熱態(tài)精煉渣鐵水脫硫循環(huán)利用的工藝實(shí)踐

摘要：為了實(shí)現(xiàn)精煉渣循環(huán)使用的多元化，利用精煉渣高堿度特性和煉鋼鐵水兌鐵時的良好動力條件實(shí)現(xiàn)鐵水脫硫效果。熱態(tài)精煉渣的使用使鐵水脫硫率達(dá)到50%以上，在實(shí)現(xiàn)精煉渣的二次利用的同時節(jié)約了鐵水脫硫成本，文章對該工藝的實(shí)踐情況進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：熱態(tài)精煉渣；鐵水脫硫；脫硫成本；循環(huán)利用

中圖分類號：TF703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）25-0032-02

連鑄鋼水澆鑄結(jié)束后在鋼水罐內(nèi)一般會有一定的鋼水澆余，由精煉渣和殘余鋼水組成，精煉渣還原性較好、溫度較高、流動性較強(qiáng)以及堿度高，具有較強(qiáng)脫硫能力，存在較大的回收利用價值?，F(xiàn)傳統(tǒng)渣處理方法一般采取直接通過渣罐車運(yùn)輸至廠外處理，或?qū)Σ糠志珶捲阡摪鼉?nèi)實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，但精煉渣為還原性渣，在高溫時呈粘稠狀或塊狀，溫度降至200℃以下就易粉末化，該粉狀物質(zhì)浸潤性差，易揚(yáng)塵，對環(huán)境污染很大。精煉渣鋼包內(nèi)循環(huán)利用受制于鋼水后續(xù)處理工藝以及鋼水潔凈度要求等，也無法實(shí)現(xiàn)全部回收利用，為此山東鋼鐵濟(jì)鋼分公司中厚板廠120轉(zhuǎn)爐工序（以下簡稱“濟(jì)鋼120轉(zhuǎn)爐”）對精煉渣根據(jù)精煉渣特性，積極探索實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了精煉渣倒入鐵水罐，在由魚雷罐向鐵水罐兌鐵過程中完成脫硫，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)利用，為清潔生產(chǎn)，降低成本創(chuàng)造了良好的條件。

1 鐵水脫硫用精煉渣

1.1 精煉渣組分

精煉渣的主要來源首先為鋼水精煉過程中加入的造渣料，主要為CaO、CaF和Al2O3；其次為鋼水脫氧合金化產(chǎn)生的脫氧產(chǎn)物，主要為SiO2、Al2O3和MnO；最后為轉(zhuǎn)爐出鋼過程中帶入的少量轉(zhuǎn)爐渣，主要為CaO、SiO2、MgO、FeO。濟(jì)鋼120t轉(zhuǎn)爐經(jīng)過精煉處理后的精煉渣渣中平均組分情況明細(xì)見表1：

表1 精煉渣組分情況

項(xiàng)目 SiO2 CaO R S MgO Al2O3 FeO MnO

組分（%） 8.68 50.18 5.78 0.53 5.40 16.92 0.7 0.22

1.2 熱態(tài)精煉渣

熱態(tài)精煉渣為經(jīng)過精煉處理后的鋼水在鑄機(jī)澆注完畢后大包內(nèi)剩余的精煉渣和少量的殘余鋼水，為防止在大包澆注過程中鋼水溫降大和精煉渣因溫降過快導(dǎo)致結(jié)殼無法從包內(nèi)倒出，一般都在澆注過程中進(jìn)行加蓋保溫。鋼水澆注完畢后將鋼包內(nèi)的熱態(tài)精煉渣倒出后的熱態(tài)渣的溫度一般在1350℃左右。利用倒出的熱態(tài)精煉渣進(jìn)行鐵水脫硫使用，需將熱態(tài)精煉渣從鋼包倒入提前準(zhǔn)備好的鐵水包中，進(jìn)行鐵水脫硫時的熱態(tài)精煉渣的溫度與精煉渣的轉(zhuǎn)運(yùn)效率和鋼、鐵包的內(nèi)壁溫度影響較大，濟(jì)鋼120轉(zhuǎn)爐正常條件下熱態(tài)精煉渣在進(jìn)行鐵水脫硫時的溫度能夠保證在1320℃以上，與使用的鐵水溫度較為接近。

2 熱動力學(xué)條件

濟(jì)鋼120轉(zhuǎn)爐魚雷罐出鐵位置與鐵水包包底距離為11m，在從魚雷罐向鐵包中兌鐵的過程中鐵水勢能轉(zhuǎn)化為動能，實(shí)現(xiàn)鐵水與精煉渣在鐵水包內(nèi)的充分?jǐn)嚢杌旌稀?/p>

