鋼包注余LF精煉渣熱態(tài)綜合利用技術(shù)開發(fā)實踐

趙明哲

（天津鐵廠有限公司  河北 涉縣）

摘要：天津鐵廠有限公司（以下簡稱天鐵公司）前期對鋼包注余精煉渣處理方法為與轉(zhuǎn)爐渣混合后回收其中的渣鋼，產(chǎn)生的尾渣進(jìn)行銷售，但這種工藝嚴(yán)重制約了鋼渣處理效果，形象了尾渣質(zhì)量，不能滿足天鐵公司及下游建材企業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展需要。本文根據(jù)天鐵公司技術(shù)開發(fā)實踐，介紹一種適應(yīng)當(dāng)下鋼鐵企業(yè)鋼包注余精煉渣熱態(tài)綜合利用技術(shù)開發(fā)方法及過程。

關(guān)鍵詞：鋼鐵冶金；固廢處理；鋼渣利用；節(jié)能減排

1 開發(fā)背景及現(xiàn)狀分析

天鐵公司LF精煉渣量約為鋼水量的1%。前期處理方式為與轉(zhuǎn)爐渣混合后破碎、篩分、磁選后對尾渣進(jìn)行出售。但是在這種處理工藝中，出現(xiàn)的水嘴堵塞問題較單純轉(zhuǎn)爐渣更為嚴(yán)重，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，這是由于精煉渣堿度較高，成分如表1所示，其中含有的氧化鈣較高，這樣的渣經(jīng)過水化后往往較黏，與轉(zhuǎn)爐渣存在較大的差別，處理十分困難。現(xiàn)有技術(shù)資[1]也指出，這樣的轉(zhuǎn)爐渣在悶渣等消解處理時很難充分反應(yīng)，導(dǎo)致尾渣穩(wěn)定性較差，難以滿足建材生產(chǎn)要求，甚至由于未充分消解的CaO的存在，后續(xù)建筑物中繼續(xù)發(fā)生膨脹，而導(dǎo)致一定的建筑安全隱患，很顯然加入的精煉注余渣對鋼渣處理是十分有害的。

表1 天鐵公司LF精煉渣成分

另一方面，精煉注余渣各方面物理性能與精煉過程渣十分相似，其中含有的CaO、AL₂O₃均是LF精煉生產(chǎn)中的重要頂渣組分。而精煉注余渣與過程頂渣主要區(qū)別為由于加入覆蓋劑為中性甚至酸性，對堿度存在一定影響，天鐵公司使用的中性鋼包覆蓋劑成分如表2所示。同時由于已經(jīng)進(jìn)行過脫硫反應(yīng)，硫容量相應(yīng)下降。因此我們決定對精煉注余渣熱態(tài)利用問題開展研究，以實現(xiàn)變害為利、變廢為寶的節(jié)能減排效果。

表2 鋼包覆蓋劑化學(xué)成分

2注余精煉渣熱態(tài)循環(huán)利用技術(shù)開發(fā)

經(jīng)LF精煉爐處理后的精煉爐渣具有高堿度、低氧化性的特點，天鐵公司LF精煉渣成分如表1所示。而精煉渣循環(huán)利用還可以節(jié)約造渣輔料、減少石灰與螢石用量。同時，實現(xiàn)澆注后余鋼回收、可進(jìn)一步提高金屬收得率，減少工業(yè)廢物的排放，實現(xiàn)綠色環(huán)保生產(chǎn)，但在實際試驗中，出現(xiàn)了一些控制困難問題，故做進(jìn)一步深入研究。

（1）影響鋼包正常周轉(zhuǎn)和使用。鋼包完成澆注后需要掛底鉤，并在轉(zhuǎn)爐準(zhǔn)備出站時兌入，需要一定的等待和操作時間。而由于計劃進(jìn)行注余回收操作，連鑄環(huán)節(jié)出于避免或減少下渣考慮，往往控制包內(nèi)剩余鋼水較不回收爐次明顯增多，在鋼包周轉(zhuǎn)不良時，這些剩余鋼水及部分熔渣發(fā)生冷卻凝固形成包底、渣底，造成此鋼包下次投入使用時熱量不足，甚至堵塞透氣磚。針對此問題應(yīng)加強生產(chǎn)節(jié)奏管理，加強對包況檢查，提高操作水平，當(dāng)發(fā)現(xiàn)下包后不能及時完成頂兌的情況時不執(zhí)行頂兌工藝。

針對保證鋼包正常周轉(zhuǎn)，應(yīng)注意嚴(yán)格杜絕注余渣底兌。在天鐵公司實際生產(chǎn)中，曾經(jīng)出現(xiàn)部分爐次急于清空鋼包，而將注余渣兌入尚未出鋼的鋼包中的現(xiàn)象。由于注余渣溫度較低，而待出鋼的鋼包本身溫度更低，一般為800至900℃，遠(yuǎn)低于注余鋼、渣熔點，這種操作將導(dǎo)致這些注余物很快在鋼包中凝固，形成包底、渣底，導(dǎo)致透氣磚堵塞，及進(jìn)一步精煉困難。因此，一旦出現(xiàn)急于清空鋼包，而轉(zhuǎn)爐未完成冶煉情況，應(yīng)果斷放棄頂兌。

