精煉渣循環(huán)技術(shù)在天鋼的應(yīng)用

王曉晶 吳杰 王軍濤 （天津鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鋼廠，天津 300301)

精煉渣循環(huán)技術(shù)在天鋼的應(yīng)用

王曉晶 吳杰 王軍濤 （天津鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鋼廠，天津 300301)

結(jié)合天津鋼鐵集團(tuán)有限公司精煉爐的實(shí)際生產(chǎn)情況，從分析對比精煉渣循環(huán)利用前后爐渣的冶金性能、脫硫能力等方面入手，對精煉渣使用爐次的脫硫能力、輔料消耗、電極消耗等方面進(jìn)行了生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比分析。生產(chǎn)實(shí)踐表明，精煉渣循環(huán)利用對精煉快速成渣、縮短精煉處理周期有顯著效果。精煉渣循環(huán)利用可以降低精煉輔料消耗石灰3.36 kg/t、合成渣2.10 kg/t、鋁礬土1.31 kg/t、螢石0.82 kg/t、電極損耗降低0.11 kg/t、電耗降低10.38 kW·h/t，通過節(jié)能減排取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

精煉渣 返回渣 輔料 消耗 循環(huán)利用

1 前言

在精煉生產(chǎn)過程中，造渣是非常重要的工藝環(huán)節(jié)。造渣物料的使用是精煉輔料消耗的主要來源，原用工藝條件下精煉處理后的白渣經(jīng)澆注后直接倒入渣罐中作為廢物進(jìn)行處理。輔料消耗和廢物處理“一進(jìn)一出”兩個(gè)環(huán)節(jié)給精煉生產(chǎn)成本帶來很大壓力。經(jīng)過分析認(rèn)為，精煉處理后的白渣具有高堿度、低氧化性、低熔點(diǎn)的特性，同時(shí)受處理反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)期間動力學(xué)條件的束縛，精煉渣的脫硫性能并不能完全被利用。天鋼以此為突破口，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，最終確立了精煉渣循環(huán)利用項(xiàng)目，改變了原有將連鑄澆注后鋼包內(nèi)余渣作為廢物倒入渣罐的操作方法，而是將余渣倒入轉(zhuǎn)爐出鋼后的鋼包內(nèi)，并調(diào)整原有造渣工藝，實(shí)現(xiàn)了精煉渣的循環(huán)利用。由于精煉渣循環(huán)使用不需增加新的設(shè)備支持，操作和應(yīng)用相對簡單，很快在煉鋼廠3座LF爐得到了推廣應(yīng)用。施行精煉渣循環(huán)利用以后，石灰、合成渣、螢石等輔料的消耗明顯下降，熱態(tài)精煉渣循環(huán)利用還可以提高成渣速度，減少熔化渣料的電耗，減少了工業(yè)廢物的排放量。這也秉承了公司一貫倡導(dǎo)的節(jié)能減排、低碳環(huán)保的工作思路，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

2 天鋼造渣工藝

2.1 精煉渣理論

在LF爐處理工藝中，造渣制度是其中最為關(guān)鍵的一項(xiàng)工藝制度。天鋼LF爐精煉渣系采用CaO-SiO2-Al2O3系三元基礎(chǔ)渣系，在精煉渣的控制方面要綜合考慮到爐渣的堿度、發(fā)泡性能以及爐渣的流動性。爐渣堿度和流動性直接影響鋼水的脫氧和脫硫效果，爐渣的發(fā)泡性能對精煉升溫的熱效率有明顯影響，因此在實(shí)際生產(chǎn)中，往往要根據(jù)鋼種性質(zhì)調(diào)整不同的爐渣組分，以達(dá)到脫硫、脫氧和吸附夾雜物的目的[1]。

2.2 造渣方式

天鋼精煉使用的造渣料主要有石灰、合成渣、鋁礬土和螢石，還原劑以鋁粉、電石、碳化硅和硅鐵粉為主。實(shí)際生產(chǎn)中根據(jù)不同鋼種特性挑選不同渣系，調(diào)整物料使用種類、使用量以及還原劑種類、使用量進(jìn)行精煉冶煉。在未使用精煉渣循環(huán)利用以前，連鑄澆注后鋼包內(nèi)余渣作為廢物倒入渣罐，不僅廢渣運(yùn)輸壓力較大，同時(shí)造渣料成本也居高不下。根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，未使用返回渣爐次石灰平均用量為8.76 kg/t、螢石 1.40 kg/t、鋁礬土 1.84 kg/t、合成渣 2.59 kg/t。使用精煉渣循環(huán)技術(shù)以后，在不改變原有渣系的條件下調(diào)整物料加入時(shí)機(jī)和加入的量，并改變了給電方式，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下節(jié)能降耗效果顯著。

3 精煉返回渣使用情況分析

通過對精煉渣使用情況進(jìn)行跟蹤并采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)，對精煉渣返回爐次和未使用返回渣爐次進(jìn)行對比。

