轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化探討

曾乾　林雪梅　余善斌

摘 要：結(jié)合轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣問題，文章提出利用石灰石、生白云石和磁選渣分別進(jìn)行石灰、輕燒白云石和螢石等材料的替代，實(shí)現(xiàn)造渣材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化。從優(yōu)化效果來看，可以提高脫磷率，并帶來一定經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐煉鋼；造渣材料；磁選

中圖分類號：TF713.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）32-0094-02

Abstract： In order to optimize the structure of slagging materials， limestone， raw dolomite and magnetic separation slag are used to replace lime， light burned dolomite and fluorite， respectively， according to the slagging problem of converter steelmaking. From the optimization effect， it can improve the dephosphorization rate， and bring some economic benefits.

Keywords： converter steelmaking； slagging materials； magnetic separation

引言

伴隨著國家節(jié)能減排政策的逐步落實(shí)，降本增效、節(jié)能生產(chǎn)的問題開始引起鋼鐵行業(yè)的重視。在轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣生產(chǎn)方面，為實(shí)現(xiàn)運(yùn)營轉(zhuǎn)型，還要實(shí)現(xiàn)造渣材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，以便得到消耗更低的造渣方案。因此，還應(yīng)加強(qiáng)對轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題的分析，從而為鋼鐵行業(yè)帶來更多的效益。

1 轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣問題分析

在轉(zhuǎn)爐煉鋼方面，一般采用石灰進(jìn)行造渣脫磷。石灰需要通過在石灰窯中對石灰石進(jìn)行高溫煅燒獲得，需要采用焦炭和煤作為燃料，得到的石灰擁有較高硫含量，容易吸水，難以保證活性度，同時也將產(chǎn)生較多的粉塵，無法滿足低碳環(huán)保生產(chǎn)要求。在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)中，每噸鋼需要消耗30-70kg石灰，達(dá)到40%-60%的脫磷效率，最終得到的爐渣脫磷能力依然較高，導(dǎo)致煉鋼渣量過多，爐渣鐵損過大。針對得到的爐渣，還要完成適當(dāng)氧化鎂的添加，才能使濺渣護(hù)爐的效果得到提高，以免爐襯受到過多侵蝕。在實(shí)際生產(chǎn)中，通常采用輕燒白云石。輕燒白云石是生白云石通過煅燒得到的，在煅燒過程中需要進(jìn)行加熱，在加入煉鋼爐前需要冷卻到常溫狀態(tài)，然后在轉(zhuǎn)爐時則要加熱至煉鋼溫度，所以將產(chǎn)生大量的冷料消耗[1]。為減少鋼渣，則要添加螢石等化渣材料，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐煉鋼成本過高。因此從總體上來看，按照現(xiàn)有造渣材料結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣材料消耗量較大，導(dǎo)致工藝成本過高，難以滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。

2 轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化

2.1 優(yōu)化思路

從造渣材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化的角度來看，采用活性度更高、更容易成渣的材料進(jìn)行石灰材料的替代，可以在增強(qiáng)冶煉脫磷效果的同時，使煉鋼渣量與爐渣鐵損得到減少。而石灰通常需要經(jīng)過4h煅燒，如果能夠在轉(zhuǎn)爐中實(shí)現(xiàn)煅燒，可以得到接近石灰石升溫和分解能量大小的過程耗熱，無需降溫即可直接進(jìn)行材料的使用，所以能夠使能量的浪費(fèi)得到減少。在轉(zhuǎn)爐冶煉方面，直接取消石灰煅燒工序，利用石灰石進(jìn)行石灰替代，即能達(dá)成這一目標(biāo)。從機(jī)理上來看，采用石灰石進(jìn)行造渣，可以在900-1200K時實(shí)現(xiàn)反應(yīng)自由能分解。實(shí)際上，石灰石分解溫度為896℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于煉鋼溫度，所以加入轉(zhuǎn)爐中可以實(shí)現(xiàn)急劇升溫與分解，得到具有活性的氧化鈣。而得到的氧化鈣擁有較高的氣孔率，可以與渣中的氧化鐵、氧化鎂等物質(zhì)一同形成初期爐渣，使?fàn)t渣具有高堿度，所以能夠使煉鋼前期的脫磷反應(yīng)得到充分進(jìn)行。得到的二氧化碳則能與鐵水反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)脫磷。

