一、项目名称：高效低耗少渣炼钢新工艺的开发与创新

项目英文名称：Development of the New Steelmaking Technology of High Efficiency, Low Cost a↑nd Less Slag

二、技术分类：炼钢、节能环保

三、技术内容简介及指标

近几年少渣炼钢技术在国内的研究和应用发展很快，这里主要以北科大与首钢合作开发的同炉留渣+双渣法为例进行叙述，其工艺主要包括以下环节：①转炉冶炼结束出钢后将液态炉渣留在炉内（传统转炉炼钢工艺将炉渣倒出废弃）；②采用溅渣护炉将部分液态渣溅至炉衬表面加以固化，再补充加入一定量石灰、轻烧白云石对液态渣进行固化；③对炉渣固化加以确认后，装入废钢、铁水；④进行第一阶段吹炼（脱磷阶段），结束后倒出炉内50%~60%炉渣；⑤进行第二阶段（脱碳阶段）吹炼，结束后出钢，但将炉渣留在炉内，进入下一循环。

项目的基本原理便是利用转炉冶炼前期温度低这一有利于脱磷反应热力学条件，将上炉终渣（由于温度高已基本不具备脱磷能力），用于下炉吹炼初期（由于温度低，炉渣重新具备脱磷能力）进行脱磷，并在温度上升至对脱磷不利之前，将炉渣部分倒出，然后加入少量渣料造渣进行第二阶段吹炼（可进一步脱磷）。由于炉渣可以再利用，因而能够大幅度减少炼钢石灰、轻烧白云石等原材料消耗和炼钢渣量。根据新工艺能够显著减少炼钢渣量的特点，将其命名为SGRS转炉炼钢工艺（Slag Generation Reduced Steelmaking）。

针对工艺开发过程中，脱磷结束倒渣困难，磷含量控制困难等难点，进行了关键技术开发：

1）炉渣物性控制与足量稳定倒渣：采用本项目开发的炼钢新工艺，脱磷阶段炉渣的熔点、黏度、表面活性等对能否足量倒渣具有重要影响。如倒渣量不足，炉内渣量会逐炉蓄积，碱度不断增加使倒渣愈加困难，最后导致循环停止。此外，炉渣流动性差还会裹入大量金属铁珠，造成钢铁料消耗增加。在技术开发过程中，突破了必须采用较高碱度炉渣进行脱磷的传统工艺理念束缚，在脱磷阶段采用了低碱度(w(CaO)/w(SiO₂)=1.3～1.5)和较低MgO质量分数炉渣(小于7.5%)，形成了具备良好流动性和适度泡沫化的炉渣，解决了难以足量倒渣和渣中金属铁含量高这两项最大难题。

2）低碱度渣条件下高效脱磷技术：对于高碳含量铁水，为了得到良好脱磷效果，必须进行强搅拌以加快磷向渣铁界面传递。日本铁水脱磷转炉采用的底吹搅拌强度在0.25～0.4 m³/(t·min)，为了促进脱磷还采用了较高渣碱度(1.8～2.2)和较低供氧强度(2.0 m³/(t·min)以下)。针对国内转炉底吹搅拌弱和所开发的炼钢新工艺必须采用较低碱度渣系的情况，开发了以低枪位(较常规冶炼降低150～200 mm)和高强度供氧(大于3.0 m³/(t·min))为主要特点的脱磷阶段高效脱磷工艺，在低碱度渣和前炉留渣含1.5%以上P₂O₅不利条件下，取得了脱磷阶段结束[P]平均降低至0.03%以下良好脱磷效果。

3）液态终渣快速固化技术：本项目开发的炼钢新工艺在装入铁水前必须将上炉所留液态渣固化，才能防止所留炉渣与铁水激烈反应导致喷溅，引发重大安全事故。为此，本项目开发了炉内液渣快速固化技术，主要特点是液渣固化与溅渣护炉操作相结合，将部分液渣溅至炉衬表面固化，并利用溅渣过程吹入的氮气使炉底液态渣冷却转变为固相与残留液态“RO相”共存状态，然后加入少量固化剂（石灰、白云石等）对炉渣进行彻底固化。

