm。工工 厂厂终点终点aO 10-6大湖大湖8001200新日铁新日铁250650林茨林茨600威尔顿威尔顿450800武钢武钢(IF钢钢)700900夹杂物的去除：夹杂物的去除：出钢出钢85%(30 m)钢包精炼钢包精炼6575%中间包中间包2025%结晶器结晶器 510%铝脱氧与夹杂物控制铝脱氧与夹杂物控制铁液中铝铁液中铝-氧夹杂物平衡氧夹杂物平衡 铝强化脱氧是传统流程采用的最

32、主要脱氧方法，可以铝强化脱氧是传统流程采用的最主要脱氧方法，可以保证钢水的洁净度，但也带来了夹杂物控制的难题。保证钢水的洁净度，但也带来了夹杂物控制的难题。铝脱氧引起的夹杂物控制难题：铝脱氧引起的夹杂物控制难题： （1）采用铝脱氧产生大量的）采用铝脱氧产生大量的Al2O3夹杂难以上浮去除。夹杂难以上浮去除。 （2）精炼过程中不断产生零星的）精炼过程中不断产生零星的 Al2O3二次夹杂，难以二次夹杂，难以聚合上浮。聚合上浮。 （3）铝脱氧降低了钢水流动性，需采用）铝脱氧降低了钢水流动性，需采用Ca处理工艺。处理工艺。解决措施：解决措施： （1）避免钢水过氧化，减少铝加入量）避免钢水过氧化，减少铝

33、加入量 （2）尽可能采用真空碳脱氧，减少）尽可能采用真空碳脱氧，减少Al2O3脱氧产物对钢水的污染。脱氧产物对钢水的污染。 （3）改变）改变Al2O3上浮机制，缩短弱搅上浮机制，缩短弱搅时间。时间。 （4）优化）优化Ca处理工艺。处理工艺。控制钢中夹杂物的工艺方法：控制钢中夹杂物的工艺方法： 出钢大量用铝沉淀脱氧；出钢大量用铝沉淀脱氧； 精炼过程采用铝扩散脱氧，降低炉渣氧位；精炼过程采用铝扩散脱氧，降低炉渣氧位； 采用高碱度高铝钙比渣系有利于吸附采用高碱度高铝钙比渣系有利于吸附Al2O3夹杂；夹杂； 为保证夹杂物充分上浮需采用长时间弱搅工艺；为保证夹杂物充分上浮需采用长时间弱搅工艺； 为保证钢

34、水流动性，需要进行为保证钢水流动性，需要进行Ca处理；处理； 完成以上工作增加了钢水精炼成本。完成以上工作增加了钢水精炼成本。铁液中铁液中Ca/TO对夹杂物对夹杂物形态的影响形态的影响渣系与渣系与FeO对对TO的影响的影响强还原精炼强还原精炼碱度对碱度对TO的影响的影响炉渣成分对夹杂物形态的影响炉渣成分对夹杂物形态的影响终点终点C对渣中对渣中FeO的影响的影响 为了保证钢水脱硫，控制钢中夹杂物形态和降低钢水氧位，传统洁净钢流程常采用为了保证钢水脱硫，控制钢中夹杂物形态和降低钢水氧位，传统洁净钢流程常采用LF炉炉强还原精炼工艺以保证钢水的洁净度。强还原精炼工艺以保证钢水的洁净度。强还原精炼带来的

35、技术问题：强还原精炼带来的技术问题： （1）铝消耗高，需要用大量铝脱除钢水和炉渣中的氧。）铝消耗高，需要用大量铝脱除钢水和炉渣中的氧。 （2）为降低钢中）为降低钢中TO需用铝还原渣中需用铝还原渣中SiO2，提高炉渣碱度。，提高炉渣碱度。 （3）为改变夹杂物形态需采用高碱度高）为改变夹杂物形态需采用高碱度高Al2O3渣系，增加渣系，增加渣量。渣量。 （4）铝脱氧产生的大量一次和二次夹杂污染了钢水，并延）铝脱氧产生的大量一次和二次夹杂污染了钢水，并延长了精炼时间。长了精炼时间。 （5）为满足强还原精炼的要求，明显增加了精炼成本。）为满足强还原精炼的要求，明显增加了精炼成本。冶炼过程中不同尺寸夹杂冶

36、炼过程中不同尺寸夹杂物个数变化物个数变化夹杂物造成钢板表面缺陷夹杂物造成钢板表面缺陷 钢中夹杂物特别是大型夹杂物是造成钢板表面缺陷的主要原因钢中夹杂物特别是大型夹杂物是造成钢板表面缺陷的主要原因。 银白色缺陷是薄板的一种典型表面缺陷，主要是由于铸坯表面层下银白色缺陷是薄板的一种典型表面缺陷，主要是由于铸坯表面层下25mm范围内范围内大于大于150200 m的夹杂物引起的。的夹杂物引起的。 微细裂纹微细裂纹(Sliver)(Sliver)鼓泡鼓泡(Pencil blister)(Pencil blister)银白色缺陷分为以下三种：银白色缺陷分为以下三种： 主要含有主要含有MgO和和CaO的渣基

