低成本管控下LF造渣工藝的研究與實踐

何 晴， 李彥軍， 黃 山， 王 鵬， 張 東， 程 康

（河北鋼鐵股份有限公司承德分公司， 河北 承德 067002）

面對中國鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能過剩、高成本、效益低的現(xiàn)狀，短期是難以改變的。鋼鐵企業(yè)只有努力降低生產(chǎn)成本、進行結(jié)構(gòu)調(diào)整，提高市場競爭力，才能化危機為動力，使企業(yè)創(chuàng)效。LF造渣的目的是脫硫、脫氧、提高合金收得率、去除雜質(zhì)。為降低精煉成本，加快鋼鐵企業(yè)低成本煉鋼的步伐，優(yōu)化LF造渣工藝，快速造白渣，縮短成渣時間，發(fā)揮LF強大的精煉功能。

1 生產(chǎn)工藝簡介

LF精煉的核心是造好精煉渣，低氧勢、適當堿度、良好的流動性和發(fā)泡能力、合理成分配比的精煉渣是發(fā)揮LF精煉能力的基礎(chǔ)，其操作要點是早化渣，在精煉前期快速造白渣。

采用在出鋼過程中加入一定量石灰。出鋼結(jié)束后，在吹氬站進行折渣操作，將連鑄返回鋼包熱渣兌入鋼包液面上。通過在吹氬站經(jīng)一定時間的吹氬攪拌，確保鋼包內(nèi)熱渣與石灰熔化，減少了LF加入的渣量，縮短了LF化渣時間。鋼包到LF處理后，加入石灰、包渣、鐵礬土、改質(zhì)劑等，增加氬氣流量，在進行加熱前保證精煉渣基本熔化，LF加熱化渣期間進行渣的脫氧和調(diào)整渣的堿度、流動性及Al2O3含量。

2 生產(chǎn)實踐與分析

LF任務(wù)主要是升溫、脫硫、調(diào)整鋼水成分和溫度、潔凈鋼水等，處理時間為35～45 min，而轉(zhuǎn)爐冶煉和連鑄拉鋼周期一般不到40 min。因此對于目前高效率、低成本的煉鋼節(jié)奏，LF必須縮短精煉時間，優(yōu)化造渣工，降低精煉成本。

2.1 LF提前造渣工藝研究

LF造渣的關(guān)鍵是渣快速熔化并保證合適的黏稠度。一般來說，轉(zhuǎn)爐出鋼后，由于合金化的影響，鋼包內(nèi)鋼渣堿度有降低的趨勢，對于LF造還原渣的需求來講，需在LF工序加入石灰以滿足鋼水精煉過程中堿度要求。將精煉加入的部分石灰選擇在出鋼過程中加，提前造渣，以便鋼包內(nèi)鋼渣堿度和稀稠度滿足LF處理要求[1]。

2.1.1 預(yù)成渣工藝方法

利用轉(zhuǎn)爐出鋼過程中良好的動力學條件，在出鋼過程中通過合金溜管向鋼水內(nèi)加入石灰，石灰在鋼包底吹攪拌和鋼流沖擊的作用下，不斷與鋼水反應(yīng)，實現(xiàn)出鋼過程的快速成渣，達到低成本生產(chǎn)高潔凈度鋼水的需求。

2.1.2 預(yù)成渣試驗及結(jié)果分析

本次工業(yè)實驗共進行28爐次，出鋼過程中加入石灰量分為 200 kg，300 kg，400 kg，500 kg，每批次試驗7爐。渣樣抽取出鋼后并在吹氬站充分攪拌后的鋼渣樣。渣樣進行化學分析，并將所檢測相關(guān)數(shù)據(jù)一并列入下頁表1，由于實驗爐次較多，僅列出代表性爐次 8 爐，表 1 中 R2為二元堿度 m（CaO）∶m（SiO2）。

2.1.3 石灰量對精煉前鋼渣的影響

由表1可以看出，不同石灰量情況下，爐渣堿度、爐渣還原性均能滿足精煉的需求。但從整個出鋼過程中觀察看出，加入量在400～500 kg時，鋼包內(nèi)石灰結(jié)塊現(xiàn)象嚴重，吹氬站吹氬時間較長。加入量在200 kg時，精煉前渣量過少，精煉埋弧效果較差[2]。

表1 LF精煉前預(yù)成渣渣樣主要成分

2.1.4 石灰量對鋼水溫度的影響（見圖1）

圖1 石灰量對鋼水溫度的影響

由圖1可以看出，石灰量對鋼水溫度影響隨著石灰量增加而增加。因此，出鋼過程中加入石灰量應(yīng)控制在300～400 kg以內(nèi)，既能保證爐渣精煉的需求，又能對鋼水溫降降低到最低。