4）“留渣+双渣”炼钢工艺模型与自动控制：本项目开发转炉炼钢新工艺，冶炼分为两个阶段进行，脱磷阶段要利用上炉炉渣，中间要倒出部分炉渣，冶炼条件较常规工艺发生重大变化，不能再采用常规工艺采用的工艺控制模型。因此本项目适用于该工艺的过程控制模型，主要包括脱磷阶段炉渣控制模型、脱碳阶段炉渣控制模型、热平衡与氧平衡计算模型、终点动态控制模型、炼钢工艺专家知识库等。采用本项目开发的炼钢工艺控制模型，吹炼终点钢水成分与温度控制成功率超过90%。

5）脱磷阶段煤气回收与干法除尘防“泄爆”技术，实现了无“泄爆”生产实绩。

6）针对该工艺延长转炉生产周期的特点，针对钢厂的实际设备情况，开发了“转炉—精炼—连铸”生产组织与周期匹配的生产技术。

四、技术应用情况、效果及案例

本项目开发的氧气转炉高效低耗少渣炼钢新工艺自2011年1月开始在首钢迁钢公司5座210 t氧气转炉和首秦公司3座100 t氧气转炉进行应用试验，此后采用SGRS炼钢新工艺产钢比率快速提高，至2013年三季度，首钢迁钢公司和首秦公司采用SGRS炼钢新工艺的产钢比率分别达到了60%和80%以上，采用该工艺的产钢量分别达到400万t/a和200万t/a。

指标：采用SGRS炼钢新工艺后，转炉炼钢石灰消耗较常规炼钢工艺减少47%以上；轻烧白云石消耗较常规工艺减少55%以上；渣量较常规工艺减少30%以上；钢铁料消耗降低6kg/t以上。

首钢迁钢公司采用SGRS炼钢新工艺后，转炉炼钢石灰消耗降低至22.0 kg/t，较常规炼钢工艺减少47.3%；轻烧白云石消耗降低至8.0 kg/t，较常规工艺减少55.2%；渣量降低至64.0 kg/t，较常规工艺减少32.6%；钢铁料消耗降低6.517 kg/t。由于石灰耗量大幅度降低，迁钢公司石灰生产用套筒窑由原来3座开工改为2座开工，富余下来1座套筒窑用于生产轻烧白云石，不再外购轻烧白云石。

首秦公司采用SGRS炼钢新工艺后，转炉炼钢石灰消耗降低至32.1 kg/t，较常规工艺减少48.5%；轻烧白云石消耗降低至5.7 kg/t，较常规工艺减少70.0%；渣量降低至82.4 kg/t，较常规工艺减少30.7%；钢铁料消耗降低8.250 kg/t。由于石灰耗量大幅度降低，首秦公司现有1座套筒窑采用0.85系数生产即可满足石灰需求，不再外购石灰，并取消了新建1座套筒窑的计划。

除首钢外，国内宝钢、鞍钢、武钢、三明、重钢等10多个钢厂也分别开发与应用了类似的技术，取得了程度不一的良好效果。

五、技术推广前景

我国氧气转炉产钢比率高达90%以上（年产钢超过6.2亿t）。目前一般水平吨钢要消耗50～80 kg石灰，12～20 kg轻烧白云石，并产生90～120 kg炉渣。目前大多数钢厂已经意识到少渣炼钢技术在降低消耗与成本，提高钢水质量方面的重要性，具有较高的积极性。应加强组织协调，除结合各厂实际原料、装备与流程特点进行细分的技术开发外，应大力提倡合作应用上述各厂已成功开发的有关基本技术，争取全面推广应用。