37、银白色缺陷，由中的渣基银白色缺陷，由中间包卷渣造成间包卷渣造成(占占0.3%); Al2O3基的银白色缺陷，以基的银白色缺陷，以Al2O3夹杂簇群为主夹杂簇群为主(占占49.7%); Al2O3和保护渣基的银白色缺陷，来源于结晶器和保护渣基的银白色缺陷，来源于结晶器液面波动卷入的液面波动卷入的Al2O3和保护渣和保护渣(占占50%)。影响钢板表面缺陷的主要因素：影响钢板表面缺陷的主要因素： 钢中钢中T.O30 10-6表面缺陷显著增加表面缺陷显著增加; 钢包渣中钢包渣中(FeO+MnO)2%表面缺陷增加表面缺陷增加; 结晶器液面波动结晶器液面波动 14mm表面缺陷明显增表面缺陷明显增表表面面缺

38、缺陷陷的的形形成成机机理理加加建立高效低成本洁净钢平台的建立高效低成本洁净钢平台的关键技术关键技术 采用铁水采用铁水“三脱三脱”预处理工艺预处理工艺 实现转炉少渣冶炼实现转炉少渣冶炼 高碳出钢与真空碳脱氧高碳出钢与真空碳脱氧 改变夹杂物上浮机制改变夹杂物上浮机制转炉铁水转炉铁水“三脱三脱”工艺的发展工艺的发展4.55152515255T.Fe/%507080102010205060脱脱硫硫率率(%)937585709070908093脱脱磷磷率率(%)2.40.140.140.160.3底底吹吹强强度度(Nm3/min.t)681018161813耗耗氧氧量量/(Nm3/t)2.5脱脱P 12

39、14 脱脱S 5总总计计17191012910810处处理理时时间间/(min)工工 艺艺特特 点点新新日日铁铁神神户户制制钢钢新新日日铁铁八八幡幡厂厂JFE福福山山厂厂住住友友鹿鹿岛岛厂厂开开发发单单位位Q-BOP法法H炉炉法法LD-ORP法法LD-NRPSRP法法工工艺艺方方法法4.55152515255T.Fe/%507080102010205060脱脱硫硫率率(%)937585709070908093脱脱磷磷率率(%)2.40.140.140.160.3底底吹吹强强度度(Nm3/min.t)681018161813耗耗氧氧量量/(Nm3/t)2.5脱脱P 1214 脱脱S 5总总计计1

40、7191012910810处处理理时时间间/(min)工工 艺艺特特 点点新新日日铁铁神神户户制制钢钢新新日日铁铁八八幡幡厂厂JFE福福山山厂厂住住友友鹿鹿岛岛厂厂开开发发单单位位Q-BOP法法H炉炉法法LD-ORP法法LD-NRPSRP法法工工艺艺方方法法日本各公司转炉铁水日本各公司转炉铁水“三脱三脱”预处理工艺比较预处理工艺比较 总结日本近总结日本近20年转炉铁水年转炉铁水“三脱三脱”预处理工艺的发展，主要采用以下三种工预处理工艺的发展，主要采用以下三种工艺路线：艺路线： （1）低碱度、高）低碱度、高FeO渣铁水脱磷工艺，其特点是渣量大、工艺简单，但脱磷效渣铁水脱磷工艺，其特点是渣量大、工

41、艺简单，但脱磷效率低，铁损高。率低，铁损高。 （2）中、高碱度、低）中、高碱度、低FeO渣铁水脱磷工艺，其特点是控制炉渣渣铁水脱磷工艺，其特点是控制炉渣FeO5%，炉渣，炉渣碱度碱度2.5，初始铁水，初始铁水Si0.2%，可以达到较高的脱磷效率和低的回硫率。，可以达到较高的脱磷效率和低的回硫率。 （3）铁水同时脱磷、脱硫工艺，脱硫率一般为）铁水同时脱磷、脱硫工艺，脱硫率一般为60%，不能满足低硫钢的要求。，不能满足低硫钢的要求。转炉脱磷预处理工艺转炉脱磷预处理工艺碱度对磷分配比的影响碱度对磷分配比的影响转炉铁水脱磷的行为转炉铁水脱磷的行为碱度对磷分配比的影响碱度对磷分配比的影响碱度对脱磷率的影

42、响碱度对脱磷率的影响转炉脱磷预处理的优化原则：转炉脱磷预处理的优化原则： （1）实现高效脱磷，降低终点磷含量。）实现高效脱磷，降低终点磷含量。 （2）提高渣钢间磷分配比，减少渣量。）提高渣钢间磷分配比，减少渣量。 （3）提高渣中）提高渣中P2O5含量，促进化渣。含量，促进化渣。 （4）抑制脱碳，减少处理过程热损失。）抑制脱碳，减少处理过程热损失。脱磷预处理的工艺优化：脱磷预处理的工艺优化： 降低铁水处理温度降低铁水处理温度; 提高炉渣碱度；提高炉渣碱度； 提高化渣速度；提高化渣速度； 控制铁水控制铁水Si,减少渣量；减少渣量； 降低渣中降低渣中FeO含量，减少铁损；含量，减少铁损； 加快生产节

