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摘 要：为了降低转炉石灰消耗，减少渣量，提高金属收得率，本钢集团北营炼钢厂开展了转炉少渣冶炼工艺技术研究。通过大量实验性研究对“双渣法”和“留渣法”工艺对比，包括终渣快速固化、高效脱磷、炉渣物性控制、“转炉-连铸”生产组织与周期匹配等关键技术，最终选择了适应于30t小转炉快节奏生产的转炉少渣冶炼工艺—“留渣法”少渣冶炼工艺。
关键词：石灰消耗；少渣冶炼；脱磷；留渣法
钢铁工业作为重要的基础产业，近三十年来发展非常迅速，但在可持續发展的今天，由于大量消耗资源、能源以及烟尘、炉渣等固体废弃物排放等问题，在科技进步方面面临着巨大压力和挑战。以氧气转炉炼钢为例（国内转炉钢比率90%以上），每生产一吨钢大约消耗40～60kg石灰，12～20kg轻烧白云石，并产生90～120kg炉渣（含14～25%FetO）。炼钢炉渣经过热闷、滚筒、水淬等工艺方法处理后，经济价值很低。
为了降低转炉石灰消耗，减少渣量，提高金属收得率，本钢集团北营炼钢厂2014年度首先在4座50t转炉开展了转炉少渣冶炼工艺技术研究。通过大量实验性研究对“双渣法”和“留渣法”工艺对比，包括终渣快速固化、高效脱磷、炉渣物性控制、“转炉-连铸”生产组织与周期匹配等关键技术。最终选择了转炉少渣冶炼工艺—“留渣法”少渣冶炼工艺。
采用“留渣法”工艺包括以下工艺环节：（1）转炉出钢结束后将液态炉渣留在炉内（不倒渣）；（2）出钢后向炉底加入一定量石灰（白云石）或碳粉对液态渣进行固化，采用溅渣护炉将部分液态渣溅至炉衬表面加以固化；（3）操作人员对炉渣固化效果确认后，装入废钢、铁水；（4）进行吹炼，吹炼过程不倒渣（5）吹炼结束，倒炉测温、取样时倒出部分炉渣（倒渣量：40～60%）；（6）进入下一循环。
采用“留渣”工艺：（1）由于炉渣再利用，可以大幅度减少炼钢石灰、白云石等渣料消耗和炼钢渣量；（2）炼钢炉渣通常含14～25%FetO，渣量减少因而可以降低钢铁料消耗；（3）常规转炉炼钢，出钢后留在炉内部分钢水随炉渣倒出。采用“留渣”工艺终点不倒渣，因而可以提高钢水收得率。
1 少渣冶炼工艺综述
1.1 高效脱磷工艺技术
常规氧气转炉炼钢吹炼前期（吹炼4～6min时）脱磷率在30～40%[4]。与常规转炉炼钢相比，采用“留渣”工艺，由于初渣中已含1.5%以上P2O5（所留上炉终渣所致），而常规转炉初渣几乎不含P2O5，脱磷阶段脱磷难度因此增加。如果在“留渣”工艺脱磷阶段不能够充分脱磷，势必加重脱碳阶段脱磷负担，严重时会造成吹炼终点钢水[P]不达标须进行后吹、补吹。因此，脱磷阶段能否高效脱磷对“留渣”工艺具有非常重要意义。
在氧气转炉吹炼过程，通过调整供氧（枪位、供氧速率等）控制渣中FetO含量，进而控制炉渣/铁液界面的氧位，表明在渣/铁界面脱磷反应可以进行。由以上分析可知，“留渣”工艺脱磷阶段高效脱磷的关键是：（1）加强铁液熔池搅拌，促进熔池内部[P]向渣/铁界面传输；（2）通过调整供氧或加入铁矿石（铁皮）提高渣中FetO活度。
1.2 炉渣物性控制技术
采用“留渣”炼钢工艺，脱磷阶段能否快速化渣具有非常重要的意义。如倒渣量不足，便会出现炉内渣量逐炉蓄积、碱度不断增加、化渣愈加困难的情况，最后导致“留渣”工艺脱磷期脱磷率下降影响终点磷含量。因此对于“留渣”工艺，前期枪位控制、供氧强度和物料加入等环节至关重要。
在“留渣”工艺脱磷阶段炉渣FetO在9～15%范围，为使炉渣在1400℃下全部熔化（均匀液相），炉渣碱度CaO/SiO2须控制在0.55～1.3范围。考虑到脱磷需要较高碱度和渣中所含少量Al2O3、MnO等能够适当扩大液相区范围，因此为使炉渣充分熔化，炉渣碱度不宜高于1.
