高炉低碳冶炼技术十篇

高炉低碳冶炼技术篇1

关键词：转炉炼钢；终点控制；技术探讨

0.引言

转炉炼钢终点控制技术作为转炉冶炼技术的后期操作是非常关键的技术操作，终点控制水平对产品质量和生产效率都有直接的影响。转炉炼钢终点控制技术包括对钢水的温度和碳含量的控制，其中的碳含量控制过低会提高钢中的氮和氧的含量，但是如果控制的过高则会导致钢的脱磷和脱硫效果变差，从而影响钢的品质；而终点控制在温度上如果控制的过高或过低也会不同程度的增加冷却剂及副原材料的消耗，从而增加冶炼的时间和冶炼金属的消耗，对炉衬寿命产生很大的影响。转炉炼钢的终点控制技术有拉碳补吹法、一吹到底增碳法、成分测算法等，在炼钢过程中还要注重对终点的静态和动态控制，并积极引进先进的和智能型的终点控制技术，提高转炉炼钢的质量和效率。

1.转炉炼钢终点人工经验控制技术

1.1.拉碳补吹法

拉碳补吹法是一种比较常见的以人工经验为主的控制技术。主要工作内容是在吹炼后期，根据钢中的碳含量来判定是否达到目标和停止吹氧，但这种终点控制方法是以人工经验判定为主的。但是，在钢的中、高碳含量生产过程中，由于钢中碳含量较高且碳的氧化速度比较快，所以人工经验判定钢中碳含量的难度比较大，此时，高拉碳加补吹调整的操作技术则是最佳的终点控制方法[1]。这种方法的操作前提条件是要对供氧时间及其耗氧量以及吹炼时钢的特征来考虑，将终点判定定位在稍微高于炼钢中实际碳含量的上限，同时，在取样与测定温度后对炼钢的温度进行调节并补吹。

拉碳补吹法的操作的特征在于终点钢水中含氧量较少，钢中锰含量较高、脱氧剂消耗较少、金属获得率较高，此方法适合中、高碳钢的冶炼，但是它的终点一次命中率低。

1.2.一吹到底增碳法

此种方法是低拉碳加调温再加增碳的终点控制法。它的优点在于吹炼过程中无需倒炉和抬枪，可以一吹到底，实现对钢碳含量和温度的控制，温度调整后即可出钢，且用增碳法使钢中碳含量达到标准。一吹到底增碳法节省时间、操作稳定、化渣效果好、脱磷和脱硫率高，终点一次命中率高，能达到85%以上。这种方法在低碳钢和高废钢低铁水的冶炼中效果明显[2]。

1.3.质谱仪定碳法

质谱仪定碳法是利用质谱仪对炉气中的成分进行分析后预测吹炼钢时的碳含量，是一种气相定碳法。其实，气相定碳法还有红外分析仪，但是质谱仪的使用范围更加广泛。它的工作原理是将氦和氩等惰性气体作为示踪剂，然后根据气体的物料平衡管理计算冶炼过程中的烟气流量，从而测定吹炼过程中钢的碳含量。例如，用氩气来测定，就是根据烟气中的氩含量来计算出烟气流量，以及烟气组成成分的含量及计算所得的烟气流量来评价渣中氧气吸收速度及熔池中的脱碳速度，然后就能得到钢中碳含量了。

2.提高转炉炼钢的其他终点控制技术

2.1.静态控制

转炉炼钢终点控制的静态控制方法是一种预测性和基础性的控制手段。主要是根据炼钢静态模型分析来进行，根据原材料、钢的成分分析、温度等方面的基本数据并按照热平衡和物料平衡原理来计算冶炼公式，从而得出废钢、铁水、渣料、冷却剂、铁合金和氧的使用量等基本数据，这样可以有计划的进行物料装入和规范的吹炼，使得转炉炼钢的终点变得可控和可预见。

静态控制以静态模型的建立为基准，对人工经验的随机性和不可预见性有很好的完善作用。常用的静态模型有经验模型、机理模型、人工神经网路模型和统计模型，在实际应用中可以根据冶炼的情况选择合适的模型。但是静态模型对真实的冶炼状况并不能完全预测，所以它在终点命中率上有很大的局限性。

2.2.动态控制

转炉炼钢终点的动态控制要以静态控制为前提，在吹炼后期采用炉气分析仪、副枪火自动测温设备等来检测吹炼变量在吹炼过程中发生的动态变化，并根据检测到的动态信息和数据进行分析，对出现问题的变量进行及时的在线修正。以炉气分析仪为例，它是在吹炼的后期对炉气口逸出的气体进行检测，从而计算出熔池脱碳率，这样可以对钢水成分和温度做出准确的判定。同时，根据检测的气体成分和计算结果实现对系统的调整和对终点的预测[3]。

动态控制的优点在于它可以对冶炼中的钢的温度和碳含量这些动态信息做出连续性的预测和报告，并及时进行调整和修正。炉气分析仪安装不受炉口尺寸大小的局限。炉气分析仪对转炉炼钢终点的含碳量较低的钢水其终点命中率是很高的，可以达到90%以上。但是不可否认的是，动态控制仪器设备都是大型的且构造复杂的，在日常保养和维修上都会耗费较高的人力和财力。

2.3.自动控制

转炉炼钢终点控制技术的自动控制是将静态控制技术和动态控制技术结合起来的一种综合控制方法。对终点温度、钢的碳含量的动态测定、原材料和氧气的加入都有非常好的控制和调整。转炉自动吹炼技术很早就出现并得到广泛的应用。例如，人工神经网路技术、炉渣在线检测技术、模糊判断技术等。以人工神经网络技术为例，它是根据终点影响因素的非线性关系利用人工智能静态控制与动态控制模型来处理和分析各因素的变化和反应能力，从而提高转炉炼钢的终点命中率[4]。

3.结语

现代炼钢技术的发展和科学技术的进步使得转炉炼钢的终点控制技术从静态、动态和自动化三方面获得了发展，并以自动化控制为发展方向。转炉炼钢控制技术正走向智能化、科技化、现代化，转炉炼钢的效率和产品质量将会大大提高。

参考文献：

[1]李秀涛.转炉炼钢终点控制技术的探讨[J].科技论坛，2013，5（15）.

[2]胡燕，何腊梅.转炉炼钢中点控制技术及应用[J].钢铁技术，2009，12（25）.

高炉低碳冶炼技术篇2

关键词：consteel电炉 中频炉 不锈钢母液

中图分类号：TF758.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（c）-00-02

目前，国内短流程工艺条件下冶炼不锈钢母液的方法：大型不锈钢公司主要采用的是电炉冶炼不锈钢母液，即用电炉熔化镍铬合金、不锈钢返回料、高碳铬铁和碳钢废钢（或脱磷铁水），国内宝钢不锈钢公司、太钢不锈钢公司、张家港浦项制钢公司，都采用的是用电炉冶炼不锈钢母液的方法。小型不锈钢公司主要采用中频炉冶炼不锈钢母液，即中频炉熔化不锈钢返回料，国内典型的企业有青山控股下属的几家公司，都采用中频炉冶炼不锈钢母液的方法。最近两年用红土矿冶炼不锈钢母液的工艺发展非常快，广青金属、德盛镍业、北海诚德等企业的红土矿冶炼项目已经或即将投产。

采用电炉冶炼不锈钢母液时，普遍存在的问题是：冶炼时间长，冶炼电耗高，电炉炉渣Cr2O3含量高，Cr的收得率低，噪声大，冶炼过程不具备脱P条件，对原料的要求很高。而采用中频炉冶炼不锈钢母液时，所能选用的原料是唯一的，即不锈钢返回料，而且冶炼时间长，冶炼电耗高。采用红土矿冶炼不锈钢母液时，环境污染严重，废渣处理量大。

我公司的不锈钢生产线是在2008年由原来的碳钢生产线改造而成，不锈钢母液生产设备利用原有的consteel电炉，但用不锈钢废钢作为不锈钢母液冶炼的原材料时，过程中很难形成有效的泡沫渣，能耗高，冶炼周期长，并且含铬的炉渣很容易堵塞偏心底出钢口。为确保整条生产线的正常运转以及利用原有的电炉设备，必须找到一种适于consteel电炉技术的新原材料，来保证不锈钢母液的生产。

1 问题提出

1.1 用consteel电炉生产不锈钢母液

我们寻找新的原材料，选定镍铁作为原料，用液压抓斗将镍铁加到consteel输送机的加料段，经过consteel的预热段，镍铁连续进入炉内。由于镍铁中含有大量的Si和C元素，可以强化用氧，可以造泡沫渣，弥补了由于变压器容量不足导致的电能输入不够问题。

等全部镍铁熔化完之后，加入高碳铬铁，再进行通电熔化，此时不吹氧。存在的问题是：由于镍铁含P很高，加入高碳铬铁后无法有效脱P，造成成品P超标。通过合理配料很难解决P超标问题，而且，consteel电炉是留钢操作，强化用氧后导致留钢中的Cr被氧化，Cr的收得率