鐵水溫度平均溫度1350℃左右，精煉渣溫度與鐵水溫度相當(dāng)。精煉渣中存在復(fù)雜含硫相Ca12Al14O32S，C12A7為渣中主要存在的鋁酸鈣物相，其與渣中的CaS發(fā)生置換反應(yīng)生成含硫復(fù)雜化合物，該置換反應(yīng)式為：

Ca12Al14O33+CaS=Ca12Al14O32S+CaO

ΔrGθ=-92050-4.72T

若考慮生成物和反應(yīng)物均為固體狀態(tài)，以純物質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，則在高溫下，上述置換反應(yīng)的吉布斯自由能變化小于零，是一個可自發(fā)進(jìn)行的過程。因此，在精煉渣鐵水脫硫形成的CaS最終會與渣中的CaO和Al2O3形成復(fù)雜鋁酸鈣硫化物而穩(wěn)定存在，最終實(shí)現(xiàn)鐵水脫硫。

3 精煉渣鐵水脫硫的實(shí)踐

3.1 鐵水條件

濟(jì)鋼120噸轉(zhuǎn)爐的鐵水平均[S]為0.028%，鐵水溫度1350℃，魚雷罐向鐵包兌鐵速率約為20t/min，倒鐵時間長平均7min。

3.2 渣量對脫硫率的影響

3.2.1 熱態(tài)精煉渣渣量對脫硫率的影響。精煉渣的熱態(tài)利用因生產(chǎn)品種鋼的差異、出鋼過程中的下渣量、精煉過程的加料量等條件的波動使每包鋼水的精煉渣總量存在一定的不穩(wěn)定性，不同精煉渣渣量下的鐵水脫硫效率具體見圖1，大的精煉渣渣量能夠使鐵水的脫硫率得到一定提高。整體上每包次的脫硫率能夠穩(wěn)定在50%～60%之間。

圖1 不同渣量下鐵水脫硫率

3.2.2 鐵水渣量影響。鐵水渣為再煉鐵出鐵過程中帶入鐵水的高爐渣，從魚雷罐向鐵水包兌鐵的過程中也將鐵水渣帶入，同時在使用魚雷罐運(yùn)輸?shù)沫h(huán)節(jié)中部分鐵水渣會粘在魚雷罐內(nèi)壁，根據(jù)鐵水溫度的波動部分粘渣會在魚雷罐內(nèi)熔化，在兌鐵時進(jìn)入鐵包，鐵水帶渣量也存在一定的波動。鐵水渣中硫含量較高，達(dá)到1.2%左右。在精煉渣循環(huán)利用過程中，因鐵包內(nèi)提前倒入了精煉渣，使得鐵水本身渣量不便測量。根據(jù)在沒有倒入精煉渣時的情況，鐵水渣量較多鐵次扒渣不徹底時，直接影響到KR石灰脫硫效果，表現(xiàn)為渣量越大脫硫效率越差。在加入精煉渣后鐵水渣與精煉渣在出鐵過程中充分混合，對精煉渣硫容量的影響也不容忽視。

3.3 出鐵時間影響

魚雷罐向鐵包兌鐵的時間長短受魚雷罐和鐵包包口是否規(guī)則影響較大。在魚雷罐罐口粘渣較多時兌鐵過快會導(dǎo)致鐵水分流，導(dǎo)致鐵水飛濺，會存在粘鐵包和影響倒鐵過程中的鐵水計(jì)重等問題出現(xiàn)，同時鐵包包口粘渣過多，導(dǎo)致鐵包內(nèi)徑縮小，導(dǎo)致無法大流兌鐵使兌鐵時間變長，因此每包鐵水的兌鐵時間有一定的差異。濟(jì)鋼120轉(zhuǎn)爐的兌鐵時間一般在6～10min之間，平均單包出鐵時間為7min，出鐵時間對脫硫率的影響見圖2，正常情況下出鐵時間較長的對提高脫硫率有一定好處，但出鐵時間嚴(yán)重過長時脫硫率降低明顯，分析其主要為時間過長導(dǎo)致出鐵過程的攪拌能力變差導(dǎo)致。

