工業(yè)合成“低硅高純螢石球”替代“自然螢石”在煉鋼冶煉中的應(yīng)用

沈志進(jìn)，馬連軍

（西寧特殊鋼股份有限公司，青海 西寧 810005）

近年來，隨著國家對礦山環(huán)保整改力度不斷加大，符合鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)要求的高品位螢石礦山企業(yè)大幅關(guān)閉。一些企業(yè)加大資金投入進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及改造。導(dǎo)致煉鋼企業(yè)螢石采購成本不斷提高。在此環(huán)境下，作者為保證公司正常生產(chǎn)經(jīng)營，降低采購成本，提出用工業(yè)合成“低硅高純螢石球”替代自然螢石[1]。并在西寧特殊鋼股份有限公司三煉車間煉鋼使用中起到了很好的效果，且大幅降低了采購成本（單價降低約15%）。

1 “低硅高純螢石球”的研發(fā)、工業(yè)合成過程及應(yīng)用特性

優(yōu)質(zhì)螢石塊礦資源隨我國工業(yè)用戶的增加和環(huán)保壓力的加大而變得緊缺。為了有效利用這類尾礦資源，同時為解決環(huán)境污染問題，“富鋼德宇螢石球有限公司”開發(fā)了一種新型低硅高純螢石球的制造工藝及設(shè)備。是通過對資源豐富的低品位、高雜質(zhì)含量的自然螢石與有色金屬尾礦及高雜質(zhì)、高環(huán)境污染的工業(yè)廢渣加以融合。在藥劑作用下進(jìn)行浮選處理，從而獲得冶煉優(yōu)質(zhì)螢石浮選粉；再加入有機(jī)或無機(jī)粘結(jié)劑根據(jù)冶煉要求粒度壓球后烘干；產(chǎn)品“低硅高純螢石球”的抗壓強(qiáng)度大于4N/mm2S、P等有害雜質(zhì)含量較低。經(jīng)過多次實驗和認(rèn)證的加工工藝和配方，使工業(yè)合成的“低硅高純螢石球”具有有韌性強(qiáng)，純度高、雜質(zhì)少、粒度分布均勻、不易成粉末狀等優(yōu)質(zhì)特性。在煉鋼使用過程中大大減少了資源的浪費和礦產(chǎn)資源的環(huán)境污染。以資源的有效利用換取最大的經(jīng)濟(jì)效益。同時也為黃金行業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的輔助材料[2]。

2 “低硅高純螢石球”在冶煉過程中的實際使用效果

西寧特殊鋼股份有限公司前期冶煉用螢石分為三個級別：

一 級 品：粒 度：20mm ～40mm；CaF2≥90%；SiO2≤9%；S≤0.1%；P≤0.06%。

二級品：粒度：20mm ～40mm；CaF2≥85%；SiO2≤14%；S≤0.15%；P≤0.06%。

三級品：粒度：20mm ～40mm；CaF2≥80%；SiO2≤19%；S≤0.2%；P≤0.08%。

目前符合以上要求的自然資源十分稀缺，采購價格居高不下。鑒于此實際情況，西寧特殊鋼股份有限公司委托“富鋼德宇螢石球有限公司”根據(jù)公司冶煉要求加工后，在本公司三煉車間于2019 年8 月12 日～2019 年8 月14 日在1#精煉爐和4#精煉爐進(jìn)行了初步試驗，達(dá)到如下使用效果：

（1）低硅高純螢石求中“CaF2”含量較穩(wěn)定，且其他雜質(zhì)含量明顯低于自然螢石的雜質(zhì)含量，因此螢石球更利于渣系穩(wěn)定。

（2）低硅高純螢石球用于調(diào)整渣系具有明顯效果，調(diào)渣后流動性良好。

（3）目前“低硅高純螢石球”生產(chǎn)原料較為充足，供應(yīng)穩(wěn)定，較自然螢石采購單價降低15%左右。低硅高純螢石球作為冶金輔助材料，可用于不銹鋼、特鋼、高爐和有色金屬冶煉。不僅為低品位廢物資源的利用找到了途徑，而且解決了尾礦的環(huán)境污染問題。以有限的資源獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，螢石球中雜質(zhì)少，質(zhì)量穩(wěn)定，粒徑均勻，且具有粉碎率低、不易受潮的優(yōu)點，可提高冶煉渣速度，也可以縮短冶煉時間。今后將被更多用戶接受使用。

