水钢科技SHUIGANG SCIENCE&TECHNOLOGY第155期g•问题探讨.专
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提咼钒钛铁水转炉冶炼废钢比工艺研究述职报告的格式
华福波王劼伍从应魏福龙
(首钢水钢钢轧事业部贵州六盘水553028)
摘要：废钢比是转炉生产的重要经济技术指标，其值大小直接影响转炉冶炼钢铁料消耗及热平
then的意思衡，提高入炉废钢比是实现节铁增钢、降本增效的重要技术手段。然因冶炼低硅含钛铁水成渣
难、脱磷难等问题，对应入炉废钢比持低不高，直接影响转炉生产成本。为此，基于低硅含钛铁水
冶炼特点及难点分析，结合水钢生产实践，通过氧枪喷头优化、枪位优化、添加提温剂等工艺优
化和技术开发，使入炉废钢比由优化前7.41%提高至13.48%，优化效果较为明显。
关键词：转炉；低硅含钛铁水；废钢比；热平衡；枪位；优化
财政法
Technological Study of Increasing Scrap Ratio in BOF
Steelmaking of V-Ti Hot Metal
Hua Fubo Wang Jie Wu Congying Wei Fulong
(Industrial Department of Steelmaking and Steel Rolling,Shougang Shuicheng Iron&Steel(Group)Co.,Ltd,.
Liupanshui553028,Guizhou,China)
Abstract:The scrap ratio is an important economic and technical index in BOF(basic oxygen furnace)
steelmaking,the value size of scrap ratio directly affects the metal consumption and heat balance in BOF
steelmaking,increasing the ratio of scrap charged into BOF is an important technical means to save hot
metal,increa steel,decrea cost and enhance efficiency.However,due to difficulty of slag formation
and dephophorization in BOF steelmaking of titanium-bearing hot metal with low silicon,the ratio of
scrap charged into BOF would rather be low than high,which directly affects the production cost of BOF
steelmaking.Therefore,bad on the analysis of characteristics and difficulties of BOF steelmaking of ti
tanium-bearing hot metal with low silicon,combined with the production practice in Shuigang,by the
process optimization and technical development such as the optimization of oxygen lance nozzle and
lance position and the addition of temperature-increa agents,the scrap ratio increas from7.41%be
fore the process optimization to prent13.48%,so the effect of process optimization is obvious.
Keywords:BOF;titanium-bearing metal with low silicon;scrap ratio;heat balance;lance position;opti