铁水[Si]含量为0.50%，脱磷阶段炉渣碱度为1.05，脱碳阶段终渣碱度为2.9条件下，总渣量的2.8-3t。计算得到的终点倒渣量分别为1 t（约占总渣量的40%）和2t（约占总渣量的70%）时，脱磷阶段炉渣碱度为1.30和1.10。当倒渣量不足时（仅为1t），后续炉次即便在脱磷阶段不加入石灰，炉渣碱度也会很快超过2（难以全部熔化且流动性显著降低），炉内蓄积渣量在第3炉即超过了所能容纳炉渣的正常状态（120kg/t钢）。
当脱磷结束倒渣量达到2t时，随“留渣”循环冶炼炉次增加，炉内渣量蓄积只有很缓慢增加，即便连续6炉采用“留渣”工艺冶炼，炉内渣量也少于3t（70kg/吨钢）。由此可知，为获得连续稳定的“留渣”工艺运行效果，在铁水[Si]含量为0.35～0.50%情况下，脱磷阶段结束倒渣量应达到1.5-2.5t。
1.3 液态终渣快速固化技术
采用“留渣”工艺，对上炉的液态渣必须加以固化，才能确保装入铁水时不发生激烈喷溅，引发重大安全事故。本研究对通过加入多量石灰或废钢直接冷却对液态炉渣进行固化的方法进行过试验，发现存在以下问题：（1）如固化炉渣用石灰加入量多（包括白云石），会造成脱磷阶段炉渣碱度和MgO含量过高，导致前期化渣困难，脱磷率低；（2）如通过装入废钢对液态渣进行冷却固化，由于国内废钢尺寸不均衡，经常发生炉内废钢“搭棚”情况，炉底液态渣因而不能被充分固化，存在重大安全隐患。
2 主要工艺技术指标
北营炼钢厂采用“留渣”工艺与常规转炉炼钢工艺的指标对比分别见表。
3 结 论
1、通过转炉“留渣”冶炼工业性试验和推广，基本掌握了“留渣”冶炼工艺的特点和规律，为今后北营炼钢厂的少渣冶炼打下了基础。
2、2014年12月三年期间，转炉“留渣”工艺白灰消耗41.93kg/吨钢，相比正常工艺平均降低13kg/吨钢，总渣量降低20%。按50%“留渣”炉次比例计算过，可节约成本近700万元/年。
3、转炉在“留渣”冶炼条件下实行提高终点碳工艺，转炉终点碳由实行“留渣”冶炼之前的倒炉率由“留渣”前的59%提高至78%；提高了合金回收率。
4、采用终渣快速固化技术后，绝大多炉渣固化时间控制在3min以内，在采用”留渣”工艺生产的6502炉次中，未发生任何铁水喷溅事故。
参考文献
[1]小川雄司，矢野正孝，北村信也，平田浩.転炉を用いた脱りん脱炭連続処理プロセスの開発，鉄と鋼，2001，Vol.87，No.1，p21-28
[2]岩崎正樹，松尾充高.製鋼技術開発の歩みと今後の展望，新日鉄技報，2011，第391号，p88-93
作者简介：
姓名：石军（1974.07），男，本科，助理工程师，辽宁科技学院冶金工程专业，工作单位：本溪北营炼钢厂
关键词：石灰消耗；少渣冶炼；脱磷；留渣法
钢铁工业作为重要的基础产业，近三十年来发展非常迅速，但在可持續发展的今天，由于大量消耗资源、能源以及烟尘、炉渣等固体废弃物排放等问题，在科技进步方面面临着巨大压力和挑战。以氧气转炉炼钢为例（国内转炉钢比率90%以上），每生产一吨钢大约消耗40～60kg石灰，12～20kg轻烧白云石，并产生90～120kg炉渣（含14～25%FetO）。炼钢炉渣经过热闷、滚筒、水淬等工艺方法处理后，经济价值很低。
为了降低转炉石灰消耗，减少渣量，提高金属收得率，本钢集团北营炼钢厂2014年度首先在4座50t转炉开展了转炉少渣冶炼工艺技术研究。通过大量实验性研究对“双渣法”和“留渣法”工艺对比，包括终渣快速固化、高效脱磷、炉渣物性控制、“转炉-连铸”生产组织与周期匹配等关键技术。最终选择了转炉少渣冶炼工艺—“留渣法”少渣冶炼工艺。
采用“留渣法”工艺包括以下工艺环节：（1）转炉出钢结束后将液态炉渣留在炉内（不倒渣）；（2）出钢后向炉底加入一定量石灰（白云石）或碳粉对液态渣进行固化，采用溅渣护炉将部分液态渣溅至炉衬表面加以固化；（3）操作人员对炉渣固化效果确认后，装入废钢、铁水；（4）进行吹炼，吹炼过程不倒渣（5）吹炼结束，倒炉测温、取样时倒出部分炉渣（倒渣量：40～60%）；（6）进入下一循环。
采用“留渣”工艺：（1）由于炉渣再利用，可以大幅度减少炼钢石灰、白云石等渣料消耗和炼钢渣量；（2）炼钢炉渣通常含14～25%FetO，渣量减少因而可以降低钢铁料消耗；（3）常规转炉炼钢，出钢后留在炉内部分钢水随炉渣倒出。采用“留渣”工艺终点不倒渣，因而可以提高钢水收得率。