降低。

1.2 用consteel电炉-中频炉生产不锈钢

母液

由于直接用consteel电炉生产不锈钢母液存在上述问题，通过分析讨论，决定将高碳铬铁用中频炉来冶炼，用两步法完成不锈钢母液的生产，解决了所有问题。Consteel电炉对镍铁进行熔化和脱P，中频炉熔化高碳铬铁，最后，将合格的镍铁水和铬铁水出到同一个铁水包。

2 consteel电炉和中频炉主要技术参数

3 冶炼工艺

a、将含镍生铁加入到Consteel运输机上，入炉前在consteel预热段进行预热，预热到200～300 ℃[1]。

b、上炉出完钢后，填好EBT，炉体摇平后通电，启动Consteel运输机进料，含镍生铁以0～6 m/min速度进入炉内，熔池始终处于精炼状态下，同时启动炉门氧枪，依据装入原料重量和原料中C、Si的含量，调整氧气流量，连续冶炼过程中，溶池温度保持在1450±30 ℃，以通过控制进料速度来控制熔池温度。

c、待全部料进入电炉内后，电量达到12000 kWh时，停止通电，吹氧脱Si，并加入石灰调整炉渣碱度。

d、熔池中Si含量达到0.1%左右时，开始脱P。

e、出钢时的电炉母液成分控制为：C：0.5%～2.5%；Si：0.1%～0.5%；P：≤0.045%；Cr：

f、在电炉冶炼的同时，将高碳铬铁加入到中频炉中，加热熔化，若电炉熔清样中理论计算AOD还原后最终Ni含量偏低，中频炉会考虑补加镍含量为28%～45%的超高镍，进行调整，当合金温度达到1620～1700 ℃时，得到高碳铬铁母液。

g、将Consteel电炉的含镍铁水母液和中频炉的高碳铬铁母液先后出钢到铁水包内混合，完成不锈钢母液的冶炼，不锈钢母液最终成分：C：1.5%～3.0%，Si：0.5%～1.0%，P：

Consteel电炉-中频炉冶炼不锈钢母液工艺和已有的工艺相比，具有以下优点和特点：所选用的原料为镍生铁和自然块的高碳铬铁，实现了镍铬分离法冶炼不锈钢母液。

在consteel电炉冶炼过程中，留钢作业，镍生铁连续预热，连续入炉，连续熔化，熔池始终处于精炼状态下，达到了低电耗、平均电耗300 kWh/t，低噪声、脱P、冶炼效率高和镍收得率高的效果。中频炉熔化自然块高碳铬铁，铬损失少[2]收得率高，和电炉加高碳铬铁相比，铬收得率提高10%，自然块高碳铬铁不需要二次加工，原料采购成本

降低。

4 consteel电炉-中频炉冶炼不锈钢母液经济技术指标

5 结语

使用consteel电炉和中频炉工艺，实现了镍铬分离冶炼不锈钢母液；consteel电炉可以用高P镍铁作为原料，实现铁水脱P；镍生铁在consteel预热，留钢操作，冶炼成本降低；中频炉熔化铬铁，避免了电炉加铬铁造成的铬损失，铬的收得率提高10%；生产效率提高30%左右。

本工艺为我公司首创，为不锈钢母液的冶炼开启了新途径，该工艺已申请专利并已授权[3]。

参考文献

[1] 马登德，严良峰.一种冶炼不锈钢母液的方：中国，ZL201010268042.5[P].

高炉低碳冶炼技术篇3

[关键词]低碳深冲钢 生产工艺 成分控制 成本控制

中图分类号：TG335 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0038-01

电镀锡薄钢板用低碳深冲钢具有耐腐蚀、无毒、强度高、延展性好等特点，应用广泛。由于其要求有较高的屈服强度和较好的延展率，因此对钢中夹杂物含量和有害元素含量要求严格。为了减少原材料和设备损耗，降低成本，本文结合实际对日照钢铁有限公司板材制造部120tBOF-RH-LF工艺生产MR低碳深冲钢的工艺进行了研究。

1 生产工艺流程

根据目前的实际生产条件，目前本厂所采用的工艺路线为双联精炼工艺路线：高炉铁水120t顶底复吹转炉RHLF板坯连铸机。

1.1 转炉冶炼

转炉冶炼工序的控制重点是终点碳和磷含量及冶炼终点温度的控制。根据现行工艺路线条件，由于进入脱硫站的铁水不进行“三脱”预处理，为降低后续LF炉脱硫压力，确保产品质量和降低生产成本，应控制入炉铁水[S]含量。根据现行工艺要求选择铁水硫含量w[S]≤0.035%的铁水进行冶炼。为减少N等有害元素及钢液中夹杂物含量的增加，转炉采用一倒操作进行终点控制，尽量避免二次下枪补吹，同时转炉冶炼过程中采用全程底吹氩操作。

1.2 RH精炼

要求RH进站钢水温度T≥1570℃，RH炉对钢水进行脱碳、脱氧及合金化。在真空度达到工艺要求后进行吹氧脱碳，脱碳完成后加铝脱氧，脱氧结束后进行合金化。

1.3 LF精炼

LF炉主要任务为调整钢水温度和成分，造白渣脱硫，同时软吹搅拌促使夹杂物充分上浮。LF炉冶炼过程中要控制钢水增碳和增氮。

1.4 板坯连铸

连铸过程采用全程保护浇注技术，开浇前3min通过用氩气吹扫塞棒区及长水口区排除中间包内空气的方式，确保中间包内空气完全排除，大包长水口及浸入式水口采用氩封进行保护。

2 工艺分析

2.1 脱磷工艺分析

转炉脱磷反应是渣-金界面间的反应。生产中采用120t顶底复吹转炉对铁水进行脱磷处理。根据脱磷反应热力学及动力学条件可知，转炉生产中有利于脱磷的条件是：高碱度、高氧化性、大渣量及合适的温度。生产过程中通过采用合理的造渣制度，确保炉渣碱度和氧化性满足脱磷的要求，同时控制好过程温度，确保脱磷反应顺利进行。

通过对生产中有效的30炉生产数据进行统计分析，讨论了转炉冶炼终点钢液中碳含量和终点温度对终点磷含量的影响。

通过对不同冶炼炉次的终点成分进行统计分析，终点[C]含量最大值为0.079%，最小值为0.024%，平均值为0.051%。终点[P]含量最大值为0.022%，最小值为0.009%，平均值为0.014%。从转炉冶炼终点钢液中[C]含量与[P]含量的关系图中可知，对于不同炉次冶炼终点钢液[C]含量的高低对钢液脱磷效果无明显影响，其主要受造渣制度的影响。说明熔渣氧化性达到一定值后其氧化性高低对钢液脱磷效果已无明显影响。而当转炉终点碳含量低于临界碳含量时，脱碳反应能力减弱，以钢液氧化反应为主，导致钢液过氧化严重。因此，为降低冶炼终点钢水氧化性，延长炉龄，减少脱氧剂消耗，对于转炉冶炼磷含量较低的低碳深冲钢时，转炉终点碳含量应按冶炼工艺要求的上限控制。工艺要求转炉终点碳含量应控制在0.04-0.07%。

从冶炼终点钢液温度和终点[P]含量的关系看出，根据脱磷反应的热力学条件，熔池温度越高，则脱磷反应的阻力越大。从脱磷反应动力学方面来看，温度较低时炉渣粘度增加，流动性变差，不利于脱磷。理论研究表明，钢液脱磷反应的温度范围为1450-1500℃。随着冶炼终点温度的升高，钢液中[P]含量有上升的趋势。这与上述的理论分析相吻合。根据实际生产数据统计分析，在不同的钢包包况条件下，目前出钢过程中的温降在20-40℃。因此，在实际生产中，在保证钢包包况良好的条件下，转炉冶炼终点温度应按1640℃进行控制。

由于冶炼原辅料和转炉出钢带渣的影响，钢液在后续精炼过程中会产生不同程度的回磷现象，导致钢液磷含量增加。通过对生产数据进行分析，中间包钢液回磷量最小值为0，最大值为0.003%，平均值为0.0016%。因此，为了确保产品磷含量在工艺要求范围内，转炉出钢磷含量应≤0.017%。

2.2 脱碳工艺分析

RH炉对钢水进行深脱碳处理。根据工艺要求，转炉出站钢水氧含量控制在400-600ppm范围内。根据汪明东建立的RH真空处理脱碳数学模型，当钢中w[O]=600ppm，RH真空处理钢液初始碳含量w[C]控制在0.03%-0.04%时，可进行自然脱碳。因此，对于转炉终点碳含量w[C]≤0.04%的炉次，无需吹氧，利用真空条件进行自然脱碳，从而降低钢水终点氧含量，减少钢液污染。对于部分炉次碳含量较高的情况，则采用吹氧进行强制脱碳。根据实际生产数据，经RH脱碳后，钢中[C]含量可控制在0.01%以内，符合工艺要求。

根据不同炉次[C]含量的变化趋势可知，转炉冶炼终点[C]含量的高低对中间包钢液的[C]含量有一定的影响。正常情况下，转炉终点碳含量越高，则中间包钢液[C]含量也相应越高。分析原因主要是[C]含量高的炉次，RH炉处理时间长，导致到精炼工位钢水温降增加，精炼时间延长，从而导致精炼过程钢液增碳比正常值高。因此，为保证钢材中碳含量的稳定，应尽量保持转炉终点碳含量稳定，并与终点温度匹配良好，避免出现较大的波动。

