利用除塵焦粉替代增碳劑的生產試驗

李士靖，李明軍，王建峰

（山東鋼鐵萊蕪分公司煉鋼廠，山東濟南 271126）

1 前 言

煉鋼工序出鋼過程需要消耗增碳劑以調整鋼液的成分，保證產品質量性能。目前生產需要消耗增碳劑1～2 kg/t，由于生產廠家原料價格和電費成本的提高，增碳劑采購價格居高不下，增加劑價格5.4元/t，攤薄了產品效益。經過查閱資料，有少量企業的煉鋼工序利用焦粉替代增碳劑，以降低產品成本。

山東鋼鐵萊蕪分公司（簡稱萊鋼）焦化廠每年生產焦炭320 余萬t，因工藝產生的除塵焦粉3.6 萬t，顆粒度小于3 mm。除塵焦粉主要用于燒結、回配煤煉焦和高爐煉鐵。有關研究表明，回配煤煉焦合適配比1%左右［1］，煉焦不能完全消納自己產生的除塵焦粉。而用于高爐煉鐵，由于顆粒細小粉面率高，損失較大，因此目前除塵焦粉主要利用方式是混合焦炭或無煙煤用于燒結工藝。為了持續降低生產成本，從焦化廠調撥除塵焦粉，試驗除塵焦粉替代增碳劑生產的可行性。

2 工業生產試驗

2.1 工業試驗生產線概況

萊鋼煉鋼廠有2 套機械攪拌鐵水脫硫裝置，2座120 t頂底復吹轉爐，2座120 tLF，2臺10機10流小方坯連鑄機及其配套的輔助設施。主要產品HRB400、HRB500 系列鋼種軋制螺紋鋼，規格在Φ 50 mm 以下。主要工藝流程：KR 脫硫→頂底復吹轉爐→LF（吹氬）→連鑄。

2.2 試驗方案

2.2.1 試驗原料

試驗用的除塵焦粉來自焦化廠干熄焦工藝產生-儲存在焦粉倉內的原料，內部調撥用于試驗，由負壓罐車運輸至儲存卸料倉加工處理，包裝成標準小袋后利用。除塵焦粉和碳粉的物化指標見表1。由表1 可知，除塵焦粉的固定碳含量86.26%，含碳量較高；有害元素硫的含量為1.16%，比煅煤增碳劑高0.83%；揮發分1.5%，煅煤增碳劑相當；灰分12.17%，比煅煤增碳劑高3.67%；水分1.15%，比煅煤增碳劑高0.76%，而且除塵焦粉的顆粒度明顯比增碳劑更細小。

表1 物料的物化性質及含水率

2.2.2 試驗方法

煉鋼使用增碳劑的固定碳要求高，灰分、揮發分和硫、磷、氮等雜質含量要求低，且干燥、干凈，粒度要求1～5 mm［2］，粒度適中，粒度太細小容易燒損，粒度太粗加入鋼包后浮在鋼液表面，不容易被鋼水吸收［3］。由于除塵焦粉的碳含量比煅煤增碳劑低，而硫、灰分等雜質含量較高。為防止試驗除塵焦粉替代增碳劑對生產管控和產品質量造成較大波動，要求只在生產螺紋鋼筋產品系列時，轉爐放鋼過程中試驗利用除塵焦粉增碳，出鋼至1/4 時先加入脫氧劑，依次加入除塵焦粉和增碳劑，且每爐次利用除塵焦粉100 kg。碳元素的回收率按90%計算，目標碳0.05%，每爐次仍需額外增碳使用原來煅煤增碳劑，記錄試驗數據，驗證除塵焦粉增碳效果，檢查試驗產品質量。

3 試驗結果與分析

（1）跟蹤7 d 寫實試驗481 爐次，生產期間過程管控平穩。根據成品碳回歸分析，測算了除塵焦粉試驗增碳實際碳元素的回收率，如表2 所示，碳元素的平均回收率87.30%，回收率的中位數86.53%。表2數據顯示：分位數達90%的碳元素回收率高于82.60%，分位數達75%以上的碳元素回收率高于84.90%，說明回收率相對穩定，回收率相對穩定，對操作人員使用影響不大，而且經過LF工藝處理，也降低了試驗對生產波動的影響。