1 少渣冶炼工艺综述
1.1 高效脱磷工艺技术
常规氧气转炉炼钢吹炼前期（吹炼4～6min时）脱磷率在30～40%[4]。与常规转炉炼钢相比，采用“留渣”工艺，由于初渣中已含1.5%以上P2O5（所留上炉终渣所致），而常规转炉初渣几乎不含P2O5，脱磷阶段脱磷难度因此增加。如果在“留渣”工艺脱磷阶段不能够充分脱磷，势必加重脱碳阶段脱磷负担，严重时会造成吹炼终点钢水[P]不达标须进行后吹、补吹。因此，脱磷阶段能否高效脱磷对“留渣”工艺具有非常重要意义。
在氧气转炉吹炼过程，通过调整供氧（枪位、供氧速率等）控制渣中FetO含量，进而控制炉渣/铁液界面的氧位，表明在渣/铁界面脱磷反应可以进行。由以上分析可知，“留渣”工艺脱磷阶段高效脱磷的关键是：（1）加强铁液熔池搅拌，促进熔池内部[P]向渣/铁界面传输；（2）通过调整供氧或加入铁矿石（铁皮）提高渣中FetO活度。
1.2 炉渣物性控制技术
采用“留渣”炼钢工艺，脱磷阶段能否快速化渣具有非常重要的意义。如倒渣量不足，便会出现炉内渣量逐炉蓄积、碱度不断增加、化渣愈加困难的情况，最后导致“留渣”工艺脱磷期脱磷率下降影响终点磷含量。因此对于“留渣”工艺，前期枪位控制、供氧强度和物料加入等环节至关重要。
在“留渣”工艺脱磷阶段炉渣FetO在9～15%范围，为使炉渣在1400℃下全部熔化（均匀液相），炉渣碱度CaO/SiO2须控制在0.55～1.3范围。考虑到脱磷需要较高碱度和渣中所含少量Al2O3、MnO等能够适当扩大液相区范围，因此为使炉渣充分熔化，炉渣碱度不宜高于1.
铁水[Si]含量为0.50%，脱磷阶段炉渣碱度为1.05，脱碳阶段终渣碱度为2.9条件下，总渣量的2.8-3t。计算得到的终点倒渣量分别为1 t（约占总渣量的40%）和2t（约占总渣量的70%）时，脱磷阶段炉渣碱度为1.30和1.10。当倒渣量不足时（仅为1t），后续炉次即便在脱磷阶段不加入石灰，炉渣碱度也会很快超过2（难以全部熔化且流动性显著降低），炉内蓄积渣量在第3炉即超过了所能容纳炉渣的正常状态（120kg/t钢）。
当脱磷结束倒渣量达到2t时，随“留渣”循环冶炼炉次增加，炉内渣量蓄积只有很缓慢增加，即便连续6炉采用“留渣”工艺冶炼，炉内渣量也少于3t（70kg/吨钢）。由此可知，为获得连续稳定的“留渣”工艺运行效果，在铁水[Si]含量为0.35～0.50%情况下，脱磷阶段结束倒渣量应达到1.5-2.5t。
1.3 液态终渣快速固化技术
采用“留渣”工艺，对上炉的液态渣必须加以固化，才能确保装入铁水时不发生激烈喷溅，引发重大安全事故。本研究对通过加入多量石灰或废钢直接冷却对液态炉渣进行固化的方法进行过试验，发现存在以下问题：（1）如固化炉渣用石灰加入量多（包括白云石），会造成脱磷阶段炉渣碱度和MgO含量过高，导致前期化渣困难，脱磷率低；（2）如通过装入废钢对液态渣进行冷却固化，由于国内废钢尺寸不均衡，经常发生炉内废钢“搭棚”情况，炉底液态渣因而不能被充分固化，存在重大安全隐患。
2 主要工艺技术指标
北营炼钢厂采用“留渣”工艺与常规转炉炼钢工艺的指标对比分别见表。
3 结 论
1、通过转炉“留渣”冶炼工业性试验和推广，基本掌握了“留渣”冶炼工艺的特点和规律，为今后北营炼钢厂的少渣冶炼打下了基础。
2、2014年12月三年期间，转炉“留渣”工艺白灰消耗41.93kg/吨钢，相比正常工艺平均降低13kg/吨钢，总渣量降低20%。按50%“留渣”炉次比例计算过，可节约成本近700万元/年。
3、转炉在“留渣”冶炼条件下实行提高终点碳工艺，转炉终点碳由实行“留渣”冶炼之前的倒炉率由“留渣”前的59%提高至78%；提高了合金回收率。
4、采用终渣快速固化技术后，绝大多炉渣固化时间控制在3min以内，在采用”留渣”工艺生产的6502炉次中，未发生任何铁水喷溅事故。
参考文献
[1]小川雄司，矢野正孝，北村信也，平田浩.転炉を用いた脱りん脱炭連続処理プロセスの開発，鉄と鋼，2001，Vol.87，No.1，p21-28
[2]岩崎正樹，松尾充高.製鋼技術開発の歩みと今後の展望，新日鉄技報，2011，第391号，p88-93
作者简介：
姓名：石军（1974.07），男，本科，助理工程师，辽宁科技学院冶金工程专业，工作单位：本溪北营炼钢厂