低鈦高爐渣用于LF精煉渣的試驗(yàn)研究

王 琪 高曉麗 張俊粉

(河鋼集團(tuán)承鋼公司)

低鈦高爐渣用于LF精煉渣的試驗(yàn)研究

王 琪 高曉麗 張俊粉

(河鋼集團(tuán)承鋼公司)

“低鈦高爐渣用于LF精煉渣的試驗(yàn)研究” 一文針對(duì)低鈦高爐渣作為L(zhǎng)F精煉渣球的主要原料，分別與鋼包渣、連鑄澆余渣作為造渣料進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究。結(jié)果表明：在冶煉HRB400E 螺紋鋼過(guò)程中，LF 精煉渣球可以將鋼中的S 含量控制在要求范圍之內(nèi)，脫硫率控制在10%～41.5%之間，其脫硫率與折渣和包渣冶煉HRB400E 冶金效果相當(dāng)，為含鈦高爐渣綜合利用找到一條出路。

低鈦高爐渣 LF精煉渣 脫硫率 渣樣成分

AbstractThe Ti-lean blast furnace slag was employed as the main component of the LF refining slag balls, additionally, the ladle slag and continuous casting slag were selected for comparison. The results show that, the sulfur content could be tuned in an appropriate range during the refining process of screw thread steel (HRB400E), LF refining slag balls of S content in steel can be controlled in the range of requirements, the desulfurization rate is controlled between 10% ～ 41.5%, the desulfurization rate is comparable to that of HRB400E metallurgical effects smelted by discount slag and slag smelting,for the comprehensive utilization of blast furnace slag containing titanium to find a way out.

KEYWORDSTi-lean furnace slag LF refining slag desulfurization rate slag composition

0 前言

含鈦高爐渣是高爐冶煉釩鈦磁鐵礦產(chǎn)生的副產(chǎn)品，其生產(chǎn)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題有以下三點(diǎn)：(1)產(chǎn)量巨大，難以消納；(2)污染環(huán)境；(3)綜合利用水平低[1-2]。因此，針對(duì)含鈦高爐渣生產(chǎn)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，應(yīng)該尋求新的突破，建立含鈦高爐渣資源的無(wú)害化處理和資源化綜合利用已迫在眉睫。在鋼鐵產(chǎn)能過(guò)剩、環(huán)保要求高的當(dāng)前，作為含鈦高爐渣的生產(chǎn)企業(yè)能夠充分利用這一資源，將會(huì)為企業(yè)帶來(lái)新的活力和效益增長(zhǎng)點(diǎn)[3-4]。

本研究半工業(yè)化實(shí)驗(yàn)對(duì)低硫低鈦高爐渣配制LF 精煉渣及工業(yè)實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行系統(tǒng)的研究[5-6]。采用本研究工藝， LF精煉渣料消耗成本有所降低，環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益顯著，為低鈦高爐渣資源化綜合利用探索出一條節(jié)能、環(huán)保、高效的新途徑[7]。

1 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)方法

本研究的主要原料為河鋼承鋼所產(chǎn)低鈦高爐渣，將低鈦高爐渣中S元素進(jìn)行脫除后，使用95%的低鈦高爐渣和5%的粘結(jié)劑進(jìn)行造球，制得LF 精煉渣球，其主要成分見(jiàn)表1。試驗(yàn)共生產(chǎn)LF 精煉渣球3.8 t，所制備LF 精煉渣球現(xiàn)場(chǎng)照片和尺寸如圖1所示。

LF 精煉渣球呈扁圓形體，球體最長(zhǎng)直徑為5 mm ～5.5 mm。經(jīng)抗壓檢測(cè)球體強(qiáng)度均≥700 N，球體水分均≤1.0%，均滿(mǎn)足LF 精煉爐物料入爐要求。本次試驗(yàn)鋼種為HRB400E，其國(guó)標(biāo)化學(xué)成分見(jiàn)表2。

表1 LF精煉渣球主要成分

備注：1. CaO/ SiO2=1.21；2.(CaO+ MgO)/(SiO2+ Al2O3)=1.08。

表2 HRB400E螺紋鋼國(guó)際化學(xué)成分

(a) LF精煉渣現(xiàn)場(chǎng)

(b) 球體尺寸

本研究設(shè)計(jì)三種實(shí)驗(yàn)方案，分別對(duì)LF精煉渣球、連鑄澆余渣折渣和鋼包渣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，共13爐次，其加料方案見(jiàn)表3。其中小?；覕?shù)據(jù)已包括爐前出鋼時(shí)加入的重量，脫氧劑為鋁鈣粉，其正常加入量為 20 kg/爐～30 kg/爐。

