省资源型炼钢技术

省资源型炼钢技术

日本JFE公司东日本制铁所（京滨地区）为了减少含氟（F）钢渣的发生量，于2004年和2005年实现了无氟化的铁水脱硫处理和转炉预脱磷处理。在此基础上，又进一步采取措施减少钢渣发生量和降低助熔剂用量。

1.1生产流程

东日本制铁所高炉生产的铁水装入铁水罐中除渣后，用KR法（机械搅拌脱硫法）进行脱硫处理，用脱磷专用转炉进行脱磷处理。然后用脱碳专用转炉对脱磷铁水进行脱碳处理。脱碳后的钢水出钢到钢包中，再经二次精炼，制成要求的钢种，然后分别经3座连铸机连铸制成板坯或圆坯。1号、3号连铸机（1CCM、3CCM）是板坯连铸机，5号连铸机（5CCM）是圆坯连铸机。

1.2无氟化生产工艺

为了构建循环型社会，提高钢渣再利用的可能性，以含氟钢渣排放量为零作为目标，于2004年和2005年使铁水脱硫处理和脱磷处理无氟化，实现了钢厂完全无氟化生产。但是，无氟化会使助熔剂用量增加。通过无氟化前后助熔剂单耗的比较，无氟化使脱硫剂单耗增加了17%、脱磷剂单耗增加了20%。

1.3助熔剂单耗

将2003年上半年的助熔剂单耗的指数规定为100。2004年、2005年脱硫、脱磷无氟化，使脱硫剂、脱磷剂用量增加。并且2008年8月由于冲天炉的使用，使脱硫前的铁水硫含量增加，导致脱硫助熔剂用量增加。此外，从2007年上半年开始，为应对粗钢产量增加，降低了铁水比。但降低铁水比需要保证一定的富裕热量，所以降低了铁水预处理率。东日本制铁所的石灰使用总量指数在2010年上半年达到156（2003年上半年为100）。

2.1改变脱硫剂的投入方法提高脱硫效率

为了降低KR的助熔剂用量，应提高铁水的脱硫反应效率。为了提高铁水的脱硫反应效率，保证足够的脱硫剂与铁水的界面面积十分重要。因此，一般使用粒径小于1mm的脱硫剂。但是，当为了增大反应界面面积而使用粒径更小的脱硫剂时，脱硫剂添加时的飞散增大。

为了防止脱硫剂飞散，研究人员利用熔炼炉，进行了小粒径脱硫剂喷射添加到铁水中的试验。试验结果表明，小粒径脱硫剂喷射添加方法，具有使脱硫剂弥散和抑制脱硫剂凝聚的效果。

2.2 1号KR脱硫剂喷射法概要

1号KR于2009年8月引入石灰喷射设备，石灰喷射枪安装在喷射器的滑架上。此外，为了能够与现有的顶投法石灰投入方法并用，在现有的助熔剂罐和配料器之间配置了支管。石灰喷射设备的主要技术参数如表1所示。

2.3脱硫剂喷射法降低助熔剂用量

通过试验分析可知，脱硫剂喷射法的脱硫效率高于脱硫剂顶投法，喷射法的助熔剂用量下降到顶投法的81%。此外，铁水温度越低，脱硫剂喷射法的脱硫效率越有优势。

3.1 DRP®工艺概要

东日本制铁所有两座转炉。过去，在两座转炉生产时，采用可降低精炼成本的转炉脱磷+转炉脱碳的（LD-NRP：双联法）生产模式，在一座转炉生产时，采用普通吹炼（一次吹炼）的生产模式。由于是一座高炉的生产体制，所以要增加钢产量就必须降低铁水比。随着铁水硅含量的增加，LD-NRP脱磷效率下降，所以，还要用NRP进行钢包脱硅处理。此外，由于脱硅处理后出钢造成的热损失很大，所以存在增加富裕热量的问题。普通吹炼法没有中间出钢，所以可增加富裕热量，但CaO用量增加。因此，产生了磷进入脱碳工序，导致不能用锰矿石还原和高C停吹的问题。

为解决上述问题，开发出双渣精炼法（DRP®）。该方法将未进行钢包脱硫的铁水装入转炉，对铁水脱硅处理后，进行中间放渣，将高SiO2渣排到炉外后，进行脱磷吹炼。在钢包NRP脱硅时发生处理中的放热损失和处理后放渣的热损失。与此不同，DRP®没有NRP脱硅处理，所以热损失小于LD-NRP。

