使用全铁水炼钢工艺实践（学习材料八十七）.docx

160tEAF使用全铁水炼钢工艺实践任选（太原不锈钢股份有限公司第二炼钢厂，山西太原）摘要 介绍了太原不锈钢股份有限公司150万t不锈钢生产线，在160tEAF用100%铁水做原料生产脱磷溶液的工艺过程；从质量、成本、生产方面作了简要分析，认为160tEAF用100%铁水做原料生产的脱磷溶液能够满足不锈钢生产线的冶炼需求，该工艺是太原不锈钢股份有限公司150万 t不锈钢生产线全部工艺的一个组成部分。关键词 脱磷溶液 精益生产 注余渣 太原不锈钢股份有限公司150万t不锈钢生产线从2006年10月投产到2009年12月份，经过3年多的探索与实践，已形成一系列有太钢特色的工艺路线。其中，镍钢主要工艺路线为：（脱磷溶液）EAFAODLTS（LF）CCM；铬钢主要工艺路线为：脱磷溶液AODLTSLFCCM，这些工艺路线的选择是基于成本、质量和促进生产考虑的。铬钢质量最优，成本最低、生产最顺的工艺是脱磷溶液直接兑入AOD冶炼，设计中脱磷溶液是由1座180t转炉提供的。按精益生产的要求，在一些特殊情况下，比如无镍钢合同或转炉检修而连铸不检修时，由于转炉能力限制，转炉提供的钢水不能满足3台连铸机的需求，连铸只能停机待产，炼钢产能受到影响，同时使高炉被迫铸铁甚至休风，影响高炉顺行。因此，电炉全铁水生产脱磷溶液成为太钢150万t不锈钢生产线的一种工艺需求。1 工艺条件1.1 电炉主要技术参数 太钢不锈钢股份有限公司150万t不锈钢生产线有2座电炉，其主要技术参数如下。 公称容量 160t 出钢方式 出钢槽 变压器容量 140MVA 最大电流 92kA 电极 710mm，UHP 氧枪形式 炉门氧枪 氧气最大流量 3600m3/h1.2 工艺目标 电炉生产的脱磷溶液应满足以下条件： 1）电炉生产的脱磷溶液必须满足AOD生产需求。AOD要求脱磷溶液的条件如表1。表1 AOD要求脱磷溶液条件wB/%t/装入量/t生产周期/minCPSi2.53.00.025低15001550145752）一般情况下，电炉的主要任务是生产镍钢时为AOD提供预炼溶液。用电炉生产脱磷溶液的情况较少。平均每月的炉次占总炉次的10%左右，因此使用该工艺不能额外增加投资，比如设备改造或增加设备等。1.3 选料1.3.1 原料 电炉生产脱磷溶液的主要目的：一是生产出满足AOD需求的脱磷溶液，二是消化高炉铁水，保证全公司生产顺行，因此根据目前公司的铁水状况，选用的电炉原料是全铁水。选用全铁水作原料，可以避免废钢中有害微量元素的带入，提高成品质量；省去传统电炉的熔化期，缩短冶炼时间；与AOD冶炼周期匹配，便于生产组织。入炉铁水条件如表2所示。表2 电炉入炉铁水条件wB/%t/CSiMnPS4.00.30.80.10.0700.030112001300 当铁水w(Si)0.8%时，可加入适量废钢。从原料条件和AOD需求看，电炉生产脱磷铁水就是将高炉铁水脱磷、降碳、升温，主要是脱磷。1.3.2 造渣料 铁水脱磷可选用的造渣料非常广，有碱金属强脱磷渣系，如Na系脱磷渣；有碱土金属脱磷渣系，如Ca系、Ba系脱磷渣。结合公司目前的炉渣处理系统、从环保角度考虑，选用Ca系脱磷渣，也就是用石灰和萤石作脱磷造渣料。