2.3 脱硫工艺分析

脱硫工艺采用精炼造白渣脱硫。LF通过造还原渣、高碱度、高温、底吹搅拌等措施确保良好的脱硫热力学和动力学条件。

根据不同炉次各工位钢中硫含量变化趋势可知，入炉铁水硫含量的高低对最终产品中硫含量的高低有一定影响。因此，在不进行铁水脱硫的情况下，应控制入炉铁水的硫含量，确保LF脱硫平稳顺利运行。

入炉铁水硫含量最大值0.042%，最小值0.003%，平均值0.013%。由不同初始硫含量各工位变化趋势图可知，对入炉铁水硫含量较高的炉次，转炉冶炼过程具有一定的脱硫效果。当铁水硫含量较低时，在转炉冶炼结束后硫含量有所增加，主要原因是原辅料带入部分硫，同时硫含量低于脱硫反应的平衡硫含量，钢液脱硫动力学条件较差，钢液无法脱硫导致硫含量比初始值有所增加。因此，通过控制铁水硫含量和转炉原辅料质量，减少转炉冶炼过程钢液增硫，可以降低精炼脱硫压力，减少辅料消耗，同时缩短LF精炼周期，降低电耗。

3 结论

根据对实际生产数据的分析总结，得出如下结论：（1）对于冶炼MR低碳深冲钢，为保证磷含量满足工艺要求，转炉终点碳控制在0.06%、终点温度控制在1640℃比较合理；（2）采用RH进行深脱碳时，为保证钢材中碳含量稳定，应保证转炉终点碳含量稳定且与终点温度良好匹配；（3）采用双联精炼工艺，应减少入炉铁水硫含量，同时优化原辅料质量，控制转炉冶炼过程中钢液的增硫。

高炉低碳冶炼技术篇4

关键词 氧活度；副枪；皮下气泡；命中率

中图分类号 TF1 文献标识码 文章编号 1674-6708（2016）170-0174-02

H08A冶炼控氧操作一直是生产中的重点也是难点，如果到氩站氧值过高，极易使钢水硅含量低于0.015%而使铸坯产生气泡废品，且二次脱氧有诸多弊病，严重影响钢水纯净度。二钢轧厂炼钢作业区在冶炼H08A时，充分利用副枪定氧的优势。对吹炼过程进行优化控制，精准控制终点氧。根据副枪终点温度、碳含量、氧含量并结合实际生产摸索出一套很实用的经验公式，可使到氩站氧含量控制在80ppm以下。最大限度保护了钢液中硅元素，避免了钢水二次脱氧，提高了钢水的洁净度。

1 工艺设备条件介绍

宣钢150t转炉炼钢工程是一项宣钢淘汰落后产能、推进节能减排、实现装备大型化和现代化的工程，主要包括：8套铁水罐倾翻装置，2座150吨顶底复吹转炉，2座吹氩站，2座KR铁水脱硫站、2座LF钢包精炼炉，1座RH真空精炼装置，两台12机12流小方坯连铸机。

2 生产H08A的冶炼工艺控制

2.1 工艺路线

铁水KR预脱硫扒渣150t顶底复吹转炉吹炼Ar站定氧打线吹Ar软处理定氧出站

2.2 脱氧合金化

合金料采用：中碳锰铁配锰，硅锰合金配硅，铝锰钛铁脱氧；加入顺序：铝锰钛―中碳锰―硅锰合金。

2.3 H08A的成分要求

H08A成品w（C）要求控制在0.08%以内，w（Si）要求控制在0.03%以内，w（Mn）要求控制在0.40%～0.60%以内，w（P）要求控制在0.025%以内，w（S）要求控制在0.025%以内H08A钢种的成分要求决定了该钢种生产难度在于熔炼成分、钢水氧含量和夹杂物的控制。转炉终点钢水氧化性控制稳定与否决定了夹杂物的数量和进吹氩站前钢水氧化性的稳定性，因此精准控氧技术尤为关键。在冶炼过程中，使用副枪技术可在不中断吹炼或不倒炉的状态下，去获取转炉熔池的各种所需要的信息，例如，温度、碳含量、氧含量、熔池高度及取出熔池钢样。

3 H08A氧含量的控制

3.1 冶炼H08A炉前的操作控制

转炉终点氧含量的控制。转炉终点氧含量与终点C含量有直接关系，一般来讲，在一定温度下，C含量越高，氧含量越低，脱氧产物就越少，有利于钢水的纯净度；H08A成品w（C）要求控制在0.08%以内，转炉出钢w（C）应控制在0.03%～0.06%以内，终点a（O）在400ppm～550ppm时，脱氧控制比较容易，铸坯出现气泡的可能性小。

转炉岗位操作工可根据铁水温度、成分以及铁水、废钢的装入量（二钢轧转炉作业区冶炼H08A将装入量控制在185T），运用物料平衡热平衡原理计算各种造渣料及冷料的加入量，做好过程控制。副枪过程TSC探头测试完毕，根据过程测试温度以及碳含量对吹炼进行调整以达到对终点的精准控制。对于H08A来说如果把副枪过程温度的数值与过程碳含量的数值相加如果和值等于或接近1640，则说明过程吹炼对H08A来说是碳温协调的，比如：副枪过程测试完毕熔池温度为1620℃，碳含量为0.20%，那么副枪测完再吹上700m3～800m3的氧气就可达到终点碳温的双命中。在生产中可根据生产节奏等情况将温度控制在1 680℃～1 690℃，碳含量控制在0.03%～0.06%，此范围的碳含量可将熔池氧含量控制在400ppm～550ppm。若钢水氧含量低于400ppm则容易使熔池碳含量偏高而导致二次下枪补吹，若氧含量大于550ppm增加了脱氧剂AlMn的用量，不仅增加了冶炼成本，还会使脱氧产物增多影响钢水的纯净度。如图1、图2分别为终点氧小于550ppm和大550pp的两炉副枪测试结果。

3.2 转炉工序ALMn加入量的计算

宣钢150t炉区冶炼低碳低硅钢脱氧剂以铝锰钛为主，含铝量为41.9%。合金采用中碳锰铁和硅锰合金两种，在氩站喂钙铁线。合金加入量根据钢水量和氧化性情况适当调整。合金加入的顺序为：铝锰钛、中碳锰铁、硅锰合金。铝锰钛的配加量是由转炉终点氧活度和出钢温度的高低计算的。计算公式如下：铝锰钛加入量=K（转炉终点氧活度O-进站氧活度O）+出钢下渣补加的铝锰钛。其中K是个系数，通常由转炉终点氧活度来决定。根据实践经验，K系数如下：1）氧活度400ppm～550ppm，K=0.78；2）氧活度550ppm～800ppm，K=0.75；3）氧活度800ppm以上，K=0.70；出钢下渣补加铝锰钛：（1）挡渣成功，出钢完毕后可根据所下渣量补加5kg～15kg铝锰钛；（2）如果挡渣失败，根据下渣量的多少补加15kg～30kg，不可盲目多补，以便对确认下渣量的不准确而造成进站氧活度偏低，造成不必要的后果，进站定氧后再补加。通过副枪测量的氧含量及铝锰加入量的经验公式，H08A到站氧的命中率得到有效的提高。

3.3 氩站处理

运用此经验公式可控制到氩站氧含量在60ppm以下，有极个别炉次氧值会上70ppm甚至更高，此时可根据实际氧含量补加适量AlMn以及适量补加10Kg小袋SiCaBa防止钢水硅含量低而使铸坯产生气泡。当把氧含量控制到30-50ppm时，对钢水喂CaFe线600-900m/炉，以对脱氧产物Al2O3进行变性处理使高熔点Al2O3与CaO形成低熔点、低密度的12CaO？7Al2O3。最后要有足够的时间对钢水进行软吹氩处理，以促进脱氧产物的上浮，提高钢水洁净度。

4 需要注意的问题

为保证TSC探头测量的准确性，必须做到：熔池温度>1 640℃，废钢全部熔化；吹炼终点前2min使用TSC测量，碳含量大于0.15%，可以保证较高精度。TSO探头的使用必须做到吹炼终点提枪后使用，且提枪前两分钟禁止调入冷料，保证终点氧的准确性。另外钢水进氩站吹气2min后才可进行定氧操作，以确保进站定的氧具有代表性，以便后期准确处理。

5 结论

该操作解决了炼钢对H08A脱氧程度不易把握的问题，稳定了生产。最大限度的避免了因脱氧不良产生气泡废品；避免了对钢水二次脱氧带来的污染；避免二次甚至多次脱氧，节约了ALMn以及氩站定氧探头的用量；节省氩站处理时间，提高了生产率；最大限度提高产品质量，提高H08A在市场的竞争力。

参考文献

高炉低碳冶炼技术篇5

摘要:

