新型高效精煉合成渣的開發(fā)與應(yīng)用

張 婕，張廣杰，李新金

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 萊蕪271104）

新型高效精煉合成渣的開發(fā)與應(yīng)用

張 婕，張廣杰，李新金

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 萊蕪271104）

針對(duì)現(xiàn)有精煉合成渣存在的易吸水粉化、不易熔化、電耗高等問題，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)配比，采用高堿度、高Al2O3渣系，開發(fā)了成分粒度均勻、強(qiáng)度高、性能穩(wěn)定的新型高效精煉合成渣，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)及煉鋼加入的機(jī)械化、自動(dòng)化。應(yīng)用表明，該合成渣加入量5～8 kg/t，渣中TFe含量低，精煉及脫硫效果好，精煉化渣時(shí)間縮短3 min，噸鋼電耗減少了近7 kW·h。

精煉；合成渣；成渣速度；脫硫

1 前言

轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)爐渣的氧化性高，通常渣中TFe含量可達(dá)到12%～18%，成為鋼水的污染源。而LF精煉過程中主要是靠鋼渣界面反應(yīng)進(jìn)一步脫除鋼中氧、硫等雜質(zhì)元素，達(dá)到凈化鋼水的目的。這種高氧化性爐渣本身氧勢(shì)高，要想脫除鋼中氧必須先脫除渣中氧，同時(shí)出鋼過程中采用的硅脫氧降低了爐渣的堿度，低堿度的爐渣對(duì)于脫硫幾乎沒有作用，勢(shì)必造成精煉加入大量石灰造渣，但單純加入石灰很難熔化，通常加入螢石化渣，這樣不但增加造渣時(shí)間，同時(shí)大量螢石的加入造成了環(huán)境污染。

采用出鋼過程中加入合成渣，利用出鋼過程強(qiáng)大的動(dòng)能和勢(shì)能優(yōu)勢(shì)，使鋼渣充分混合，不但能使合成渣提前熔化，同時(shí)高堿度、低熔點(diǎn)的合成渣與鋼水混合起到了渣洗精煉的作用，提高了鋼水的純凈度。精煉進(jìn)站爐渣堿度高，氧勢(shì)低，有利于進(jìn)一步利用鋼渣的界面反應(yīng)脫除鋼中的氧和硫。

2 現(xiàn)有合成渣存在的問題

隨著品種結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化以及鋼水質(zhì)量的穩(wěn)定提高，煉鋼精煉工序的負(fù)荷加大，將精煉合成渣提前加入鋼包底部，起到提前造渣的目的，有利于生產(chǎn)組織和各工序功能分配的優(yōu)化，但受成本的壓力，合成渣僅僅是石灰與螢石及少量其他材料的簡(jiǎn)單配比。主要問題有：1）配比不合理，生產(chǎn)工藝落后，容易造成合成渣各組分的偏析，使用效果不穩(wěn)定。2）易吸水、易粉化，降低了合成渣中各組分的反應(yīng)活性。3）需人工加入，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作環(huán)境惡劣。4）合成渣不易熔化，精煉時(shí)間長(zhǎng)，電耗高。

3 新型高效精煉合成渣的設(shè)計(jì)開發(fā)

3.1 堿度

采用合成渣進(jìn)行爐渣精煉的目的旨在進(jìn)一步脫除鋼水中的氧和硫，凈化鋼水，減少鋼中的夾雜物。合成渣中有效CaO組分的含量是決定合成渣脫硫效果的重要因素，即

但轉(zhuǎn)爐下渣帶入大量的FeO、MnO及脫氧過程產(chǎn)物SiO2，其他冶金原料也不可避免地會(huì)帶入FeO、SiO2等氧化物以及硫、磷等雜質(zhì)，這些氧化物一方面降低了爐渣堿度，同時(shí)高氧化性的爐渣在鋼渣界面發(fā)生置換反應(yīng)：

不但降低了合金的收得率，也使鋼中夾雜物增加，污染鋼液，對(duì)鋼水的純凈度極為不利。

由CaO-SiO2-Al2O3相圖可知，隨著堿度的增加，F(xiàn)eO的活度系數(shù)降低，因此提高合成渣的堿度會(huì)抑制反應(yīng)（2）的進(jìn)行，對(duì)提高鋼水純凈度有利。由反應(yīng)（3）可見，渣中SiO2含量高時(shí)，對(duì)于鋁脫氧鋼就會(huì)與鋼中鋁產(chǎn)生反應(yīng)，從而增加鋼水中硅含量，改變低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼的化學(xué)成分。因此，對(duì)于鋁脫氧鋼，要盡量選用含硅低的材料，提高合成渣的堿度。