圖2 不同出鐵時間下的脫硫率

3.4 鐵水溫度的影響

濟(jì)鋼120噸轉(zhuǎn)爐鐵水采用魚雷罐運(yùn)輸，受煉鐵出鐵周期、鐵水運(yùn)輸和調(diào)度等因素的影響，鐵水在魚雷罐中的時間長短不一，導(dǎo)致鐵水在煉鋼工序由魚雷罐向鐵水包兌鐵時的溫度有一定偏差，鐵水溫度一般在1300℃～1420℃之間，不同鐵水溫度下進(jìn)行熱態(tài)渣鐵水脫硫利用時的鐵水脫硫率具體見圖3，鐵水溫度對脫硫率的影響較小，但隨著鐵水溫度的提高，其脫硫率也有一定的提高趨勢。

圖3 不同鐵水溫度條件下的脫硫率

3.5 鐵水包包況條件的影響

鐵水包包況條件包括鐵水包在線周轉(zhuǎn)效率和精煉渣倒入鐵水包循環(huán)周期。鐵水包周轉(zhuǎn)效率越高以及精煉渣倒入鐵水包循環(huán)周期越短，從兩個方面促進(jìn)精煉渣的脫硫效果，一是可以降低鐵水包的溫度損失，為精煉渣脫硫創(chuàng)造熱力學(xué)條件；二是精煉渣為鑄機(jī)澆余部分，為降低鑄機(jī)卷渣，精煉渣回收時一定有部分殘余鋼水，精煉渣倒入鐵水包循環(huán)周期延長易導(dǎo)致殘余鋼水與精煉渣混合結(jié)殼，降低了出鐵時精煉渣與鐵水在出鐵過程中的有效接觸，從而影響脫硫效率。

4 熱態(tài)精煉渣鐵水脫硫利用效益

4.1 鐵水預(yù)處理成本的降低

利用熱態(tài)精煉渣進(jìn)行鐵水脫硫，其脫硫率保持在50%以上，能夠基本滿足濟(jì)鋼120轉(zhuǎn)爐的正常鐵水脫硫需求，可節(jié)約KR脫硫劑的消耗。每月精煉渣倒入鐵水包實(shí)現(xiàn)脫硫爐次在250爐以上；可節(jié)約正常預(yù)處理的脫硫劑消耗成本5.6元/噸鐵，能耗0.6元/噸鐵，攪拌頭損耗0.5元/噸鐵。

4.2 提高鋼鐵料收得率

利用熱態(tài)精煉渣進(jìn)行鐵水脫硫，在利用精煉渣的同時也直接回收了大包鋼水澆注后的殘余鋼水，濟(jì)鋼120t轉(zhuǎn)爐正常大包鋼水澆余在0.3t左右。殘余鋼水完全得到回收，對降低鋼鐵料消耗有一定的貢獻(xiàn)。

5 結(jié)語

利用精煉渣進(jìn)行鐵水脫硫脫硫率可達(dá)到50%～60%。

精煉渣渣量、出鐵時間、鐵水渣量、鐵水溫度和鐵水包包況等對鐵水的脫硫效率有一定影響。

利用精煉渣進(jìn)行鐵水脫硫?qū)崿F(xiàn)了精煉渣的二次利用，回收澆注殘余鋼水的同時節(jié)約了鐵水脫硫成本。

作者簡介：李長新（1980-），青海民和人，山東鋼鐵集團(tuán)濟(jì)南分公司中厚板廠助理工程師，研究方向：煉鋼技術(shù)。

摘要：為了實(shí)現(xiàn)精煉渣循環(huán)使用的多元化，利用精煉渣高堿度特性和煉鋼鐵水兌鐵時的良好動力條件實(shí)現(xiàn)鐵水脫硫效果。熱態(tài)精煉渣的使用使鐵水脫硫率達(dá)到50%以上，在實(shí)現(xiàn)精煉渣的二次利用的同時節(jié)約了鐵水脫硫成本，文章對該工藝的實(shí)踐情況進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：熱態(tài)精煉渣；鐵水脫硫；脫硫成本；循環(huán)利用

中圖分類號：TF703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）25-0032-02

連鑄鋼水澆鑄結(jié)束后在鋼水罐內(nèi)一般會有一定的鋼水澆余，由精煉渣和殘余鋼水組成，精煉渣還原性較好、溫度較高、流動性較強(qiáng)以及堿度高，具有較強(qiáng)脫硫能力，存在較大的回收利用價值。現(xiàn)傳統(tǒng)渣處理方法一般采取直接通過渣罐車運(yùn)輸至廠外處理，或?qū)Σ糠志珶捲阡摪鼉?nèi)實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，但精煉渣為還原性渣，在高溫時呈粘稠狀或塊狀，溫度降至200℃以下就易粉末化，該粉狀物質(zhì)浸潤性差，易揚(yáng)塵，對環(huán)境污染很大。精煉渣鋼包內(nèi)循環(huán)利用受制于鋼水后續(xù)處理工藝以及鋼水潔凈度要求等，也無法實(shí)現(xiàn)全部回收利用，為此山東鋼鐵濟(jì)鋼分公司中厚板廠120轉(zhuǎn)爐工序（以下簡稱“濟(jì)鋼120轉(zhuǎn)爐”）對精煉渣根據(jù)精煉渣特性，積極探索實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了精煉渣倒入鐵水罐，在由魚雷罐向鐵水罐兌鐵過程中完成脫硫，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)利用，為清潔生產(chǎn)，降低成本創(chuàng)造了良好的條件。

