楚士進(jìn)，楊凱峰，閆棟，孫輝
（山東石橫特鋼集團(tuán)有限公司煉鋼廠，山東 肥城 271612）
摘要：為降低生產(chǎn)成本，石橫特鋼進(jìn)行了生白云石代替鎂球、輕燒白云石，石灰石部分代替石灰，轉(zhuǎn)爐磁選渣和粉渣球代替螢石、鐵礬土、礦石造渣的工業(yè)試驗(yàn)，結(jié)果證明生白云石完全能滿足生產(chǎn)需要，石灰石可以部分代替活性石灰，目前鎂球和輕燒白云石完全由生白云石代替，石灰石加入量達(dá)到12.09 kg/t，石灰消耗減少7.25 kg/t，噸鋼造渣材料消耗成本降低4.75元。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐煉鋼；造渣材料；生白云石；石灰石；磁選渣
1 前言
石橫特鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼工序成本中，噸鋼造渣材料消耗成本約為15 元/t，主要結(jié)構(gòu)為提供CaO 的活性石灰、石灰石，提供MgO 的生白云石、輕燒白云石和鎂球等鎂質(zhì)材料以及螢石、礦石等。鐵水的成分和帶渣量，尤其是Si、P、S 的含量對(duì)轉(zhuǎn)爐造渣材料的消耗影響很大，同時(shí)也與所冶煉鋼中的P、S 含量要求關(guān)系密切。如果鐵水本身的Si、P、S 含量較高，而所冶煉鋼種要求P、S 的含量又較低，勢(shì)必造成造渣材料尤其是石灰消耗升高，爐體維護(hù)任務(wù)增加，導(dǎo)致鎂球等材料消耗增加。
因此，執(zhí)行精料方針，提高鐵水質(zhì)量，降低造渣材料消耗是國(guó)內(nèi)外高爐—轉(zhuǎn)爐冶煉工藝一直努力的方向，也是提高鋼水質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本的必由之路。本研究旨在優(yōu)化造渣材料結(jié)構(gòu)，以降低鐵損，降低造渣材料成本［1-2］。
2 造渣材料優(yōu)化實(shí)踐
通過(guò)與先進(jìn)企業(yè)對(duì)標(biāo)交流學(xué)習(xí)，根據(jù)煉鋼廠內(nèi)部副產(chǎn)品消耗的實(shí)際情況，確定了造渣材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化內(nèi)容：一是生白云石代替鎂球、輕燒白云石；二是石灰石部分代替石灰；三是轉(zhuǎn)爐磁選渣和粉渣球代替螢石、鐵礬土、礦石。
2.1 生白云石代替鎂球、輕燒白云石
1）試驗(yàn)方案。生白云石是碳酸鈣和碳酸鎂的復(fù)鹽，分子式為CaCO3·MgCO3。輕燒白云石是由生白云石經(jīng)過(guò)煅燒后形成的，主要成分為CaO·MgO。鎂球則是由電熔鎂砂與粘結(jié)劑經(jīng)過(guò)研磨、混合、擠壓形成，主要成分是MgO。這3 種材料都可以直接或間接為轉(zhuǎn)爐提供（MgO），而保證渣中（MgO）的飽和含量是保證濺渣護(hù)爐效果的關(guān)鍵。為保證生產(chǎn)順行，制定了循序漸進(jìn)的試驗(yàn)方案。
方案1：輕燒白云石與生白云石搭配使用，完全取代鎂球。原則：根據(jù)爐況、渣量，首先確定正常生產(chǎn)情況下輕燒白云石的加入量，逐步減少并最終完全取代鎂球，研究輕燒白云石與生白云石的加入方法。鐵水硅含量低時(shí)，在轉(zhuǎn)爐開吹后，首先加入部分輕燒白云石，隨后在第1 批石灰加完后，陸續(xù)補(bǔ)充生白云石，代替剩余輕燒白云石的同時(shí)，取消鎂球消耗。在鐵水硅含量高時(shí)，在開吹后加入輕燒白云石的同時(shí)，加入部分生白云石抑制溢渣。
鐵水Si 含量≤0.50%時(shí)，在轉(zhuǎn)爐開吹后，首先加入輕燒白云石200 kg，然后加入第1 批石灰，隨后陸續(xù)補(bǔ)充生白云石。
