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復吹轉爐超低硫鋼冶煉工藝的開發與應用

文檔作者：楊曉清文檔來源：山東鋼鐵股份有限公司煉鋼廠		點擊數：	更新時間： 2025年05月28日
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上一篇：干熄焦焦炭浮起處理分析與優化措施

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第３８ 卷第５ 期
２０１６ 年１０ 月
甘　肅　冶　金
ＧＡＮＳＵ　ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ
Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．５
Ｏｃｔ．，２０１６
文章編號：１６７２?４４６１（２０１６）０５?００１１?０２
復吹轉爐超低硫鋼冶煉工藝的開發與應用
楊曉清
（山東鋼鐵股份有限公司煉鋼廠，山東　濟南　２５０１０１）
摘　要：在對轉爐和鋼包脫硫熱力學條件和動力學條件分析的基礎上，對轉爐冶煉制度和鋼包渣洗制度進行了優
化，并提出了適用于轉爐冶煉和鋼包渣洗的超低硫鋼冶煉工藝，該工藝具有較好的脫硫效果。
關鍵詞：超低硫鋼；轉爐；渣洗
中圖分類號：ＴＦ７１　　　　　　　文獻標識碼：Ａ
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｕｌｔｒａ?ｌｏｗ Ｓｕｌｆｕｒ Ｓｔｅｅｌ Ｓｍｅｌｔｉｎｇ
Ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ?ｂｌｏｗｉｎｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
ＹＡＮＧ Ｘｉａｏ?ｑｉｎｇ
（Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ． Ｌｔｄ．，Ｊｉｎａｎ ２５０１０１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ａｎｄ ｌａｄｌｅ， ｔｈｅ
ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｓｍｅｌｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｓｔｅｅｌ ｌａｄｌｅ ｓｌａｇ ｗａｓｈｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｕｌｔｒａ ｌｏｗ ｓｕｌｆｕｒ ｓｔｅｅｌ ｓｍｅｌｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ
ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｓｍｅｌｔｉｎｇ ａｎｄ ｌａｄｌｅ ｓｌａｇ ｗａｓｈｉｎｇ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｔｈｉｓ ｐｒｏｃｅｓｓ ｈａｓ ｂｅｔｔｅｒ ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ： ｕｌｔｒａ ｌｏｗ ｓｕｌｆｕｒ ｓｔｅｅｌ；ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｓｌａｇ ｗａｓｈｉｎｇ
