利用除塵焦粉替代增碳劑的生產(chǎn)試驗(yàn)

李士靖，李明軍，王建峰

（山東鋼鐵萊蕪分公司煉鋼廠，山東濟(jì)南 271126）

1 前 言

煉鋼工序出鋼過(guò)程需要消耗增碳劑以調(diào)整鋼液的成分，保證產(chǎn)品質(zhì)量性能。目前生產(chǎn)需要消耗增碳劑1～2 kg/t，由于生產(chǎn)廠家原料價(jià)格和電費(fèi)成本的提高，增碳劑采購(gòu)價(jià)格居高不下，增加劑價(jià)格5.4元/t，攤薄了產(chǎn)品效益。經(jīng)過(guò)查閱資料，有少量企業(yè)的煉鋼工序利用焦粉替代增碳劑，以降低產(chǎn)品成本。

山東鋼鐵萊蕪分公司（簡(jiǎn)稱(chēng)萊鋼）焦化廠每年生產(chǎn)焦炭320 余萬(wàn)t，因工藝產(chǎn)生的除塵焦粉3.6 萬(wàn)t，顆粒度小于3 mm。除塵焦粉主要用于燒結(jié)、回配煤煉焦和高爐煉鐵。有關(guān)研究表明，回配煤煉焦合適配比1%左右［1］，煉焦不能完全消納自己產(chǎn)生的除塵焦粉。而用于高爐煉鐵，由于顆粒細(xì)小粉面率高，損失較大，因此目前除塵焦粉主要利用方式是混合焦炭或無(wú)煙煤用于燒結(jié)工藝。為了持續(xù)降低生產(chǎn)成本，從焦化廠調(diào)撥除塵焦粉，試驗(yàn)除塵焦粉替代增碳劑生產(chǎn)的可行性。

2 工業(yè)生產(chǎn)試驗(yàn)

2.1 工業(yè)試驗(yàn)生產(chǎn)線概況

萊鋼煉鋼廠有2 套機(jī)械攪拌鐵水脫硫裝置，2座120 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，2座120 tLF，2臺(tái)10機(jī)10流小方坯連鑄機(jī)及其配套的輔助設(shè)施。主要產(chǎn)品HRB400、HRB500 系列鋼種軋制螺紋鋼，規(guī)格在Φ 50 mm 以下。主要工藝流程：KR 脫硫→頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→LF（吹氬）→連鑄。

2.2 試驗(yàn)方案

2.2.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)用的除塵焦粉來(lái)自焦化廠干熄焦工藝產(chǎn)生-儲(chǔ)存在焦粉倉(cāng)內(nèi)的原料，內(nèi)部調(diào)撥用于試驗(yàn)，由負(fù)壓罐車(chē)運(yùn)輸至儲(chǔ)存卸料倉(cāng)加工處理，包裝成標(biāo)準(zhǔn)小袋后利用。除塵焦粉和碳粉的物化指標(biāo)見(jiàn)表1。由表1 可知，除塵焦粉的固定碳含量86.26%，含碳量較高；有害元素硫的含量為1.16%，比煅煤增碳劑高0.83%；揮發(fā)分1.5%，煅煤增碳劑相當(dāng)；灰分12.17%，比煅煤增碳劑高3.67%；水分1.15%，比煅煤增碳劑高0.76%，而且除塵焦粉的顆粒度明顯比增碳劑更細(xì)小。