试验以洗精煤、石油焦、电解铝残阳极、复合球团等还原剂代替部分木炭进行工业硅的冶炼，试验效果都不太理想，产量、产品质量等各项指标都较使用木炭时有所下降。为了弥补单一还原剂的不足，采用洗精煤+石油焦+废阳极+复合球团+疏松剂的组合还原剂替代部分木炭，试验效果理想，不仅提高了硅冶炼还原剂的反应活性，改善了炉料的透气性，降低了还原剂灰分带入的杂质，工业硅产品质量有所提高，同时降低了生产成本，经济效益明显。组合还原剂的使用，拓展了工业硅还原剂的来源，减少了木炭的使用，间接保护了森林资源，符合了公司降本增效，节能环保的生产理念。

关键词:

还原剂;替代;工业硅

化学级金属硅是多晶硅、有机硅、半导体、光电子用硅等高端硅材料生产的基本原料，也是多种合金材料冶金的重要辅料［1］。无论国内还是国外对金属硅材料的需求量均较大，因此金属硅生产产能都在不断增加，2012年全国工业硅产量113万吨，2013年产量145万吨，2014年产量为170万吨，国内工业硅产量呈现较快增长［2］。化学级金属硅是以硅石为原料，以木炭等为还原剂，在矿热炉中通过还原冶炼而得。木炭因具有固定碳高、灰分低、比电阻大、还原性和透气性好等优点，一直作为传统金属硅生产的理想还原剂应用〔3〕，而石油焦、洗精煤等碳质还原剂由于各方面的原因，在传统冶炼中只能少量配入〔4〕。据统计，生产1吨化学级金属硅需要木炭1．6吨，而1吨木炭需要消耗约6吨木材，10立方米森林〔5〕，工业硅的生产需要消耗大量森林资源，严重破坏生态环境。随着社会对环境保护，生态建设意识的增强，禁止砍伐破坏森林资源，使木炭的采购愈趋困难，价格攀升，致使金属硅生产成本不断上升，企业效益急剧下降，木炭的使用已成为制约硅产业发展的瓶颈问题。针对这一情况，选择其他一些来源广泛，价格便宜的碳质还原剂势在必行。

1还原剂的选择

工业硅的冶炼对还原剂的要求是固定碳高、灰分低、挥发分适中、比电阻大、化学反应活性强及有一定机械强度，因此能用于工业硅冶炼的碳质还原剂有木炭、低灰分洗精煤、石油焦等〔6〕。烟煤具有比电阻大、化学反应活性强等优点，但也具有灰分高，固定碳较低的缺点。烟煤经过化学处理和机械富集，可以降低其中灰分，得到的低灰分煤称为洗精煤，优质烟煤的灰分可以降低到3．0%左右，可以满足工业硅生产要求。大量试验证明使用洗精煤能使炉料沉料缓慢，炉况较使用木炭稳定，刺火现象减少，捣炉周期延长，减少工人劳动强度〔7〕。因此低灰分洗精煤是较理想替代木炭的还原剂。石油焦具有固定碳含量高、灰分极低的优点，但存在着高温下易石墨化造成还原活性低、高温比电阻低、透气性较差等缺点〔5〕。在工业硅生产中不宜全部使用石油焦，应与其他比电阻大的还原剂配合使用，冶炼过程中还应加入疏松剂提高炉料透气性。铝电解残阳极具有固定碳含量高、烧损低的优点。在工业硅冶炼过程中，由于木炭质量轻、反应活性强等原因，难以沉入炉底，使得炉底长期处理缺碳状态，电极消耗量大，铝电解残阳极可以起到炉底补碳作用。云南永昌硅业股份有限公司选用低灰分洗精煤，烧结性能好的石油焦，铝电解残阳极，碳质还原剂粉料制成的复合球团等还原剂替代部分木炭进行工业硅冶炼，为了保证炉内的透气性加入木块作为疏松剂。

2试验

2.1试验原料本次试验用低灰分洗精煤、石油焦、铝电解残阳极、复合球团、疏松剂等还原剂替代部分木炭进行工业硅的冶炼，为了保证试验期间生产正常进行及产品质量，对所用到的还原剂物理化学性质提出严格要求，试验原料的物理化学成分分析如表1所示。

2.2试验方案试验拟逐一使用上述还原剂替代部分木炭，考察试验期间工业硅平均日产量、产品质量、单耗、成本等指标，分析替代木炭的可行性。试验在25500kVA矮烟罩半封闭旋转式电弧炉上进行，设备参数如表2所示。

3结果与讨论

3.1洗精煤替代木炭自2011年7月起在5#、6#、7#矿热炉开展了洗精煤替代木炭试验研究工作。利用洗精煤具有的特性，综合考虑其他因素将其按配比作为金属硅冶炼还原剂，试验在原有配料的基础上，加大洗精煤的配入量，逐步减少木炭的使用量。从数据分析，洗精煤在金属硅冶炼中应用，因其反应活性低、透气性差等因素的影响，增加用量后在一定程度上制约了生产产量的提高，当洗精煤替代木炭由15%上升到30%后，工业硅日产量由50.38吨下降到48.72吨，下降了3.30%;使用洗精煤后，炉况比较稳定，同时仪表数值波动小，这些都利于冶炼操作，相应的冶炼电单耗下降;同时由于洗精煤烧损较木炭少，相应的碳单耗有所下降;洗精煤杂质含量较木炭高，产品质量有所下降，表现为441级以下产品产出率有所上升。

3.2石油焦替代木炭自2011年7月起在5#、6#、7#矿热炉开展了石油焦替代木炭试验研究工作。在原有配料比的基础上，加大石油焦的配入量，相应的逐步减少木炭的使用量，试验结果如表4所示。从数据分析，石油焦在金属硅冶炼中应用，因其反应活性低、透气性差等因素的影响，增加用量后在一定程度上制约了生产产量的提高，石油焦比例用量由17.4%增加到26.4%，工业硅日产量由50.38吨下降至48.08吨，下降4.57%;使用石油焦后由于透气性差的原因，炉况不太稳定，刺火较多，表现为电单耗上升;石油焦固定碳含量高，石墨化程度较高，易于沉入炉底，起到炉底补碳作用，相应的电极单耗下降;石油焦较木炭烧损少，相应的碳单耗下降;石油焦灰分相当低，加入石油焦替代木炭相应的可以减少杂质的带入，表现为441级以下产品产出率下降明显。

3.3铝电解残阳极替代木炭自2011年1月起在7号矿热炉开展铝电解残阳极替代木炭的试验研究，项目最终实现了15%的木炭替代量，试验结果如表5所示。残阳极投入期间取得了日产量下降3.13吨，下降2.24%，电极单耗下降30kg，下降4.84%，碳单耗下降0.003t，下降2.56%，电耗下降160kWh/t，下降1.25%。从产品质量对比得出，加入残阳极期间，441级以下产品产出率由加入前的2.56%上升到5.58%，上升3.02%，主要是由于残阳极含铁等杂质较高。总体而言铝电解废阳极固定碳含量高、挥发分及灰分低，反应活性低，透气性差，弱化了硅熔炼能力，试验期间炉况稳定，产品质量及产量下降、部份指标单耗下降，试验效果良好。初步证明了用铝电解残阳极部分替代木炭在生产工艺上是可行的。同时能使铝电解废阳极变废为宝，提高企业经济效益。

3.4复合球团替代木炭在使用木炭、洗精煤、石油焦、废阳极等碳质还原剂冶炼工业硅时，为保证炉料透气性，粉料不能入炉，因此堆存大量还原剂粉料，造成资源浪费。公司自2011年2月起组织开展金属硅生产用球团工业化应用技术研究工作，试验用各种碳类粉料制备出复合球团产品，并将球团投入公司7#矿热炉进行金属硅冶炼生产，试验用复合球团实现了4%的木炭替代量。相对于其他还原剂，复合球团的固定碳含量相对较低，铁等杂质含量偏高，大量使用会影响到产品质量，当少量使用时对产品质量影响较小。经过生产使用，证明了复合球团在金属硅生产中应用是可行性的。利用此工艺，一方面使粉料资源得到了综合回收利用，提高了企业经济效，降低了环境污染;另一方面为木炭还原剂替代找到了新的渠道，实现了金属硅生产的可持续发展。

3.5组合还原剂替代木炭为了弥补单一还原剂的不足，拟采用洗精煤+石油焦+废阳极+复合球团+疏松剂的组合还原剂。2011年6月采用洗精煤替代20%的木炭，石油焦替代26.4%的木炭，废阳极替代6%的木炭，复合球团替代4%的木炭，同时疏松剂的使用量每批次由60kg提升至100kg，共替代60%左右的木炭量，试验结果如表6所示。采用组合还原剂生产以后，工业硅平均日产量比用木炭生产略有下降，这主要是因为石油焦和洗精煤的反应活性较木炭差，导致硅生成化学速率整体变慢;同时硅的直收率升高、电单耗下降、固定碳单耗下降、热停炉事故率下降，这些主要是因为采用组合还原剂生产后炉况平稳，热停炉事故减少，很少出现明显刺火、炉眼喷火等现象，因此气态SiO随烟气溢出量减少，热量损失较少，碳烧损减少;441级以下产品产出率也较使用木炭时有所下降，这主要是因为在组合还原剂中配入的低灰分含量的石油焦量较多，总体带入炉内的杂质量下降了;使用组合还原剂后虽然烟管进口温度有所上升，但是温度在烟管可耐受温度范围内，对生产影响不大，同时更高的烟气温度对公司的烟气余热发电厂有利;组合还原剂生产工业硅需提升电炉有功功率，这是因为石油焦和洗精煤的反应活性较木炭差，提升有功功率可以提升电炉温度，促进煤焦化学反应速率的提升;组合还原剂生产工业硅平均成本下降了452元/t，这是由于硅的直收率升高减少了原料的投入量，电单耗下降，炉况稳定热停炉减少，组合还原剂价格也较木炭低。