針對轉(zhuǎn)爐煉鋼使用的輕燒白云石，則可以嘗試采用生白云石進(jìn)行替代，即在轉(zhuǎn)爐中實(shí)現(xiàn)生白云石的集中煅燒。作為石灰石與碳酸鎂的復(fù)合礦物，生白云石在800℃下就能分解，產(chǎn)生二氧化碳，得到的產(chǎn)物表面多孔疏松，擁有較大的反映表面積，可以使成渣反應(yīng)加快。而渣中含有的氧化鎂則能起到促進(jìn)氧化鐵吸收的作用，所以能夠使?fàn)t襯受到的爐渣侵蝕得到減緩。轉(zhuǎn)爐煉鋼內(nèi)溶池溫度在1300-1450℃范圍內(nèi)，而上述反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)，可以充分反應(yīng)。

在化渣材料使用方面，伴隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，爐渣已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)回收再利用。比如針對前期產(chǎn)生的溢出渣，經(jīng)過簡單篩選即能回用。但是從成本角度進(jìn)行分析，還應(yīng)嘗試?yán)脿t渣燜渣進(jìn)行爐渣磁選，提高渣品位，使轉(zhuǎn)爐過程中煙塵量得到減少，逐步進(jìn)行螢石等材料的替代。采用該種方法，則能使轉(zhuǎn)爐煉鋼得到的含鐵廢料得到更好的利用，并且也能使化渣用料得到減少，達(dá)到降低轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣成本的目的。

2.2 優(yōu)化方案

2.2.1 石灰石添加

在實(shí)際進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，利用石灰石進(jìn)行石灰替代，還要考慮到將石灰石加入轉(zhuǎn)爐內(nèi)煅燒將與爐渣直接接觸，所以材料表面逸出二氧化碳時，石灰將發(fā)生化渣反應(yīng)，所以石灰加入量將有所減小[2]。結(jié)合這一情況，想要得到1t石灰，需要添加約1.6-1.7t石灰石。為保證生產(chǎn)順利，添加的石灰石應(yīng)不超出1t/爐。從富余熱量角度來看，采用石灰進(jìn)行冶煉，鐵水加入量達(dá)到86%左右。而添加石灰石，由于石灰石分解吸熱，噸鋼富余熱量會有所減小，所以需要適當(dāng)增加鐵水比重，實(shí)際可按照25-30kg/t進(jìn)行石灰石的添加，達(dá)到調(diào)整煉鋼富余熱量的目的。結(jié)合這些要求，還要使第一批加入的石灰石達(dá)到石灰總加入量的1/2-1/3，然后進(jìn)行二批料的交替加入，二批料應(yīng)采用石灰，因?yàn)橄噍^于石灰，石灰石熔化慢，為保證前期脫磷效果需要提早加入。

2.2.2 生白云石添加

采用生白云石進(jìn)行輕燒白云石替代，可以采用單渣法進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煉鋼操作，在轉(zhuǎn)爐開吹或?qū)t口火焰進(jìn)行觀察，確定其內(nèi)著火情況。在著火充分的情況下，可以加入總石灰量2/3，然后將400kg生白云石和適量化渣材料加入。在實(shí)際生產(chǎn)時，為保證濺渣護(hù)爐效果，也可以搭配進(jìn)行輕燒白云石和生白云石的使用，結(jié)合爐況先進(jìn)行一定輕燒白云石的添加，然后進(jìn)行生白云石的添加。在鐵水中只含有少量硅的情況下，還應(yīng)在轉(zhuǎn)爐開吹后進(jìn)行生白云石的陸續(xù)添加。如果鐵水中硅含量較大，可以在開吹后進(jìn)行部分生白云石的添加，達(dá)到抑制溢渣的目的。具體來講，就是在轉(zhuǎn)爐開吹后，如果鐵水硅含量不超出0.5%，先添加200kg輕燒白云石，然后進(jìn)行第一批石灰添加，之后進(jìn)行生白云石補(bǔ)充。如果超出這一數(shù)值，可以添加100-200kg生白云石，然后進(jìn)行石灰添加。

2.2.3 磁選渣的添加

利用磁選渣進(jìn)行礦石等化渣材料的替代，還要做好磁選渣篩分，降低粉末率，減少煙塵的產(chǎn)生，并實(shí)現(xiàn)對磁選渣的充分利用。篩分出的磁選渣粒度應(yīng)達(dá)到3mm以上，需要利用粉渣壓球設(shè)備進(jìn)行磁選粉渣、除塵灰和污泥的混合，以便進(jìn)一步加強(qiáng)含鐵廢料利用。使用粉渣球，憑借其內(nèi)部含有的大量氧化鐵，則能起到迅速降溫的作用，達(dá)到迅速化渣的目的，所以能夠較好的處理“返干”。所謂的“返干”，即在吹煉溫度較高的情況下，由于發(fā)生劇烈脫碳反應(yīng)，導(dǎo)致渣中只有少量氧化鐵，難以實(shí)現(xiàn)石灰石熔解[3]。采用粉渣球，可以提高渣中含鐵量，因此可以解決這一問題。實(shí)際添加時，可以將磁選渣使用量控制在10kg/t左右。在供氧控制方面，則要采用恒壓變槍操作，采用“高-低-高-低”循環(huán)吹煉模式，保持0.75-0.95MPa氧壓，氧氣流量達(dá)到10000-12500Nm3/h，化渣槍位在1.3-1.5m之間。