其中1～8號(hào)為L(zhǎng)F精煉渣球?qū)嶒?yàn)爐次，9～10號(hào)為折渣實(shí)驗(yàn)爐次，11～13號(hào)為包渣實(shí)驗(yàn)爐次。為了對(duì)比三種實(shí)驗(yàn)方案的脫硫率及冶煉效果分別取鋼水初始樣、前樣和后樣，LF 精煉渣前樣和終點(diǎn)樣進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 LF 精煉渣球?qū)︿撍煞值挠绊?/p>

2.1.1 LF 精煉渣對(duì)脫硫率的影響

三種不同LF 造渣工藝對(duì)鋼液中[S]含量的變化情況和三種實(shí)驗(yàn)方案對(duì)脫硫率的影響分別如圖2 、圖3 所示。

表3 加料方案

圖2鋼液中[S]含量的變化

圖3不同造渣料對(duì)脫硫率的影響

從圖2、3可以看出，LF 精煉渣實(shí)驗(yàn)脫硫率在10.0%～41.2%之間，其中第4爐次脫硫率為10%，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要有是由于轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)下渣，爐渣氧化性較強(qiáng)，造成脫硫率較低。此外第3、5、6和7爐次脫硫率在25%左右，脫硫率基本略低，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是由于鋼液中的初始[S]含量較低，爐渣與鋼液的硫分配比較低，致使脫硫率較低，但是在鋼液初始[S]含量較低的情況下LF 精煉渣仍具有較好的脫硫能力。連鑄澆余渣折渣爐次的脫硫率變化較大，脫硫效果波動(dòng)大，并且在初始[S]含量較低的情況下，折渣爐次的脫硫效果非常差。鋼包渣實(shí)驗(yàn)的脫硫率在22.0%～45.3%之間，其中第11爐次的脫硫率為22.0%，且初始[S]含量較高，為0.041%，均高于第5和第7爐次的初始[S]含量，不是受到硫分配比的影響，致使脫硫率較低，表明采用鋼包渣實(shí)驗(yàn)爐次操作與300 kg ～400 kg 小粒灰+600 kg 高爐渣的脫硫效果相同。第12、13爐次脫硫率較高，分別為45.3%和43.6%，在造渣物料加入量相同的情況產(chǎn)生這樣的效果的原因有兩點(diǎn)：1)初始[S]含量較高，硫分配比較高；2)第12、13爐次的脫氧劑加入量較高，分別為60 kg/爐和50 kg/爐，為正常加入量的2～3 倍，致使脫硫率較高。實(shí)驗(yàn)對(duì)比表明，LF 精煉渣球可以取得與包渣相同的脫硫效果，并且在初始[S]含量較低的情況下優(yōu)于折渣的脫硫效果。

2.1.2 LF 精煉渣對(duì)鋼水[Ti]含量及增[Ti]量的影響

三種實(shí)驗(yàn)方案對(duì)鋼水[Ti]含量的影響如圖4 所示。

圖4鋼液中[Ti]含量的變化

從圖4 可以看出，LF 精煉渣球爐次鋼水[Ti]含量均略高于折渣和包渣實(shí)驗(yàn)爐次，其中LF 精煉渣球鋼水平均[Ti]含量為24.9×10-6，折渣和包渣爐次的平均[Ti]含量為20.0×10-6和16×10-6。產(chǎn)生這樣的原因可能有兩點(diǎn)：1)實(shí)驗(yàn)爐次的初始[Ti]含量原本較高；2)由于LF 精煉渣球的主要原料為低鈦高爐渣，產(chǎn)生還原反應(yīng)致使產(chǎn)生增鈦現(xiàn)象。因此，對(duì)三種實(shí)驗(yàn)方案對(duì)鋼水的增[Ti]量進(jìn)行研究，三種實(shí)驗(yàn)方案對(duì)鋼水增[Ti]量的影響如圖5 所示。

圖5不同造渣料對(duì)增[Ti]量的影響

從圖5 可以看出，LF 精煉渣球爐次的平均增[Ti]量為10.3×10-6，折渣和包渣實(shí)驗(yàn)爐次分別為7.5×10-6和7.0×10-6，三種實(shí)驗(yàn)方案的增[Ti]量相差較小。表明LF 精煉渣球?qū)嶒?yàn)可能會(huì)致使鋼液產(chǎn)生增[Ti]現(xiàn)象，但是影響非常小，可忽略不計(jì)。

2.1.3 LF精煉渣對(duì)鋼水回磷量的影響

三種實(shí)驗(yàn)方案對(duì)鋼水回磷量的影響如圖6所示。

從圖6可以看出，三種實(shí)驗(yàn)方案均存在沒(méi)有回磷或稍有回磷的現(xiàn)象，但是影響較小，回磷量在0.001%～0.002%之間，因此，采用 LF 精煉渣球冶煉 HRB400E 不會(huì)產(chǎn)生[P]含量超標(biāo)的現(xiàn)象。