3.1 循環(huán)使用前后精煉渣冶金性能對比

3.1.1 爐渣性能

爐渣組分直接影響爐渣脫硫、泡沫性能，因此根據(jù)不同鋼種調(diào)整不同組分的精煉爐渣是精煉操作的主要工藝制度，這里統(tǒng)計(jì)了循環(huán)前和循環(huán)后爐渣平均狀況的數(shù)據(jù)，對比數(shù)據(jù)如表1所示。

熔渣的泡沫化性能以及精煉脫硫性能存在一定的沖突，突出表現(xiàn)在SiO2的成分，作為表面活性物質(zhì)，當(dāng)其高于20%時(shí)可以提高發(fā)泡效果，但這會影響爐渣的精煉脫硫性能。與此同時(shí)，要綜合考慮Al2O3對爐渣脫硫能力和吸附夾雜物的影響，故引入曼內(nèi)斯曼指數(shù)MI，此指數(shù)表征爐渣的流動性[2]。MI計(jì)算式如下：

MI在0.15左右時(shí)，爐渣的發(fā)泡性能比較理想，隨著MI的上升，爐渣的脫硫能力增強(qiáng)，對于有深脫硫任務(wù)的鋼種，如管線鋼、軸承鋼冶煉時(shí)一般在0.25～0.35。根據(jù)天鋼品種結(jié)構(gòu)，其中冶煉的部分鋼種沒有深脫硫任務(wù)，因此，對此部分鋼種采用MI處于0.15～0.25范圍，在提高熱效率的同時(shí)兼顧精煉渣的冶金性能。

表1 爐渣組分對比

將表1數(shù)據(jù)代人公式（1)：循環(huán)前MI0=0.18，循環(huán)后MI1=0.19，循環(huán)后渣指數(shù)有所增加，但都符合設(shè)計(jì)范圍，能夠滿足生產(chǎn)需要。

3.1.2 硫分配系數(shù)

硫分配系數(shù)是指硫在爐渣中的質(zhì)量百分含量（S)與在鋼水中的質(zhì)量百分含量[S]之比，通常用LS表示。LS表示爐渣的脫硫能力，其值愈高，鋼水中可能達(dá)到的硫含量愈低。LS計(jì)算公式如下：

將表1數(shù)據(jù)代人公式（2)：循環(huán)前LS0=78.58，循環(huán)后LS1=84.43，LS略微上升，主要原因是隨著精煉后期處理，加入石灰等輔料爐使渣堿度提高，提高了硫的分配系數(shù)。

3.2 生產(chǎn)實(shí)踐對比數(shù)據(jù)

為了摸索精煉渣返回利用后對精煉脫硫的影響，在生產(chǎn)中進(jìn)行對比試驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，對比數(shù)據(jù)如表2所示。表2數(shù)據(jù)表明，精煉渣回收和未回收爐次相比，脫硫率平均值相差0.50%，其脫硫率大致相當(dāng)，說明進(jìn)行精煉渣回收利用不會影響精煉工序的脫硫能力。

表2 使用返回渣和未使用返回渣爐次脫硫率對比

4 精煉白渣循環(huán)利用能源消耗對比

通過上述的技術(shù)分析，可以看出返回渣的利用是可行的。通過生產(chǎn)實(shí)踐制定了相應(yīng)的生產(chǎn)規(guī)范，同時(shí)發(fā)現(xiàn)精煉渣的返回利用在節(jié)能降耗方面的作用非常大，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行對比分析。

4.1 輔料消耗

通過上面的技術(shù)分析可以看出，精煉出站白渣仍然有一定的脫硫能力，精煉脫硫主要受爐渣性質(zhì)（包括爐渣堿度、流動性、溫度等)以及動力學(xué)條件限制。在現(xiàn)有精煉處理?xiàng)l件下，主要的機(jī)械動力為氬氣攪拌，受鋼渣反應(yīng)界面大小和鋼包動力學(xué)條件影響，精煉渣的脫硫能力并沒有完全被釋放，硫的分配系數(shù)遠(yuǎn)小于理論值。因此，通過精煉渣的返回利用，充分釋放其脫硫能力，實(shí)現(xiàn)輔料降耗，并積極探索返回渣的使用方法，主要是減少首批料的使用量，對石灰、合成渣、鋁礬土、螢石的使用進(jìn)行了優(yōu)化，輔料消耗對比數(shù)據(jù)如表3所示。

通過表3數(shù)據(jù)顯示，使用白渣循環(huán)技術(shù)的爐次，物料使用量明顯少于原有工藝爐次，石灰節(jié)省3.36 kg/t，螢石節(jié)省 0.82 kg/t，鋁礬土節(jié)省 1.31 kg/t，合成渣節(jié)省2.10 kg/t。這主要是通過精煉白渣的循環(huán)使用，原有爐渣的脫硫能力進(jìn)一步被釋放，對比效果如圖1所示。

