1 前言
随着世界转炉炼钢技术的发展及炼钢设备的多样化，使传统的转炉炼钢过程(即在同一座转炉内进行脱磷、脱硫、脱碳、提温和精炼等)逐步转向单一化，即将冶炼过程分为几个功能阶段，一个冶炼设备进行单一功能的操作成为炼钢生产的发展方向。这种发展带来的好处是：可提高钢水的质量，缩短转炉冶炼周期，降低原材料的消耗和能耗，每一设备的生产操作单一，有利于冶炼过程的控制和管理。转炉双联法冶炼正是基于此背景发展起来的一项炼钢新技术，该工艺核心是将转炉冶炼功能分为脱磷和脱碳两部分，两个转炉分别进行脱磷和脱碳操作。本文着重对此技术的特点和优越性进行分析和说明。
2 转炉双联法冶炼工艺主要技术特点
2.1 转炉法铁水脱磷工艺的发展
二十世纪八十年代日本几大钢铁公司开发应用了混铁车、铁水罐脱磷技术，九十年代初又开始开发转炉脱磷技术，当时称为专用炉脱磷、H炉脱磷等，如新日铁在名占屋厂试验，住友在鹿岛厂、川崎制铁在水岛厂试验等。到九十年代末，转炉脱磷技术日趋成熟，各大公司全面推广应用，纷纷取代混铁车和铁水罐脱磷技术，尤其是新日铁君津厂，它原是混铁车脱磷ORP技术的开发者，在九十年代末短时间内把两个炼钢厂的混铁车脱磷都改为转炉脱磷。1999年投产的住友和歌山新炼钢厂专门建了一个转炉脱磷车间，由脱磷转炉专向脱碳转炉提供脱磷铁水。现在日本住友金属和歌山厂、川崎制铁水岛厂、NKK福山厂以及新日铁室兰厂等均采用转炉双联法冶炼工艺进行大规模生产。典型的转炉双联法工艺流程为高炉铁水→铁水脱硫预处理→转炉脱磷→转炉脱碳→二次精炼→连铸。
2002年11月11日，宝钢一炼钢2号300t转炉应用转炉脱磷、少渣冶炼技术成功冶炼出第一炉成分合格的超低磷钢。2004年2月18日建成投产的宝钢集团一钢公司150t转炉生产车间也采用了转炉脱磷工艺。
2.2 转炉双联法冶炼工艺特点
2.2.1双联法主要工艺特点
转炉采用双联法冶炼工艺有以下主要特点：
(1)采用顶底复吹转炉进行铁水脱磷
采用顶底复吹转炉进行铁水脱磷处理，有较为理想的条件，转炉容量大，形状好，有充分的反应空间，强烈的熔池搅拌可加快炉渣与铁水的反应速度，并可消除铁水和炉渣间的温度差(30~50℃)，使脱磷能力得到增强。
(2)减少渣量
由于分别在两转炉进行脱磷和脱碳，所以只有脱磷转炉需要合适的炉渣用于脱磷，脱碳炉可无渣或少渣冶炼。脱磷炉在低温阶段的单一脱磷效率甚高，脱磷渣不进入脱碳炉，所以没有回磷之虞，脱磷炉的炉渣用量也比常规冶炼的低。如NKK福山三炼钢300t转炉采用双联法冶炼工艺，炉渣量减少效果明显，转炉脱磷渣量20kg/t铁，转炉脱碳渣量8kg/t钢。
(3)转炉的功能专一化，冶炼周期缩短
由于转炉的功能专一化，使每炉吹氧时间大大缩短，NKK福山三炼钢300t转炉脱磷吹氧时见8~l0min，脱碳吹氧时间11~13min，同传统转炉法炼钢相比，转炉的出钢到出钢时间缩短3~4min。通过降低炉渣生成量，改善了吹炼终点的控制，使每一炉取样次数减少，同样一也直接缩短了出钢到出钢时间。双联法冶炼可减少转炉喷补次数，也加快了生产节奏。采用双联法冶炼工艺NKK福山厂三炼钢300t转炉出钢至出钢时间从31min减少到27min。
(4)提高转炉炉龄
由于转炉双联法冶炼生产节奏快，冶炼时间缩短，使热循环得到改善，转炉炉底部位剥落减轻。据NKK福山厂经验，由于转炉炉底部位炉衬损坏程度减轻，转炉炉衬寿命即使在不进行喷补的条件下也可达到8000炉的水平。
双联法的脱磷炉使用的都是转炉后期炉龄期，由于冶炼温度低，可大大提高该转炉的炉
龄。
(5)可用锰矿来替代锰铁合金
脱磷转炉的少渣冶炼，有利于锰的还原，提高锰的利用率，所以可用锰矿来替代锰铁合金，对高锰钢、超低磷钢、纯净钢等的冶炼优越性尤为突出。
(6)脱磷炉可以使用脱碳炉炉渣