4结语

通过以上试验可以看出，在单独使用某类还原剂替代木炭生产工业硅时，试验效果都不太理想。经试验证明，组合还原剂的使用提高了硅冶炼还原剂的反应活性，改善了炉料的透气性，使矿热炉硅产量上升;降低了还原剂灰分带入的杂质，入炉物料杂质量得到了有效保障，更重要的产品品级率得到明显提高;各项技术指标都较使用木炭为优，同时设备运行稳定且安全可靠，生产成本也得到了有效降低，给公司带来了可观的经济效益。木炭使用量的减少还可以间接保护森林资源，环保效益显著。

参考文献:

［1］孙德胜，康维．实用工业硅技术［M］．北京:化学工业出版社，2005，11－19．

［2］赵家生．我国工业硅行业现状及发展建议［A］．中国有色金属工业协会硅业分会．2015(首届)中国硅产业链峰会论文集［C］．2015．1－6．

［3］甘代顺．以煤替代木炭生产工业硅［J］．铁合金，2002，163(2):25．

［4］邹学柏，彭达，梁跃云．以煤代炭冶炼化学级金属硅的试验研究［J］．煤炭技术，2007，26(3):113－114．

［5］田建强．精煤在工业硅生产中的应用［J］．轻金属，2002，(8):49．

高炉低碳冶炼技术篇6

关键词：炼钢工艺 炉外精炼 技术

把炼钢用生铁放到炼钢炉内按一定工艺熔炼,即得到钢。钢的产品有钢锭、连铸坯和直接铸成各种钢铸件等。通常所讲的钢,一般是指轧制成各种钢材的钢。钢属于黑色金属但钢不完全等于黑色金属。

1、国内外炉外精炼技术的发展历程和现状

炉外精炼:将炼钢炉（转炉、电炉等）中初炼过的钢液移到另一个容器中进行精炼的炼钢过程,也叫二次冶金。炼钢过程因此分为初炼和精炼两步进行。初炼:炉料在氧化性气氛的炉内进行熔化、脱磷、脱碳和主合金化。精炼:将初炼的钢液在真空、惰性气体或还原性气氛的容器中进行脱气、脱氧、脱硫,去除夹杂物和进行成分微调等。将炼钢分两步进行的好处是:可提高钢的质量,缩短冶炼时间,简化工艺过程并降低生产成本。炉外精炼的种类很多,大致可分为常压下炉外精炼和真空下炉外精炼两类。按处理方式的不同,又可分为钢包处理型炉外精炼及钢包精炼型炉外精炼等。

铁中脱磷问题的认识和解决,在钢铁生产发展史上具有特殊的重要意义。钢的大规模工业生产开始于1856年贝塞麦(H.Bessemer)发明的酸性转炉炼钢法。但酸性转炉炼钢不能脱磷;而含磷低的铁矿石又很少,严重地阻碍了钢生产的发展。1879年托马斯(S.Thomas)发明了能处理高磷铁水的碱性转炉炼钢法,碱性炉渣的脱磷原理接着被推广到平炉炼钢中去,使大量含磷铁矿石得以用于生产钢铁,对现代钢铁工业的发展作出了重大的贡献。

我国早在20世纪50年代末,60年代中期就在炼钢生产中采用高碱度合成渣在出钢过程中脱硫冶炼轴承钢、钢包静态脱气等初步精炼技术,但没有精炼的装备。60年代中期至70年代有些特钢企业(大冶、武钢等)引进一批真空精炼设备。80年代我国自行研制开发的精炼设备逐渐投入使用(如LF炉、喷粉、搅拌设备),黑龙江省冶金研究所等单位联合研制开发了喂线机、包芯线机和合金芯线,完善了炉外精炼技术的辅助技术。现在这项技术已经非常成熟,以炉外精炼技术为核心的“三位一体”短流程工艺广泛应用于国内各钢铁企业,取得了很好的效果。初炼(电炉或转炉)精炼连铸,成了现代化典型的工艺短流程。

2、炉外精炼技术的特点与功能

炉外精炼是指在钢包中进行冶炼的过程,是将真空处理、吹氩搅拌、加热控温、喂线喷粉、微合金化等技术以不同形式组合起来,出钢前尽量除去氧化渣,在钢包内重新造还原渣,保持包内还原性气氛。炉外精炼的目的是降低钢中的C、P、S、O、H、N、等元素在钢中的含量,以免产生偏析、白点、大颗粒夹杂物,降低钢的抗拉强度、韧性、疲劳强度、抗裂性等性能。这些工作只有在精炼炉上进行,其特点与功能如下:

(1)可以改变冶金反应条件。炼钢中脱氧、脱碳、脱气的反应产物为气体,精炼可以在真空条件下进行,有利于反应的正向进行,通常工作压力≥50Pa,适于对钢液脱气。

(2)可以加快熔池的传质速度。液相传质速度决定冶金反应速度的快慢,精炼过程采用多种搅拌形式(气体搅拌、电磁搅拌、机械搅拌)使系统内的熔体产生流动,加速熔体内传热、传质的过程,达到混合均匀的目的。

(3)可以增大渣钢反应的面积。各种精炼设备均有搅拌装置,搅拌过程中可以使钢渣乳化,合金、钢渣随气泡上浮过程中发生熔化、熔解、聚合反应,通常1吨钢液的渣钢反应面积为0.8～1.3mm2,当渣量为原来的6%时,钢渣乳化后形成半径为0.3mm的渣滴,反应界面会增大1000倍。微合金化、变性处理就是利用这个原理提高精炼效果。

(4)可以在电炉(转炉)和连铸之间起到缓冲作用,精炼炉具有灵活性,使作业时间、温度控制较为协调,与连铸形成更加通畅的生产流程。

3、发展炉外精炼技术需解决的问题及发展方向

炉外精炼技术已经应用40年,对提高钢的纯净度、精确控制成分含量及细化组织结构等方面都起了重要作用,使冶炼成本大幅降低,同时提高了钢的品质和性能。但在发展的过程中也出现了一些问题,有待于解决,使这项技术更加完美。

(1)实现炉外精炼工艺的智能化控制,根据来料钢水的各种技术参数,利用信息技术,制定最佳的精炼工艺方案,并通过计算机控制各精炼工序。精炼工位配备快速分析设备,实现数据网络化,减少热停等待时间。

(2)钢包精炼:钢包精炼型炉外精炼的简称。其特点是比钢包处理的精炼时间长（约60～180分钟）,具有多种精炼功能,有补偿钢水温度降低的加热装置,适于各类高合金钢和特殊性能钢种（如超纯钢种）的精炼。真空吹氧脱碳法（VOD）、真空电弧加热脱气法（VAD）、钢包精炼法（ASEA-SKF）、封闭式吹氩成分微调法（CAS）等,均属此类;与此类似的还有氩氧脱碳法（AOD）。

(3)减少精炼过程的污染排放,精炼过程会产生大量废气,其中含SO2、Pb、金属氧化物、悬浮颗粒等,在真空脱气冷却水中含有固态悬浮物、Pb、Zn等,这些污染物须经企业内部的相关处理,把污染程度降低到符合排放标准后再排放,加强环境保护意识。

4、结语

炉外精炼技术是一项提高产品质量,降低生产成本的先进技术,是现代化炼钢工艺不可缺少的重要环节,具有化学成分及温度的精确控制、夹杂物排除、顶渣还原脱S、Ca处理、夹杂物形态控制、去除H、O、C、S等杂质、真空脱气等冶金功能。只有强化每项功能的作用,才能发挥炉外精炼的优势,生产出高品质纯净钢种。

参考文献

[1]王雅贞等.氧气顶吹转炉炼钢工艺与设备.北京:冶金工业出版社,2001.