1 鐵水脫硫用精煉渣

1.1 精煉渣組分

精煉渣的主要來源首先為鋼水精煉過程中加入的造渣料，主要為CaO、CaF和Al2O3；其次為鋼水脫氧合金化產(chǎn)生的脫氧產(chǎn)物，主要為SiO2、Al2O3和MnO；最后為轉(zhuǎn)爐出鋼過程中帶入的少量轉(zhuǎn)爐渣，主要為CaO、SiO2、MgO、FeO。濟(jì)鋼120t轉(zhuǎn)爐經(jīng)過精煉處理后的精煉渣渣中平均組分情況明細(xì)見表1：

表1 精煉渣組分情況

項(xiàng)目 SiO2 CaO R S MgO Al2O3 FeO MnO

組分（%） 8.68 50.18 5.78 0.53 5.40 16.92 0.7 0.22

1.2 熱態(tài)精煉渣

熱態(tài)精煉渣為經(jīng)過精煉處理后的鋼水在鑄機(jī)澆注完畢后大包內(nèi)剩余的精煉渣和少量的殘余鋼水，為防止在大包澆注過程中鋼水溫降大和精煉渣因溫降過快導(dǎo)致結(jié)殼無法從包內(nèi)倒出，一般都在澆注過程中進(jìn)行加蓋保溫。鋼水澆注完畢后將鋼包內(nèi)的熱態(tài)精煉渣倒出后的熱態(tài)渣的溫度一般在1350℃左右。利用倒出的熱態(tài)精煉渣進(jìn)行鐵水脫硫使用，需將熱態(tài)精煉渣從鋼包倒入提前準(zhǔn)備好的鐵水包中，進(jìn)行鐵水脫硫時的熱態(tài)精煉渣的溫度與精煉渣的轉(zhuǎn)運(yùn)效率和鋼、鐵包的內(nèi)壁溫度影響較大，濟(jì)鋼120轉(zhuǎn)爐正常條件下熱態(tài)精煉渣在進(jìn)行鐵水脫硫時的溫度能夠保證在1320℃以上，與使用的鐵水溫度較為接近。

2 熱動力學(xué)條件

濟(jì)鋼120轉(zhuǎn)爐魚雷罐出鐵位置與鐵水包包底距離為11m，在從魚雷罐向鐵包中兌鐵的過程中鐵水勢能轉(zhuǎn)化為動能，實(shí)現(xiàn)鐵水與精煉渣在鐵水包內(nèi)的充分?jǐn)嚢杌旌稀?/p>

鐵水溫度平均溫度1350℃左右，精煉渣溫度與鐵水溫度相當(dāng)。精煉渣中存在復(fù)雜含硫相Ca12Al14O32S，C12A7為渣中主要存在的鋁酸鈣物相，其與渣中的CaS發(fā)生置換反應(yīng)生成含硫復(fù)雜化合物，該置換反應(yīng)式為：

Ca12Al14O33+CaS=Ca12Al14O32S+CaO

ΔrGθ=-92050-4.72T

若考慮生成物和反應(yīng)物均為固體狀態(tài)，以純物質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，則在高溫下，上述置換反應(yīng)的吉布斯自由能變化小于零，是一個可自發(fā)進(jìn)行的過程。因此，在精煉渣鐵水脫硫形成的CaS最終會與渣中的CaO和Al2O3形成復(fù)雜鋁酸鈣硫化物而穩(wěn)定存在，最終實(shí)現(xiàn)鐵水脫硫。

3 精煉渣鐵水脫硫的實(shí)踐

3.1 鐵水條件

濟(jì)鋼120噸轉(zhuǎn)爐的鐵水平均[S]為0.028%，鐵水溫度1350℃，魚雷罐向鐵包兌鐵速率約為20t/min，倒鐵時間長平均7min。

3.2 渣量對脫硫率的影響

3.2.1 熱態(tài)精煉渣渣量對脫硫率的影響。精煉渣的熱態(tài)利用因生產(chǎn)品種鋼的差異、出鋼過程中的下渣量、精煉過程的加料量等條件的波動使每包鋼水的精煉渣總量存在一定的不穩(wěn)定性，不同精煉渣渣量下的鐵水脫硫效率具體見圖1，大的精煉渣渣量能夠使鐵水的脫硫率得到一定提高。整體上每包次的脫硫率能夠穩(wěn)定在50%～60%之間。

