鐵碳球及其轉(zhuǎn)爐應(yīng)用技術(shù)優(yōu)化

趙志剛，馬勇，簡(jiǎn)龍，郭猛，毛志勇，王小善

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021）

鋼鐵生產(chǎn)中產(chǎn)生的高爐、轉(zhuǎn)爐塵泥等含鐵量較高的冶金廢料排放不僅占用大量土地，對(duì)環(huán)境還造成污染。高效回收塵泥中的有價(jià)元素既可獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益，又能推動(dòng)鋼鐵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。鞍鋼每年產(chǎn)生近百萬(wàn)噸塵泥、球團(tuán)篩下物、轉(zhuǎn)爐除塵灰等含鐵類固體廢棄物，為了利用其中有用的鐵、碳等元素，將這些含鐵塵泥即高爐塵泥和轉(zhuǎn)爐塵泥添加粘結(jié)劑按一定配比在盤式造球上壓制成球，稱為鐵碳球，產(chǎn)能為8.4萬(wàn)t/a，干燥后鐵碳球抗壓強(qiáng)度為1 514～2 050 N/個(gè)，滿足煉鋼生產(chǎn)的要求,而且作為一種轉(zhuǎn)爐冷卻劑，鐵碳球價(jià)格遠(yuǎn)低于鐵礦石，起到化渣及降溫作用的同時(shí)回收了其中的鐵元素。

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠轉(zhuǎn)爐鐵碳球原加入方式是吹氧過(guò)程隨渣料加入，加入量超過(guò)8 kg/t鋼時(shí)，跑渣比率明顯上升，表現(xiàn)為吹煉前期低溫渣溢出爐口，而且鐵碳球加入過(guò)程煙塵外溢嚴(yán)重，特別是吹氧中期加入時(shí)更加嚴(yán)重。因此，必須優(yōu)化鐵碳球應(yīng)用技術(shù)，以降低冶煉成本。

1 鐵碳球?qū)掍撝饕夹g(shù)參數(shù)的影響

1.1 對(duì)硫含量的影響

鐵碳球的主要化學(xué)成分見(jiàn)表1。

鐵碳球增硫問(wèn)題是其使用受到限制的因素之一，尤其是工藝路線為RH直上的爐次。由于目前鞍鋼RH沒(méi)有脫硫能力，所以必須考慮鐵碳球?qū)︿撍K點(diǎn)硫含量的影響。鐵碳球的標(biāo)準(zhǔn)硫含量≤0.10%，由此可以計(jì)算出260 t轉(zhuǎn)爐（出鋼量按240 t計(jì)算）加1 t鐵碳球的理論最大回硫量為：

生產(chǎn)實(shí)踐得出，1 t鐵碳球的回硫量最小值為0.000 2%，最大值為0.000 4%，未超過(guò)理論計(jì)算最大回硫量。

1.2 對(duì)終點(diǎn)氧的影響

鐵碳球自還原反應(yīng)如下：

式中，△G為吉布斯自由能，△G=0時(shí)，T=748.3℃，說(shuō)明煉鋼溫度下該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。

按45%FeO含量來(lái)計(jì)算，加入1 t鐵碳球使轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)增氧量為：

考慮到使用鐵碳球自身帶入的C按照1：1耗氧，按含C和FeO的中限量8%和45%計(jì)算，則1 t鐵碳球?qū)嶋H增氧：

換算成氧氣為：

所以鐵碳球帶入的氧一定會(huì)對(duì)終點(diǎn)氧產(chǎn)生影響。生產(chǎn)實(shí)踐表明，鐵碳球影響終點(diǎn)氧含量的程度會(huì)隨其加入量的增加而增加。因此，使用鐵碳球的爐次要避免過(guò)程測(cè)試時(shí)機(jī)偏晚。另外，適當(dāng)提前拉碳以防止拉碳時(shí)間不足，影響熔池鋼水溫度和成分的均勻程度［1］。

1.3 鐵碳球溫降

鐵碳球帶入大量的FeO，而FeO和C反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以鐵碳球的溫降較大。圖1為鐵碳球溫降圖。鐵碳球?yàn)榇笛跚凹尤?，由圖1可見(jiàn)，鐵碳球的平均溫降約為9℃/t。

1.4 對(duì)轉(zhuǎn)爐終渣的影響

鐵碳球在加工過(guò)程中需要添加膨潤(rùn)土粘結(jié)，含有酸性物質(zhì)SiO2，所以加入鐵碳球勢(shì)必影響轉(zhuǎn)爐終渣堿度。實(shí)踐表明，鐵碳球的加入量大于13 kg/t鋼時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)爐終渣堿度影響較明顯。所以，當(dāng)鐵碳球的加入量大于13 kg/t時(shí)，要補(bǔ)加一定量的白灰，以保證轉(zhuǎn)爐終渣堿度。實(shí)踐得出，補(bǔ)加1～2 kg/t鋼活性白灰可使終渣堿度達(dá)到要求。

