廢中間包干式料用于生產轉爐造渣劑的可行性研究

孔維斌

摘 要：P市某鋼廠目前使用的干式振動料主要以鎂砂為原料、酚醛樹脂作結合劑生產的鎂質干式料。每年產生大量的廢中間包干式料，不僅污染環境，而且后續處理難度大，給正常生產經營造成一定的困擾。由此，本文提出利用廢中間包干式料來生產轉爐造渣劑，以為解決廢中間包干式料提供一種新的途徑。通過試驗可知，利用廢中間包干式料生產轉爐造渣劑是可行性的。

關鍵詞：中間包;鎂質干式料;轉爐造渣劑

中圖分類號：X757文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）04-0039-03

Abstract： At present， magnesia is mainly used as the raw material and phenolic resin as the binder in a steel plant in P city. A large number of waste tundish dry materials are produced every year， which not only pollutes the environment， but also makes the follow-up treatment difficult， which causes certain problems to the normal production and operation. Therefore， this paper put forward a new way to produce converter slag making agent by using waste tundish dry material. It can be seen from the test that it is feasible to produce converter slag making agent with waste tundish dry material.

Keywords： tundish;magnesium dry charge;converter slagging agent

1 中間包干式料概述

中間包冶煉技術是連鑄工藝的一個重要組成部分。中間包作為冶金反應器是提高鋼產量和質量的重要一環[1]，無論對于連鑄操作的順利進行，還是對于保證鋼液質量符合需要，中間包的作用都是不可忽視的。而中間包工作層是中間包的關鍵點，鋼水從大包流到中間包，中間包工作層直接與鋼水接觸，不僅受到鋼水的沖刷，還受到鋼水及鋼渣的侵蝕。

干式料是不加水或液體結合劑而用振動法成型的不定形耐火材料。在振動作用下，材料可形成致密而均勻的整體，加熱時靠熱固性結合劑或陶瓷燒結劑使其產生強度。干式振動料是由耐火骨料、粉料、燒結劑和外加劑組成的。其特點為：在振動力作用下易于流動，其中粉料即使在很小的振動力作用下也能填充顆粒堆積間的極小孔隙，獲得具有較高充填密度的致密體;使用中靠加熱形成一層具有一定強度的使用工作面，而非工作面仍有部分未燒結呈原致密堆積結構。這種結構有助于減少由于膨脹或收縮而產生的應力;有助于阻止裂紋的擴散或延伸;有助于阻止金屬熔體的侵入，且便于拆包清理。這種材料用振動方法在施工現場施工，施工簡便、施工期短、無須養護和烘烤，可直接快速升溫使工作層燒結投入使用。

目前，中間包干式料主要為鎂質和鎂鈣質兩種材質。由于鎂鈣質干式料的水化問題難以解決，因此，其主要應用于生產特殊鋼種;鎂質干式料在使用上比鎂鈣質干式料更為穩定，因而得到普遍而廣泛的應用[2]。由于干式料為完全干性，在低溫使用時，鎂砂顆粒之間沒有燒結制品所具備的強度，顆粒之間只是靠低溫結合劑的黏結作用形成整體;在中高溫使用時，由于鎂質材料存在中溫強度低的特點，需要添加適量的結合劑來提高強度，以防止干式料坍塌。因此，干式料用結合劑的選用非常重要。某鋼廠經過摸索和試驗，使用酚醛樹脂作為結合劑、鎂砂為原料的干式振動料有較好的應用效果。

2 廢中間包干式料處理思路的提出

目前，P市某鋼廠中間包在使用過程中還需要加入中間包覆蓋劑，中間包覆蓋劑的成分主要有Fe3O4、SiO2、Al2O3、CaO、MgO、C、H2O、Na2O等。中間包覆蓋劑的主要作用：一是可以絕熱保溫，減少澆鋼過程中的溫降;二是隔絕空氣，防止鋼液的二次氧化;三是吸收上浮至鋼液面的廢金屬夾雜物，避免污染鋼水等。另外，隨著鎂砂資源的日益枯竭和鎂砂價格的迅速攀升，國內外都在尋求能替代鎂砂的新材料。鎂橄欖石是一種MgO-SiO2系耐火材料。由于橄欖石的耐火度較高，因此，其被廣泛應用于電爐出鋼口填料、混鐵車和盛鋼桶內襯等。根據了解，某鋼廠在板坯中間包干式料中配加了鎂橄欖石，在方坯中間包干式料中則配加了廢鎂碳磚、鎂橄欖砂等以降低成本。因此，中間包下線后隨干式料翻入料槽，廢中間包干式料細粉中含有覆蓋劑、鎂橄欖石、廢鎂碳磚等成分。

新時代，國家積極倡導綠色發展新理念，呼吁和督促企業處理固體冶金廢物，而且處理要求越來越高。根據環保督查要求，廢中間包干式料不再進行堆存處理，加之P市某公司的堆場（見圖1）已接近極限，屆時廢物無法傾倒，將對P市某鋼廠的正常生產造成影響。