圖1 不同渣量下鐵水脫硫率

3.2.2 鐵水渣量影響。鐵水渣為再煉鐵出鐵過程中帶入鐵水的高爐渣，從魚雷罐向鐵水包兌鐵的過程中也將鐵水渣帶入，同時在使用魚雷罐運(yùn)輸?shù)沫h(huán)節(jié)中部分鐵水渣會粘在魚雷罐內(nèi)壁，根據(jù)鐵水溫度的波動部分粘渣會在魚雷罐內(nèi)熔化，在兌鐵時進(jìn)入鐵包，鐵水帶渣量也存在一定的波動。鐵水渣中硫含量較高，達(dá)到1.2%左右。在精煉渣循環(huán)利用過程中，因鐵包內(nèi)提前倒入了精煉渣，使得鐵水本身渣量不便測量。根據(jù)在沒有倒入精煉渣時的情況，鐵水渣量較多鐵次扒渣不徹底時，直接影響到KR石灰脫硫效果，表現(xiàn)為渣量越大脫硫效率越差。在加入精煉渣后鐵水渣與精煉渣在出鐵過程中充分混合，對精煉渣硫容量的影響也不容忽視。

3.3 出鐵時間影響

魚雷罐向鐵包兌鐵的時間長短受魚雷罐和鐵包包口是否規(guī)則影響較大。在魚雷罐罐口粘渣較多時兌鐵過快會導(dǎo)致鐵水分流，導(dǎo)致鐵水飛濺，會存在粘鐵包和影響倒鐵過程中的鐵水計(jì)重等問題出現(xiàn)，同時鐵包包口粘渣過多，導(dǎo)致鐵包內(nèi)徑縮小，導(dǎo)致無法大流兌鐵使兌鐵時間變長，因此每包鐵水的兌鐵時間有一定的差異。濟(jì)鋼120轉(zhuǎn)爐的兌鐵時間一般在6～10min之間，平均單包出鐵時間為7min，出鐵時間對脫硫率的影響見圖2，正常情況下出鐵時間較長的對提高脫硫率有一定好處，但出鐵時間嚴(yán)重過長時脫硫率降低明顯，分析其主要為時間過長導(dǎo)致出鐵過程的攪拌能力變差導(dǎo)致。

圖2 不同出鐵時間下的脫硫率

3.4 鐵水溫度的影響

濟(jì)鋼120噸轉(zhuǎn)爐鐵水采用魚雷罐運(yùn)輸，受煉鐵出鐵周期、鐵水運(yùn)輸和調(diào)度等因素的影響，鐵水在魚雷罐中的時間長短不一，導(dǎo)致鐵水在煉鋼工序由魚雷罐向鐵水包兌鐵時的溫度有一定偏差，鐵水溫度一般在1300℃～1420℃之間，不同鐵水溫度下進(jìn)行熱態(tài)渣鐵水脫硫利用時的鐵水脫硫率具體見圖3，鐵水溫度對脫硫率的影響較小，但隨著鐵水溫度的提高，其脫硫率也有一定的提高趨勢。

圖3 不同鐵水溫度條件下的脫硫率

3.5 鐵水包包況條件的影響

鐵水包包況條件包括鐵水包在線周轉(zhuǎn)效率和精煉渣倒入鐵水包循環(huán)周期。鐵水包周轉(zhuǎn)效率越高以及精煉渣倒入鐵水包循環(huán)周期越短，從兩個方面促進(jìn)精煉渣的脫硫效果，一是可以降低鐵水包的溫度損失，為精煉渣脫硫創(chuàng)造熱力學(xué)條件；二是精煉渣為鑄機(jī)澆余部分，為降低鑄機(jī)卷渣，精煉渣回收時一定有部分殘余鋼水，精煉渣倒入鐵水包循環(huán)周期延長易導(dǎo)致殘余鋼水與精煉渣混合結(jié)殼，降低了出鐵時精煉渣與鐵水在出鐵過程中的有效接觸，從而影響脫硫效率。