3 低硅高純螢石球的應(yīng)用與展望

我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，作為國防、民生工業(yè)基礎(chǔ)的鋼鐵企業(yè)發(fā)展勢頭尤為突出。但是，螢石自然資源的過度開發(fā)使自然環(huán)境破壞嚴(yán)重。導(dǎo)致自然環(huán)境的保護(hù)與礦產(chǎn)資源的開發(fā)出現(xiàn)矛盾。也是現(xiàn)階段我國環(huán)保工作的重點。所以優(yōu)質(zhì)的自然螢石資源開發(fā)門檻越來越高，資源越發(fā)稀缺，導(dǎo)致螢石生產(chǎn)成本及價格價格一路上漲，使煉鋼企業(yè)生產(chǎn)成本大幅提高，低硅高純螢石球在冶煉中應(yīng)用和推廣，對解決這一“矛盾”起到了有力的推動作用：

（1）減少螢石礦山剝離層厚度及深度開采，有效的減小對自然環(huán)境的破壞程度。

（2）螢石尾礦及冶煉金屬渣的再利用，大大減少了資源的浪費和礦產(chǎn)資源的環(huán)境污染。

（3）由純礦山開采到工業(yè)加工的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變，大幅降低了工人的體力勞動消耗，有效改善了勞動環(huán)境，更能體現(xiàn)現(xiàn)時代“以人為本”的工作理念。

（4）以“人為”替代“自然”，實現(xiàn)螢石球成分、規(guī)格可控，在具體應(yīng)用中彌補(bǔ)自然螢石的缺陷（主要表現(xiàn)為有害氣體排放、有害化學(xué)元素殘留等情況），從而推動經(jīng)濟(jì)效益和自然和諧發(fā)展。

（5）當(dāng)前我國生產(chǎn)低硅高純螢石球的原材料資源豐富，開發(fā)成本較低，受環(huán)境保護(hù)壓力較小，生產(chǎn)成本較自然螢石開采大幅降低，在冶煉中應(yīng)用能夠大幅降低冶煉成本。

3 低硅高純螢石球在冶煉中分類應(yīng)用

3.1 高爐冶煉

自然螢石在高爐冶煉過程中起到“洗爐作用”，可諸多實踐表明高爐配加大量的自然螢石后，其產(chǎn)生危害有時往往大于其所產(chǎn)生的“洗爐效果”，調(diào)劑不當(dāng)時，往往適得其反，給高爐冶煉帶來嚴(yán)重的后果。在高爐冶煉過程中比作一劑藥，常說“藥到病除”又說“是藥三分毒”，說的就是適量用“藥”的問題，由于自然螢石成分不可人為控制，有害物質(zhì)含量復(fù)雜，在高爐冶煉過程中加入量往往做不到嚴(yán)格控制，所以低硅高純螢石球在高爐冶煉中取代自然螢石勢在必行。將在高爐冶煉生產(chǎn)過程中取得經(jīng)驗經(jīng)濟(jì)效益[4]。

3.2 在不銹鋼冶煉中的應(yīng)用

不銹鋼冶煉過程中鐵水需要脫磷、脫硫和脫碳。而結(jié)渣劑、脫硫劑和還原劑中需要CaF2。自然螢石因有害元素不受人為控制，在不銹鋼冶煉過程中，對于爐內(nèi)煉鋼材料的作用不明顯，且消耗量大，導(dǎo)致煉鋼時間過長。低硅高純螢石球有著融合反應(yīng)速度快以及除磷效果高的特點，在冶煉過程中能夠縮短冶煉時間，提高工作效益，因此，達(dá)到了滿足不銹鋼冶煉產(chǎn)品質(zhì)量要求[3]。例如，不銹鋼廠采用鐵水罐脫磷，加入石灰和鐵礦粉。用螢石將鐵水中的磷從0.15%降到0.08%以下，自然一級品螢石用量為1.93kg/t ～2.3kg/t。若加入同品位、同量的高純螢石球脫磷速度更快效果更為明顯。其可控化的品位含量，非常有利于不銹鋼數(shù)字化冶煉發(fā)展方向。