１　引言
　　目前，大多數轉爐煉鋼廠在冶煉低硫鋼時分三
道工序進行金屬液的脫硫處理，分別是鐵水預處理
脫硫、轉爐冶煉脫硫和ＬＦ 鋼包脫硫。生產實踐表
明，在冶煉對于成品硫含量要求小于２０×１０?６的鋼種
時，若進ＬＦ 爐之前鋼水硫含量大于８０×１０?６，則在
ＬＦ 將鋼水硫含量降低至規格要求的水平將變得十
分困難。因此，在冶煉超低硫鋼時，設法在轉爐工序
將鋼水硫含量控制在８０×１０?６ 以下，既是降低ＬＦ 工
序脫硫負擔的必然要求，也是確保成品硫含量符合
鋼種要求的可靠保障。
２　轉爐脫硫機理及分析
２．１　脫硫機理
　　研究和實踐表明，復吹轉爐煉鋼脫硫中爐渣脫
硫占總脫硫量的９０％，氣化脫硫占１０％，因此爐渣
脫硫是轉爐降低鋼中硫含量使之達到規格要求的主
要手段。根據爐渣的離子理論提出了下述脫硫方程
式［１］ ：
　　［Ｓ］＋（Ｏ２?）＝ （Ｓ２?）＋［Ｏ］ ⑴
　　用Ｌｓ 表示熔渣和金屬之間的脫硫分配系數，則
存在如下關系：
　　ｌｇＬｓ＝ｌｇ （％Ｓ）
［％Ｓ］ ＝ － ４３００ Ｔ
＋ Ｃ ⑵
　　式中：Ｔ 表示溫度；Ｃ 是常數。
２．２　脫硫機理分析
　　由上述⑴式和⑵式可知，脫硫條件如下：
　　⑴熱力學條件。堿性氧化物ＣａＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯ 都
能給爐渣提供Ｏ２?，因此增加爐渣堿度有利于脫硫；
［％Ｏ］增加有利于⑴式的逆反應進行，由于（ＦｅＯ） ／
［％Ｏ］在一定溫度下是一個定值，故渣中ＦｅＯ 增加
使脫硫能力降低；鋼渣間脫硫反應是吸熱反應，由⑵
式可知，提高溫度有利于提高硫的分配系數；增加渣
量能夠稀釋渣中（Ｓ２?），有利于脫硫反應的進行。
　　⑵動力學條件。脫硫反應是渣－金界面反應，
其過程有三個環節：①反應物由金屬液和爐渣向渣
－金界面傳質；②反應物在渣－金界面反應；③生成
物離開渣－金界面進入渣中。第②個環節進行得十
分迅速，要提高脫硫效果，就必須提高傳質系數和增
萬方數據
大反應的界面積，而加強攪拌和適當提高反應高溫
是實現上述目的的有效和必要方法。
３　轉爐工序的脫硫工藝開發
　　轉爐工序脫硫分為轉爐冶煉過程脫硫和轉爐出
鋼過程渣洗脫硫兩個環節。為確保ＬＦ 進站前鋼水
硫含量符合控制要求，需在上述兩個環節為脫硫創
造良好的熱力學條件和動力學條件。
３．１　轉爐冶煉環節的脫硫工藝控制
３．１．１　爐渣堿度
　　爐渣適當的高堿度是脫硫的必要條件，這是因
為在堿性渣條件下，爐渣中的ＣａＯ 先與ＳｉＯ２和Ｐ２Ｏ５
反應，剩余自由ＣａＯ 才能與ＦｅＳ 反應，因此堿度是
爐渣脫硫能力的重要標志［２］ 。但是爐渣堿度過高，
渣中存在大量的高熔點的ＣａＯ 質點時，爐渣變粘，
惡化了脫硫反應的動力學條件，降低了傳質速度，反
而不利于脫硫。
３．１．２　渣中ＦｅＯ 含量
　　鑒于ＦｅＯ 對脫硫反應的雙重影響，因而需根據
轉爐冶煉各階段的反應特點和需要，合理控制吹煉
過程各時期的渣中ＦｅＯ 含量。冶煉初期，盡快形成
具有一定堿度的爐渣，可采用鐵質成渣路線法提高
前期渣中ＦｅＯ 含量；冶煉中期防止爐渣發生返干，
以確保爐渣流動性，渣中ＦｅＯ 需保持在１０％以上；
冶煉后期嚴格控制渣中ＦｅＯ 含量，使其在吹煉終點
時不超過１５％。
３．１．３　溫度
　　鋼渣間脫硫反應是吸熱反應，吸熱值在１０８．２～
１２８ ｋＪ／ ｍｏｌ 之間，當溫度升高時爐渣易于脫硫。由
于熱效應值不大，脫硫平衡常數變化也不大。但是
高溫有助于促進石灰熔化和降低熔渣黏度，增加了
