高鈦鐵水渣改性劑的開發與應用

尹宏軍，趙自鑫，陳晨，王富亮

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口115007）

高爐爐役后期，需要加入鈦礦或鈦球進行護爐，在高爐爐缸內形成 Ti（C、N），并沉積于爐缸受侵蝕部位的工作面或磚縫 之中，對高爐爐襯起到了保護作用。鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司從2017年開始使用鈦球進行高爐護爐，導致鐵水的鈦含量顯著升高，鐵水平均鈦含量從0.035%提高到 0．120%，最高達到 0．200%，鐵水液面結殼、鐵水罐口粘渣嚴重，增加了煉鋼脫硫扒渣鐵損量和轉爐爐內回硫量，嚴重影響了煉鋼安全生產、成本及質量的控制。據了解，目前國內有的鋼廠采用噴吹過程加入鈉鹽，降低脫硫渣熔點，但效果不明顯［1］。因此，鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉鋼部（以下簡稱“煉鋼部”）開展了高鈦鐵水渣鐵分離的研究，研制了一種改性劑，用于鐵水預處理，取得了降低扒損和減少回硫的效果。

1 工藝裝備

煉鋼部有三座鐵水脫硫、扒渣裝置，采用的是德國PLOYSIUS復合噴粉脫硫及扒渣設備。鐵水預脫硫噴吹系統以氮氣作為輸送氣體，采用高壓、濃相、復合噴粉工藝，可以噴吹 CaO+Mg 粉［2］。噴粉槍采用倒T型噴槍，鐵水噴粉脫硫結束后，鐵水罐內有大量的脫硫渣，采用液壓扒渣機對脫硫后的鐵水進行扒渣。工藝流程為：倒罐間測溫取樣（脫硫前）→鐵水罐吊運至運輸傾翻車→傾翻車開至噴吹位→啟動噴槍對鐵水進行噴吹→噴吹結束測溫取樣（脫硫后）→傾翻鐵水罐進行扒渣操作→扒渣結束運輸至吊罐位→鐵水吊運至轉爐。

2 高鈦鐵水對煉鋼的影響

本文研究了高鈦鐵水對煉鋼工序及指標的影響，具體闡述如下。

2.1 對鐵水罐的影響

高鈦鐵水加入釩鈦礦后，渣系有所變化，低堿度、高TiO2、高鐵損的鐵水渣呈液態，鐵水罐粘罐嘴和結渣情況嚴重，影響脫后渣的扒除，造成轉爐冶煉低硫鋼時爐內產生回硫現象［3］，對鐵水罐的運行產生了很大的安全隱患，同時增加了鐵水罐的使用維護難度。

2.2 對扒損指標的影響

由于高鈦鐵水造成渣鐵粘稠，同時渣鐵不易分離，對煉鋼工序影響較大。統計數據后做出扒損與鐵水鈦含量的關系見圖1。由圖1可以看出，隨著鐵水鈦含量的升高，扒損呈明顯增加趨勢。

扒損方差分析結果見表1。從表1看出，扒損與鐵水鈦含量強相關，與鐵水溫度、鐵水鈦加硅含量相關性不強，其中鐵水鈦含量總貢獻度為64.42%。

2.3 對回硫的影響

對不同脫硫目標值罐次轉爐冶煉過程的回硫進行跟蹤分析發現，隨著鐵水中鈦含量的增加，轉爐冶煉過程的回硫量顯著增加，深脫硫鋼種（目標硫含量在0.005%以下罐次的）轉爐回硫量增加最為明顯，達到0.001%以上。

3 改性劑的組分設計

高鈦鐵水在運輸過程中有 Ti（N、C）等高熔點的物質析出，爐渣的流動性變差，熔化溫度升高。由于脫硫溫度范圍內熔渣的流動性較差，導致渣鐵分離困難，扒渣鐵損高。查閱文獻得知，通過調整脫硫渣的堿度，加入CaF2、Na2CO3等物質改善鐵水渣的物理性能，有利于促進渣鐵分離。因此，在實驗室內對不同堿度、不同F-含量、不同Na2O含量鐵水渣的熔化溫度和粘度進行了測定［4］。根據實驗室測定結果，熔化溫度及粘度最低時對應的鐵水渣成分F-為8%，Na2O為2%，堿度為1.0～1.3。據此計算出鐵水渣改性劑的組分及含量見表2。

為將鐵水渣成分及堿度調整至目標范圍，準備如下：

（1）每罐渣量按3 t計算，其中鐵水渣2.5 t，噴入鈍化石灰粉0.5 t。

（2）鐵水渣中 CaO含量為 21.1%，SiO2含量為10.5%。

（3）為調整目標渣的堿度，加入聚渣劑，聚渣劑中SiO2含量為60%。

（4）改性劑加入量每罐控制在 0.5～0.8 t，聚渣劑加入量控制在0.5 t。

噴吹前向鐵水罐內加入500 kg改性劑，將鐵水渣成分及堿度調整至目標范圍，降低鐵水渣的熔點和粘度，促進渣鐵分離。

4 改性試驗

4.1 鐵水條件

鲅魚圈的鐵水條件有兩種，見表3所示。

4.2 確定改性劑的成分及熔點

根據鲅魚圈的實際生產情況確定改性劑的成分及熔點見表4。

表4 改性劑的成分及熔點Table 4 Compositions and Melting Point of Modified Agent

4.3 加入方式

鐵水罐進脫硫站后開至噴吹位，因改性劑與爐渣反應會有部分白煙外溢，因此要將脫硫除塵和氮封裝置打開，之后利用電葫蘆吊將500 kg改性劑加入鐵水罐內。

5 取得的效果

加入改性劑前后的鐵水扒渣效果對比見圖2。由圖2可見，加入改性劑后，扒渣板粘渣較少，說明鐵水渣粘度降低，渣鐵易于分離，由此看出，改性劑效果較好。取樣對比分析加入改性劑前后的渣樣成分及堿度，結果見表5。由表5看出，加入改性劑后，渣中全鐵由26.14%降至8.66%，降低了17.48%；堿度由2.468降至1.448，降低了41.3%。

圖3 加入改性劑前后的鐵水扒渣效果對比Fig.3 Comparisons of Hot Metal during Slag Removal before and after Adding Modified Agent

表5 加入改性劑前后渣樣成分及堿度Table 5 Compositions and Basicity of Slag Specimen before and after Adding Modified Agent

相同鋼種加入改性劑后，扒損由原來的4.81 t/罐降至3.69 t/罐，降低了1.12 t/罐；爐內回硫量由0.004 8%降至0.003 7%，降低了0.001 1%，可以生產成品硫含量0.008 0%以下的超低硫鋼種。

6 結語

高爐爐役后期加入釩鈦礦后渣系有所變化，導致鐵水渣粘、渣鐵分離困難。向鐵水罐中添加改性劑后，能夠有效降低鐵水渣粘度，解決了渣鐵分離困難、液面結殼及鐵水罐口粘渣等問題，轉爐脫硫扒損降低了1.12 t/罐，回硫量降低了0.001 1%，可以生產成品硫含量0.008 0%以下的超低硫鋼種。