表1 物料的物化性質(zhì)及含水率

2.2.2 試驗(yàn)方法

煉鋼使用增碳劑的固定碳要求高，灰分、揮發(fā)分和硫、磷、氮等雜質(zhì)含量要求低，且干燥、干凈，粒度要求1～5 mm［2］，粒度適中，粒度太細(xì)小容易燒損，粒度太粗加入鋼包后浮在鋼液表面，不容易被鋼水吸收［3］。由于除塵焦粉的碳含量比煅煤增碳劑低，而硫、灰分等雜質(zhì)含量較高。為防止試驗(yàn)除塵焦粉替代增碳劑對(duì)生產(chǎn)管控和產(chǎn)品質(zhì)量造成較大波動(dòng)，要求只在生產(chǎn)螺紋鋼筋產(chǎn)品系列時(shí)，轉(zhuǎn)爐放鋼過(guò)程中試驗(yàn)利用除塵焦粉增碳，出鋼至1/4 時(shí)先加入脫氧劑，依次加入除塵焦粉和增碳劑，且每爐次利用除塵焦粉100 kg。碳元素的回收率按90%計(jì)算，目標(biāo)碳0.05%，每爐次仍需額外增碳使用原來(lái)煅煤增碳劑，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證除塵焦粉增碳效果，檢查試驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

（1）跟蹤7 d 寫(xiě)實(shí)試驗(yàn)481 爐次，生產(chǎn)期間過(guò)程管控平穩(wěn)。根據(jù)成品碳回歸分析，測(cè)算了除塵焦粉試驗(yàn)增碳實(shí)際碳元素的回收率，如表2 所示，碳元素的平均回收率87.30%，回收率的中位數(shù)86.53%。表2數(shù)據(jù)顯示：分位數(shù)達(dá)90%的碳元素回收率高于82.60%，分位數(shù)達(dá)75%以上的碳元素回收率高于84.90%，說(shuō)明回收率相對(duì)穩(wěn)定，回收率相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)操作人員使用影響不大，而且經(jīng)過(guò)LF工藝處理，也降低了試驗(yàn)對(duì)生產(chǎn)波動(dòng)的影響。

表2 試驗(yàn)焦粉碳元素的回收率 %

（2）除塵焦粉增碳25%的分位數(shù)偏低84.9%的原因分析：①除塵焦粉顆粒度0.1～0.5 mm，操作人員投入鋼包，一些包裝袋未接觸鋼液提前熔化，部分粉末被熱氣吹走，降低了除塵焦粉利用率，影響增碳效果。②焦粉顆粒細(xì)，有些編織袋封口不嚴(yán)，容易撒漏粉末，影響除塵焦粉的利用率。③放鋼終點(diǎn)碳偏低，鋼水氧化性強(qiáng)，脫氧劑加入不足的爐次，容易造成除塵焦粉燒損，增碳不穩(wěn)定，造成碳元素回收率低。所以，解決因除塵焦粉顆粒細(xì)小帶來(lái)的問(wèn)題，是提高碳元素回收率的關(guān)鍵，應(yīng)選用外層尼龍編織，內(nèi)層塑料薄膜的雙層包裝袋較為合適，并且封口結(jié)實(shí)嚴(yán)密。

（3）除塵焦粉增碳對(duì)鋼液溫度的影響與煅煤增碳劑接近，并且鋼液產(chǎn)品經(jīng)過(guò)LF處理后，溫度差異對(duì)生產(chǎn)沒(méi)有影響。

（4）焦粉增碳與煅煤增碳劑相比，加入100 kg除塵焦粉能增加硫0.000 6%，對(duì)于普通螺紋鋼種而言可以忽略不計(jì)。

（5）每天隨機(jī)抽檢5爐次使用除塵焦粉增碳的鋼坯，切割銑平后，用35%的工業(yè)鹽酸水溶液電解腐蝕25 min，試樣取出后用清水清洗腐蝕面并干燥。依照GB/T 226—2015《鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢驗(yàn)法》，進(jìn)行低陪檢驗(yàn)和缺陷檢驗(yàn)情況。鑄坯坯樣檢測(cè)結(jié)果表明，中心偏析、中心疏松、中間裂紋、中心裂紋、角部裂紋、表面裂紋、邊部裂紋、皮下氣泡、夾雜、縮孔都沒(méi)有，試驗(yàn)階段利用除塵焦粉替代增碳劑生產(chǎn)鋼筋對(duì)鑄坯質(zhì)量沒(méi)有顯著影響。

