轉爐煉鋼造渣材料結構優化探討

曾乾　林雪梅　余善斌

摘 要：結合轉爐煉鋼造渣問題，文章提出利用石灰石、生白云石和磁選渣分別進行石灰、輕燒白云石和螢石等材料的替代，實現造渣材料結構優化。從優化效果來看，可以提高脫磷率，并帶來一定經濟效益。

關鍵詞：轉爐煉鋼；造渣材料；磁選

中圖分類號：TF713.3 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）32-0094-02

Abstract： In order to optimize the structure of slagging materials， limestone， raw dolomite and magnetic separation slag are used to replace lime， light burned dolomite and fluorite， respectively， according to the slagging problem of converter steelmaking. From the optimization effect， it can improve the dephosphorization rate， and bring some economic benefits.

Keywords： converter steelmaking； slagging materials； magnetic separation

引言

伴隨著國家節能減排政策的逐步落實，降本增效、節能生產的問題開始引起鋼鐵行業的重視。在轉爐煉鋼造渣生產方面，為實現運營轉型，還要實現造渣材料結構的優化，以便得到消耗更低的造渣方案。因此，還應加強對轉爐煉鋼造渣材料結構優化問題的分析，從而為鋼鐵行業帶來更多的效益。

1 轉爐煉鋼造渣問題分析

在轉爐煉鋼方面，一般采用石灰進行造渣脫磷。石灰需要通過在石灰窯中對石灰石進行高溫煅燒獲得，需要采用焦炭和煤作為燃料，得到的石灰擁有較高硫含量，容易吸水，難以保證活性度，同時也將產生較多的粉塵，無法滿足低碳環保生產要求。在轉爐煉鋼生產中，每噸鋼需要消耗30-70kg石灰，達到40%-60%的脫磷效率，最終得到的爐渣脫磷能力依然較高，導致煉鋼渣量過多，爐渣鐵損過大。針對得到的爐渣，還要完成適當氧化鎂的添加，才能使濺渣護爐的效果得到提高，以免爐襯受到過多侵蝕。在實際生產中，通常采用輕燒白云石。輕燒白云石是生白云石通過煅燒得到的，在煅燒過程中需要進行加熱，在加入煉鋼爐前需要冷卻到常溫狀態，然后在轉爐時則要加熱至煉鋼溫度，所以將產生大量的冷料消耗[1]。為減少鋼渣，則要添加螢石等化渣材料，導致轉爐煉鋼成本過高。因此從總體上來看，按照現有造渣材料結構，轉爐煉鋼造渣材料消耗量較大，導致工藝成本過高，難以滿足實際生產需求。

2 轉爐煉鋼造渣材料結構優化

2.1 優化思路

從造渣材料結構優化的角度來看，采用活性度更高、更容易成渣的材料進行石灰材料的替代，可以在增強冶煉脫磷效果的同時，使煉鋼渣量與爐渣鐵損得到減少。而石灰通常需要經過4h煅燒，如果能夠在轉爐中實現煅燒，可以得到接近石灰石升溫和分解能量大小的過程耗熱，無需降溫即可直接進行材料的使用，所以能夠使能量的浪費得到減少。在轉爐冶煉方面，直接取消石灰煅燒工序，利用石灰石進行石灰替代，即能達成這一目標。從機理上來看，采用石灰石進行造渣，可以在900-1200K時實現反應自由能分解。實際上，石灰石分解溫度為896℃，遠遠低于煉鋼溫度，所以加入轉爐中可以實現急劇升溫與分解，得到具有活性的氧化鈣。而得到的氧化鈣擁有較高的氣孔率，可以與渣中的氧化鐵、氧化鎂等物質一同形成初期爐渣，使爐渣具有高堿度，所以能夠使煉鋼前期的脫磷反應得到充分進行。得到的二氧化碳則能與鐵水反應，實現脫磷。

