含鐵氧化物在轉爐煉鋼中的應用

摘要：通過多種手段對轉爐煉鋼的材料以及制作流程進行探索，可以解決或減輕資源浪費的問題，降低轉爐煉鋼的資源浪費，提高資源利用效率以及更為有效地控制煉鋼成本。文章對含鐵氧化物在轉爐煉鋼中的應用進行了探討。

關鍵詞：轉爐煉鋼；燒結返礦；煉鋼污泥；含鐵氧化物；煉鋼成本 文獻標識碼：A

中圖分類號：TF713 文章編號：1009-2374（2016）01-0039-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.01.020

1 燒結返礦在轉爐冶煉過程中的基本反應原理

燒結返礦從其物資構成上來看，主要由含鐵礦和其他礦石相混合而形成，這類礦石的磁鐵礦、方鐵礦和赤鐵礦含量較高，首要的粘連相是用熔點為1205℃的鐵橄欖石、熔點為1093℃的鈣鐵橄欖石、熔點為1540℃的硅灰石和熔點為1449℃的硅酸二鈣和鐵酸鈣構成的，在這以外另有少許的游離石英和游離石灰。燒結返礦是一種功能強大的材料，反應良好而且具有一定堿度，擁有較低的硫磷含量，性質比較穩定，熔點不高。進入轉爐之前的爐溫最好控制在1300℃～1500℃之間，這樣返礦入爐后就會取得比較好的熔化效果。燒結返礦反應能夠大量地吸收反應環境中的熱量，降低周圍空氣的溫度，而當周圍空氣溫度升高的時候，熔渣粘度就會提高，進而出現“結坨”現象，反應生成的一氧化鐵物質被局限在一個比較小的范圍之內，無法向外傳播，從而對成渣的速度造成影響。不難看出，成渣反應產生的一氧化鐵向外傳播作為一個限制性的環節，只有在外部施加一個物理條件，加快成渣反應的運行速度。并且成渣反應是可逆的，可以反過來生成反應物，其中生成的元素可以反過來生成參加原料，這樣就要求我們嚴格控制反應條件，避免浪費。

2 加大返礦用量的基本方案

2.1 轉爐冶煉前期

轉爐吹煉反應的前期，可以看作整個反應的準備期，在這個時期就應該對熔池的溫度進行嚴格的控制，讓參與反應的原料盡可能地參與反應，減少浪費和提高效率，而為了達成這個目標，我們應該把熔池的溫度控制在1200℃～1400℃之間，以便熔渣的快速形成。轉爐冶煉第一個階段，也就是冶煉前期主要參與冶反應的是兩個渣系，FE渣系和FeO-SiO2-CaO渣系，在這個階段，高濃度的FeO是最主要的特點，而二元堿度R在2左右的渣系，鋼渣之間的界面張力較大、粘度減小，泡沫化可能性比較高，而一旦出現泡沫化的現象，其穩定性就會變得比較差，會有噴濺的情況出現，但這種情況下的熔渣又能很方便地進行脫P，因此及時加入足量的鎂球可以起到穩定反應的作用，為了能夠讓整個渣系的形成速度大大加快，同時讓該渣系保持比較高的穩定性，以達到前期脫P的反應目的，一旦在返礦過程中有分解反應產生和反應過程中產生的FeO成渣，其中產生的FeO能夠促進活性石灰的熔化，而磷的氧化物3CaO·P2O5在爐渣中極不穩定，一旦熔池的溫度大于1500℃，就會出現逆向移動的問題，P就會熔回材料里。所以我們加入返礦最合適的時機就是在轉爐吹煉進行的前期，但是如果我們大量加入返礦，就會降低熔池的溫度，影響CO大量氧化的溫度，造成渣中FeO積累，引起低溫噴濺。

2.2 轉爐冶煉中期

轉爐煉鋼的第二個階段，也就是轉爐煉鋼的中期，最明顯的反應就是氧化反應。這個時期對熔爐的溫度同樣有非常高的要求，最好穩定在1450℃～1600℃，在這個溫度下各種原料都可以完美反應，完成激烈脫碳的工作。因為在這個過程中溫度的升高過于明顯而且難以控制，因此碳-氧反應劇烈，一氧化鐵含量大幅度減少，當供養強度不足時，就會出現“返干”現象，此時整個渣系將會從鐵質向鈣質轉變，因為此階段相對于上一階段更高的FeO含量，因此堿度就會大幅度上升。“鈣質”渣系的主要特點是熔渣熔點高、堿度高，P在渣中的存在形態由3CaO·P2O5向4CaO·P2O5轉變，變得更為穩定。在吹煉中期C-O反應劇烈，熔池溫度升高太快，消耗的FeO增加，渣系中FeO含量較低，熔渣黏度增加，導致鋼水“回P”。第一，Fe2O3=2（FeO）+O，返礦分解吸熱，起到調節熔池溫度的作用，防止脫碳反應太激烈導致渣中FeO降低太快出現“返干”現象，減少熔渣向鋼水返P；第二，返礦分解產生的FeO參與成渣反應2（SiO2）+FeO+CaO（S）=2CaO·FeO·SiO2，緩解熔池“返干”現象，避免金屬噴濺或粘槍事故發生；第三，返礦分解產生的FeO元素被鐵水中的[C]還原，生成單質鐵，提高鋼水收得率，同時返礦中帶入的O參與脫碳反應，縮短吹煉周期。由于這一時期熔池溫度較高，返礦加入后在很短時間內就可以完成Fe2O3=2（FeO）+O分解反應，同時由于熔池比較活躍，動力學條件較好，反應成渣反應2（SiO2）+FeO+CaO（S）=2CaO·FeO·SiO2也很快完成，部分FeO還參與了反應脫碳反應Fe3O4=3FeO+O，因此轉爐冶煉中期是返礦大量加入較理想的