2 鐵碳球應(yīng)用技術(shù)優(yōu)化

2.1 加入量

根據(jù)所煉鋼種的工藝路線、成品硫要求、鐵水條件以及轉(zhuǎn)爐操作的可控性確定鐵碳球的加入量，見(jiàn)表2、表3。

表2 根據(jù)鐵水Si含量確定鐵碳球的加入量

表3 根據(jù)工藝路線確定鐵碳球的加入量

2.2 加入方式

原工藝的鐵碳球加入方式為吹氧過(guò)程中分批加入，加入過(guò)程煙塵外溢現(xiàn)象嚴(yán)重，而且在吹氧5 min左右出現(xiàn)溢渣現(xiàn)象。這是因?yàn)樵诖笛踹^(guò)程加入雖然可起到化渣作用，但是鐵碳球中的FeO會(huì)與熔池碳反應(yīng)生成CO，煙塵增多并大量溢出。

由式（1）可知，當(dāng)△G≤0時(shí)，該反應(yīng)溫度只需748.3℃，通常轉(zhuǎn)爐兌鐵溫度＞1 250℃，所以選擇兌鐵后加入鐵碳球。兌鐵后下槍吹氮?dú)猓@時(shí)鐵水的溫度足夠鐵碳球發(fā)生自還原反應(yīng)。通入氮?dú)鈹嚢鑴?chuàng)造更佳的動(dòng)力學(xué)條件，使鐵碳球在吹氧前、兌鐵后發(fā)生自還原反應(yīng)。加入時(shí)機(jī)優(yōu)化后，不再發(fā)生煙塵外溢或溢渣現(xiàn)象。

2.3 加料方式及氧槍操作

轉(zhuǎn)爐采用不留渣操作，加鐵碳球的爐次廢鋼中渣鋼和粒鐵所占的比例控制在1/4以下，防止吹煉過(guò)程出現(xiàn)大噴現(xiàn)象。

原工藝的加料方式為兩次加料，頭批料約占總數(shù)的3/4，過(guò)程槍位控制較低，加速了爐底的侵蝕。頭批料加入較多，此時(shí)渣層較厚，隨著爐內(nèi)熔池溫度的上升，爐內(nèi)反應(yīng)開(kāi)始加劇，碳氧反應(yīng)生成的CO經(jīng)過(guò)較厚的渣層排出受阻，會(huì)推動(dòng)低溫渣溢出爐口。優(yōu)化加料方式后，分三批料加入。頭批料為加入總量的1/2,5～6 min頭批料基本熔化后，加入第二批料，第二批料的加入量控制在總量的1/3，此時(shí)，爐內(nèi)泡沫渣開(kāi)始變厚，第二批料起到壓渣作用。第三批料的加入可根據(jù)實(shí)際情況而定，主要以稠渣為主。

氧槍開(kāi)吹打著火后槍位控制在250 cm左右，前期槍位控制在220～240 cm，這樣既熔化了鐵碳球，又防止了由于劇烈反應(yīng)氣體排除受阻而形成溢渣。加料及氧槍槍位控制見(jiàn)圖2所示。

2.4 底吹流量

原工藝底吹氮?dú)饬髁拷y(tǒng)一設(shè)定，優(yōu)化后底吹流量分階段控制，見(jiàn)表4所示。

表4 底吹氮?dú)饬髁靠刂魄闆r

由表4可以看出，鐵碳球熔化前期采用較大流量攪拌促進(jìn)熔化，營(yíng)造較好的動(dòng)力學(xué)條件氛圍。隨著熔化完成和熔池反應(yīng)劇烈，逐步降低流量，防止大噴發(fā)生的同時(shí)確保攪拌能。后期提高流量進(jìn)一步促進(jìn)碳氧反應(yīng)趨向平衡，為出鋼做準(zhǔn)備。

3 實(shí)施效果

3.1 對(duì)鋼水氮含量的影響

跟蹤鋼種SAE1005加鐵碳球后用氮?dú)恻c(diǎn)吹和未用氮?dú)恻c(diǎn)吹的爐次，均跟蹤15爐，對(duì)比鋼水氮含量，結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可以看出，加鐵碳球后用氮?dú)恻c(diǎn)吹對(duì)鋼水氮含量影響不大。

3.2 跑渣及煙塵外溢情況

對(duì)鐵碳球加入量大于8 kg/t鋼的跑渣情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，爐口溢渣及跑渣比例為5.21%，和以前相比降低了5%。觀察吹氧期間爐口情況發(fā)現(xiàn)，煙塵外溢現(xiàn)象明顯減輕。

4 結(jié)論

（1）260 t轉(zhuǎn)爐使用1 t鐵碳球的最大增硫量為0.000 4%左右，鐵碳球平均溫降約為9℃/t，終點(diǎn)鋼水氧含量隨鐵碳球加入量的增加而增加。

（2）鐵碳球加入時(shí)機(jī)由吹氧過(guò)程改為兌鐵后，分三批料加入，優(yōu)化氧槍槍位控制并分階段控制底吹流量后，鐵碳球加入量大于8 kg/t鋼時(shí)，爐口溢渣及跑渣比例降低了5%，對(duì)終點(diǎn)鋼水氮含量影響不大。

［1］ Moon Kyung CHO，Joo Hyun PARK，Dong Joon MIN．Phosphate Capacity of CaO-SiO2-MnO-FeO Slag Saturated with MgO［J］．ISIJ International，2010，50（2）：324-326．