（6）為了檢查鋼材內(nèi)細(xì)小的夾雜和缺陷，抽檢了性能偏低的鋼材進(jìn)行金相檢驗(yàn)，依照GB/T 10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定方法》，經(jīng)將金屬試樣進(jìn)行切割、鑲嵌、磨光、拋光、腐蝕處理后［4］，采用掃描電鏡SEM 進(jìn)行顯微攝像觀察，選取最嚴(yán)重視場(chǎng)進(jìn)行評(píng)級(jí)，見(jiàn)圖1a所示，夾雜物呈現(xiàn)灰黑色，且有明顯的界線，有延展變形，形態(tài)比大于3，最寬處大于9 μm，屬于細(xì)系2.0級(jí)C類(lèi)夾雜物形貌；圖1b夾雜物呈黑色顆粒，延軋線聚集排列，形態(tài)比小于3，屬于細(xì)系0.5 級(jí)C 類(lèi)夾雜物形貌；硅酸鹽類(lèi)夾雜屬于內(nèi)生夾雜，主要是由于生產(chǎn)螺紋鋼筋時(shí)，采取拉速高生產(chǎn)周期短，精煉時(shí)間少、澆鑄時(shí)間短，不利用硅酸鹽類(lèi)夾雜上浮去除。用X 射線能譜儀進(jìn)行分析夾雜物元素，ImageJ軟件統(tǒng)計(jì)分析元素含量，試樣表面有氧化物、硫化物及硅鋁酸鹽類(lèi)復(fù)合夾雜物，K線譜檢驗(yàn)夾雜物組成元素見(jiàn)表3所示，利用除塵焦粉代替增碳劑生產(chǎn)螺紋鋼筋，硫化物并沒(méi)有明顯增加，硫化物是與鋼水中硫含量成正相關(guān)性，也證明了除塵焦粉并沒(méi)有顯著增加鋼水硫含量，與非試驗(yàn)鋼種相比無(wú)明顯差異，觀察試樣其余視場(chǎng)無(wú)異常組織，屬于正常的鐵素體+珠光體，無(wú)晶粒粗大現(xiàn)象，符合熱軋帶肋鋼筋的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 金相檢驗(yàn)照片

表3 夾雜物組成元素 %

（7）試驗(yàn)除塵焦粉增碳的爐次產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)連鑄—熱軋后，進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)，整理241 爐次鋼材力學(xué)性能檢驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。按照GB/T 1499.2—2018，HRB400 屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)＞400 MPa，HRB500屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)＞500 MPa，HRB400抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)＞540 MPa，HRB500抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)＞630 MPa，鋼筋產(chǎn)品力學(xué)性能都符合要求。

表4 HRB400E鋼材力學(xué)性能檢驗(yàn)

（8）效益測(cè)算。萊鋼內(nèi)部調(diào)撥除塵焦粉價(jià)格650 元/t，與煅煤增碳劑的價(jià)格相比，低2 200 多元，如果每月用除塵焦粉替代增碳劑300 t，每月可以降低工序成本66萬(wàn)元，噸鋼降低成本2元。

4 結(jié) 語(yǔ)

利用除塵焦粉增碳替代增碳劑試驗(yàn)7 d，生產(chǎn)管控過(guò)程平穩(wěn)，未有較大波動(dòng)。提高除塵焦粉碳元素的回收率，應(yīng)選用外層尼龍編織，內(nèi)層塑料薄膜的雙層包裝袋并且封口嚴(yán)實(shí)。在目前生產(chǎn)線工藝不變的情況下，利用除塵焦粉增碳替代增碳劑生產(chǎn)棒材螺紋鋼系列產(chǎn)品，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量沒(méi)有顯著的影響。從降本增效角度考慮，廉價(jià)的除塵焦粉作為部分增碳劑替代品具有較好的經(jīng)濟(jì)性。