高炉低碳冶炼技术篇7

主题词：冶金，天然气，焦炭，替代能源，经济效益，分析

一、钢铁企业用能特点

我国能源消费结构中钢铁占18.2%。钢铁工业是耗能大户，每吨钢综合能耗为0.7～0.9t标准煤；联合企业每吨钢消耗电能400～600kw.h。

钢铁生产所用的能源主要有炼焦煤、动力煤、燃料油和天然气等；而钢铁生产工艺主要使用的是焦炭、电力、气体燃料和蒸汽等。在各种燃料中，气体燃料的燃烧最容易控制，热效率也最高，是钢铁厂内倍受欢迎的燃料。钢铁生产的燃料消费成本占总成本的41%，投入的一次能源约有40%转变成为工艺副产煤气，其中焦炉煤气为46%；高炉煤气为45%；转炉煤气为9%。钢铁企业的生产车间基本上都使用各种热值不同的气体燃料，气体燃料在钢铁生产的热能平衡中占有重要地位。天然气中含有大量烃类气体，热值高，经转化后可得到以h2和co为主的还原性气体，供铁矿石还原培烧、高炉喷吹和铁矿石的直接还原等，是气体燃料中最受欢迎的一种。

通常钢铁企业的炼铁系由焦化、烧结、高炉工序组成，&127;所消耗的能源占钢铁生产总能耗的30%以上。特别是要用焦炭。我国的煤炭资源虽然丰富，但是用于冶金的焦煤资源不足，保有储量中焦煤仅占5.9%，而且地理分布不均。焦煤数量不足，质量下降是限制我国钢铁生产发展的薄弱环节。80年代以来重点企业冶金焦炭质量不断下降，近十年中，灰分由13.58%上升到14.58%(比国外高3%～4%)，含硫量由0.66%上升到0.72%。焦炭的质量成了影响我国钢铁生产的重要因素之一。

近年来，国内冶金企业对焦炭的需求使弱粘结性和高挥发份的气、肥等配焦煤在炼焦配比中不断增加，导致焦炭碎焦增多，强度质量下降。炼焦煤中，焦煤干燥无灰基挥发分vdaf＞20.0～28.0%，煤气产率vt=270～310m3/t；肥煤vdaf＞28.0～37.0%，vt=310～410m3/t；气煤vdaf＞37.0%，vt=410～1000m3/t。由此，也使先进的燃气－蒸汽联合循环发电方式在冶金企业得到了较好的应用。这些都为天然气以低成本优势进入冶金市场提供了良好的机遇。

二、天然气与炼铁高炉喷吹技术[3～5]

高炉炼铁是目前钢铁冶炼获得生铁的主要手段。近年来，为缓解优质炼焦煤的不足，发展了综合喷吹技术。高炉可以喷吹气体、液体、固体等各种燃料。气体燃料有天然气、焦炉煤气等。天然气的主要成分是ch4（90%以上），焦炉煤气的主要成分是h2(55%以上)，液体燃料有重油、柴油、焦油等；它们含碳量高，灰分少，发热值高。固体燃料有无烟煤和烟煤，其成分与焦炭基本相同；缺点是灰分高，硫含量高。1981年前，我国重点钢铁企业高炉炼铁大多数喷吹重油，此后政策性改油为煤，目前全部为喷吹煤粉。

为提高炼铁高炉燃料利用率和热效率，降低后续炼钢炉外脱硫等工序成本，目前又发展了炉身喷吹高温还原气体工艺。该工艺是将碳氢化合物燃料先在炉外分解，制成高温（1000℃左右）、还原性强的气体，再从炉腰或炉身下部间接还原激烈反应区喷入高炉，减少高温区的热支出，可以大幅度地降低高炉燃料消耗。国外炼铁高炉喷吹由天然气(150m3/t铁)高温转换的还原气体，使焦比（每炼一吨生铁所需的焦炭量。k=每日燃烧焦炭量/日产生铁，kg/t)降到了300kg/t铁以下，高炉利用系数（每立方米高炉有效容积一昼夜生产的生铁吨数。ηv=日产量/有效容积，t/m3.d)提到2.4以上(我国平均600kg/t铁，高炉利用系数1.7)。

前苏联地区因天然气资源丰富，高炉冶炼一般都是喷吹天然气。80年代以来，由于世界天然气的大量开采、有效输送，以及价格相对平稳，使美国、英国、法国等国家的也有相当部分高炉炼铁选用了喷吹天然气工艺。日本钢铁企业高炉炼铁喷吹燃料主要为优质重油，兼有天然气。

现有的各种固体燃料因含有灰分等杂质，气化方法都不能提供合格的冶金还原煤气。以重油为主的液体燃料对部分氧化法在理论上是可行的，但存在较多问题，尚需进一步试验发展。冶金还原煤气的主要气体燃料是天然气、其他还有石油气及焦炉煤气，其转化反应的目的是把ch4变成可利用的co和h2。焦炉煤气的转化尚无定型方法。我国因存在天然气供给问题，使炼铁高炉喷吹高温还原气没有得到很好地发展。无疑，天然气在高炉炼铁中有相当大的市场空间。

三、天然气与钢铁冶炼直接还原技术[5～6]

全世界炼焦煤仅占煤总储量的10%，随着逐年大量开采，储量锐减，价格上涨。据联合国环保组织调查，传统的钢铁工业是严重的污染源，所排放的有害气体（co2、co、nox、so2）造成使全球变暖，海洋扩大的“温室效应”。90年代以来，国内外逾来逾严格的环境污染排放标准，促使企业选择新的生产流程。

世界各国冶金工作者致力于开发用天然气作还原剂，发展了不用焦炭的非高炉直接还原炼铁法（以下简称直接还原法）。将铁矿石在固态还原成海绵铁，也称为直接还原铁dri。

直接还原是在固态温度下进行的，得到的直接还原铁未能充分渗碳而含碳量较低（＜2%），因此海绵铁具有钢的性质，而且实际上也多作为废钢代用品使用。直接还原法具有直接把铁矿石炼成钢的一步法特征。由于直接还原渣铁不能分离，实际生产中直接还原铁仍需要用电炉精炼成钢，但电炉精炼的作用主要是熔化脱出杂质和调整钢的成分，而不是氧化脱碳。由于是直接还原和电炉精炼生产钢，就产生了新的钢铁冶金生产短工艺流程。直接还原对于15×104～30×104t/a特钢厂具有无限的生命力。

直接还原工业化试验起始于20世纪50年代，到60年代后随着天然气的大量开采，1968年美国midrex法成功，直接还原才得到迅速发展。尽管近年来世界钢铁生产一直徘徊在8×108t/a左右，但采用直接还原法的短流程钢铁企业产量自1975年以来，却以平均每年12.31%的速度增长。日本学者认为，2020年直接还原－电炉法将与高炉－转炉法冶炼平分秋色，达到45%以上。

1.直接还原发展的背景

直接还原发展生产海绵铁客观原因有：

（1）世界多数国家严重缺乏焦煤，其中不少国家有优质丰富的铁矿以及天然气和烟煤资源，它们因地置宜地借助本国资

源发展直接还原工厂，如委内瑞拉、印度尼西亚、墨西哥等国有丰富天然气及优质铁矿，主要发展气基竖炉，以1995年统计为准产量达2829×104t/a，占dri总产量的92%。

（2）随着电炉流程生产线的发展，电炉钢产量日益增长，1997年世界钢产量7.8×108t/a，氧气转炉钢产量占57%，电炉炼钢占33%，平炉钢占13%。近年来世界制钢生产中连铸比迅速增长，已占72.7%，钢铁联合企业自产优质废钢减少，发展

（3）近十年来钢铁工业受到高分子材料及硅酸盐材料的竞争，世界钢的总产有停滞不前的趋势，自1988年达到7.83×108t/a 后，始终未有突破。但以质量、性能及品种产品取胜的小型特殊钢厂如雨后春笋，蓬勃发展。电炉钢选择原料，自然更多地选择直接还原铁，如不锈钢厂首先选择低碳粒铁或低碳海绵铁作原料。为发展精品，提高附加值，直接还原低碳海绵铁用于直接生产电工纯铁、铁氧体及工业铁料。

2.气基竖炉直接还原

气基midrex法由供料系统、还原竖炉、烟气处理、天然气处理、天然气重整炉组成。铁矿石经计量后从炉顶布入炉内。经过预热，在还原区与工艺燃料天然气反应，反应约6h即完成冶炼，再由冷空气直接冷至100℃以下，最后产品由炉底排出。冶炼产生废气仍含约70% co＋h2，通过重整炉，加入补充天然气裂化处理，使气体中co＋h2浓度上升到90%～95%，温度为900℃，重新进入竖炉循环使用。其反应式为：

ch4＋h2o co＋3h2（天然气裂化反应）

fe2o3＋3h22fe＋3h2o

fe2o3＋3co2fe＋3co2

气基法的能耗低，效率高，质量好，易操作，作业温度低，产品无需再分选。气基法生产dri对于天然气丰富地区具有生命力。

3.气基 dri法主要指标及技术经济优越性

(1）钢中有害元素sn、sb、as、bi含量大幅度降低，提高了钢材断裂韧性、热加工塑性、冷加工可塑性。

(2)钢中s、p含量降低，提高钢材冲击韧性，降低脆性转变点温度。

（3）缩短电炉精炼期，提高ni、mo等有价元素收得率。

（4）降低钢中[h]及[n]含量。

(5）用dri炼优质合金钢热变形能力良好，适合于作深冲钢板(见表1)。

气基dri指标 表1

.64 38.85 21.47～24.15 21.47 石家庄市 530 济南市 420 合肥市 460 郑州市 455 沈阳市 537 22.18 24.84 40.81 28.32 46.52 长春市 541 大连市 580 哈尔滨市 560 杭州市 560 29.11 32.60 53.56 37.16 61.06 29.52～37.57 26.83 厦门市 810 深圳市 890 南京市 760 广州市 619 注：计算参数：