圖6不同造渣料對(duì)回磷量的影響

2.1.4 LF 精煉渣對(duì)鋼水[Al]含量的影響

三種實(shí)驗(yàn)方案對(duì)鋼液中[Al]含量的影響如圖7所示。由于HRB400E在連鑄過(guò)程可能會(huì)產(chǎn)生保護(hù)澆鑄不利的情況，產(chǎn)生絮流現(xiàn)象，其中對(duì)于鋼中[Al]的控制較為關(guān)鍵，因此本實(shí)驗(yàn)對(duì)鋼中終點(diǎn)[Al]含量進(jìn)行了關(guān)注。

圖7鋼液中[Al]含量

從圖7可以看出，三種實(shí)驗(yàn)方案中鋼水終點(diǎn)[Al]含量相差較小，基本在 30×10-6～49×10-6之間，三者相差非常小，因此采用 LF 精煉渣球冶煉 HRB400E 不會(huì)對(duì)連鑄絮流造成影響。

2.2 LF精煉渣球?qū)珶捲铣杀镜挠绊?/p>

冶煉 HRB400E 螺紋鋼主要原料為小粒灰、改質(zhì)劑、鋼包渣和 LF 精煉渣球，綜合來(lái)看，目前承鋼冶煉 HRB400E 鋼種，主要采用成本較低折澆余渣和鋼包渣冶煉方式，由于受場(chǎng)地的限制，目前折渣率在 40%～50%之間，剩余部分主要采用鋼包渣冶煉的方式。經(jīng)核算對(duì)比折渣成本最低，鋼包渣成本較高，LF精煉渣球爐次物料成本比包渣爐次成本降低100 元/爐左右。通過(guò)上述分析，使用低硫低鈦高爐渣制備的LF精煉渣球冶煉HRB400E螺紋鋼，不僅可以取得較好的冶煉效果并且使生產(chǎn)成本有所降低。

3 結(jié)論

1) 采用低硫低鈦高爐渣所制備的LF精煉渣球，應(yīng)用于冶煉 HRB400E 螺紋鋼，可以將螺紋鋼中的S含量控制在國(guó)標(biāo)范圍之內(nèi)，并且在鋼液初始 S 含量較低的情況下，脫硫率控制在10%～41.5%之間，其脫硫率與現(xiàn)工藝(澆余渣折渣和鋼包渣)冶煉 HRB400E 冶金效果相當(dāng),成材質(zhì)量全部合格，表明采用低硫低鈦高爐渣制備LF精煉渣球并用于冶煉HRB400E螺紋鋼是可行的。

2) 采用低硫低鈦高爐渣制備LF精煉渣球用于LF精煉渣，不僅可以取得較好的冶煉效果，而且可以降低成本，具有可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 張述明，畢忠新，張偉，等．承鋼低鈦高爐渣資源利用方式探討[J]. 河北冶金，2014，224(8)：78-80.

[2] 文玲，張金柱．含鈦高爐渣性能的研究進(jìn)展[J]. 鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2011，23(5)：1-3.

[3] 仇圣桃，張明博，李建新，等．含鈦高爐渣資源化綜合利用研究現(xiàn)狀與展望[J]. 鋼鐵，2016，51(7)：1-6.

[4] 張振峰，呂慶，李福民．高Al2O3釩鈦爐渣熔化性能的實(shí)驗(yàn)研究[J]． 東北大學(xué)學(xué)報(bào)( 自然科學(xué)版) ，2007，28(10):1414-1416．

[5] 董曉旭，張淑會(huì)，蘭臣臣，等. 低鈦高爐渣脫硫能力研究[J].礦冶工程，2017，37(2)：88-90.

[6] JIANG T，DONG H G，GUO Y F，et al. Study on leaching Ti from Ti bearing blast furnace slag by sulphuric acid[J]. Mineral Processing and Extractive Metallurgy，2010，119(1)：33.

[7] 張志霞，胡長(zhǎng)慶，魏航宇．宣鋼含鈦高爐渣脫硫性能的實(shí)驗(yàn)研究[J]．河北理工大學(xué)學(xué)報(bào)( 自然科學(xué)版) ，2011，33(1):46-52．

EXPERIMENTALSTUDYONTHEAPPLICATIONOFTITANIUM-LEANBLASTFURNACESLAGINTHELFREFININGPROCESS

Wang Qi Gao Xiaoli Zhang Junfen

(Chengde Iron Steel Company, Hesteel Group)

2017—4—30