4 熱態(tài)精煉渣鐵水脫硫利用效益

4.1 鐵水預(yù)處理成本的降低

利用熱態(tài)精煉渣進(jìn)行鐵水脫硫，其脫硫率保持在50%以上，能夠基本滿足濟(jì)鋼120轉(zhuǎn)爐的正常鐵水脫硫需求，可節(jié)約KR脫硫劑的消耗。每月精煉渣倒入鐵水包實(shí)現(xiàn)脫硫爐次在250爐以上；可節(jié)約正常預(yù)處理的脫硫劑消耗成本5.6元/噸鐵，能耗0.6元/噸鐵，攪拌頭損耗0.5元/噸鐵。

4.2 提高鋼鐵料收得率

利用熱態(tài)精煉渣進(jìn)行鐵水脫硫，在利用精煉渣的同時也直接回收了大包鋼水澆注后的殘余鋼水，濟(jì)鋼120t轉(zhuǎn)爐正常大包鋼水澆余在0.3t左右。殘余鋼水完全得到回收，對降低鋼鐵料消耗有一定的貢獻(xiàn)。

5 結(jié)語

利用精煉渣進(jìn)行鐵水脫硫脫硫率可達(dá)到50%～60%。

精煉渣渣量、出鐵時間、鐵水渣量、鐵水溫度和鐵水包包況等對鐵水的脫硫效率有一定影響。

利用精煉渣進(jìn)行鐵水脫硫?qū)崿F(xiàn)了精煉渣的二次利用，回收澆注殘余鋼水的同時節(jié)約了鐵水脫硫成本。

作者簡介：李長新（1980-），青海民和人，山東鋼鐵集團(tuán)濟(jì)南分公司中厚板廠助理工程師，研究方向：煉鋼技術(shù)。

摘要：為了實(shí)現(xiàn)精煉渣循環(huán)使用的多元化，利用精煉渣高堿度特性和煉鋼鐵水兌鐵時的良好動力條件實(shí)現(xiàn)鐵水脫硫效果。熱態(tài)精煉渣的使用使鐵水脫硫率達(dá)到50%以上，在實(shí)現(xiàn)精煉渣的二次利用的同時節(jié)約了鐵水脫硫成本，文章對該工藝的實(shí)踐情況進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：熱態(tài)精煉渣；鐵水脫硫；脫硫成本；循環(huán)利用

中圖分類號：TF703 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）25-0032-02

連鑄鋼水澆鑄結(jié)束后在鋼水罐內(nèi)一般會有一定的鋼水澆余，由精煉渣和殘余鋼水組成，精煉渣還原性較好、溫度較高、流動性較強(qiáng)以及堿度高，具有較強(qiáng)脫硫能力，存在較大的回收利用價值?，F(xiàn)傳統(tǒng)渣處理方法一般采取直接通過渣罐車運(yùn)輸至廠外處理，或?qū)Σ糠志珶捲阡摪鼉?nèi)實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，但精煉渣為還原性渣，在高溫時呈粘稠狀或塊狀，溫度降至200℃以下就易粉末化，該粉狀物質(zhì)浸潤性差，易揚(yáng)塵，對環(huán)境污染很大。精煉渣鋼包內(nèi)循環(huán)利用受制于鋼水后續(xù)處理工藝以及鋼水潔凈度要求等，也無法實(shí)現(xiàn)全部回收利用，為此山東鋼鐵濟(jì)鋼分公司中厚板廠120轉(zhuǎn)爐工序（以下簡稱“濟(jì)鋼120轉(zhuǎn)爐”）對精煉渣根據(jù)精煉渣特性，積極探索實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了精煉渣倒入鐵水罐，在由魚雷罐向鐵水罐兌鐵過程中完成脫硫，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)利用，為清潔生產(chǎn)，降低成本創(chuàng)造了良好的條件。

1 鐵水脫硫用精煉渣

1.1 精煉渣組分

精煉渣的主要來源首先為鋼水精煉過程中加入的造渣料，主要為CaO、CaF和Al2O3；其次為鋼水脫氧合金化產(chǎn)生的脫氧產(chǎn)物，主要為SiO2、Al2O3和MnO；最后為轉(zhuǎn)爐出鋼過程中帶入的少量轉(zhuǎn)爐渣，主要為CaO、SiO2、MgO、FeO。濟(jì)鋼120t轉(zhuǎn)爐經(jīng)過精煉處理后的精煉渣渣中平均組分情況明細(xì)見表1：