1.焦炭热值25mj/kg，含灰分12%，含硫0.7%。

2.天然气热值37.26mj/m3。

3、理想焦炭热值价格计算依据：

a.无灰简单升值：+12%；

b.无灰标准升值：+84%（参照国家物价总局1992年11月制定的《最新煤炭出厂价格汇编》提供的计算方法：冶炼用炼焦精煤的灰分与价格的比值为1:7，即每降1%的灰分，价格升值为7%）；

c.无灰无硫升值：在无灰基础上+14%（冶炼还原含硫每增加0.1%，影响效率2%）。

2．炼铁高炉喷吹天然气效益推算

在高炉炼铁过程中，一般说高炉焦硫分每增加0.1%；焦比即升高3～6%，而生铁产量则降低5%。高炉焦灰分每升高1%，焦比约上升1～2%,而生铁产量则降低2%左右。天然气在炼铁高炉中作为部分代焦还原喷吹使用，由于上述因素，国外经验表明高炉系数可由目前的1.7提高到2.4，提高生产效率41.2%（见表3）。

高炉低碳冶炼技术篇8

转炉少渣冶炼是铁水全量三脱处理后带来的必然结果，同时简化了转炉冶炼功能，将脱硫、脱硅和脱磷转移到铁水预处理过程中实现，转炉只承担脱碳(或硅)升温的任务，这有利于实现转炉的高速吹炼，可大幅度减轻造渣脱磷、脱硫的工艺负荷，有利于提高供氧强度，并使终点控制更加稳定，这为转炉进行计算机智能控制提供了方便，可实现以吹炼终点的精确控制和不倒炉直接出钢。吹炼时间和冶炼周期的缩短以及少渣倒炉次数减少，使炉衬侵蚀大幅度减轻，加之溅渣工艺技术的应用，转炉炉龄将会大幅度提高，使其作业率将大于95%以上。如日本JFE福山厂两座300t转炉采用脱磷－脱碳双联工艺后，吹炼时间平均缩短2min，终点操作时间缩短1min，冶炼周期从29min降至26min，作业率提高4%［6］。日本和歌山厂采用脱磷炉和脱碳炉双联冶炼，实现100%“铁水三脱”预处理，1座210t转炉的年产量达到420万t。另外，转炉出钢挡渣效果对钢的纯净度和生产成本的影响也很大。

钢包精炼炉是生产洁净钢的重要设备。在炼钢生产中，精炼炉具有脱硫、气体搅拌、合金化、升温、调节连铸节奏和控制夹杂物形态等功能。目前，精炼可分为两种方式，一是以LF炉为主体的非真空精炼，可实现搅拌、均匀钢水成分和温度;脱氧去除钢中夹杂;实现微合金化和成分精确控制;渣洗，脱氧脱硫;喂线，实现夹杂物变性处理;调整温度(包括升温和降温)。二是以RH为主体的真空精炼，可实现搅拌均匀钢水成分和温度;脱氧和微合金化;吹氧深脱碳;喷粉深脱硫;温度调整等［7］。

连铸工序对钢的纯净度影响很大，采用保护浇注、中间包冶金、新型中间包覆盖剂、调整保护渣性能及设置电磁搅拌等手段还可继续去除及控制夹杂物，降低废品率。此外，电磁搅拌技术和轻压下在连铸工序得到了广泛应用。当今世界上有400多台方坯连铸机安装了电磁搅拌装置，电磁搅拌已成为先进方坯连铸机的标准配置:许多板坯连铸机也安装了电磁搅拌和凝固末端轻压下设备。电磁搅拌和轻压下技术可改善铸坯内部凝固结构、扩大等轴晶区，从而减轻中心偏析和中心疏松。目前，奥钢联的动态轻压下和新日铁的面压下是较先进的轻压下技术［8］。另外，在连铸板坯表面和内部产生的缺陷与连铸过程中的钢液流动现象密切相关。特别是在为了提高生产率而增加拉坯速度时，容易产生这种缺陷。因此要实现高速连铸而又不损坏铸坯质量，就必须引进以前没有的新技术。

1洁净钢传统生产工艺与新工艺的对比

1．1传统工艺

传统洁净钢制造流程如图1［9］所示，主要采用铁水脱硫预处理－传统复吹转炉冶炼－LF炉精炼与RH真空精炼－全连铸生产工艺。虽然可以生产出高洁净度的钢水，但由于工艺流程长，生产工艺和原辅材料的波动造成钢水质量不稳定;钢水提纯主要依靠炉外精炼，造成能耗高、成本高、CO2排放量高。

1．2日本新工艺

日本学者认为:传统的洁净钢生产工艺流程存在着生产成本高、能耗高、CO2排放量大和产品质量不稳定等缺点。为改进这些缺点，提出采用分阶段冶炼工艺，并经过20年的发展完善，形成了洁净钢制造新的工艺流程，如图2［9］所示。传统洁净钢生产工艺为欧美等国家及我国大部分钢厂所采用，用全量铁水脱硫预处理－转炉冶炼－炉外精炼工艺，以炉外精炼作为控制钢水洁净度的主要手段。如此以来不但流程长，而且耗能，还容易造成回磷、回硫，也是造成钢质量不稳定，生产成本高、能耗高的主要原因。日本开发的洁净钢生产新工艺流程强调采用全量铁水“三脱”预处理工艺，实现转炉少渣冶炼，通过铁水预处理控制钢水洁净度，达到降低成本和提高效率的目标，与传统工艺相比减少了渣量;缩短了转炉冶炼周期;减少了吨钢铁耗;减少了吨钢铁合金消耗［10］。目前，世界金融危机使全球钢铁业进入萧条时期，降低洁净钢制造成本、降低生产能耗和减少生产过程中的环境污染成为今后全球钢铁业市场竞争的焦点，因此，日本新工艺更具有市场竞争力。

2洁净钢生产前景展望

随着洁净钢生产工艺与设备技术的发展，生产高洁净度钢材以满足高品质钢的质量要求已不存在非常大的技术困难，但如何降低洁净钢生产成本，实现洁净钢大批量稳定高效的生产乃是急待解决的技术问题。因此，如何生产高效低成本洁净钢已成为市场发展的需要，是历史赋予炼钢工作者的责任，也是洁净钢生产面临的技术挑战。目前，世界洁净钢生产与研发水平最高的是日本，其次是欧美和韩国。最近，新日铁开发了控制钢中夹杂物的新技术，通过向钢水中添加镁，控制夹杂物的成分，并细化夹杂物颗粒。采用该方法，使夹杂物的变形性能接近钢的变形性能，可以提高产品的韧性和加工性能。同时，加拿大Mitchell和新日铁提出“零夹杂钢”的概念［11］，即夹杂物尺寸小于1μm，无法用光学显微镜观察到，预示钢的抗疲劳性能将有大幅度提高。

高炉低碳冶炼技术篇9

关键词：含铁尘泥；DRI工艺优选；废弃污染防治

中图分类号：X131 文献标识码：A 文章编号：

伴随着我国的钢铁冶炼技术的提高，钢铁产量也在迅速的提高，在冶炼钢铁过程中所产生的废弃物也在逐渐增多，不能正确的加以利用和回收，会造成资源的严重浪费，同时对环境造成了一定程度上的威胁。钢铁在烧结过程中进行系统回收含铁的废弃物可以达到数千万吨，但是有一部分的尘泥还是没有达到最优化处理。合理利用大规模数量的含铁资源，不但是保护环境和减少堆放场地使用问题，还关系到是否能够合理解决重金属资源，避免大量消耗原生资源，具有实现我国可持续发展道路的指导价值意义。

1.含铁泥尘的配入烧结产生的问题

冶炼钢铁过程中，经过严格的高温冶炼过程中所产生的含铁尘泥中含铁量，含量普遍比炼铁对烧结矿含铁量的要求要低，因此在使用较高含铁量铁精矿时需要进行配矿，这种冶炼钢铁的方式增加烧结生产原材料的成本。不但如此，含铁尘泥的粒度一般比较细，不到那影响了烧结的结料层透气性，对烧结矿强度也会有所影响。最后，含铁尘泥含有金属杂质锌的含量相对较高，锌步入烧结阶段对高路的炼铁产生一定的影响，主要原因是在高炉冶炼中锌容易形成一种炉瘤附着在锅炉内，限制了锅炉内的气体与固体的流动性能，在高炉中锌的负荷是要低于0. 2 kg/ t 铁的标准的。所以，这就导致了在冶炼钢铁和炼钢中需要手机尘泥是不适合作为烧结的结配料使用的。

2.冶炼钢铁中含铁尘泥的处理现状

2.1应用现状

在过去几十年中普遍使用的是高炉瓦斯灰，被广泛应用在东烧烧结过程中。东烧厂浮选赤铁精矿中经过配人定量热瓦斯灰，可以调节反浮选赤铁精矿中的水分，进而改善其特性。但是瓦斯灰含有一定量的铁与碳，二者的波动比较大，导致在烧结的混合料的含碳量成分不均匀，烧结矿的铁与氧化亚铁的含量由此也变得不稳定。不但如此，在配加过程中可能会形成二次污染，并且情况会很严重。选矿工艺经过严格的改造之后，精矿的水分会大幅度的降低，东烧停止使用瓦斯灰。但是最几年使用的烧结一次的混合机喷浆，受烧结的混合原料的原始水分影响作用，最后烧结成为混合料是以水分限制和泥浆的沉降影响，此时对泥浆的处理贵受到严重的限制。由于出去水分的污泥板结成了块状，不能够直接作用于原料使用中，污泥不能进行合理的运用，经过碾压之后干燥的五分成为粉尘到处飞，严重破坏了环境。所以，这个阶段的冶炼过程是进行废弃污染防治的首要课题。