P市某鋼廠每年產生一定數量的廢中間包干式料需要處理。因為廢中間包干式料中含有大量的MgO和SiO2等成分，所以提出以廢中間包干式料為主要原料生產轉爐造渣劑，部分替代原轉爐造渣劑中的高鎂石灰的方法，為廢中間包干式料的處理探索一條新的途徑。

3 試驗探索

由于該地區高爐冶煉釩鈦磁鐵礦的資源特點及獨特的操作工藝，導致鐵水溫度低、含硫量高，同時，與普通鐵水煉鋼相比，因原料差異形成了熱量不足、造渣困難的半鋼煉鋼特點。因此，其轉爐煉鋼時需要造好具有一定流動性、較高脫硫、脫磷能力的爐渣。經過多年的研究實踐，采用加入含MgO的高鎂石灰作為其中一種造渣材料。因為MgO在低堿度渣中有較高的溶解度，隨著初期渣中MgO濃度提高，抑制了爐渣溶解爐襯中的MgO，減輕了初期低堿度渣對爐襯的侵蝕。同時，隨著爐渣堿度的提高，前期過飽和的MgO將會從爐渣中逐漸析出，使后期渣變黏，當條件合適時，會使終渣掛在爐襯表面，形成爐渣保護層，有利于濺渣護爐和提高爐齡。

3.1 試驗目的

為了驗證以廢中間包干式料為主要原料生產轉爐造渣劑的可行性，考察造渣及脫磷效果和經濟性，特制訂了多輪廢中間包干式料新型轉爐造渣劑的試驗計劃。

3.2 試驗轉爐造渣劑應遵循的基本原則

①試驗轉爐造渣劑的使用不應給轉爐生產的熱制度帶來不利影響;②根據爐渣堿度要求及半鋼成分合理搭配，保證轉爐各冶煉期對爐渣成分和性能的要求;③試驗轉爐造渣劑以球團狀入爐，粒度控制在30～50 mm，避免形成粉末狀造成環境污染;④避免試驗轉爐造渣劑過程中物理水和分解水對鋼質造成危害。

3.3 試驗轉爐造渣劑主要生產工藝

試驗轉爐造渣劑主要生產工藝為破碎、攪拌混料、造球成型和干燥。

3.4 試驗方案

①試驗轉爐造渣劑先進入高位料倉，冶煉過程中經料倉加入轉爐內。②加入方式按現有工藝執行，根據爐渣堿度要求和入爐條件進行合理搭配，每加1 t改進型轉爐造渣劑減少高鎂石灰400 kg，增加活性石灰200 kg。③若出現爐襯侵蝕異常等影響爐體安全的現象，應立即停止試驗。④測溫、取樣，即測入爐溫度和拉碳溫度;取入爐半鋼樣、終點鋼樣送化驗室分析。

3.5 試驗結果分析

在P市某鋼廠試驗爐進行了試驗，共使用313爐，平均每爐加入量1 669.23 kg，共計522.47 t。

3.5.1 輔料消耗情況。與原造渣劑相比，試驗造渣劑總體消耗情況略有上升，為0.42 kg/噸鋼，但高鎂石灰消耗降低了0.81 kg/噸鋼，試驗爐次的總渣料消耗比同期對比爐也降低0.69 kg/噸鋼。

3.5.2 轉爐終渣。試驗爐次的堿度變化不大，雖然試驗爐座高鎂用量減少，但MgO含量比同期對比爐高0.735%，說明試驗造渣劑添加廢中間包干式料可有效增加渣中的MgO含量。轉爐終渣情況如表1所示。

3.5.3 P、S控制效果。試驗爐次脫P率為80.17%，比同期對比爐略低。數據見表2。

由于試驗轉爐造渣劑硫本身含量低，回硫控制較好，回硫值降低，比較有利于冶煉低硫鋼種。具體數據見表3。

3.5.4 化渣情況及爐體維護效果。從現場跟蹤情況來看，平均來渣時間在2～3 min，與現用造渣劑來渣時間相當，過程操作正常。由于渣中MgO含量增加，終點渣態較稠，對爐體維護有利。

4 結論

P市某鋼廠每年產生大量的廢中間包干式料需要處理，本文提出利用廢中間包干式料來生產轉爐造渣劑。通過試驗可知，利用廢中間包干式料生產轉爐造渣劑是可行性的，主要體現在：①從現場操作情況來看，試驗轉爐造渣劑造渣效果與原造渣劑相當，末期渣況較好、偏稠，對爐體維護有利;②試驗爐次的輔料消耗降低，堿度變化不大的情況下渣中MgO含量較高，有利于爐體維護，脫P效率略微有所降低，但不影響使用效果。

參考文獻：

[1]吳武華，薛文東，高長賀，等.連鑄中間包工作襯的歷史及其研究進展[J].材料導報，2006（S2）：429-431.

[2]高里存，錢躍進，蔣明學，等，中間包鎂質干式工作襯殘襯分析[J].耐火材料，2007（2）：144-146.