新型高效精煉合成渣的開發與應用

張 婕，張廣杰，李新金

（萊蕪鋼鐵集團有限公司，山東 萊蕪271104）

新型高效精煉合成渣的開發與應用

張 婕，張廣杰，李新金

（萊蕪鋼鐵集團有限公司，山東 萊蕪271104）

針對現有精煉合成渣存在的易吸水粉化、不易熔化、電耗高等問題，通過優化設計配比，采用高堿度、高Al2O3渣系，開發了成分粒度均勻、強度高、性能穩定的新型高效精煉合成渣，可實現生產及煉鋼加入的機械化、自動化。應用表明，該合成渣加入量5～8 kg/t，渣中TFe含量低，精煉及脫硫效果好，精煉化渣時間縮短3 min，噸鋼電耗減少了近7 kW·h。

精煉；合成渣；成渣速度；脫硫

1 前言

轉爐冶煉終點爐渣的氧化性高，通常渣中TFe含量可達到12%～18%，成為鋼水的污染源。而LF精煉過程中主要是靠鋼渣界面反應進一步脫除鋼中氧、硫等雜質元素，達到凈化鋼水的目的。這種高氧化性爐渣本身氧勢高，要想脫除鋼中氧必須先脫除渣中氧，同時出鋼過程中采用的硅脫氧降低了爐渣的堿度，低堿度的爐渣對于脫硫幾乎沒有作用，勢必造成精煉加入大量石灰造渣，但單純加入石灰很難熔化，通常加入螢石化渣，這樣不但增加造渣時間，同時大量螢石的加入造成了環境污染。

采用出鋼過程中加入合成渣，利用出鋼過程強大的動能和勢能優勢，使鋼渣充分混合，不但能使合成渣提前熔化，同時高堿度、低熔點的合成渣與鋼水混合起到了渣洗精煉的作用，提高了鋼水的純凈度。精煉進站爐渣堿度高，氧勢低，有利于進一步利用鋼渣的界面反應脫除鋼中的氧和硫。

2 現有合成渣存在的問題

隨著品種結構的不斷優化以及鋼水質量的穩定提高，煉鋼精煉工序的負荷加大，將精煉合成渣提前加入鋼包底部，起到提前造渣的目的，有利于生產組織和各工序功能分配的優化，但受成本的壓力，合成渣僅僅是石灰與螢石及少量其他材料的簡單配比。主要問題有：1）配比不合理，生產工藝落后，容易造成合成渣各組分的偏析，使用效果不穩定。2）易吸水、易粉化，降低了合成渣中各組分的反應活性。3）需人工加入，勞動強度大，工作環境惡劣。4）合成渣不易熔化，精煉時間長，電耗高。

3 新型高效精煉合成渣的設計開發

3.1 堿度

采用合成渣進行爐渣精煉的目的旨在進一步脫除鋼水中的氧和硫，凈化鋼水，減少鋼中的夾雜物。合成渣中有效CaO組分的含量是決定合成渣脫硫效果的重要因素，即

但轉爐下渣帶入大量的FeO、MnO及脫氧過程產物SiO2，其他冶金原料也不可避免地會帶入FeO、SiO2等氧化物以及硫、磷等雜質，這些氧化物一方面降低了爐渣堿度，同時高氧化性的爐渣在鋼渣界面發生置換反應：

不但降低了合金的收得率，也使鋼中夾雜物增加，污染鋼液，對鋼水的純凈度極為不利。

由CaO-SiO2-Al2O3相圖可知，隨著堿度的增加，FeO的活度系數降低，因此提高合成渣的堿度會抑制反應（2）的進行，對提高鋼水純凈度有利。由反應（3）可見，渣中SiO2含量高時，對于鋁脫氧鋼就會與鋼中鋁產生反應，從而增加鋼水中硅含量，改變低碳鋁鎮靜鋼的化學成分。因此，對于鋁脫氧鋼，要盡量選用含硅低的材料，提高合成渣的堿度。