2.2现存问题

利用含铁尘泥进行返回烧结是一种途径的，但是方法单一，其利用效率不是很高，是一种粗放利用。含铁尘泥的返回烧结的利用，很难除去一些有害物质，尘泥的存在不但影响了作业环境，长时间也会导致环境的污染。并且这种烧结方法，铁矿的质量不高，影响了经济效益的提高。

3.在进行处理含铁尘泥的DRI工艺优选

3.1 DRI工艺优选

在对含铁尘泥思路设计过程中，需要把铁氧化物质、ZnO、PbO比铁熔点低的环境下被还原成为单质Zn与Pb气体，并和铁物质分离。这种分离铁物质的方式就是直接还原铁工艺技术的范围内（DRI）。DRI如果应用在高炉炼铁的生产中没有相关环节，其产品主要作用于铁熔点以下的还原到固态的金属铁，其中还包含着矿石成分，俗称海绵铁。这种海绵铁的优点就是有害物质的含量相对较低，废钢没有这种优点，所以被广泛应用与废钢的替代品，是冶炼钢铁的优质原材料。

3.2处理含铁尘泥的DRI工艺优选

处理含铁尘泥的DRI工艺主要有煤基还原与气基还原两种形式，都被得到相应的应用发展。在技术较为成熟的MIDREX 气基还原工艺使用的依然是还原气，这种气体是以天然气为主要原料的裂解过程，产生氢气与一氧化碳物质。在我国的天然气资源的总体水平比较差基础上，所进行的以天然气作为主要原理啊的工业受到了限制，不适用大规模的推广。但是煤基还原技术还原剂是煤粉，其还原成本相对较低。在多年来的煤基还原研究下，从褐煤到无烟煤的非结焦煤都能作为煤基还原剂使用，以次烟煤最优。由于我国的煤炭资源相对丰富，所以煤基还原技术工艺相对优越。煤基还原技术工艺中使用的设备主要包括：转底炉、隧道回转窑。在长期使用中发现转底炉的占用面积小，节省空间，原料的使用没有强制性的要求，生产时间也比较短，因此被应用在处理钢铁中的铁尘泥中。

4. 废弃污染防治工作

4.1废弃的特征

在转底炉中废弃温度会达到900~ 1 100摄氏度，除尘步骤之前需要进行严格的降温，目的是减少除尘器机械损伤，在废气中可燃性的气体一氧化碳含量在2%~ 12%左右，二氧化碳、氮气和水含量之和超过了总量的四分之三，所以废弃用作燃料回收价值作用不大，粉尘主要是ZnO，PbO 和 FeO，需要通过高效除尘设置进行防治处理。在转底炉的高温环境下，还原过程一般不会产生挥发性的有机物。

4.2二氧化硫、一氧化氮、粉尘的控制防治

使用脱硫技术，再并且在使用过程中大量推广低硫煤，在转底炉末端设置废弃处理装置；进过充分燃烧一氧化碳，将余热进行合理利用；严格二次燃烧。

结束语：

现阶段处理含铁粉尘和研究仍然处于初级阶段，处理方式相对单一。需要进一步的开拓渠道，做到经济实用，充分利用废弃物，使社会效益、经济效益和环境达到最优。

参考文献：

[1]兰涛；张晓瑜；武征；孙愿. 处理含铁尘泥的DRI工艺优选及废气污染防治[J]. 工业安全与环保. 2012（05-10）.

高炉低碳冶炼技术篇10

【关键词】煤气回收；优化；程序；安全性；技术方案

1、总体思路

转炉煤气质量好坏及回收量的多少和转炉氧枪吹炼、一次除尘、转炉风机等设备有很大的关系，通过现场跟踪煤气回收过程，分析影响煤气回收的因素，从影响煤气的产生、流经路径、回收系统三个方面进行优化。通过修改PLC控制程序及画面组态程序，能够最大程度的多回收煤气并保证煤气回收系统的安全性。

2、技术方案

2.1可行性分析

本次主要是针对炉前冶炼和煤气回收过程，通过优化程序来达到多回收煤气的目的，以不增加设备为前提，程序的修改经过多方面的论证、不会对设备产生不良影响，不会产生安全隐患。同时通过对程序的优化还可以增加安全性。

2.2项目实施过程

（1）通过几天对煤气回收整个过程的全方位跟踪，转炉炼钢是产生煤气的源头，煤气质量和转炉氧枪吹氧量、氧枪枪位有很大的关系。为了提高煤气的质量、要让转炉冶炼人员能够实时的观测到转炉煤气的质量，这样就需要在转炉冶炼操作画面实时显示转炉煤气中一氧化碳和氧气的浓度在转炉冶炼气体中的百分比，冶炼操作人员在不影响正常冶炼的情况下，适当的可以调整吹氧流量和枪位，使冶炼气产生的气体能够尽早满足煤气回收的条件，从而增加煤气回收时间。实时画面如下：

（2）转炉开始吹炼前3-4分钟一氧化碳浓度低，不能进行煤气回收。通过分析原因是转炉没有烟罩，在吹炼开始阶段一氧化碳含量少，而且由于没有降罩和风机速度高吸进大量的空气从而使一氧化碳浓度降低，无法达到回收要求。通过实验和现场跟踪，适当降低一次除尘风机转速，一氧化碳浓度可以提前30秒钟满足回收条件。于是通过修改PLC控制程序将风机速度调整为在转炉开始吹氧前两分钟风机转速为900rpm/min，两分钟之后将风机转速调整为900rpm/min，这样既保证了转炉除尘的效果又提高了煤气的回收时间。

（3）转炉煤气回收的控制过程如下：当煤气回收条件满足时，进行煤气回收，水封阀先动作打开，当水封阀开到位后，三通阀才动作打开；当煤气回收条件不满足时，进行煤气放散，先关闭三通阀，三通阀关到位后，再关闭水封阀。转炉在吹炼前6分钟的时间内，由于吹炼过程中氧压不稳，煤气中一氧化碳的浓度经常发生波动，有时会使已经满足煤气回收的条件而再次出现不满足的情况，通过跟踪观察一氧化碳的不满足时间比较短，也就是在10秒钟以内，根据这种情况，在煤气自动回收过程当中，转炉开始吹炼前6分钟之内，如果一氧化碳波动不满足条件时间在10秒钟以内，煤气回收过程中的三通阀和水封阀不动作继续保持原位即打开状态，只有超过10秒钟的时候煤气回收中三通阀和水封阀才相继关闭，这样平均每炉就多回收煤气10秒钟。

（4）原转炉煤气回收是手动回收，当条件满足时，组态监控画面进行提示：煤气回收条件满足，同时声光报警器报警，岗位人员听到报警后，通过点击组态画面或是操作台回收按钮进行煤气回收。为了能够及时进行煤气回收，将手动回收煤气修改为全自动回收煤气，即通过修改PLC控制程序，当煤气回收条件满足时，系统自动进行煤气回收，这样不但降低了岗位工人的劳动强度，而且平均每炉可以多回收煤气5秒钟。

（5）转炉煤气是有毒的气体，安全是首要问题，在回收过程中由于转炉吹炼过程中意外情况的出现，转炉煤气回收条件会出现波动。由于转炉煤气回收是三通阀和水封阀相互配合的过程，在全自动回收过程中，当煤气回收条件波动的较频繁时，控制程序有时会出现三通阀打开而水封阀关闭的情况，这样与煤气回收的控制过程完全相反，而且也非常危险容易出现安全事故。通过分析，完善控制程序，当转炉煤气回收不满足条件进行放散的时候，只要水封阀动作就要等整个动作过程全部动作完毕才可以进行下一个动作，这样就使煤气回收安全性能得到提高。

（6）转炉吹炼结束后，转炉口至煤气回收三通阀之间有很长一段距离，虽然吹炼已经结束，可是管道中的煤气依然满足回收条件，为了能够延长回收时间，将煤气回收与氧气切断阀的连锁增加50秒的延时，能够将管道中的满足条件的煤气回收到煤气柜中，这样每炉平均可以增加煤气回收时间在30秒钟。

3、经济效益与社会效益分析

（1）项目投资使用原有设备，没有增加设备，只是对程序进行优化，投资为0。

（2）经济效益计算：通过修改控制程序，该钢厂转炉煤气回收平均每炉可以多回收80秒钟，以每秒钟回收煤气17立方米，平均每天冶炼60炉，煤气每立方米0.1元计算，每天经济效益为：80×17×60×0.1=8160元.

（3）社会效益：通过程序的优化，大大降低了向大气中排放有毒气体的量，提高了空气质量。

4、结束语

该钢厂与其他钢铁企业不同，有自己本身的特点。转炉煤气回收要结合本炼钢厂转炉冶炼的实际情况进行，通过本次对转炉煤气回收进行程序优化，取得了很好的效果，不但提高了煤气回收的时间，而且降低了工人劳动强度，同时也保证了系统的安全性。