3.2 渣系確定

研究表明，冶金功能優(yōu)良的高堿度合成渣一般堿度＞4.0，熔點(diǎn)1200～1 400 ℃，黏度0.2～2.0 Pa·s。從成分來看，可基于CaO-SiO2-Al2O3和MgO-SiO2-Al2O3兩種渣系進(jìn)行成分設(shè)計(jì)。

由相圖可見，MgO-SiO2-Al2O3渣系，當(dāng)MgO含量超過40%后，渣系熔點(diǎn)均會(huì)超過1 400℃，合成渣不易熔化。CaO系渣更有利于脫硫，爐渣也更穩(wěn)定。

3.3 預(yù)熔料的加入

預(yù)熔料是將石灰、鋁礬土等原料經(jīng)預(yù)熔后形成低熔點(diǎn)的12CaO·7Al2O3。預(yù)熔料的熔點(diǎn)低（1 100～1200℃），一方面有利于合成渣的熔化，減少螢石的加入量；另一方面出鋼過程中液態(tài)熔渣與鋼水充分混合，促進(jìn)了鋼水脫硫和夾雜物的吸附排出，提高了鋼水潔凈度。

另外，合成渣中Al2O3組分的增加，一方面降低爐渣黏度，促進(jìn)渣鋼反應(yīng)，有利于脫硫；另一方面Al2O3屬于表面活性物質(zhì)，有利于泡沫渣的維持。

3.4 還原劑的加入

根據(jù)鋼種的不同，合成渣中添加Al、SiC或CaC等還原劑，提高合成渣的還原能力，可進(jìn)一步降低鋼包頂渣的氧化性，使精煉渣中（FeO）+（MnO）含量降低，精煉進(jìn)站爐渣基本呈黃白渣，減輕了高氧化性爐渣對(duì)鋼水的污染，縮短了精煉時(shí)間，延長(zhǎng)了白渣保持時(shí)間。

4 新型高效精煉合成渣特點(diǎn)

4.1 成分均勻

原合成渣的生產(chǎn)工藝落后，各種塊狀和粉狀原料按配比稱量后人工攪拌混料，由于原料比重不同，造成配料過程各組分偏析嚴(yán)重。新的生產(chǎn)技術(shù)將所有原材料分別經(jīng)破碎、制粉、按配比稱量后，機(jī)械攪拌混勻，不添加黏結(jié)劑直接壓制成球。單個(gè)合成渣球內(nèi)部和各個(gè)合成渣球之間成分均勻，保證了合成渣實(shí)際成分與配比成分偏差的最小化。對(duì)生產(chǎn)的合成渣進(jìn)行隨機(jī)取樣，成分偏差在5%以內(nèi)。

4.2 強(qiáng)度高

我國(guó)粉體造粒技術(shù)的研究自20世紀(jì)80年代開始，分為攪拌法、壓力成型法、熱熔融成型法、噴霧和分散彌霧法，其中壓力成型法是唯一不添加任何黏結(jié)劑、最大限度保存了物質(zhì)本身物性的成型方法。由于合成渣的使用要求必須盡量減少成分中的水分、灰分等雜質(zhì)，同時(shí)保持合成渣的反應(yīng)活性，因此干法壓力成型技術(shù)是最適宜的方法。新型高效精煉合成渣采用高壓力成型機(jī)，壓制的合成渣球體強(qiáng)度高、粒度均勻、成球率高。

4.3 可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化作業(yè)

1）合成渣生產(chǎn)過程機(jī)械化、自動(dòng)化。新設(shè)計(jì)的合成渣生產(chǎn)工藝流程，從原料的破碎、制粉、混勻、壓球、包裝成品，可全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、連續(xù)化生產(chǎn)，不但提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境。

2）煉鋼生產(chǎn)中合成渣加入機(jī)械化、自動(dòng)化。合成渣造球后，可在爐前爐頂料倉(cāng)、精煉料倉(cāng)或爐后料斗中直接加入，減少搬運(yùn)、不占用場(chǎng)地，有利于現(xiàn)場(chǎng)管理以及數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，便于煉鋼標(biāo)準(zhǔn)化操作和管理，減少人為因素的影響，同時(shí)減少人員配置，降低成本。

4.4 不易吸潮

壓球后的合成渣，表面致密、光潔，不易吸水，最大限度地保證了合成渣的反應(yīng)活性，特別是在雨季，不會(huì)出現(xiàn)因合成渣中水分過高造成的加入過程翻騰的現(xiàn)象。

5 工業(yè)應(yīng)用

將生產(chǎn)的高堿度合成渣應(yīng)用于煉鋼（鋼種55C、SM490YB），噸鋼加入量5～8 kg。根據(jù)條件采用隨鋼流手動(dòng)加入、出鋼前加入包底、爐頂料倉(cāng)或加料漏斗等加入方式均取得了良好效果。部分生產(chǎn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 各工序爐渣成分及堿度分析 %