針對轉爐煉鋼使用的輕燒白云石，則可以嘗試采用生白云石進行替代，即在轉爐中實現生白云石的集中煅燒。作為石灰石與碳酸鎂的復合礦物，生白云石在800℃下就能分解，產生二氧化碳，得到的產物表面多孔疏松，擁有較大的反映表面積，可以使成渣反應加快。而渣中含有的氧化鎂則能起到促進氧化鐵吸收的作用，所以能夠使爐襯受到的爐渣侵蝕得到減緩。轉爐煉鋼內溶池溫度在1300-1450℃范圍內，而上述反應均為吸熱反應，可以充分反應。

在化渣材料使用方面，伴隨著相關技術的發展，爐渣已經可以實現回收再利用。比如針對前期產生的溢出渣，經過簡單篩選即能回用。但是從成本角度進行分析，還應嘗試利用爐渣燜渣進行爐渣磁選，提高渣品位，使轉爐過程中煙塵量得到減少，逐步進行螢石等材料的替代。采用該種方法，則能使轉爐煉鋼得到的含鐵廢料得到更好的利用，并且也能使化渣用料得到減少，達到降低轉爐煉鋼造渣成本的目的。

2.2 優化方案

2.2.1 石灰石添加

在實際進行轉爐煉鋼造渣材料結構優化時，利用石灰石進行石灰替代，還要考慮到將石灰石加入轉爐內煅燒將與爐渣直接接觸，所以材料表面逸出二氧化碳時，石灰將發生化渣反應，所以石灰加入量將有所減小[2]。結合這一情況，想要得到1t石灰，需要添加約1.6-1.7t石灰石。為保證生產順利，添加的石灰石應不超出1t/爐。從富余熱量角度來看，采用石灰進行冶煉，鐵水加入量達到86%左右。而添加石灰石，由于石灰石分解吸熱，噸鋼富余熱量會有所減小，所以需要適當增加鐵水比重，實際可按照25-30kg/t進行石灰石的添加，達到調整煉鋼富余熱量的目的。結合這些要求，還要使第一批加入的石灰石達到石灰總加入量的1/2-1/3，然后進行二批料的交替加入，二批料應采用石灰，因為相較于石灰，石灰石熔化慢，為保證前期脫磷效果需要提早加入。

2.2.2 生白云石添加

采用生白云石進行輕燒白云石替代，可以采用單渣法進行轉爐煉鋼操作，在轉爐開吹或對爐口火焰進行觀察，確定其內著火情況。在著火充分的情況下，可以加入總石灰量2/3，然后將400kg生白云石和適量化渣材料加入。在實際生產時，為保證濺渣護爐效果，也可以搭配進行輕燒白云石和生白云石的使用，結合爐況先進行一定輕燒白云石的添加，然后進行生白云石的添加。在鐵水中只含有少量硅的情況下，還應在轉爐開吹后進行生白云石的陸續添加。如果鐵水中硅含量較大，可以在開吹后進行部分生白云石的添加，達到抑制溢渣的目的。具體來講，就是在轉爐開吹后，如果鐵水硅含量不超出0.5%，先添加200kg輕燒白云石，然后進行第一批石灰添加，之后進行生白云石補充。如果超出這一數值，可以添加100-200kg生白云石，然后進行石灰添加。

2.2.3 磁選渣的添加

利用磁選渣進行礦石等化渣材料的替代，還要做好磁選渣篩分，降低粉末率，減少煙塵的產生，并實現對磁選渣的充分利用。篩分出的磁選渣粒度應達到3mm以上，需要利用粉渣壓球設備進行磁選粉渣、除塵灰和污泥的混合，以便進一步加強含鐵廢料利用。使用粉渣球，憑借其內部含有的大量氧化鐵，則能起到迅速降溫的作用，達到迅速化渣的目的，所以能夠較好的處理“返干”。所謂的“返干”，即在吹煉溫度較高的情況下，由于發生劇烈脫碳反應，導致渣中只有少量氧化鐵，難以實現石灰石熔解[3]。采用粉渣球，可以提高渣中含鐵量，因此可以解決這一問題。實際添加時，可以將磁選渣使用量控制在10kg/t左右。在供氧控制方面，則要采用恒壓變槍操作，采用“高-低-高-低”循環吹煉模式，保持0.75-0.95MPa氧壓，氧氣流量達到10000-12500Nm3/h，化渣槍位在1.3-1.5m之間。