1.4 工艺理论 磷与氧的反应是放热反应，碳与氧的反应也是放热反应，根据热力学计算，碳比磷更容易氧化，因此，从热力学理论上氧化脱磷在铁水中应该难以进行，但实践证明w(C)=2%4%的铁水是能够实现脱磷的，其原因是：1）铁水温度低，有利于脱磷反应进行，而碳与氧的反应，即使铁水中w(Si)0.10%，也需熔池温度达到1480以上才能激烈进行。2）根据研究的结果表明，铁、渣界面不易发生脱碳反应，而容易产生脱磷反应，并且温度越低时对脱磷反应的进行越有利。3）由于大量碳的存在能提高磷在铁液中的活度。 电炉用全铁水冶炼脱磷溶液需要控制脱硅结束时温度在1430以上，脱磷反应结束温度控制在1480以下。2 工艺过程2.1 装入制度 铁水装入量为155t。高炉铁水从鱼雷罐倒入铁水包后，转入连铸接受跨，将碳钢连铸注余渣倒入铁水包内，然后将带有注余渣的铁水直接从电炉炉口兑入电炉。2.2 送电制度 铁水兑入电炉后，由于温度较低（通常情况下为12001300），炉内余渣及兑入的注余渣碱度较高，在电炉内铁水表面会形成一层较硬的渣壳，因此开始时用小档位（一般是4档）送电（约5000kwh）化渣；当渣子化开后，此时主要任务是吹氧脱碳、利用低温期脱磷，因此需将档位降低到最低，入炉铁水硅含量较高（w(Si)0.60%）时，吹氧过程如果渣况好、渣面活跃，可适当停电吹氧；当吹氧量达到要求后，停电、取样、分析，磷到目标后，大档位送电，快速升温到1650左右。2.3 吹氧制度 铁水兑入电炉后，电炉内铁水表面会形成一层较硬的渣壳，炉门氧枪无法伸入铁液中吹氧，因此要等到渣子化开后（即送电量达到5000kwh后）吹氧，吹氧量按式（1）控制。 Qo2（0.8w(Si)0.93×w(C)）×T/0.85×103 （1） 式（1）中，w(Si)为铁水硅质量分数，%；w(C)为过程脱碳量，%；T为铁水质量，t。 过程脱碳量一般按1%考虑，在吹氧量达到80%时，取样、测温；根据取样结果决定补氧还是进入提温操作。 炉门氧枪的供氧强度较小，吹氧过程需要深浅结合、左右摆动，以便加强熔池搅动。2.4 造渣制度 使用的主要造渣料是石灰，石灰的总加入量按式（2）控制。 Q石灰w(Si)×T×2.14×R/（w(CaO)×0.85） （2） 式（2）中，w(Si)为铁水硅质量分数，%；T为入炉铁水质量，t；R为过程炉渣碱度；w(CaO)为石灰中有效CaO质量分数，%；0.85%为石灰利用率。 脱磷过程碱度按3.0%考虑，送电、吹氧过程中，石灰加入应遵循少量、多批的原则，避免石灰堆积。取样前不加萤石。2.5 温度制度 脱磷反应是强放热反应，按热力学分析，升高温度会使其平衡常数的数值减小，脱磷的效率下降。但是，温度过低，石灰溶解缓慢，炉渣流动性差，钢渣接触面变小，脱磷反应不易进行。因此，对于铁水脱磷过程，必然存在一个合适的温度范围，分析认为这一温度范围是14301480，实际操作中，第1次取样测温时，温度应控制在此范围。 电炉生产的脱磷溶液是供AOD使用的，要求入AOD温度在1500以上，那么在正常生产节奏下就要求电炉炉前出钢温度在1630以上，温度过低，兑入AOD的温度不能满足需求，而温度过高，会带来AOD热量过剩，同时电炉消耗升高，出钢困难等。正常生产过程中，电炉炉前出钢温度控制在16301670。2.6 注余渣的使用 注余渣是指钢水包浇注结束后包内的残渣。注余渣的碱度通常在5.5以上，其组分主要为CaO-SiO2-Al2O3。