4.2 電及電極消耗

表3 返回渣使用爐次物料用量

圖1 造渣劑消耗對比

傳統(tǒng)的精煉操作方式是鋼水進(jìn)入加熱位后，需要根據(jù)不同的鋼種加入大量的首批料（一般鋼種石灰600 kg，合成渣 300 kg，鋁礬土（螢石)100 kg)，主要目的是在給電前期建立良好的泡沫渣并為脫硫做好準(zhǔn)備。精煉所用的造渣劑都有一定的溫降效應(yīng)，每噸鋼1 kg石灰的溫降約為1.9℃，每噸鋼1 kg螢石的溫降約為10℃。因此，原有的首批料對鋼水的溫降影響是非常大的。

精煉白渣循環(huán)利用改變了原有的技術(shù)模式，連鑄澆注完成后的熱態(tài)熔渣倒入即將進(jìn)精煉處理的鋼包內(nèi)，由于熱態(tài)熔渣具有1 400℃左右的原始溫度，減少了首批的加入量，這樣就減少了物料的溫降。由于爐渣進(jìn)站后基本形成了良好的初渣狀態(tài)，減少了原有首批料化渣的時(shí)間。根據(jù)實(shí)際狀況調(diào)整了原有給電方式，減少化渣檔給電時(shí)間，加快了升溫速度，同時(shí)由于精煉進(jìn)站后初渣形成迅速，減少了給電時(shí)對電極的沖擊，減少了電極消耗和設(shè)備損耗。對比數(shù)據(jù)見圖2。

圖2 電極、電耗成本消耗對比表

從圖2可見，精煉白渣循環(huán)使用后電耗平均為30.21 kW·h/t，比未使用爐渣循環(huán)使用的爐次（平均40.59 kW·h/t)節(jié)省了 10.38 kW·h/t;電極消耗方面也有明顯效果，從未使用的爐次平均397.77 g/t，降低到使用爐次平均290.02 g/t，噸鋼節(jié)省107.75 g。

4.3 節(jié)奏

調(diào)節(jié)生產(chǎn)節(jié)奏是精煉的重要職能之一，提高精煉處理能力和速度對提高煉鋼廠的產(chǎn)能有很大的幫助。使用返回渣和未使用返回渣爐次給電時(shí)間的對比數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 生產(chǎn)節(jié)奏對比

從圖3可見，沒有使用精煉白渣循環(huán)工藝的爐次平均給電時(shí)間為20.5 min/爐，使用精煉白渣循環(huán)工藝的爐次平均給電時(shí)間為15.2 min/爐，節(jié)省給電時(shí)間為5.3 min/爐。給電制度作為精煉冶煉的重要工藝制度，同時(shí)也是制約精煉生產(chǎn)周期的重要環(huán)節(jié)，通過精煉白渣循環(huán)利用有效地減少了精煉給電時(shí)間，從而提高了精煉把握生產(chǎn)節(jié)奏的能力，為煉鋼廠增產(chǎn)增效打下了良好的基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

5.1 精煉白渣返回渣并不影響精煉現(xiàn)有操作，同時(shí)其具有很強(qiáng)的可操作性。

5.2 返回渣的綜合利用為精煉快速成渣、縮短精煉處理周期、提高精煉綜合處理能力提供了發(fā)展空間。

5.3 精煉白渣循環(huán)利用可以降低精煉輔料消耗石灰3.36 kg/t鋼、合成渣2.10 kg/t鋼、鋁礬土1.31 kg/t鋼、螢石0.82 kg/t鋼、電極損耗降低0.11 kg/t鋼、LF爐處理時(shí)噸鋼電耗降低10.38 kW·h/t鋼，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]林功文.鋼包爐（LF)精煉用渣的功能和配制 [J].特殊鋼，2001，22（6)：28-29.

[2]李晶.LF精煉技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2009：58-60.

Application of Recycling Technology of Refining Slag at TISCO

Wang Xiaojing,Wu Jie,Wang Juntao

From perspectives of slag metallurgical properties and desulphurizing capability before and after refining slag recycling application,the authors analyze and compare the production data of desulphurizing capability,auxiliary consumption and electrode consumption for heats utilized refining slag in combination of the actual production of ladle furnace of Tianjin Iron and Steel Group Company Limited.Production practice showed the utilization of refining slag recycling had remarkable effect on fast slag forming and refining cycle shortening,with reduction of auxiliary consumption:lime 3.36 kg/t,synthetic slag 2.10kg/t,bauxite 1.31kg/t,fluorite 0.82 kg/t,electrode loss 0.11kg/t and power consumption 10.38kW?h/t.Satisfying economic and social benefit were achieved by energy saving and emission reducing.

refining slag,return slag,auxiliary,consumption,recycling utilization

（收稿 2011－07－25 責(zé)編 趙實(shí)鳴)

王曉晶，男，2008年畢業(yè)于遼寧科技大學(xué)冶金工程專業(yè)，現(xiàn)在天津鋼鐵集團(tuán)有限公司從事精煉工藝工作。