43、奏，缩短处理周期。加快生产节奏，缩短处理周期。抑制回硫抑制回硫炉渣碱度对炉渣碱度对(%S)/%S的影响的影响 %TFe对对(%S)/%S的影响的影响 半钢冶炼由于碳含量较高，熔池氧位低，有利半钢冶炼由于碳含量较高，熔池氧位低，有利于提高渣钢间硫的分配比，达到抑制回硫的冶金效于提高渣钢间硫的分配比，达到抑制回硫的冶金效果。果。抑制半钢回硫的技术措施：抑制半钢回硫的技术措施： （1）采用低氧位脱磷工艺，控制炉渣）采用低氧位脱磷工艺，控制炉渣TFe5%。 （2）抑制脱磷过程中碳的氧化，控制处理终点）抑制脱磷过程中碳的氧化，控制处理终点C3.2%。 （3）采用高碱度脱磷、脱硫工艺，控制渣钢间硫的分配）

44、采用高碱度脱磷、脱硫工艺，控制渣钢间硫的分配比比20。 （4）控制渣中）控制渣中FeO5%，保证渣钢间硫分配比，保证渣钢间硫分配比20。炉渣碱度对渣钢间硫分配比的影响炉渣碱度对渣钢间硫分配比的影响-101234567-28-26-24-22-20-18-16-14-12 lgaP2O5碱度(CaO/SiO2) 16000C 13000C炉渣碱度与炉渣碱度与 P2O5的关系的关系log P2O5=-11.05+0.018*MgO+0.069*FeO-0.80*CaO/SiO2-11328/Tlog P2O5转炉少渣冶炼转炉少渣冶炼少渣冶炼的冶金特点：少渣冶炼的冶金特点： 碳氧反应更接近平衡，减轻

45、了钢水过氧化趋势；碳氧反应更接近平衡，减轻了钢水过氧化趋势； 熔池脱碳速度快，熔池碳氧反应由氧扩散控制转变熔池脱碳速度快，熔池碳氧反应由氧扩散控制转变为碳扩散控制的临界碳含量由为碳扩散控制的临界碳含量由0.6%降低到降低到0.15%，有，有利于避免钢渣过氧化；利于避免钢渣过氧化； 渣钢间脱磷、脱硫效率进一步高；渣钢间脱磷、脱硫效率进一步高； 实现锰矿熔融还原，当实现锰矿熔融还原，当C0.08%时锰收得率达到时锰收得率达到90%以上；以上； 钢水洁净度高：钢水洁净度高：N15 10-6，H1.5 10-6 。少渣冶炼的主要工艺措施少渣冶炼的主要工艺措施:（1）严格控制渣量，吨钢）严格控制渣量，吨

46、钢20kg左右。左右。（2）适当提高供氧强度，减少粉尘排放量。）适当提高供氧强度，减少粉尘排放量。（3）采用定碳出钢工艺，实现高拉碳。）采用定碳出钢工艺，实现高拉碳。终点终点COCO平衡平衡对末期脱碳速度的影响对末期脱碳速度的影响对渣钢间对渣钢间L LMnMn的影响的影响0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.00204060801001200.18%0.30%0.50%412668 铁水初始P/%半钢 P=0.01%0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16( P2O5) =8.0%( P2O5) =5.0%( P2O5) =3.0%( P2O5)

47、 =2.0%103R=3.0铁水初始Si/%渣量/kg/t0.75%半钢P=0.01% 半钢P=0.01% (P)/P=100 150 500 800 初始初始P、Si含量对渣量的影响含量对渣量的影响 高碳出钢与真空碳脱氧高碳出钢与真空碳脱氧0.10.20.30.40.50.6100101102103Al合金化脱氧合金化脱氧Al合金化脱氧合金化脱氧LF精炼精炼LF精炼精炼 51 67 115 150 0.45 0.06 0.04T=1600。C 1.0 1.8 2 4 383 500 575 750Pco=1atm1/k=0.00301/k=0.00231/k=0.00401/k=0.0023

48、Pco=0.00066atm,h=30mmO,ppmC,%传统脱氧工艺传统脱氧工艺0.000.010.020.030.040.050.06100101102103104T=1600。C68861191491/k=0.00231/k=0.0040Pco=0.01atm,h=30mm310540364634Pco=0.20atm,h=250mmPco=1atm1/k=0.00401/k=0.00301/k=0.00231/k=0.00230.0080.0270.0230.0550.045 546418511 667O,ppmC,%真空碳脱氧工艺真空碳脱氧工艺 采用铁水采用铁水“三脱三脱”预处理和转炉少渣冶炼工艺后，解决了转炉低碳脱磷的技术难题，预处理和转炉少渣冶炼工艺后，解决了转炉低碳脱磷的技术难题，可以实现高碳出钢