2.3 優化效果

2.3.1 石灰石使用效果

從脫磷效果來看，使用石灰造渣僅能達到78%-90%的脫磷率，平均能夠達到84%。而使用石灰石進行替代，可以達到82%-92%脫磷率，平均能夠達到87%，約能提高3%的脫磷率。出現這種情況，主要是由于石灰石在吸熱分解的過程中使得局部溫度得到了降低，可以促進前期脫磷反應。而分解得到的石灰活性較高，也能促進脫磷期成渣。在碳酸鈣分解的過程中，產生的二氧化碳將與鐵水反應，使熱量得到減少，因此可以使熔池脫磷得到促進。從鐵損情況來看，采用石灰石可以使爐渣鐵損提高0.65%，因為分解得到的二氧化碳參與煉鋼熔池反應，盡管使得爐內供氧減少，但是總體上冶煉中供氧量有所提高，因此過氧化嚴重。隨著供氧量的增加，反應前期頻繁出現溢渣現象，終渣擁有較高泡沫化程度。從經濟效益上來看，采用石灰石進行石灰的替代，原本使用石灰產生的費用可以從12.94元/t降低至10.10元/t，石灰石費用為0.48元/t，因此費用可以減少2.36元/t。

2.3.2 生白云石使用效果

使用生白云石進行轉爐煉鋼造渣，終渣堿度在2.8-3.2范圍內。相較于采用輕燒白云石的煉鋼爐，采用生白云石脫磷效率較慢，化渣也較慢。而伴隨著爐溫的升高，硅、鎂等元素逐步得到氧化，爐渣得到了較好熔化，所以能夠達到脫磷的目的。白云石煅燒為吸熱過程，可以對轉爐富余熱量進行平衡，使冷料消耗得到減少。由于生白云石中含有是一定量氧化鈣，因此也能使石灰得到節約，約0.9kg/t。從終渣成分上來看，平均渣層厚23mm，能夠實現均勻濺渣。相較于輕燒白云石，生白云石降溫較大，導致終渣粘度較大，實際使用時還應結合終渣狀態和出鋼溫度進行加入量調整，以便更好的實現濺渣護爐。從經濟效益上來看，使用生白云石完全進行輕燒白云石替代，可以使費用由1.76元/t降低至0.48元/t，因此可以每噸能夠節省1.26元。

2.3.3 磁選渣使用效果

從磁選渣的使用效果來看，可以完全進行螢石、礦石和鐵礬土等化渣材料的替代，所以能夠通過實現渣的回收利用使轉爐煉鋼造渣的生產成本得到降低。從化渣材料消耗量上來看，噸鋼生產如果采用螢石、鐵礬土，需要分別花費0.38元/t、0.57元/t，直接采用磁選渣則能噸鋼生產成本可以降低0.96元/t，因此可以達到節約成本的目標。

3 結束語

通過分析可以發現，利用石灰石進行石灰替代，利用生白云石進行輕燒白云石替代，并采用磁選渣進行螢石等化渣材料的替代，可以使噸鋼生產成本降低4.58元/t，同時可以使脫磷率得到提高。因此，實現對轉爐煉鋼造渣材料結構的優化，完成全新造渣材料方案的制定，可以在減少造渣材料消耗的同時，降低噸鋼成本，從而更好的迎合國家的節能減排政策要求。

參考文獻：

[1]路文剛，朱榮，于灝.轉爐利用石灰石造渣煉鋼的試驗研究[J].工程科學學報，2016，38（S1）：78-82.

[2]杜利華，康斌.轉爐半鋼煉鋼復合造渣劑的開發及應用[J].四川冶金，2015，37（01）：17-21.

[3]高志勇.爐外精煉實踐和“一種去渣包”的應用[J].硅谷，2013，6（21）：72-73.