脱碳炉的炉渣可直接返回给脱磷炉使用，这对综合利用炉渣、相对减少炉渣量、改善环境和降低成本是有益的。脱碳炉炉渣用于脱磷炉，可使吨钢减少l0kg的石灰消耗。在实际使用中，日本各钢厂各有自己的方法，住友金属采用了炉渣处理后通过炉顶料仓加入脱磷炉，返回量为10~15kg/t，新日铁君津厂和NKK福山厂是采用留渣作业。宝钢一炼钢采用的是将脱碳炉炉渣通过废钢料槽随废钢一道加入到脱磷炉中。
2.2.2双联法工艺转炉配置特点
转炉采用双联法冶炼工艺的风险较小，因为其设备配置和工艺布置同传统转炉炼钢车间基本一致。双联法冶炼工艺使用与否相当灵活，转炉不进行双联作业也可改为常规操作。
双联法工艺转炉的主要配置特点：
(1)至少配置两座转炉，即一座转炉脱磷作业，另一座转炉脱碳作业，每座转炉炉役前半期作脱碳炉使用，炉役后半期作脱磷炉使用。
(2)采用顶底复合吹炼，底吹气体主要为氮气、氩气，可加强熔池搅拌。
(3)每座转炉设置两套独立的氧枪，一套专用脱碳，另一套专用于脱磷，两套吹氧枪，可实现迅速而准确的更换。
(4)转炉设置挡渣装置。脱磷炉出钢时，需进行挡渣控制，以减少钢水罐内钢水的含渣量。
(5)尽量提高转炉修炉、拆炉、补炉和换出钢口等工作的机械化程度，改善工作条件。设置专用的去冷钢氧枪，以清理转炉炉口附近的冷钢。
(6)采用全汽化冷却烟道，并回收蒸汽，以降低设备投资和生产操作成本。采用OG湿式或LT干式除尘法和进行转炉煤气回收。
(7)转炉炉前的主操作平台可考虑开孔，脱磷炉出脱磷铁水后，脱磷铁水要马上兑入脱碳转炉内，其最短捷的工艺路线是在转炉炉前的操作平台上开孔，从孔中吊起脱磷铁水罐即可就近兑入脱碳炉。在二个转炉的操作平台的合适位置上各开一个铁水吊装孔，并设置盖板。脱磷转炉前的平台孔打开，并设活动栏杆，脱碳转炉前的平台孔被盖板盖住。
3 转炉双联法冶炼的主要工艺技术参数
3.1 日本NKK福山三炼钢300t转炉双联法炼钢的主要技术参数
NKK福山厂的双联转炉为两座300t复吹转炉，炉料铁水比≥93%，使用的冷铁和轻废钢堆比重约1t/m3，炉龄寿命约8000炉，其中先5000炉作为脱碳炉，后3000炉作脱磷炉。其具体参数见表1。
表1 NKK转炉双联法炼钢的主要技术参数
|
序号 |
项 目 |
数量和参数 |
|
1 |
脱P炉 |
|
|
(1) |
氧枪类型 |
专用脱P氧枪 |
|
(2) |
吹氧量/Nm3/h |
20000~30000 |
|
(3) |
底吹方式 |
NK-CB:供气强度0.001~0.1 Nm3/min·t,底吹N2、Ar,透气砖长度1440㎜,用到100㎜为止 |
|
(4) |
吹炼时间/min |
8~10(实测8.5~10.5) |
|
(5) |
冶炼周期/min |
27(实测24~32) |
|
(6) |
终点[P]/% |
0.012(实测0.012%~0.03%) |
|
(7) |
渣量/㎏/t |
20 |
|
(8) |
终渣(T.Fe)/% |
4.0 |
|
(9) |
出钢口 |
不扒渣 |
|
(10) |
炉渣处理 |
炉渣倒入渣盘→泼入水池 |
|
(11) |
脱P量 |
100%全量脱P |
|
2 |
脱C炉 |
|
|
(1) |
氧枪类型 |
专用脱C氧枪 |
|
(2) |
吹氧量/Nm3/h |
70000 |
|
(3) |
底吹方式 |
同脱磷炉 |
|
(4) |
吹炼时间/min |
12~13(实测11.7~14.7) |
|
(5) |
冶炼周期/min |
27(实测25~31) |
|
(6) |
终点[P]/% |
0.010(实测0.006%~0.014%) |
|
(7) |
终点[C]/% |
0.032(实测0.029~0.035%) |
|
(8) |
炉渣处理 |
采用留渣法 |
|
(9) |
渣量/㎏/t |
8 |
|
(10) |
加锰 |
加锰矿~6.7㎏/t,Mn收得率＞60% |
3.2 转炉双联法与常规冶炼的主要工艺技术参数比较
宝钢一钢公司150t转炉车间常规生产和双联法生产设计指标间的消耗比较见表2。表2中的铁水条件和出钢条件分别如下。