脫硫速度。為避免開吹后加入大量冷料抑制冶煉前
期升溫速度，造渣料分批次加入，開吹后第一批造渣
料加入量占總加入量的１／２～２／３。待溫度升高后，
分批次陸續補加剩余造渣料。轉爐冶煉終點溫度控
制在１ ６８０ ℃以上。
３．１．４　渣量
　　在硫的分配系數相同的情況下，渣量越大渣中
所含總硫量也越多，相應的鋼中硫含量也就越低。
但是渣量增加也增加了冶煉過程中的噴濺風險并易
導致爐渣堿度超標，給轉爐吹煉過程控制和脫硫帶
來不利影響。造渣料的加入量主要取決于鐵水成
分，尤其是鐵水的硅含量。生產經驗表明，鐵水中的
硅含量在０．４％ ～０．６％ 時，既可以確保吹煉平穩又
可以確保有足夠的渣量。
３．１．５　底吹強度
　　對脫硫而言，若全程采用低底吹強度，攪拌效果
較差，動力學條件不好；過高的供氣強度，雖然動力
學條件好，但渣中ＦｅＯ 過低，不利于化渣。因此為
獲得了最高的Ｌｓ，結合吹煉各時期的化渣要求和脫
硫條件，轉爐底吹強度采用“低———低———高” 模
式。為促進前期渣中ＦｅＯ 盡快生成和確保中期渣
中ＦｅＯ 含量合適，底吹強度為０．０３２ Ｎｍ３ ／ ｍｉｎ·ｔ。
吹煉后期石灰完全熔化，溫度升高，是脫硫的最佳時
期，此時提高熔池攪拌強度，不僅能為脫硫創造良好
的動力學條件和增加渣－金反應面積，而且能夠減
少爐渣中ＦｅＯ 含量，因此可將此時期的轉爐底吹強
度調整為０．０５３ Ｎｍ３ ／ ｍｉｎ·ｔ。
３．２　出鋼環節的脫硫控制
　　轉爐出鋼過程一般持續３～６ ｍｉｎ。轉爐出鋼時
不可避免會伴有轉爐下渣，高氧化性的轉爐爐渣進
入鋼包增加了ＬＦ 工序的深脫硫困難。因此，利用
轉爐出鋼過程高溫鋼流和鋼包底吹對鋼水的強大攪
拌力，通過造高堿度還原性渣實現對鋼包渣的改性
和對鋼水的“渣洗”，是降低鋼包入ＬＦ 爐的初始硫
含量、減輕ＬＦ 爐的造渣負擔的有效方法。
３．２．１　出鋼前操作
　　為使鋼水在出鋼過程中盡早脫氧，為渣洗脫硫
創造良好的熱力學條件，在出鋼前根據終點鋼水氧
含量向鋼包底部均勻撒入一定量的鋁粒。鋁粒加入
量的經驗計算公式如下：
　　ｍ＝１．７×［％Ｏ］×Ｑ×１０００
　　式中：ｍ－鋁粒加入量，ｋｇ；［％Ｏ］ －鋼水終點氧
含量，％；Ｑ－鋼水量，ｔ。
３．２．２　出鋼過程操作
　　在出鋼量１／４ 時開始加入鋁塊、硅錳等其他合
金，并加入ＣａＯ２ ∶ ＣａＦ２ ＝ ２．５ ∶ １ 的二元合成渣，其
加入量為８～１０ ｋｇ／ 噸鋼。為確保合金和合成渣充分
熔化，防止結塊，合金和合成渣要加在鋼流沖擊部位。
在出鋼過程中，小幅度來回移動鋼包車，防止合金和
合成渣因加入集中而造成堆積。為加強鋼水攪拌，為
鋼包內鋼－渣反應創造良好的動力學條件，出鋼過程
打開鋼包底吹，為確保在最小的溫降條件下達到最大
的鋼水脫硫量，底吹強度為０．８～１．２ Ｌ／ ｍｉｎ·ｔ。
３．２．３　出鋼后操作
　　出鋼后期不可避免地出現鋼流卷渣，使部分轉
爐終渣進入鋼包內。根據下渣量多少，向鋼包內加
入６０～１００ ｋｇ 的鋁屑。鋼包底吹采用軟吹模式，底
吹強度為０．２ Ｌ／ ｍｉｎ·ｔ，攪拌強度以鋼液面微微波
動并且不裸露鋼液面為準，以促進漂浮在鋼液面上
的鋁屑與鋼包渣中的ＦｅＯ 反應，降低鋼包渣的氧
化性。（下轉第３３ 頁）
１２ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 甘　 肅　 冶　 金　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 第３８ 卷
萬方數據
表３　改裝后的小孔板排列