通常注余渣成分见表3。表3 注余渣成分wB/%碱度CaOMgOMnOSiO2T.FeAl2O351.6459.3810.579.831.640.349.054.951.560.6823.4824.685.6911.99 一般碳钢每炉钢注余渣量在5t左右，铁水装炉前向每炉铁水中加入5t以上（总量控制在12t以内）热态注余渣，可节约石灰约2t，前期化渣电量少用约2000kwh，同时回收钢包内残余钢水0.5t左右。由于加入的注余渣为预熔态，开始吹氧后，炉渣可迅速化开，减少吹氧过程铁液喷溅，同时熔融的游离CaO可以快速与吹氧产生的SiO2结合，加快反应进程。3 工艺效果 2009年912月份，电炉使用全铁水生产脱磷溶液159炉，消化铁水24438t。生产的脱磷溶液基本情况如表4。表4 脱磷溶液基本情况项目w(C)/%w(P)/%t/生产周期/min最大值3.060.024162364最小值2.30.012153246平均值2.70.019157759 为保证脱磷溶液的P含量满足生产需求，脱磷溶液的C含量和温度的控制与工艺需求略有偏差，159炉脱磷溶液中异常控制情况如表5。表5 脱磷溶液中异常控制情况w(C)/%t/坏试样3.02.51600155031311274 工艺分析4.1 工艺结果分析 电炉生产的脱磷溶液与转炉生产的脱磷溶液出钢后情况对比如表6。表6 电炉生产的脱磷溶液与转炉生产的脱磷溶液比较工艺方式w(C)/%温度/脱氧剂控制状况AOD使用情况电炉脱磷溶液2.53.015501600不使用易控制，不出格满足AOD需求转炉脱磷溶液0.51.514001500铝系或硅系不易控制，易出格温度低、碳低、，需加提温焦炭或硅铁0.515501600铝系或硅系易控制，不出格碳低，过程热量不足，需加焦炭4.2 成本分析 电炉生产脱磷溶液过程不需要增加额外的设备投资，不需要改变现有原、辅料结构。与转炉生产脱磷溶液相比，电炉工序成本较转炉工序成本高，但由于电炉生产的脱磷溶液碳高、温度高，AOD操作时不加提温焦炭和提温硅铁，石灰用量少，过程渣量少，生产铬钢时铬收得率较高，还原硅铁用量少，同时金属收得率高，电炉生产脱磷溶液的全过程成本与转炉生产脱磷溶液相当。4.3 质量分析 转炉生产脱磷溶液时，出钢过程中必须加入脱氧剂，加入硅系脱氧剂时，会增加AOD炉衬侵蚀；加入铝系脱氧剂时，会增加AOD冶炼过程铝负担，对成品质量有潜在影响。电炉出钢过程不加任何脱氧剂，从理论上来说，电炉生产脱磷溶液较转炉生产脱磷溶液对成品质量有利。4.4 生产分析 电炉生产脱磷溶液过程利用电炉闲置设备，不增加其他工序负担。在无镍钢合同时，连铸可以正常生产，增加了炼钢产能；转炉检修而连铸不检修时，消纳了高炉铁水，保证了高炉顺行，对全线生产顺利有利。5 结语 1）在太原不锈钢股份有限公司150万t不锈钢生产线现有装备和原、辅料结构条件下，用电炉生产脱磷溶液供AOD使用，工艺可行，脱磷溶液能够完全满足AOD需求；160 tEAF用全铁水生产脱磷溶液工艺是150万t不锈钢生产线工艺的一个组成部分。 2）电炉用全铁水生产脱磷溶液，全过程成本、成品质量与转炉生产脱磷溶液相当；在一些特殊情况下，可以消化铁水，保证了全公司生产顺行，同时使炼钢增产。 3）160tEAF用全铁水生产脱磷溶液工艺使用注余渣，有利于脱磷反应，可以减少造渣料使用量，减少电耗。