mization
畅想
1前言的铁资源。提高废钢的使用量不仅可节省能源，相对铁矿石而言，废钢是一种不需要还原能还可减少CO2的生成与排放遥据估算，转炉炼钢
作者简介：华福波（1992〜），男，硕士研究生，从事转炉炼钢工作
・1・
2021年第1期提高钒钛铁水转炉冶炼废钢比工艺研究
废钢比增大10%,CO2的排放总量可减少6%遥据相关研究报告分析,2020年后中国国内废钢量将呈现持续大幅上升的趋势，随着废钢量增加和废钢价格下降，开发提高入炉废钢比的转炉炼钢工艺成为降本增效的有利方向。据马春武等[|]人计算，当铁水与废钢价格相差300元/t左右及以上时，转炉增大入炉废钢比具有显著的经济效益。因此，诸多钢铁企业都着力于研究提高转炉废钢比的工艺方法。如德国Klockner公司开发的底吹煤粉KMS/KS工艺、VAI提出的底吹煤粉与顶吹富氧热风的JetProcess工艺、日本新日铁公司提出的将废钢熔化和脱碳分别在两个转炉内进行的SMP工艺W如2009年邯钢根据铁水紧张的实际情况，通过留渣操作、合理的造渣制度、减少渣量等措施提高废钢比，废钢比由优化前的21.5%提高至32.83%；2012年昆钢以焦炭为辅助热源，通过减少入炉铁水、增加冷料，使废钢比由优化前的16.7%提高至25%曰鞍山热能研究院与攀钢共同开发的攀钢120t转炉复吹-双流氧枪冶炼半钢技术，采用加块煤预热废钢，废钢和块煤可先后加入，采用双流道氧枪吹炼，废钢比可达35%[5~8]遥
含钛铁矿是中国西部重要的战略资源，其经过高炉冶炼得到含钛量较高的铁水，因其特殊物化性质而对转炉热平衡及炉渣结构产生较大影响，进而影响入炉废钢比。然而目前关于冶炼含钛铁水入炉废钢比的研究较少，因此，为有效提高入炉废钢比，以达到节铁增钢尧降本增效，根据理论分析和现场经验，需攻克以下技术难点：(1)水钢铁水成分、温度波动较大，而且约20%的铁水Si含量偏低，即w([Si])臆0.20%；此外，由于高炉至转炉之间距离较远，铁水运输时间长，造成铁水温降大，入炉铁水温度偏低，为转炉废钢比的提高增加了较大难度；(2)基于水钢生产实践,
选择了通过物料、工艺、生产操作优化达到提高废钢比的目的，与目前普遍采用的废钢预热、喷吹燃料等提高废钢比方法相比，难度较大;(3)为就近利用西部资源和降低炼铁成本，水钢加大了钒钛磁铁矿用量比例，致使铁水Ti、V等元素质量分数偏高(w([Ti])为 0.15%-0.50%、w([V])为
0.03%-0.10%)，铁水黏度增加，高炉渣中TiO2质
量分数偏高(16%-20%)，转炉吹炼时钢-渣分离效果差，不利于P、S等元素的去除。
为切实提高入炉废钢比，以达到节铁增钢、降本增效，以水钢3座转炉为跟踪对象，对下述内容进行跟踪和研究分析。(1)低硅、低温铁水对转炉冶炼的影响，低硅铁水在冶炼过程带来的主要问题是热量不足、成渣困难，而且难以脱磷;
(2)多模式铁水条件对提高废钢比的影响，低硅
低温铁水由于带入转炉的总热量相对偏低，因此是提高废钢比的制约因素之一，需要在原来工艺基础上采用有效措施，提高转炉冶炼过程热效率，降低温降及出钢温度等措施来提高废钢比；
(3)钛与硅一样，在转炉冶炼过程中氧化放热(与
硅放热量相当)，理论上分析钛含量增加有利于提高废钢比，但由于含钛铁水冶炼过程中，炉渣黏度随TiO2含量的增加而有所增大，致使炉渣难以化透，造成转炉终点钢-渣不分离，渣中金属含量高造成钢铁料消耗上升。
2水钢生产现状
为缓解普通铁矿资源紧张状况，扩大含铁原料来源，根据所处的地理位置，充分利用西部地区丰富的钒钛磁铁矿资源，水钢在高炉配料中加入了一定量含有钒、钛、铬的铁矿石，导致铁水V、Ti、Cr等微量元素含量增加，铁水化学成分见表1遥由表1可知，该铁水条件主要有以下特点:
(1)含V、Ti铁水因成分不同于普通铁水，导致其2・
水钢科技SHUIGANG SCIENCE&TECHNOLOGY第155期
美妙的反义词
及其渣系的物理化学性质与普通铁水及其渣系存在较大差异。该现象对入炉废钢比、转炉热平衡、脱
磷效果均产生较大影响。当前，水钢生产实践主要有如下特点：(2)铁水w([Ti])为0.15%-0.50%,w([Si])为0.12%-0.80%,w([S])为0.02%-0.09%，含量和温度(1280益-1350益)波动大；