時期。

2.3 轉爐冶煉后期

在進行轉爐吹煉的最后一個階段，因為有前期和中期的積累，所以熔渣的堿度達到了一個比較高的地步，甚至會有游離態的一氧化鈣出現，這樣就會提高爐渣中一氧化鎂的活性，鋼渣之間會發生“回錳”脫碳反應。在這個時期不宜加入大量的返礦，第一，因為返礦加入后發生反應Fe2O3=2（FeO）+O，導致后期熔池溫度降低，影響轉爐終點溫度；第二，由于熔渣堿度較高，爐內物質的流動性相應下降，因此返礦后期應該嚴格控制礦物的加入量。根據上述分析，制定出了合理的返礦添加控制工藝，使得工藝技術日臻完善，操槍工的操作技能和熟練程度迅速提高。現階段大致可以實現僅憑燒結返礦就滿足30kg/t的鋼材用量，并能增加轉爐渣鋼之間的分配系數，降低原料損耗，提高生產效率。

3 煉鋼污泥處理主要利用方式

煉鋼污泥是氧氣頂吹轉爐除塵過程中清除出來的雜質，能夠進行二次利用，是我們踐行環保、降低原料損耗度的一個重要方向。煉鋼污泥具有很強的不穩定性，鐵元素和堿性氧化物的含量比較高以及粒度細（≤0.074mm含量達90%以上）、含水量高、黏性大等特性。從化學成分上看，污泥可以作為燒結、球團原料在生產中加以利用，不僅可以代替部分含鐵原料和粘結劑、熔劑，同時還能降低生產成本，減少鋼廠排污。就目前情況而言，我國轉爐煉鋼行業對于煉鋼污泥的處理有以下兩種方法：一是循環利用，重新作為原料填入爐內；二是通過冷固污泥球團工藝，用作轉爐煉鋼的助熔劑和造渣劑，走小循環道路。

4 轉爐煉鋼污泥利用的技術

從目前國內轉爐煉鋼行業現狀來分析，針對燒結、球團利用污泥的工藝大概有以下提到的方法：制球法、拌和法、濃縮噴漿法以及直接使用法。所謂的制球法就是把脫水后的污泥加入一點水泥處理，然后冷凍成一個污泥球來配合燒結。就當下情況而言，我公司煉鐵廠車間外配目前在我公司煉鐵廠車間外配5%污泥球與二混料混合燒結。通過一個年度的實踐工作，我們從煉鋼污泥利用的方向，總結出如下結論：污泥球粒度構成較好，+3mm粒級到達85%以上，抗壓強度可以到達50N以上，或可以滿足出產的需求，車間外配污泥球燒結取得了杰出的結果。燒結配加污泥球可以解決直接配加、拌和法所造成的二次污染問題（二次揚塵和拋擺刺激性氣息氣體），同時有利于燒結出產。燒結車間采取外配污泥球工藝，年耗損污泥10萬噸。為了減少生產成本，我公司將污泥制球用于燒結配料手藝進行了流程再造，即制球后的污泥直接利用于轉爐煉鋼。在廢棄物利用的同時，減少了中間流轉環節，有效降低了生產成本，提高了利用效率。

5 技術經濟指標改善及效益

煉鋼污泥通過壓球機制球后入轉爐使用，用量約為15kg/t；燒結返礦由于粉末率高，入爐回收率低，通過廢鋼槽在加廢鋼過程中入爐使用，用量達到15kg/t，合計達到30kg/t。節約氧氣消耗1.35立方/t鋼，噸鋼由56.2立方降至54.85立方。降低鋼鐵料消耗11.5kg/t，噸鋼由1059kg降至1047.5kg；按綜合鐵原料價格1500元/t

計算，噸鋼節約17.25元。改善轉爐煉鋼前期化渣困難，促進化渣、轉爐脫磷率提高3%～5%。噸鋼可節約石灰用量3.5kg/t，按石灰價格400元/噸計算，噸鋼可節約成本1.4元/t。含鐵氧化物作為廢鋼替代物，做到內部資源循環利用，不需采購高價廢鋼，減少資金占用和降低購買難度。煉鋼污泥作為“三廢”之一得到循環利用，提升廢物價值；燒結返礦如果再次返回燒結將增加燒結環節熔劑成本，煉鋼直接利用有效降低成本，改善燒結礦

質量。

參考文獻

[1] 吳杰，王曉晶.轉爐煉鋼過程中燒結返礦應用的生產實踐[J].天津冶金，2012，（4）.

[2] 顏根發，金永明，朱培倫.轉爐污泥資源化處理循環模式合理性的探討[J].鋼鐵，2008，（12）.

作者簡介：王林（1975-），男，四川巴中人，四川達鋼集團公司工程師，研究方向：煉鋼新品種新技術新工藝、降本增效、節能減排等。

（責任編輯：陳 潔）