表1 精煉渣組分情況

項(xiàng)目 SiO2 CaO R S MgO Al2O3 FeO MnO

組分（%） 8.68 50.18 5.78 0.53 5.40 16.92 0.7 0.22

1.2 熱態(tài)精煉渣

熱態(tài)精煉渣為經(jīng)過精煉處理后的鋼水在鑄機(jī)澆注完畢后大包內(nèi)剩余的精煉渣和少量的殘余鋼水，為防止在大包澆注過程中鋼水溫降大和精煉渣因溫降過快導(dǎo)致結(jié)殼無法從包內(nèi)倒出，一般都在澆注過程中進(jìn)行加蓋保溫。鋼水澆注完畢后將鋼包內(nèi)的熱態(tài)精煉渣倒出后的熱態(tài)渣的溫度一般在1350℃左右。利用倒出的熱態(tài)精煉渣進(jìn)行鐵水脫硫使用，需將熱態(tài)精煉渣從鋼包倒入提前準(zhǔn)備好的鐵水包中，進(jìn)行鐵水脫硫時的熱態(tài)精煉渣的溫度與精煉渣的轉(zhuǎn)運(yùn)效率和鋼、鐵包的內(nèi)壁溫度影響較大，濟(jì)鋼120轉(zhuǎn)爐正常條件下熱態(tài)精煉渣在進(jìn)行鐵水脫硫時的溫度能夠保證在1320℃以上，與使用的鐵水溫度較為接近。

2 熱動力學(xué)條件

濟(jì)鋼120轉(zhuǎn)爐魚雷罐出鐵位置與鐵水包包底距離為11m，在從魚雷罐向鐵包中兌鐵的過程中鐵水勢能轉(zhuǎn)化為動能，實(shí)現(xiàn)鐵水與精煉渣在鐵水包內(nèi)的充分?jǐn)嚢杌旌稀?/p>

鐵水溫度平均溫度1350℃左右，精煉渣溫度與鐵水溫度相當(dāng)。精煉渣中存在復(fù)雜含硫相Ca12Al14O32S，C12A7為渣中主要存在的鋁酸鈣物相，其與渣中的CaS發(fā)生置換反應(yīng)生成含硫復(fù)雜化合物，該置換反應(yīng)式為：

Ca12Al14O33+CaS=Ca12Al14O32S+CaO

ΔrGθ=-92050-4.72T

若考慮生成物和反應(yīng)物均為固體狀態(tài)，以純物質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，則在高溫下，上述置換反應(yīng)的吉布斯自由能變化小于零，是一個可自發(fā)進(jìn)行的過程。因此，在精煉渣鐵水脫硫形成的CaS最終會與渣中的CaO和Al2O3形成復(fù)雜鋁酸鈣硫化物而穩(wěn)定存在，最終實(shí)現(xiàn)鐵水脫硫。

3 精煉渣鐵水脫硫的實(shí)踐

3.1 鐵水條件

濟(jì)鋼120噸轉(zhuǎn)爐的鐵水平均[S]為0.028%，鐵水溫度1350℃，魚雷罐向鐵包兌鐵速率約為20t/min，倒鐵時間長平均7min。

3.2 渣量對脫硫率的影響

3.2.1 熱態(tài)精煉渣渣量對脫硫率的影響。精煉渣的熱態(tài)利用因生產(chǎn)品種鋼的差異、出鋼過程中的下渣量、精煉過程的加料量等條件的波動使每包鋼水的精煉渣總量存在一定的不穩(wěn)定性，不同精煉渣渣量下的鐵水脫硫效率具體見圖1，大的精煉渣渣量能夠使鐵水的脫硫率得到一定提高。整體上每包次的脫硫率能夠穩(wěn)定在50%～60%之間。

圖1 不同渣量下鐵水脫硫率

3.2.2 鐵水渣量影響。鐵水渣為再煉鐵出鐵過程中帶入鐵水的高爐渣，從魚雷罐向鐵水包兌鐵的過程中也將鐵水渣帶入，同時在使用魚雷罐運(yùn)輸?shù)沫h(huán)節(jié)中部分鐵水渣會粘在魚雷罐內(nèi)壁，根據(jù)鐵水溫度的波動部分粘渣會在魚雷罐內(nèi)熔化，在兌鐵時進(jìn)入鐵包，鐵水帶渣量也存在一定的波動。鐵水渣中硫含量較高，達(dá)到1.2%左右。在精煉渣循環(huán)利用過程中，因鐵包內(nèi)提前倒入了精煉渣，使得鐵水本身渣量不便測量。根據(jù)在沒有倒入精煉渣時的情況，鐵水渣量較多鐵次扒渣不徹底時，直接影響到KR石灰脫硫效果，表現(xiàn)為渣量越大脫硫效率越差。在加入精煉渣后鐵水渣與精煉渣在出鐵過程中充分混合，對精煉渣硫容量的影響也不容忽視。