(3)受制于地理条件，高炉-转炉之间距离较远(达3.0km左右，铁水运输时间在40min-50min)，造成铁水温降大，实际到转炉温度多在1310益左右，甚至更氐。⑷铁水v([P])较高，达0.12%-0.18%，远高于国内同类型钢厂(0.070%左右)。转炉直接吹炼含有微量元素钒、钛、铬等的铁水，容易出现吹炼前期起渣快、泡沫化及喷溅严重。
表1铁水化学成分(质量分数)％
项目C Si Mn P S Ti V
普通铁水 4.02〜5.450.19〜0.800.30〜0.580.06〜0.120.026〜0.07<0.10%<0.02均值 5.120.400.390.090.03<0.10%<0.02含钛铁水 4.21〜5.520.12〜0.600.22〜0.550.10〜0.180.02〜0.080.15〜0.500.03〜0.07均值 4.950.300.410.130.040.260.04
近年来我厂转炉冶炼低硅铁水、含钛铁水已成常态，然而低硅铁水致使转炉热平衡较差，不仅影响入炉废钢比，且易造成炉衬侵蚀；铁水含钛量增大，虽铁水化学热有所增加，但转炉吹炼时钢-渣分离效果差，不利于P、S等元素的去除。若提高入炉废钢比，势必增大转炉脱硫负荷，影响钢水命中率。因
此，研究开发冶炼低硅、含钛铁水条件下，提高转炉废钢比的新型工艺，对于满足新形势下降本增效显得尤为重要。
3铁水Ti含量的影响
3.1钛含量对黏度的影响
据相关研究分析得出，铁水黏度随其钛含量增加而增大。钛之所以使铁水黏度增大，其原理是钛原子半径大于铁原子半径，减小了铁熔体自由空间所致。图1所示为不同钛含量条件下铁水温度与黏度的关系斥由图1可知，当温度高于铁水熔化性温度时，铁水黏度不大均在4Pa-s以下，说明铁水的流动性很好；当温度低于铁水熔化性温度时，铁水黏度急剧升高叫叫铁水钛质量分数低于0.18%，温度在1240益以上时，黏度均低于3Pa-s，最低至1.3Pa・s。温度在1240益以下接近熔化性温度时，黏度急剧上升。当铁水钛质量分数增加至0.18%，黏度曲线向右移动达70 益之多，此时温度为1300益时，黏度便突然升高；当钛质量分数再增加至0.3%时，温度在1400益左右时便达到曲线转折点，黏度值突然升高。
图1不同钛质量分数条件下铁水温度与黏度的关系不同含钛量铁水熔化性温度和凝固点的关系如图2所示，由图2可见，熔化性温度随w ([Ti])增加而升高，当w([Ti])达到0.14%以上时更为明显。由图2也可看出，凝固温度也随w([Ti])增加而升高，但升幅较熔化性温度小一些。w([Ti])
湿巾过期了能用吗・3
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2021年第1期
提高钒钛铁水转炉冶炼废钢比工艺研究
从0.06%升高至0.3%时凝固点由1140益升高至 1272 益,w([Ti])达到0.22%以上时凝固点明显升 高。
图2铁水凝固点、熔化性温度与钛质量分数的关系
3.2钛含量对热平衡的影响
钛、硅是转炉冶炼过程最主要的发热元素之 一，计算热平衡时必须加以考虑，才能准确控制
冶炼过程及终点温度。钢中钛、硅元素氧化反应
式见式(1)和式(2)。
[Si]+2[O]=SiO 2 △G=-594285+229.76T( 1) [Ti]+2[O]=TiO 2 △G=-941000+177.57T (2)
式中：AG 为反应焓变;T 为钢水温度。
依据上述热力学反应式可计算出1873 K
时,w([Ti])、w([Si])均为10 %的1 kg 钢水氧化反
应时放出的热量基本相当叫分别为21.225 J 和
19.653 J 。因此，转炉冶炼过程中进行热平衡计算 时须考虑钛的氧化放热量，并等同于同量硅的放
热量，即020 %的w(Ti])相当于0.20 %的w([Si])，同
时调整适宜入炉废钢比、合理造渣制度等才能准
确控制过程温度和终点温度。
4 低硅含钛铁水条件下提高废钢比研究
冶炼低硅铁水是转炉冶炼的一个难点和攻
关点，低硅铁水条件下转炉操作难度增大，若控
制不好则易导致金属喷溅、黏枪、热平衡差、炉衬
侵蚀加剧等问题。在转炉多吃废钢增加产量的大
背景下，水钢根据自身条件，将w([Si])小于0.25
%的铁水界定为低硅铁水，其化学成分见表2。根
据铁水温度的不同将其分为两种情况，一种是低