3.2 渣系確定

研究表明，冶金功能優良的高堿度合成渣一般堿度＞4.0，熔點1200～1 400 ℃，黏度0.2～2.0 Pa·s。從成分來看，可基于CaO-SiO2-Al2O3和MgO-SiO2-Al2O3兩種渣系進行成分設計。

由相圖可見，MgO-SiO2-Al2O3渣系，當MgO含量超過40%后，渣系熔點均會超過1 400℃，合成渣不易熔化。CaO系渣更有利于脫硫，爐渣也更穩定。

3.3 預熔料的加入

預熔料是將石灰、鋁礬土等原料經預熔后形成低熔點的12CaO·7Al2O3。預熔料的熔點低（1 100～1200℃），一方面有利于合成渣的熔化，減少螢石的加入量；另一方面出鋼過程中液態熔渣與鋼水充分混合，促進了鋼水脫硫和夾雜物的吸附排出，提高了鋼水潔凈度。

另外，合成渣中Al2O3組分的增加，一方面降低爐渣黏度，促進渣鋼反應，有利于脫硫；另一方面Al2O3屬于表面活性物質，有利于泡沫渣的維持。

3.4 還原劑的加入

根據鋼種的不同，合成渣中添加Al、SiC或CaC等還原劑，提高合成渣的還原能力，可進一步降低鋼包頂渣的氧化性，使精煉渣中（FeO）+（MnO）含量降低，精煉進站爐渣基本呈黃白渣，減輕了高氧化性爐渣對鋼水的污染，縮短了精煉時間，延長了白渣保持時間。

4 新型高效精煉合成渣特點

4.1 成分均勻

原合成渣的生產工藝落后，各種塊狀和粉狀原料按配比稱量后人工攪拌混料，由于原料比重不同，造成配料過程各組分偏析嚴重。新的生產技術將所有原材料分別經破碎、制粉、按配比稱量后，機械攪拌混勻，不添加黏結劑直接壓制成球。單個合成渣球內部和各個合成渣球之間成分均勻，保證了合成渣實際成分與配比成分偏差的最小化。對生產的合成渣進行隨機取樣，成分偏差在5%以內。

4.2 強度高

我國粉體造粒技術的研究自20世紀80年代開始，分為攪拌法、壓力成型法、熱熔融成型法、噴霧和分散彌霧法，其中壓力成型法是唯一不添加任何黏結劑、最大限度保存了物質本身物性的成型方法。由于合成渣的使用要求必須盡量減少成分中的水分、灰分等雜質，同時保持合成渣的反應活性，因此干法壓力成型技術是最適宜的方法。新型高效精煉合成渣采用高壓力成型機，壓制的合成渣球體強度高、粒度均勻、成球率高。

4.3 可實現機械化、自動化作業

1）合成渣生產過程機械化、自動化。新設計的合成渣生產工藝流程，從原料的破碎、制粉、混勻、壓球、包裝成品，可全部實現機械化、連續化生產，不但提高了生產效率，同時減輕了操作人員的勞動強度，改善了工作環境。

2）煉鋼生產中合成渣加入機械化、自動化。合成渣造球后，可在爐前爐頂料倉、精煉料倉或爐后料斗中直接加入，減少搬運、不占用場地，有利于現場管理以及數據的自動采集，便于煉鋼標準化操作和管理，減少人為因素的影響，同時減少人員配置，降低成本。

4.4 不易吸潮

壓球后的合成渣，表面致密、光潔，不易吸水，最大限度地保證了合成渣的反應活性，特別是在雨季，不會出現因合成渣中水分過高造成的加入過程翻騰的現象。

5 工業應用

將生產的高堿度合成渣應用于煉鋼（鋼種55C、SM490YB），噸鋼加入量5～8 kg。根據條件采用隨鋼流手動加入、出鋼前加入包底、爐頂料倉或加料漏斗等加入方式均取得了良好效果。部分生產數據見表1。