（2）補加渣料量難以確定。由于LF精煉區(qū)域空間狹小，頂兌操作只能在轉(zhuǎn)爐爐后進(jìn)行，指揮頂兌人員只能通過對講機(jī)等通信方式與LF精煉操作人員溝通，而注余回收量各爐次間極不穩(wěn)定，且精煉渣往往具有一定的發(fā)泡性，視覺判斷困難，LF精煉操作人員難以準(zhǔn)確掌握實際回收量，后續(xù)冶煉過程補加渣料量缺少依據(jù)，也只能在初渣形成后取樣分析判斷，同樣具有一定的滯后性。針對此問題應(yīng)注意提高冶煉前期各種操作速度，同時減少第一次加熱時間，在條件允許的情況下盡快取渣樣分析確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)渣量不足或堿度不足果斷進(jìn)行調(diào)整。

（3）包內(nèi)鋼水、渣在空氣中發(fā)生氧化，主要存在于頂兌不及時，注余渣長時間滯留包次，及在頂兌時，注余鋼、渣發(fā)生散流，與空氣接觸面積過大包次。導(dǎo)致精煉處理時渣氧化性可能偏高，且具體情況不易掌控，只能在初渣形成后取樣分析判斷，具有一定的滯后性。改進(jìn)措施同前項。

（4）兌入量較大時導(dǎo)致調(diào)碳困難。兌入量較大時，渣層過厚，我公司精煉爐僅使用碳粒增碳，其密度較小，無法在重力作用下自然穿透渣層，只能開大氬氣，吹開渣層，將碳粒加到裸露的鋼水中，但往往渣層過厚，無法將渣面完全吹開，依然造成碳收得率較低的問題。針對此問題首先應(yīng)在轉(zhuǎn)爐環(huán)節(jié)盡量穩(wěn)定碳含量，并在精煉環(huán)節(jié)增設(shè)碳線微調(diào)碳工藝，以保證碳含量范圍較窄鋼種的需求。

（5）有時頂兌前鋼包內(nèi)渣層已經(jīng)結(jié)殼，將注余鋼水和熔渣兌入后未能將渣殼破解，進(jìn)而鋼水以上形成從上至下渣-鋼-渣的夾層結(jié)構(gòu)，給后續(xù)處理過程造成困難甚至隱患。針對此問題，首先應(yīng)優(yōu)化生產(chǎn)節(jié)奏，避免鋼水等待時間過長。一旦出現(xiàn)精煉前等待時間過長，等待期間應(yīng)投入適量覆蓋劑避免結(jié)殼，同時經(jīng)常關(guān)注底吹流量，保證渣層適當(dāng)?shù)牟▌蛹盁崃垦a償。

（6）部分注余鋼、渣成分不合，主要為硅、磷、硫含量過高。硅含量過高主要危害為降低頂渣堿度，影響精煉工序去夾雜、脫硫等各種過程能力，產(chǎn)生原因主要為轉(zhuǎn)爐下渣，因此轉(zhuǎn)爐發(fā)生下渣的爐次，如未能實現(xiàn)充分脫氧，澆注完成后不應(yīng)進(jìn)行頂兌。磷含量過高主要危害為導(dǎo)致鋼水增磷，產(chǎn)生原因主要原因也為轉(zhuǎn)爐下渣。硫含量過高主要原因為個別爐次精煉到站鋼水硫含量偏高，精煉脫硫負(fù)荷大；及反復(fù)多次進(jìn)行注余回收的爐次。硅、磷、硫含量偏高的注余渣不應(yīng)進(jìn)行注余回收，注余回收循環(huán)不應(yīng)超過三次，如許進(jìn)一步利用冷態(tài)注余精煉渣，可采用氧化法^[3]、水熱法^[4]對渣進(jìn)行脫硫；硅含量要求低的鋼種不應(yīng)進(jìn)行注余回收。

3 注余熱態(tài)精煉渣用作鐵水預(yù)處理技術(shù)開發(fā)

實際生產(chǎn)中，常常出現(xiàn)部分爐次不滿足注余精煉渣熱態(tài)循環(huán)利用條件，主要包括以下情況

（1）部分爐次轉(zhuǎn)爐出鋼量過大，鋼包凈空不足，缺少熱渣頂兌空間。

（2）注余爐次渣中硅、磷、硫含量偏高，如進(jìn)行頂兌，反而導(dǎo)致冶煉爐次冶煉過程能力的惡化。

（3）低硅鋼種需要盡量減少渣中硅含量，如前文所述，注余渣由于加入中性甚至酸性覆蓋劑后，硅含量偏高，不允許進(jìn)行頂兌。

（4）生產(chǎn)節(jié)奏不允許進(jìn)行頂兌。如生產(chǎn)節(jié)奏過于緊張，必須盡快完成冶煉，而頂兌操作一般需要2至5分鐘的準(zhǔn)備、兌渣時間；急于清空鋼包，騰出天車等?；蛏a(chǎn)節(jié)奏過慢，注余鋼、渣長時間滯留包內(nèi)，將導(dǎo)致包況的嚴(yán)重惡化。