温低硅铁水；另一种是高温低硅铁水。铁水温度
不同，则对应冶炼各阶段化学反应的进行及炉渣 结构的变化也不相同，为准确掌握和控制各阶段
反应的进行和提高炉渣冶金效果，针对低硅低钛
铁水进行了以下研究分析。
表2低硅含钛铁水化学成分(质量分数)％
C
Si Mn P S Ti V
3.88〜0.10〜0.25〜0.10〜0.02〜0.08〜0.02〜
4.910.250.36
0.180.080.16眼镜类型
0.05
4.1低硅含钛铁水冶炼难点
通过理论分析与现场实践经验总结，转炉冶
炼高温低硅含钛铁水、低温低硅含钛铁水主要存 在以下难点：
(1) 成渣难、脱磷难、热量不足。铁水硅质量
分数低，则熔池内较早进入碳氧反应期，渣中 (FeO )消耗快，破坏了前期高氧化性的有利脱磷
条件；铁水化学热低，熔池前期升温较慢，石灰等 渣料难以熔化，利用率低。
(2) 炉渣易"返干"、黏枪及粘烟罩。吹炼前
期，因温度低致使石灰不易熔化，炉渣过于粘稠遥 吹炼中期，炉渣易“返干”，熔渣不能较好地覆盖
钢液，裸露的钢液和熔渣在氧气射流的作用下极
易发生氧枪黏钢和烟罩黏钢等情况。八条目
(3) 含钛熔渣因其特殊性质，不利于炉衬维
护。熔渣高w(V 2O 5)、w(TiO 2)致使其熔化性温度降 低，导致溅渣层抗侵蚀性变差[13]；采用后吹以使
终点钢水温度满足要求，结果导致终渣过氧化现
象严重，最终结果是初期冶炼低硅铁水时炉况急
剧恶化。
4.2工艺优化
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4.2.1氧枪喷头优化
喷头是氧枪的重要组成部分，其结构直接决定氧气射流的气体动力学特性。因此，必须根据炼钢工艺的要求设计喷头，其氧气射流的气体动力学参数应符合实际工艺要求。我厂原使用的氧枪喷头为四孔
喷头，因其喉口、出口直径偏大，对熔池的冲击力增强，搅拌力增强，易造成喷溅和“返干”，过程化渣效果较差。因低硅铁水总体热量较差特点，吹炼前期需采用低枪位以提升熔池温度，促进化渣以提高脱磷效果；然而由于低硅铁水硅含量较低特点，熔池提前进入C-O反应期，抑制了初期(FeO)的形成，因此又需采取较高枪位以增加渣中FeO含量，与前者呈现出互相矛盾情况。因此，为适应低硅铁水特殊工艺需求，从提升熔池温度、保证前期炉渣氧化性，以提升脱磷效果和控制“返干”的角度，引入了五孔氧枪进行试验对比，其主要参数见表3遥
表3氧枪喷头参数
项目喷孔数喉口直径/mm出口直径/mm Ma/马赫数中心夹角/。原使用喷头4孔①36.8椎47.6 2.013
新设计喷头5孔椎33.2椎42.8 1.9813
由表3可看出，5孔喷头较4孔喉口和出口直径均有所减小，故在相同枪位条件下，其对熔池冲击深度减小，冲击面积增大问。表4为氧枪喷头优化前后冶炼效果对比，由表4可知，喷头优化后拉碳率与一倒磷合格率均有较大提升，出钢碳臆0.03%比例有所下降，利于提高生产节奏和有效维护炉型。五孔氧枪对熔池冲击面积增大，有利于前期快速成渣，提高前期脱磷能力；通过降低枪位，提高供氧强度，有利于满足熔池前期快速升温的同时，提高渣中FeO含量，以满足化渣、脱磷、脱碳需求，控制中后期喷溅和“返干”问题，有效解决了冶炼低硅含钛铁水难点遥
表4氧枪喷头优化前后效果对比%
1号转炉用1号转炉用“其它”炉座同期同炉与“其它”炉座孑曰标
5孔喷头4孔喷头最好指标座比最好指标比拉C合格率74.0060.7063.16+13.30+10.84
终点C臆0.03比例 6.408.509.31-2.10-2.91
一倒P合格率82.8677.2879.40+5.58+3.46
4.2.2枪位优化
控制冶炼过程适宜枪位，控制过程升温、渣料加入及化渣情况，可有效降低渣料及冷料加入造成的温降。针对低硅铁水冶炼特点，冶炼全程采用“高-低-高-低”的枪位模式，具体如图3所示。开吹成功点火后将枪位控制在1.8m左右，同时加入第一批渣料，根据铁水温度控制适宜高枪位时间，若铁水温度低则适宜延长以提升钢-渣层温度，增加渣中氧化铁以促进石灰等渣料熔化。采用适当的高枪位化渣，还可提高二次燃烧率，增加炉内热量，减少化学热损失遥枪位控制见图3。
图3枪位控制示意图
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