2.3 優(yōu)化效果

2.3.1 石灰石使用效果

從脫磷效果來看，使用石灰造渣僅能達(dá)到78%-90%的脫磷率，平均能夠達(dá)到84%。而使用石灰石進(jìn)行替代，可以達(dá)到82%-92%脫磷率，平均能夠達(dá)到87%，約能提高3%的脫磷率。出現(xiàn)這種情況，主要是由于石灰石在吸熱分解的過程中使得局部溫度得到了降低，可以促進(jìn)前期脫磷反應(yīng)。而分解得到的石灰活性較高，也能促進(jìn)脫磷期成渣。在碳酸鈣分解的過程中，產(chǎn)生的二氧化碳將與鐵水反應(yīng)，使熱量得到減少，因此可以使熔池脫磷得到促進(jìn)。從鐵損情況來看，采用石灰石可以使?fàn)t渣鐵損提高0.65%，因?yàn)榉纸獾玫降亩趸紖⑴c煉鋼熔池反應(yīng)，盡管使得爐內(nèi)供氧減少，但是總體上冶煉中供氧量有所提高，因此過氧化嚴(yán)重。隨著供氧量的增加，反應(yīng)前期頻繁出現(xiàn)溢渣現(xiàn)象，終渣擁有較高泡沫化程度。從經(jīng)濟(jì)效益上來看，采用石灰石進(jìn)行石灰的替代，原本使用石灰產(chǎn)生的費(fèi)用可以從12.94元/t降低至10.10元/t，石灰石費(fèi)用為0.48元/t，因此費(fèi)用可以減少2.36元/t。

2.3.2 生白云石使用效果

使用生白云石進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣，終渣堿度在2.8-3.2范圍內(nèi)。相較于采用輕燒白云石的煉鋼爐，采用生白云石脫磷效率較慢，化渣也較慢。而伴隨著爐溫的升高，硅、鎂等元素逐步得到氧化，爐渣得到了較好熔化，所以能夠達(dá)到脫磷的目的。白云石煅燒為吸熱過程，可以對轉(zhuǎn)爐富余熱量進(jìn)行平衡，使冷料消耗得到減少。由于生白云石中含有是一定量氧化鈣，因此也能使石灰得到節(jié)約，約0.9kg/t。從終渣成分上來看，平均渣層厚23mm，能夠?qū)崿F(xiàn)均勻?yàn)R渣。相較于輕燒白云石，生白云石降溫較大，導(dǎo)致終渣粘度較大，實(shí)際使用時還應(yīng)結(jié)合終渣狀態(tài)和出鋼溫度進(jìn)行加入量調(diào)整，以便更好的實(shí)現(xiàn)濺渣護(hù)爐。從經(jīng)濟(jì)效益上來看，使用生白云石完全進(jìn)行輕燒白云石替代，可以使費(fèi)用由1.76元/t降低至0.48元/t，因此可以每噸能夠節(jié)省1.26元。

2.3.3 磁選渣使用效果

從磁選渣的使用效果來看，可以完全進(jìn)行螢石、礦石和鐵礬土等化渣材料的替代，所以能夠通過實(shí)現(xiàn)渣的回收利用使轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣的生產(chǎn)成本得到降低。從化渣材料消耗量上來看，噸鋼生產(chǎn)如果采用螢石、鐵礬土，需要分別花費(fèi)0.38元/t、0.57元/t，直接采用磁選渣則能噸鋼生產(chǎn)成本可以降低0.96元/t，因此可以達(dá)到節(jié)約成本的目標(biāo)。

3 結(jié)束語

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，利用石灰石進(jìn)行石灰替代，利用生白云石進(jìn)行輕燒白云石替代，并采用磁選渣進(jìn)行螢石等化渣材料的替代，可以使噸鋼生產(chǎn)成本降低4.58元/t，同時可以使脫磷率得到提高。因此，實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)爐煉鋼造渣材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，完成全新造渣材料方案的制定，可以在減少造渣材料消耗的同時，降低噸鋼成本，從而更好的迎合國家的節(jié)能減排政策要求。

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