轉(zhuǎn)爐爐底渣循環(huán)煉鋼工藝的開發(fā)與應(yīng)用

張波

摘 要：進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，國家大力提倡“節(jié)能降耗”、“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”、“可持續(xù)發(fā)展”的產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，這一政策也推進(jìn)了國內(nèi)冶金企業(yè)的改革進(jìn)程，尤其在爐底渣循環(huán)煉鋼工藝的開發(fā)與推廣方面，取得了突破性進(jìn)展，積極響應(yīng)了國家號(hào)召，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益與較好的社會(huì)效益。本文將針對120t煉鋼轉(zhuǎn)爐，采取爐底渣循環(huán)煉鋼工藝而產(chǎn)生的實(shí)際應(yīng)用效果展開論述。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐;爐底渣;循環(huán)煉鋼;開發(fā);應(yīng)用

應(yīng)用轉(zhuǎn)爐爐底渣循環(huán)煉鋼工藝主要是為了節(jié)省爐底渣的處理費(fèi)用，降低煉鋼原料、石灰以及礦石的原材料的消耗量，在滿足節(jié)能降耗環(huán)保要求的同時(shí)，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。但是，由于煉鋼轉(zhuǎn)爐在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，極易產(chǎn)生劇烈的碳氧反應(yīng)，而發(fā)生噴濺現(xiàn)象，當(dāng)這些噴濺物凝固后，就會(huì)形成爐渣混合物，如果不及時(shí)處理這些爐渣，就會(huì)發(fā)生二次污染或者安全事故，而爐底渣的循環(huán)煉鋼工藝恰恰可以使這些具有不安全因素的廢棄爐渣循環(huán)利用，既環(huán)保降耗，又經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

一、轉(zhuǎn)爐爐底渣的形成原理及成分

（一）爐底渣的形成原理

在轉(zhuǎn)爐處于工作狀態(tài)時(shí)，煉鋼吹煉過程中的碳元素與氧元素極易產(chǎn)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，而增加了煉鋼原料產(chǎn)生噴濺事故的幾率，在噴濺過程中，爐內(nèi)大量的金屬液體從轉(zhuǎn)爐爐口噴濺而出，順著爐體擋渣裙板流入爐坑，金屬液體經(jīng)過冷卻，凝固成固定渣鋼的混合物，而噴濺時(shí)產(chǎn)生的粘結(jié)物也會(huì)依附在氧槍、煙道以及爐口處，經(jīng)過長時(shí)間堆積形成了“胡須”狀的金屬物質(zhì)，這些物質(zhì)的合成體稱之為爐底渣，其中爐底渣的含鐵量為介于50%—100%之間，如果將這些高含鐵量的爐底渣運(yùn)送至廢渣處理廠，極易對周邊環(huán)境造成嚴(yán)重污染。

（二）轉(zhuǎn)爐爐底渣成分

轉(zhuǎn)爐爐底渣主要由爐口的噴濺物、清理物以及落入爐坑內(nèi)的爐渣組成，爐底渣成分組成及含量如表1所示。

二、轉(zhuǎn)爐爐底渣循環(huán)煉鋼工藝的開發(fā)

為了節(jié)省原料資源，充分利用爐底渣，降低成本，下面以120t轉(zhuǎn)爐為例，針對轉(zhuǎn)爐爐底渣循環(huán)煉鋼工藝的開發(fā)進(jìn)行闡述。

（一）氧壓控制

由于轉(zhuǎn)爐爐底渣表層較厚，為了使氧氣能夠順利穿透爐底渣，使吹煉過程順利開始，快速起燃，施加的氧氣壓力必須足夠大，氧氣流量必須足量，當(dāng)起燃過程達(dá)到正常區(qū)間后，可以將氧氣流量與壓力值調(diào)整到正常范圍[1]。由此可見，應(yīng)用爐底渣循環(huán)煉鋼工藝的爐次與常規(guī)的工藝相比，所需的氧氣供給量以及壓力值都有顯著提升。常規(guī)工藝與爐底渣循環(huán)煉鋼工藝氧氣流量值與壓力值比對如表2所示。

（二）槍位控制

相比于正常原料，爐底渣的熔點(diǎn)較低，將爐底渣投入轉(zhuǎn)爐后，應(yīng)在吹煉的開始階段就迅速熔化，這就使得吹煉開始階段的溫度上升緩慢，氧化鐵的消耗速度大幅下降。由于爐底渣的成分當(dāng)中含有部分氧化鐵，這就極易出現(xiàn)氧化鐵的堆集現(xiàn)象。此時(shí)，當(dāng)爐內(nèi)溫度升高到碳氧反應(yīng)的臨界值時(shí)，爐底渣中的氧化鐵與鐵水中的碳發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，而金屬液體順勢從爐口噴出，為了避免這一現(xiàn)象的發(fā)生，在應(yīng)用爐底渣循環(huán)煉鋼工藝爐次的前期，應(yīng)當(dāng)降低槍位，使溫度的上升速度加快，以減少氧化鐵的堆集量。