1）精煉渣堿度高。應(yīng)用表明，進(jìn)站堿度平均2.35，滿足精煉要求，有利于進(jìn)一步脫氧、脫硫。

2）渣中TFe含量低。轉(zhuǎn)爐渣渣中TFe含量通常在12%～18%，這部分渣進(jìn)入鋼包成為鋼水的污染源，LF精煉是利用鋼渣的界面反應(yīng)來凈化鋼液，必須通過精煉造白渣將渣中氧降低到一定程度，鋼中的氧、硫等雜質(zhì)才會(huì)通過界面進(jìn)入渣中。因此爐渣的氧化性，即渣中TFe含量是衡量爐渣精煉效果的一個(gè)重要指標(biāo)。通常白渣條件下，渣中TFe含量＜2%。由表1可知，加入合成渣后，爐渣中TFe含量平均由14.24%降至2.1%，說明加入該合成渣后進(jìn)站爐渣的氧化性基本消除，呈黃白渣，使精煉的白渣保持時(shí)間延長(zhǎng)，提高了精煉效果。

3）脫硫效果好。合成渣的脫硫效果可以通過鋼中硫含量的降低來反應(yīng)，也可以從爐渣中硫含量的增加即硫容量來反應(yīng)。由表1可知，轉(zhuǎn)爐渣的硫容量平均為0.07%，加入合成渣后，渣量增大，但渣中硫含量由0.07%增加到0.33%，脫硫效果顯著，同時(shí)也反應(yīng)出該合成渣設(shè)計(jì)合理，爐渣的硫容量大，對(duì)于冶煉低硫鋼和超低硫鋼具有良好的脫硫效果。

4）成渣速度快，縮短了精煉時(shí)間和電耗。由于合成渣成分均勻，并且配加了較大比例的全預(yù)熔渣，合成渣熔化速度快，改變了過去進(jìn)站爐渣集結(jié)成塊不熔化的現(xiàn)象，進(jìn)站爐渣基本化好，呈黃白色泡沫渣。精煉取第1個(gè)樣的時(shí)間（即化渣時(shí)間）由8～10 min減少到5～7 min，前期通電化渣時(shí)間減少3 min，縮短了精煉時(shí)間和電耗。按化渣時(shí)電耗300 kW·h/min計(jì)算，噸鋼電耗減少了近7 kW·h。

6 結(jié)論

6.1 本項(xiàng)目根據(jù)冶金學(xué)原理，選擇CaO-Al2O3-SiO2渣系，設(shè)計(jì)出高堿度、低熔點(diǎn)合成渣，加入后，爐渣堿度高，渣硫容量高，合成渣中的還原劑降低了頂渣的氧勢(shì)，成渣速度快，精煉效果好。

6.2 采用該合成渣，精煉進(jìn)站爐渣基本化好，精煉化渣時(shí)間縮短3 min，精煉過程不加螢石或根據(jù)添加石灰量加入少量螢石，對(duì)環(huán)境污染小。

6.3 采用均質(zhì)成型技術(shù)配合高效制粉、混勻生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的合成渣，成分、粒度均勻，無任何添加劑，最大限度地保證了各種原料的物性。

6.4 均質(zhì)成型技術(shù)生產(chǎn)的合成渣強(qiáng)度高，可直接從料倉(cāng)加入，計(jì)量更準(zhǔn)確，有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化操作，同時(shí)降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，加入過程無粉塵，減少了環(huán)境污染，改善了工作環(huán)境。

Development and Application of New Type-high Efficiency Refining Synthetic Flux

ZHANG Jie,ZHANG Guang-jie,LI Xin-jin
（Laiwu Iron and Steel Group Corporation,Laiwu 271104,China）

Aiming at the problems of existing synthetic flux for steel refining,such as easy moisture-absorption pulverization,uneasy melting and high power consumption,through proportional optimization design,adopting the fluxes with high alkalinity and high Al2O3content,new type-high efficiency synthetic flux with uniform composition and granularity,high strength and steady properties was developed.Its production and use can be mechanized and automated.Applications showed that when the addition amount of the flux was 5 to 8 kg per ton steel,the TFe content in the slag was low and the effects of refining and desulphrization were fine.Then the time of refining slag melting was shortened by 3 minutes and the power consumption was reduced by 7 kW·h per ton steel nearly.

refining;synthetic flux;slag-forming speed;desulphurization

TF769

A

1004-4620（2010）04-0034-03

2010-03-22

張婕，女，1972年生，1995年畢業(yè)于鞍山鋼鐵學(xué)院鋼鐵冶金專業(yè)?，F(xiàn)為萊鋼技術(shù)研發(fā)中心型鋼鋼研所高級(jí)工程師，從事煉鋼新工藝新技術(shù)的研究及型鋼新產(chǎn)品開發(fā)工作。