铁水条件：[C]4.3% ，[Si]＜0.4%，[Mn]0.4%，[P]0.12%，兑转炉铁水温度1275℃。
出钢条件：[C]0.07%，[P]0.020%，出钢温度1630℃。
由表2可见，转炉双联法冶炼工艺的设计指标同转炉常规冶炼工艺相比在减少能源介质和熔剂消耗、减少渣量、缩短转炉的冶炼周期、提高转炉炉龄和提高锰矿中锰的收得率等方面，具有较为明显的优势。
表2 双联法与常规转炉的主要工艺技术参数比较
|
序号 |
项目名称 |
消耗指标 |
|
常规转炉 |
双联法 |
|
[Si]0.3% |
[Si]0.15% |
|
1 |
主原料 |
|
|
|
|
(1) |
铁水比/% |
90 |
90 |
90 |
|
(2) |
钢水收得率/% |
92.9 |
93.5 |
93.7 |
|
(3) |
铁损/㎏/t |
35 |
15.6 |
15.1 |
|
2 |
转炉脱磷 |
|
|
|
|
(1) |
石灰/㎏/t |
/ |
22 |
12 |
|
(2) |
轻烧白云石/㎏/t |
/ |
3 |
3 |
|
(3) |
萤石/㎏/t |
/ |
5 |
4 |
|
(4) |
氧气/Nm3/t |
/ |
12 |
10 |
|
(5) |
氮气/Nm3/t |
/ |
2.2 |
/ |
|
(6) |
渣量/㎏/t |
/ |
40 |
30 |
|
(7) |
回收蒸汽/㎏/t |
/ |
20 |
/ |
|
3 |
转炉脱碳 |
|
|
|
|
(1) |
石灰/㎏/t |
40 |
8 |
|
|
(2) |
轻烧白云石/㎏/t |
15 |
3 |
|
|
(3) |
萤石/㎏/t |
4 |
0 |
|
|
(4) |
氧气/Nm3/t |
48 |
40 |
|
|
(5) |
氮气/Nm3/t |
1.2 |
1.2 |
|
|
(6) |
氩气/Nm3/t |
1.0 |
1.0 |
|
|
(7) |
铁矿石/㎏/t |
30 |
10 |
|
|
(8) |
锰矿(50%Mn)/㎏/t |
0 |
8 |
|
|
(9) |
出钢时[Mn]/% |
0.12 |
0.40 |
|
|
(10) |
低碳Fe-Mn/㎏/t |
2.7 |
0.5 |
|
|
(11) |
高碳Fe-Mn/㎏/t |
4.7 |
2 |
|
|
(12) |
Al/㎏/t |
1.6 |
1.5 |
|
|
(13) |
渣量/㎏/t |
100 |
20 |
|
|
(14) |
渣中T.Fe% |
25 |
18 |
|
|
(15) |
能源回收煤气/Nm3/t |
90 |
80 |
|
|
|
蒸汽/㎏/t |
100 |
80 |
|
|
4 |
转炉炉衬 |
|
|
|
|
(1) |
寿命(不进行溅渣护炉时) |
3000炉 |
4000炉 |
|
|
(2) |
炉衬砖消耗/㎏/t |
0.93 |
1.26 |
|
|
5 |
出钢到出钢时间/min |
35 |
30 |
|
注:本表中常规转炉工艺参数为150t转炉实际生产指标,双联法冶炼工艺参数为150t转炉设计保证值.
4 结语
转炉双联法冶炼工艺技术在日本各大钢铁企业成功应用，对我国钢铁业的发展和前进方向具有一定的借鉴和启发作用。我国各地钢铁企业发展情况不尽相同，因此各企业在铁水脱磷和转炉冶炼工艺选择上应根据各自的客观条件和目标要求，采取因地制宜的原则，以达到工艺目的。己成功投入生产的宝钢一炼钢300t转炉脱磷、少渣冶炼工艺与混铁车脱磷相比，具有工艺合理、技术经济指标好等优点，而且工程投资仅为混铁车脱磷的八分之一，为今后宝钢生产超低磷钢、管线钢及生产优质宽厚板连铸坯提供了有利的技术装备条件。
客服电话0311-80927349 
客服传真0311-80927348 
客服邮箱gtjiacom@126.com