表2 試驗焦粉碳元素的回收率 %

（2）除塵焦粉增碳25%的分位數偏低84.9%的原因分析：①除塵焦粉顆粒度0.1～0.5 mm，操作人員投入鋼包，一些包裝袋未接觸鋼液提前熔化，部分粉末被熱氣吹走，降低了除塵焦粉利用率，影響增碳效果。②焦粉顆粒細，有些編織袋封口不嚴，容易撒漏粉末，影響除塵焦粉的利用率。③放鋼終點碳偏低，鋼水氧化性強，脫氧劑加入不足的爐次，容易造成除塵焦粉燒損，增碳不穩定，造成碳元素回收率低。所以，解決因除塵焦粉顆粒細小帶來的問題，是提高碳元素回收率的關鍵，應選用外層尼龍編織，內層塑料薄膜的雙層包裝袋較為合適，并且封口結實嚴密。

（3）除塵焦粉增碳對鋼液溫度的影響與煅煤增碳劑接近，并且鋼液產品經過LF處理后，溫度差異對生產沒有影響。

（4）焦粉增碳與煅煤增碳劑相比，加入100 kg除塵焦粉能增加硫0.000 6%，對于普通螺紋鋼種而言可以忽略不計。

（5）每天隨機抽檢5爐次使用除塵焦粉增碳的鋼坯，切割銑平后，用35%的工業鹽酸水溶液電解腐蝕25 min，試樣取出后用清水清洗腐蝕面并干燥。依照GB/T 226—2015《鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢驗法》，進行低陪檢驗和缺陷檢驗情況。鑄坯坯樣檢測結果表明，中心偏析、中心疏松、中間裂紋、中心裂紋、角部裂紋、表面裂紋、邊部裂紋、皮下氣泡、夾雜、縮孔都沒有，試驗階段利用除塵焦粉替代增碳劑生產鋼筋對鑄坯質量沒有顯著影響。

（6）為了檢查鋼材內細小的夾雜和缺陷，抽檢了性能偏低的鋼材進行金相檢驗，依照GB/T 10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定方法》，經將金屬試樣進行切割、鑲嵌、磨光、拋光、腐蝕處理后［4］，采用掃描電鏡SEM 進行顯微攝像觀察，選取最嚴重視場進行評級，見圖1a所示，夾雜物呈現灰黑色，且有明顯的界線，有延展變形，形態比大于3，最寬處大于9 μm，屬于細系2.0級C類夾雜物形貌；圖1b夾雜物呈黑色顆粒，延軋線聚集排列，形態比小于3，屬于細系0.5 級C 類夾雜物形貌；硅酸鹽類夾雜屬于內生夾雜，主要是由于生產螺紋鋼筋時，采取拉速高生產周期短，精煉時間少、澆鑄時間短，不利用硅酸鹽類夾雜上浮去除。用X 射線能譜儀進行分析夾雜物元素，ImageJ軟件統計分析元素含量，試樣表面有氧化物、硫化物及硅鋁酸鹽類復合夾雜物，K線譜檢驗夾雜物組成元素見表3所示，利用除塵焦粉代替增碳劑生產螺紋鋼筋，硫化物并沒有明顯增加，硫化物是與鋼水中硫含量成正相關性，也證明了除塵焦粉并沒有顯著增加鋼水硫含量，與非試驗鋼種相比無明顯差異，觀察試樣其余視場無異常組織，屬于正常的鐵素體+珠光體，無晶粒粗大現象，符合熱軋帶肋鋼筋的國家標準。

圖1 金相檢驗照片

表3 夾雜物組成元素 %

（7）試驗除塵焦粉增碳的爐次產品，經過連鑄—熱軋后，進行力學性能檢驗，整理241 爐次鋼材力學性能檢驗數據見表4。按照GB/T 1499.2—2018，HRB400 屈服強度標準＞400 MPa，HRB500屈服強度標準＞500 MPa，HRB400抗拉強度標準＞540 MPa，HRB500抗拉強度標準＞630 MPa，鋼筋產品力學性能都符合要求。

表4 HRB400E鋼材力學性能檢驗

（8）效益測算。萊鋼內部調撥除塵焦粉價格650 元/t，與煅煤增碳劑的價格相比，低2 200 多元，如果每月用除塵焦粉替代增碳劑300 t，每月可以降低工序成本66萬元，噸鋼降低成本2元。

4 結 語

利用除塵焦粉增碳替代增碳劑試驗7 d，生產管控過程平穩，未有較大波動。提高除塵焦粉碳元素的回收率，應選用外層尼龍編織，內層塑料薄膜的雙層包裝袋并且封口嚴實。在目前生產線工藝不變的情況下，利用除塵焦粉增碳替代增碳劑生產棒材螺紋鋼系列產品，對產品質量沒有顯著的影響。從降本增效角度考慮，廉價的除塵焦粉作為部分增碳劑替代品具有較好的經濟性。