3.3 出鐵時間影響

魚雷罐向鐵包兌鐵的時間長短受魚雷罐和鐵包包口是否規(guī)則影響較大。在魚雷罐罐口粘渣較多時兌鐵過快會導(dǎo)致鐵水分流，導(dǎo)致鐵水飛濺，會存在粘鐵包和影響倒鐵過程中的鐵水計(jì)重等問題出現(xiàn)，同時鐵包包口粘渣過多，導(dǎo)致鐵包內(nèi)徑縮小，導(dǎo)致無法大流兌鐵使兌鐵時間變長，因此每包鐵水的兌鐵時間有一定的差異。濟(jì)鋼120轉(zhuǎn)爐的兌鐵時間一般在6～10min之間，平均單包出鐵時間為7min，出鐵時間對脫硫率的影響見圖2，正常情況下出鐵時間較長的對提高脫硫率有一定好處，但出鐵時間嚴(yán)重過長時脫硫率降低明顯，分析其主要為時間過長導(dǎo)致出鐵過程的攪拌能力變差導(dǎo)致。

圖2 不同出鐵時間下的脫硫率

3.4 鐵水溫度的影響

濟(jì)鋼120噸轉(zhuǎn)爐鐵水采用魚雷罐運(yùn)輸，受煉鐵出鐵周期、鐵水運(yùn)輸和調(diào)度等因素的影響，鐵水在魚雷罐中的時間長短不一，導(dǎo)致鐵水在煉鋼工序由魚雷罐向鐵水包兌鐵時的溫度有一定偏差，鐵水溫度一般在1300℃～1420℃之間，不同鐵水溫度下進(jìn)行熱態(tài)渣鐵水脫硫利用時的鐵水脫硫率具體見圖3，鐵水溫度對脫硫率的影響較小，但隨著鐵水溫度的提高，其脫硫率也有一定的提高趨勢。

圖3 不同鐵水溫度條件下的脫硫率

3.5 鐵水包包況條件的影響

鐵水包包況條件包括鐵水包在線周轉(zhuǎn)效率和精煉渣倒入鐵水包循環(huán)周期。鐵水包周轉(zhuǎn)效率越高以及精煉渣倒入鐵水包循環(huán)周期越短，從兩個方面促進(jìn)精煉渣的脫硫效果，一是可以降低鐵水包的溫度損失，為精煉渣脫硫創(chuàng)造熱力學(xué)條件；二是精煉渣為鑄機(jī)澆余部分，為降低鑄機(jī)卷渣，精煉渣回收時一定有部分殘余鋼水，精煉渣倒入鐵水包循環(huán)周期延長易導(dǎo)致殘余鋼水與精煉渣混合結(jié)殼，降低了出鐵時精煉渣與鐵水在出鐵過程中的有效接觸，從而影響脫硫效率。

4 熱態(tài)精煉渣鐵水脫硫利用效益

4.1 鐵水預(yù)處理成本的降低

利用熱態(tài)精煉渣進(jìn)行鐵水脫硫，其脫硫率保持在50%以上，能夠基本滿足濟(jì)鋼120轉(zhuǎn)爐的正常鐵水脫硫需求，可節(jié)約KR脫硫劑的消耗。每月精煉渣倒入鐵水包實(shí)現(xiàn)脫硫爐次在250爐以上；可節(jié)約正常預(yù)處理的脫硫劑消耗成本5.6元/噸鐵，能耗0.6元/噸鐵，攪拌頭損耗0.5元/噸鐵。

4.2 提高鋼鐵料收得率

利用熱態(tài)精煉渣進(jìn)行鐵水脫硫，在利用精煉渣的同時也直接回收了大包鋼水澆注后的殘余鋼水，濟(jì)鋼120t轉(zhuǎn)爐正常大包鋼水澆余在0.3t左右。殘余鋼水完全得到回收，對降低鋼鐵料消耗有一定的貢獻(xiàn)。

5 結(jié)語

利用精煉渣進(jìn)行鐵水脫硫脫硫率可達(dá)到50%～60%。

精煉渣渣量、出鐵時間、鐵水渣量、鐵水溫度和鐵水包包況等對鐵水的脫硫效率有一定影響。

利用精煉渣進(jìn)行鐵水脫硫?qū)崿F(xiàn)了精煉渣的二次利用，回收澆注殘余鋼水的同時節(jié)約了鐵水脫硫成本。

作者簡介：李長新（1980-），青海民和人，山東鋼鐵集團(tuán)濟(jì)南分公司中厚板廠助理工程師，研究方向：煉鋼技術(shù)。