表1 各工序爐渣成分及堿度分析 %

1）精煉渣堿度高。應用表明，進站堿度平均2.35，滿足精煉要求，有利于進一步脫氧、脫硫。

2）渣中TFe含量低。轉爐渣渣中TFe含量通常在12%～18%，這部分渣進入鋼包成為鋼水的污染源，LF精煉是利用鋼渣的界面反應來凈化鋼液，必須通過精煉造白渣將渣中氧降低到一定程度，鋼中的氧、硫等雜質才會通過界面進入渣中。因此爐渣的氧化性，即渣中TFe含量是衡量爐渣精煉效果的一個重要指標。通常白渣條件下，渣中TFe含量＜2%。由表1可知，加入合成渣后，爐渣中TFe含量平均由14.24%降至2.1%，說明加入該合成渣后進站爐渣的氧化性基本消除，呈黃白渣，使精煉的白渣保持時間延長，提高了精煉效果。

3）脫硫效果好。合成渣的脫硫效果可以通過鋼中硫含量的降低來反應，也可以從爐渣中硫含量的增加即硫容量來反應。由表1可知，轉爐渣的硫容量平均為0.07%，加入合成渣后，渣量增大，但渣中硫含量由0.07%增加到0.33%，脫硫效果顯著，同時也反應出該合成渣設計合理，爐渣的硫容量大，對于冶煉低硫鋼和超低硫鋼具有良好的脫硫效果。

4）成渣速度快，縮短了精煉時間和電耗。由于合成渣成分均勻，并且配加了較大比例的全預熔渣，合成渣熔化速度快，改變了過去進站爐渣集結成塊不熔化的現象，進站爐渣基本化好，呈黃白色泡沫渣。精煉取第1個樣的時間（即化渣時間）由8～10 min減少到5～7 min，前期通電化渣時間減少3 min，縮短了精煉時間和電耗。按化渣時電耗300 kW·h/min計算，噸鋼電耗減少了近7 kW·h。

6 結論

6.1 本項目根據冶金學原理，選擇CaO-Al2O3-SiO2渣系，設計出高堿度、低熔點合成渣，加入后，爐渣堿度高，渣硫容量高，合成渣中的還原劑降低了頂渣的氧勢，成渣速度快，精煉效果好。

6.2 采用該合成渣，精煉進站爐渣基本化好，精煉化渣時間縮短3 min，精煉過程不加螢石或根據添加石灰量加入少量螢石，對環境污染小。

6.3 采用均質成型技術配合高效制粉、混勻生產工藝生產的合成渣，成分、粒度均勻，無任何添加劑，最大限度地保證了各種原料的物性。

6.4 均質成型技術生產的合成渣強度高，可直接從料倉加入，計量更準確，有利于實現自動化、標準化操作，同時降低了操作人員的勞動強度，加入過程無粉塵，減少了環境污染，改善了工作環境。

Development and Application of New Type-high Efficiency Refining Synthetic Flux

ZHANG Jie,ZHANG Guang-jie,LI Xin-jin
（Laiwu Iron and Steel Group Corporation,Laiwu 271104,China）

Aiming at the problems of existing synthetic flux for steel refining,such as easy moisture-absorption pulverization,uneasy melting and high power consumption,through proportional optimization design,adopting the fluxes with high alkalinity and high Al2O3content,new type-high efficiency synthetic flux with uniform composition and granularity,high strength and steady properties was developed.Its production and use can be mechanized and automated.Applications showed that when the addition amount of the flux was 5 to 8 kg per ton steel,the TFe content in the slag was low and the effects of refining and desulphrization were fine.Then the time of refining slag melting was shortened by 3 minutes and the power consumption was reduced by 7 kW·h per ton steel nearly.

refining;synthetic flux;slag-forming speed;desulphurization

TF769

A

1004-4620（2010）04-0034-03

2010-03-22

張婕，女，1972年生，1995年畢業于鞍山鋼鐵學院鋼鐵冶金專業。現為萊鋼技術研發中心型鋼鋼研所高級工程師，從事煉鋼新工藝新技術的研究及型鋼新產品開發工作。