3.3 鐵水預(yù)處理

為了在鐵水進(jìn)入煉鋼爐前除去一些有害成分或者回收一些有益成分的常用方法是鐵水預(yù)處理在爐外進(jìn)行鐵水脫硫。近年來，預(yù)處理技術(shù)被廣泛應(yīng)用。鐵水爐外脫磷脫硅簡化煉鋼工藝工藝，提高鋼質(zhì)量，脫硅后加入鐵水對石灰和螢石進(jìn)行鐵水脫磷，以控制適當(dāng)?shù)膲A度和溫度可使脫磷率達(dá)到90%以上。鐵水預(yù)處理溫度溫度低于煉鋼溫度，一般在1300℃～1400℃之間在煉鋼過程中，石灰的造渣過程變得更加困難（石灰熔點2100℃，必須用一定量的螢石來輔助石灰的形成熔渣。一般來說，鐵水脫硫預(yù)處理中螢石的添加量為鐵水脫磷預(yù)處理1kt ～1.5kt（CAF：75%左右）螢石用量為3kt ～5kt（CAF：75%左右）。然后采用深度脫硫操作，即先采用鈣基復(fù)合脫除淺層脫硫采用硫劑，深層脫硫采用電石純鐵水的用途。這里用低硅高純螢石替代螢石，以確保鐵水有害物質(zhì)的可控與添加量的有效可控。

3.4 煉鋼

煉鋼（粗加工）通常根據(jù)爐渣的熔化情況加入助熔劑螢石助熔劑可以解決煉鋼過程中的熔渣問題熔化不良引起的液態(tài)金屬飛濺和濺渣，確保冶煉安全。在使用的礦物中，只有螢石能顯著降低爐渣熔點的礦物。轉(zhuǎn)爐和電弧爐在煉鋼過程中，它具有其他原始礦物無法比擬的造渣作用，會很快變成渣。中國用螢石作焊劑轉(zhuǎn)爐和電弧爐在煉鋼中很常見。在國外鋼廠也有廣泛的應(yīng)用。此外，根據(jù)CAF：75%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，一般用法是2Kg/T ～3Kg/T，僅蛋白胨法每年需要65 萬噸冶金級螢石。因此，螢石在冶金工業(yè)中具有廣闊的市場前景。為了提高鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，擴(kuò)大冶煉我國鋼水二次精煉技術(shù)。造渣材料品是一種小的活性石灰和螢石（CAF：根據(jù)75%和鋁土礦熟料。根據(jù)不同的精煉工藝，能夠確定差異。冶金級螢石每年需要在二次精煉過程中消耗3758 噸/年～563300 噸/年。全國鋼鐵冶金行業(yè)每年所需冶金品位的粗略計算螢石（根據(jù)CAF，質(zhì)量百分比為75%）為145 萬噸～185 萬噸[5]。由于螢石資源的精確，將來利用“低硅高純螢石球”替代“自然螢石”市場前景廣闊

4 結(jié)論

（1）螢石作為助熔劑，在冶金工業(yè)中廣泛應(yīng)用。廣泛應(yīng)用于鋼鐵冶煉、鐵合金生產(chǎn)、鐵水預(yù)處理等行業(yè)煉鋼（粗加工）和精煉。可以提高爐渣的流動性和去除率硫、磷、螢石等有害雜質(zhì)。而低硅高純螢石球的使用能夠確保對環(huán)境影響小的情況下，實現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)效益。因此，低硅高純螢石球已然成為了我國現(xiàn)代冶金工業(yè)的重要組成部分。也是一種不可多得的礦物原料。

（2）在不冶煉鋼鐵廠使用低硅高純螢石球后，能夠降低自然螢石的使用量。同時，石灰用量也大幅度降低。低硅高純螢石球能夠縮短冶煉鋼鐵的使用時間，延長了高爐的使用壽命，降低生產(chǎn)成本。為公司帶來經(jīng)濟(jì)效益。

（3）螢石球有限公司生產(chǎn)低硅高純螢石鋼球品位高，雜質(zhì)少，質(zhì)量穩(wěn)定，粒度均勻，強(qiáng)度高，粉化率低，不易受潮，能迅速提高冶煉渣速提高鋼水純度，縮短冶煉時間它有利于數(shù)字化冶煉，是不銹鋼冶煉的優(yōu)質(zhì)輔助材料。