以上這些情況的存在導(dǎo)致部分爐次注余鋼、渣不能直接頂兌利用。傳統(tǒng)方法為直接將這些注余物倒掉，這顯然是一種嚴(yán)重的浪費，同時導(dǎo)致后續(xù)鋼渣處理工序生產(chǎn)負(fù)荷。針對這一問題。我們開展研究，提出可利用這些鋼包注余渣用作轉(zhuǎn)爐渣洗料鐵水預(yù)處理。

我們首先對鋼包注余渣用作轉(zhuǎn)爐渣洗料進(jìn)行研究。轉(zhuǎn)爐出鋼溫度較高，一般高于1550攝氏度，可以滿足注余渣呈液態(tài)，同時利用出鋼鋼液沖擊力左右動力源，可很好的實現(xiàn)鋼—渣的充分接觸。但是轉(zhuǎn)爐出鋼時鋼液未經(jīng)過脫氧，不具備良好的脫硫效果。同時因前文所述原因，注余鋼、渣不能在待出鋼的鋼包內(nèi)加入，否則將增加形成包底、渣底的風(fēng)險，進(jìn)而導(dǎo)致鋼包不透氣，并最終嚴(yán)重惡化精煉過程能力。由于以上兩個原因，顯然不能通過熱渣底兌的方式進(jìn)行渣洗操作，這樣就只能在出鋼過程中兌入鋼渣，然后繼續(xù)完成出鋼，但很顯然這種操作在實際生產(chǎn)中是不可能實現(xiàn)的，出鋼過程不能中止后繼續(xù)，否則將嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)奏。因此精煉注余渣用作轉(zhuǎn)爐出鋼過程渣洗料是無法有效實現(xiàn)的。

我們將進(jìn)一步研究方向確定為利用精煉注余渣作為鐵水預(yù)處理原料。高爐生產(chǎn)的鐵水呈還原性，是很好的脫硫時機(jī)^[5]。利用鐵水還原性對鐵水進(jìn)行預(yù)脫硫也是業(yè)內(nèi)普遍采用的工藝。精煉渣具有高堿度特點，是良好的脫硫原料，熱態(tài)精煉注余渣含有較高的物理熱，利用該物料進(jìn)行預(yù)脫硫，對鐵水的溫降作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)生產(chǎn)中所用的石灰；本身即為熔融狀態(tài)，與鐵水接觸、反應(yīng)性能十分優(yōu)越。同時，按照天鐵公司鐵水成分，如表3所示，注余渣中含有的各種元素不會對鐵水造成污染。因此，將不能熱態(tài)循環(huán)利用的精煉注余渣加入待出鐵的鐵水包中，并進(jìn)而利用出鐵時鐵流的沖擊作為動力源實現(xiàn)鐵水的預(yù)脫硫是十分理想的。需要指出的是，與常規(guī)噴吹、攪拌法鐵水預(yù)脫硫一樣，采用此方法進(jìn)行鐵水預(yù)處理也需要扒渣處理，以防止硫含量較高的鐵水頂渣在轉(zhuǎn)爐氧化環(huán)境中回硫。

表3 天鐵公司鐵水成分

但是，這種操作也同樣出現(xiàn)了一定的困難，天鐵公司鐵水溫度一般在1300至1400℃范圍，即使精煉注余渣整體為七鋁十二鈣（12CaO•7Al₂O₃），其熔點仍然高達(dá)1392℃^[2]，很難滿足保證精煉注余渣在整個過程中呈液態(tài)，而其一旦降溫結(jié)塊，與鐵水的接觸、反應(yīng)性能就會受到嚴(yán)重制約。因此我們采取在待出鐵的鐵包中加入100kg螢石的方法，解決了這一問題，取得了良好效果。

4 結(jié)論

對鋼包注余LF精煉渣實現(xiàn)熱態(tài)綜合利用，可以充分利用其包含的物理熱和有效化學(xué)組元，同時避免了傳統(tǒng)處理工藝帶來的鋼渣處理加工困難和尾渣污染問題，從而實現(xiàn)了變害為利、變廢為寶的節(jié)能減排效果。業(yè)內(nèi)企業(yè)可按照本企業(yè)具體生產(chǎn)特點，在本研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步實施技術(shù)開發(fā)，形成更具針對性和適用性的技術(shù)方案。

參考文獻(xiàn)

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[4]  何環(huán)宇,倪紅,衛(wèi)甘,等.精煉鋼渣硫賦存形式及含硫相形成機(jī)理[J].鋼鐵,2009,44(3):32.

[5]  孟凡玉,劉彥平,霍自美,等, LF精煉脫硫工藝改進(jìn)[J].山東冶金,2007,29:24.