脫碳反應(yīng)最快的階段是煉鋼中期，此時(shí)的碳氧反應(yīng)需要消耗大量的氧化鐵，為了保證爐底渣的供應(yīng)量，避免出現(xiàn)爐底“返干”情況，必須對爐內(nèi)及時(shí)補(bǔ)充氧化鐵，可以采取調(diào)整吹煉槍位的方法，使氧化鐵的含量能夠滿足反應(yīng)要求。由此可見，為了確保煉鋼效果，在應(yīng)用爐底渣循環(huán)煉鋼工藝時(shí)，應(yīng)調(diào)高槍位，抑制碳氧反應(yīng)速度，預(yù)防煉鋼中期的爐底渣返干現(xiàn)象的發(fā)生。

（三）加料控制

在煉鋼的吹煉前期，應(yīng)保證溫度平穩(wěn)上升，避免氧化鐵的堆集現(xiàn)象，加入的石灰、輕燒白云石以及輕燒鎂球等熟料應(yīng)按照常規(guī)加入量的75%，同時(shí)必須嚴(yán)重控制好生燒白云石以及石灰石等生料的加入量，在加料過程中，切忌不要加入冷卻效應(yīng)相對較大的粗礦石。

在吹煉過程中主要是為了防止?fàn)t渣噴濺，以及充分熔化爐渣，可以按照噸鋼2—3kg的比例分批分次的添加石灰、輕燒白云石以及鎂球，直到滿足添加要求為止。礦石原料主要起到調(diào)節(jié)熔池溫度以及補(bǔ)充氧化鐵的作用，由于爐底渣的量較大，因此，礦石的加入量比采取常規(guī)工藝應(yīng)減少三分之二以上。

三、轉(zhuǎn)爐爐底渣循環(huán)煉鋼工藝的應(yīng)用效果

應(yīng)用爐底渣循環(huán)煉鋼工藝分為四個(gè)步驟，即清理—配斗—入爐—吹煉，清理是使用鏟車定期清理爐底渣，并堆放在指定地點(diǎn)，配斗是對爐底渣進(jìn)行稱重，并裝入廢鋼斗前端，入爐是將爐底渣與廢鋼同時(shí)裝入轉(zhuǎn)爐，吹煉則是為了避免煉鋼前期發(fā)生低溫溢渣或者噴濺事故，進(jìn)而將常規(guī)工藝轉(zhuǎn)化為爐底渣循環(huán)煉鋼工藝[2]。采用這種新型的循環(huán)煉鋼工藝收到了較好的應(yīng)用效果，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（一）煉鋼原料消耗量

轉(zhuǎn)爐爐底渣循環(huán)煉鋼工藝能夠有效回收爐底渣中含有的金屬，使吹煉過程的穩(wěn)定性得到大幅提升，而且在吹煉過程中，金屬的損失量也相應(yīng)減少，煉鋼原料的消耗量降低了4.5kg。

（二）石灰輕燒白云石的消耗量

爐底渣當(dāng)中的未熔石灰量占據(jù)9%左右，這部分石灰能夠完全取代相同量的石灰，使石灰的使用量大大下降，而應(yīng)用這種循環(huán)工藝，能夠吹煉前期的爐渣迅速熔化，避免了噴濺現(xiàn)象的發(fā)生。與此同時(shí)，石灰的消耗量也降至41.8kg，與采取常規(guī)工藝相比，降低了將近5kg。而輕燒白云石的噸鋼加入量也降至20.5kg，比采取常規(guī)工藝降低了將近2.5kg。

（三）礦石的消耗量

應(yīng)用轉(zhuǎn)爐爐底渣循環(huán)煉鋼工藝，加入的礦石量大約為采取常規(guī)工藝的60%左右，大大減少了加入量，同時(shí)，也降低了爐底渣噴濺事故的發(fā)生幾率。而且轉(zhuǎn)爐終渣氧化鐵的含量也由采取常規(guī)工藝的16.8%降低至現(xiàn)在的15.4%，使?fàn)t底渣對爐襯的侵蝕作用大幅降低，侵蝕速度放緩，延長了轉(zhuǎn)爐的使用壽命。

結(jié)束語：

通過應(yīng)用轉(zhuǎn)爐爐底渣循環(huán)煉鋼工藝，不但減少了煉鋼過程中的噴濺事故，而且節(jié)約了鋼鐵原料、石灰、輕燒白云石以及礦石的消耗量，在為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值的同時(shí)，也為企業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈崇雪，李相前，劉飛， 等.轉(zhuǎn)爐爐底渣循環(huán)煉鋼工藝的開發(fā)與應(yīng)用[J].寬厚板，2018，24（1）：40-42.

[2]朱國森，李海波，季晨曦.首鋼煉鋼技術(shù)的進(jìn)步與創(chuàng)新[J].上海金屬，2018，40（1）：1-7，27.