2.2 熱渣循環(huán)利用的研究

經(jīng)LF處理后的精煉爐渣具有高堿度、低氧化性、低熔點的特性。精煉渣循環(huán)利用可以有效降低精煉石灰、改質(zhì)劑等用量。熱態(tài)精煉渣循環(huán)利用還可以提高精煉化渣速度，降低精煉電耗[3]。通過對熱態(tài)精煉渣循環(huán)利用研究，將連鑄機澆鑄完后鋼包內(nèi)的渣子不倒入渣罐內(nèi)，而是直接吊至爐后吹氬站區(qū)域，待轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束后，將空包內(nèi)熱渣倒入重包內(nèi)，再進行吹氬操作，吹氬攪拌均勻后，測溫。

2.2.1 鋼包內(nèi)渣子成分變化

在轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束后，先進行折渣操作（即將連鑄澆鑄完后的鋼包內(nèi)渣子倒入新出完鋼的鋼包內(nèi)），在折渣過程中，通過人員指揮天車將熱渣準確兌入重包內(nèi)，熱渣的多次循環(huán)使用，成分變化見表2。

由表2可看出，多次循環(huán)后渣子中Al2O3含量不斷升高，CaO含量降低，不利于脫硫反應(yīng)進行，因此循環(huán)折渣應(yīng)進行4次后，鋼渣失去了再利用價值，應(yīng)將循環(huán)渣倒出。

表2 循環(huán)折渣后渣子的組分

2.2.2 爐后折渣量對精煉造渣工藝的影響

連鑄鋼包返回熱渣循環(huán)利用后，隨循環(huán)次數(shù)增加，渣量增大，脫硫率降低[4]，再每次折渣過程中應(yīng)控制折渣量，保證LF精煉正常操作，控制鋼包內(nèi)渣量（見表 3）。

表3 爐后不同折渣量下精煉工藝的變化

當折渣量在1 t以下時，精煉過程中加入造渣料較多，折渣效果不明顯；當折渣量在1.5～3.0 t時，精煉過程中渣料加入有所降低，且鋼包凈空滿足精煉要求；當折渣量在3.0 t以上時，鋼包凈空較少，影響精煉正常操作。

2.2.3 折渣后對精煉電耗和時間的影響

根據(jù)現(xiàn)場實際操作，連鑄鋼包返回熱渣具有一定熱量，熱渣在循環(huán)利用過程中精煉石灰可以不加或少加，這就減少了渣料熔化造成的熱量損失，縮短了精煉時間，降低了精煉電耗。依據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析，通過折渣操作，精煉時間可縮短4～6 min，節(jié)約電耗 800～1 000 kW·h。

2.3 低成本包渣應(yīng)用于LF造渣工藝

連鑄大包澆鑄結(jié)束后，產(chǎn)生的澆余一部分進行折渣操作，一部分倒入渣罐內(nèi)，倒入渣罐內(nèi)的鋼渣叫做包渣[5]。將包渣送至渣場，經(jīng)磁選、破碎，破碎后粒度至5～30mm，直接上至料倉內(nèi)。包渣中w（Fe）在10%～12%左右，w（Al2O3）在 11%～13%之間，包渣堿度 3.3左右，可替代部分改質(zhì)劑、鐵礬土等。

2.3.1 造渣與改質(zhì)、鐵礬土的效果對比（見表4和表5）

表4 未使用包渣造渣爐次精煉后爐渣成分

由于包渣堿度在3.3左右，屬于高堿度渣，這就滿足脫硫的必要條件（高堿度、大渣量），在精煉過程中配以一定量的脫氧劑，滿足低氧化性脫硫條件，因而在氧含量降低的同時，硫含量也在逐步降低。

表5 使用包渣造渣爐次精煉后爐渣成分

由表4和表5對比可以看出，兩種造渣方式生成的爐渣成分基本不變，堿度在3.3左右，課件使用包渣造渣是可行的。

2.3.2 兩種造渣方式生產(chǎn)成本的影響

兩種造渣方式加入的渣料對比分析如表6、表7。

由表6與表7分析可知：在同等精煉條件下，使用包渣造渣，可以降低精煉用白灰消耗，節(jié)約了煉鋼成本，減少了原輔助材料的浪費。并且改質(zhì)劑、鐵礬土外購成本較高，對現(xiàn)在所有的鋼鐵企業(yè)來說，這是一個不小的代價。成本的降低，意味著鋼鐵企業(yè)的盈利能力和競爭力的增強。

表6 未使用包渣造渣質(zhì)量 kg

表7 使用包渣造渣質(zhì)量 kg

3 結(jié)論

1）利用轉(zhuǎn)爐出鋼過程中良好的動力學條件，在轉(zhuǎn)爐出鋼過程中加入300～400 kg石灰，既能保證爐渣精煉的需求，又能對鋼水溫降降低到最低。

2）在轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束后，先進行折渣操作（即將連鑄澆鑄完后的鋼包內(nèi)渣子倒入新出完鋼的鋼包內(nèi)），折渣量控制在1.5～3.0 t，再進行吹氬攪拌，可有效縮短精煉時間，降低精煉電耗。

3）在精煉爐使用包渣造渣，可有效降低精煉用白灰量，同時減少了改質(zhì)劑、鐵礬土等外購成本較高的造渣物料，有效地降低精煉成本，提高了企業(yè)的盈利能力和競爭力。