燃燒室立火道１ ２ ３ ４ ５ ６－７ ８－１２ １３－２０ ２１－２５ ２６－３０ ３１ ３２
孔徑／ ｍｍ １４．８ １４．５ １４．０ １３．７ １３．５ １２．８ １２．９ １３．０ １３．１ １３．２ １４．０ １５．６
３．５　針對不同結焦時間，采取階梯型控溫
　　由于設備檢修，結焦時間變更頻繁，不同結焦時
間，溫度控制較困難，通過歷次設備檢修控溫經驗，
最終得出不停止加熱的階梯型控溫方式：整體采取
不停止加熱煤氣的方式，先控制熟爐號，再控制結焦
中期爐號，最后控制裝煤初期爐號，從而達到全爐溫
度的均勻。
３．６　煤餅倒塌后的溫度處理
３．６．１　使用焦爐煤氣加熱
　　⑴在接到煤餅倒塌后的通知，根據倒塌爐號的
煤量、倒塌位置，在相應的煤氣支管添加調節棒。
　　⑵每兩小時測量一次該爐號兩側橫排溫度，及
時調節并做好記錄。
　　⑶在該爐號推焦后，及時恢復正常加熱。
３．６．２　使用高爐煤氣加熱
　　⑴在接到煤餅倒塌后的通知，將該爐號的高爐
煤氣加熱改為焦爐煤氣加熱。
　　⑵關閉后一號高爐煤氣，減少相鄰號的高爐煤
氣用量。
　　⑶開啟本號單眼和后排雙眼焦爐煤氣，根據煤
氣用量適當調整進風門開度。
　　⑷根據倒塌爐號的煤量、倒塌位置，在相應的煤
氣支管添加調節棒。
　　⑸每兩小時測量一次該爐號兩側橫排溫度，及
時調節并做好記錄。
　　⑹在該爐號推焦后，及時恢復正常加熱。
４　結語
　　針對搗固焦爐的實際控溫要求，將焦側溫度制
定低于機側溫度，使用焦爐煤氣時，溫度差為５～１０
℃，使用高爐煤氣時，溫度差為１０～１５ ℃，并取得了
一定成果，降低了煤氣自耗，提高了焦炭質量。
參考文獻：
［１］　朱良鈞．搗固煉焦技術［Ｍ］．北京：冶金工業出版社，
１９９２．
［２］　王曉琴．煉焦工藝［Ｍ］．北京：化學工業出版社，２００５．
［３］　苗　鈞．火落管理在搗固焦爐中的應用［Ｊ］．燃料與化
工，２０１０．
收稿日期：２０１６?０５?１７
（上接第１２ 頁）
４　應用效果
　　按照超低硫鋼冶煉工藝操作成功開發出Ｘ１００
等超低硫鋼種：
　　⑴通過優化造渣制度、溫度制度和底吹工藝，轉
爐冶煉回流量得到有效控制，轉爐終點鋼水硫含量
在０．０１３％以下，較低的鋼水初始硫含量有助于后續
工序脫硫任務的完成。
　　⑵通過優化渣洗工藝，能夠將ＬＦ 進站前鋼水
硫含量和鋼包渣中ＦｅＯ 含量分別控制在０．００８％和
３％以下，為ＬＦ 深脫硫創造了良好的條件，減輕了
ＬＦ 爐的脫硫負擔，確保了ＬＦ 處理完畢鋼水硫含量
在２０×１０?６以下，滿足了鋼種的規格要求。
５　結論
　　⑴熔渣（包括轉爐渣和鋼包渣）的脫硫能力決
定于爐渣堿度、渣中ＦｅＯ 含量、反應溫度和渣量；對
于高堿度熔渣，增強攪拌有利于提高脫硫速度。
　　⑵超低硫鋼冶煉工藝使轉爐終點、出鋼后和ＬＦ
爐處理前等各環節的鋼水硫含量實現了可控，能夠
應用于成品硫含量要求不超過０．００２％的超低硫鋼
的開發和生產。
參考文獻：
［１］　陳家祥．鋼鐵冶金學（煉鋼部分）［Ｍ］．北京：冶金工業
出版社，１９９０：１１５．
［２］　吳勉華．轉爐煉鋼５００ 問［Ｍ］．北京：中國計量出版社，
１９９２：１３７．
收稿日期：２０１６?０７?０６
作者簡介：楊曉清（１９８１?），男，山東鋼鐵股份有限公司煉鋼廠，工程
師。從事煉鋼工藝技術的研究。
第５ 期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 趙廣磊：淺談 ５．５ 米搗固焦爐的溫度控制　 　 　 ３３

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