对LD-NRP的热平衡和DRP®的热平衡进行比较的结果表明，DRP®没有NRP脱硅处理，所以热输入大，而不明热（炉体向大气散热等）与LD-NRP相同。对LD-NRP的铁水比和DRP®的铁水比进行比较的结果是，LD-NRP的铁水比是90%，而由于DRP®的富裕热量，铁水比降低到82%。对LD-NRP的出钢收得率和DRP®的出钢收得率进行比较的结果是，如将LD-NRP的出钢收得率作为100，DRP®的出钢收得率就是102.1，DRP®法提高了出钢收得率。原因是，DRP®法中间排出的渣与脱磷处理后的渣相比，由于中间渣的CaO/SiO2下降，所以悬浊于中间渣的铁粒也减少。

3.2 DRP®降低助熔剂用量的效果

LD-NRP法精炼时，T. CaO随铁水硅含量的增加而增加。DRP®法精炼时，由于中间排渣将高SiO2渣排放到炉外，所以，DRP®法精炼的CaO总消费量与铁水硅含量无关，是一个定值。通过分析LD-NRP、DRP®的出钢钢水磷含量与碳含量的关系可知，DRP®的出钢钢水磷含量与LD-NRP出钢钢水磷含量程度相同。

3.3 DRP®工艺实施率的提高

为了采用DRP®工艺既能降低助熔剂用量，又能提高生产效率，东日本制铁所采取许多措施缩短DRP®精炼时间。主要措施包括：

1）缩短等待吊车时间。

过去的吊车工作情况是，额定载重465t的1号吊车的工作是将铁水装入脱磷炉、将脱磷铁水装入脱碳炉。2号吊车的工作是将废钢料装入脱磷炉。所以，1号吊车将脱磷铁水装入脱碳炉后，再返回到脱磷炉前。这样，脱磷炉出钢要有9min的等待吊车时间。

为缩短等待吊车时间，将2号吊车的额定载重提升到465t，使2号吊车可以吊送铁水。这样，2号吊车将废钢装入脱磷炉后，可以立即将脱磷铁水装入脱碳炉。这种改进的效果是，将原来的脱磷出钢到下炉次装炉时间的12min缩短为3min。

2）缩短出钢包运行时间。

吊车将脱磷前的铁水装入脱磷炉。脱磷后，在脱磷炉内取样，然后用台车将脱磷铁水罐搬送到脱磷炉前，再用吊车吊起，将脱磷铁水装入脱碳炉。脱碳后的钢水由台车搬送到脱碳炉后。

上述运送流程的问题是，由于脱磷炉在垂直状态时，钢包不能从脱磷炉下通过，所以在铁水装炉—脱硅吹炼之间有5min等待时间。为此，将钢包的端部切掉500mm，使钢包可以通过垂直状态的脱磷炉下。这个改进措施，使钢包通过脱磷炉下的时间由过去的5min变为0，即DRP®精炼时间缩短了5min。

3）缩短中间排渣时间（设置炉前挡板）。

过去，东日本制铁所的转炉前没有使用挡板，所以，在中间排渣时，存在热渣和铁水飞溅到炉台的危险。因此，在脱硅吹炼后，要将熔渣充分沉静后再进行中间排渣。

为了消除热渣和铁水飞溅的危险和缩短中间排渣时间，设置了炉前挡板。这个措施使中间排渣时间由12min缩短到6min，即DRP®精炼时间缩短了6min。

4）缩短中间排渣时间（渣罐大型化）。

为了缩短脱硅渣的排渣时间（中间排渣时间），对渣罐进行扩容改造，将渣罐容积由35m³扩大到40m³。渣罐大型化使脱硅渣的排渣时间由6 min缩短到5 min，即DRP®精炼时间缩短了1 min。

5）扩大出钢口。

过去，DRP®的脱磷炉为了与脱碳炉协调一致，脱磷炉出铁口尺寸与脱碳炉出钢口一样。脱磷炉出钢时间约5min。由于上述各种措施缩短了DRP®各环节的作业时间，降低了脱磷炉向脱碳炉供给铁水的频度，所以，对脱磷炉出铁口口径进行扩大。将口径由240mm扩大为290mm，增加50mm，使脱磷炉出铁时间缩短了1 min。

表2是各个缩短DRP®处理时间的措施和改进前后，缩短时间的效果。由于采取了上述的各种缩短DRP®处理时间的措施。使DRP®处理时间由原来的51 min缩短为28 min。

由于DRP®处理时间由原来的51min缩短为28min，使DRP®每天处理炉数达到47炉，因此，可满足产量增加的需求。

通过高炉铁水罐的大型化，提高了处理前的铁水温度以及脱硫渣的热循环利用率，降低了助熔剂用量。在铁水脱磷方面，采用直接装入铁水罐的方法，提高处理前的铁水温度以及控制FeO的方法，提高了脱磷效率，降低了助熔剂的用量。采取这些措施，使东日本制铁所2015年上半年，在降低铁水比的情况下，助熔剂用量减少到无氟化以前的90%。