鐵水Si 含量＞0.50%時(shí)，在轉(zhuǎn)爐開吹后，首先加入輕燒白云石200 kg、生白云石100～200 kg，然后加入第1 批石灰，隨后陸續(xù)補(bǔ)充生白云石。
方案2：全部采用生白云石，完全取代輕燒白云石和鎂球。原則：在轉(zhuǎn)爐開吹后，首先加入生白云石400 kg，然后加入第1 批石灰，隨后陸續(xù)補(bǔ)充生白云石；具體加入量視爐況、濺渣效果而定。
2）試驗(yàn)情況。石橫特鋼三煉鋼自5 月10 日早班589 爐開始在60 t 轉(zhuǎn)爐上試驗(yàn)生白云石代替輕燒白云石，至5 月21 日1 204 爐結(jié)束，期間因散裝料倒地倉(cāng)，使用輕燒白云石68 爐，輕燒與生白云石搭配使用6 爐。本次共使用生白云石303.52 t，使用541爐，平均560 kg/爐。
3）爐況。使用生白云石前后，爐襯濺渣層質(zhì)量良好，爐底、爐殼溫度波動(dòng)基本正常，除東耳軸前溫度略有升高外，其余各部位均降低，見表1。爐底深度波動(dòng)情況見圖1。
4）渣中（MgO）含量及爐渣堿度變化。使用生白云石前后，爐渣堿度與使用輕燒白云石時(shí)基本相當(dāng)，渣中氧化鎂較輕燒白云石升高0.75%，雖然渣中MgO、堿度數(shù)據(jù)較煉鋼理論偏低，但隨著目前轉(zhuǎn)爐出鋼溫度的不斷優(yōu)化，轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度大幅度降低情況下，爐渣黏度相應(yīng)得到提高，完全可滿足濺渣護(hù)爐工藝需求，見表2。
從本次試驗(yàn)期間爐殼溫度數(shù)據(jù)看，生白云石對(duì)爐體維護(hù)基本沒有產(chǎn)生負(fù)面影響，爐體的大部分部位溫度得到改善。低鐵比條件下，熱量基本可保證磁選渣的消耗，此時(shí)使用生白云石會(huì)造成含鐵原料使用量降低，影響鋼鐵料成本升高；鐵水比例高，爐內(nèi)熱量充足且無(wú)磁選渣，使用生白云石不會(huì)造成鋼鐵料耗升高。但根據(jù)目前的鐵水條件，采用生白云石一定會(huì)造成渣量增加。因此，采用生白云石造渣完全能滿足生產(chǎn)需要，對(duì)降低生產(chǎn)成本明顯。
2.2 石灰石代替部分石灰
石灰石的主要成分為CaCO3，分解溫度在900 ℃左右。，由于轉(zhuǎn)爐內(nèi)溫度高達(dá)1 300 ℃，急劇升溫后，石灰石表層中的碳酸鈣分解趨勢(shì)非常大。因此石灰石塊整體煅燒成為石灰的速度也會(huì)加快。分解后產(chǎn)物含有CaO，可替代石灰，同時(shí)分解產(chǎn)物中有CO2氣體，可增加攪拌，促進(jìn)化渣［3］。
轉(zhuǎn)爐內(nèi)煅燒的另一個(gè)不同點(diǎn)是，石灰石直接與爐渣接觸，可以認(rèn)為在其表面層中CO2逸出的同時(shí)，就發(fā)生了石灰的化渣反應(yīng)，因此參與反應(yīng)的石灰都具有高氣孔率、高活性［4］，從動(dòng)力學(xué)角度看，石灰石在轉(zhuǎn)爐內(nèi)的煅燒造渣過(guò)程，實(shí)際上是煅燒化渣同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程［5］。這是石灰石代替部分石灰煉鋼的理論基礎(chǔ)。
1）試驗(yàn)方案。根據(jù)石灰石煅燒石灰情況，約1.6～1.7 t 石灰石可生產(chǎn)1 t 石灰，為保證生產(chǎn)順行，按200 kg 石灰石可代替100 kg 石灰計(jì)。
加入原則：石灰加入量按25～30 kg/t（鐵水硅高的情況可提高石灰加入量），磁選渣、污泥球單爐加入量在3.5 t 以上，富裕熱量還充足的情況下，余熱采用石灰石降溫并代替部分石灰造渣；建議石灰石用量不超過(guò)1 t/爐。
加入時(shí)機(jī)：一批料加入石灰總加入量的50%（或更少），根據(jù)鐵水溫度、比例、成分，建議一批料石灰石加入量為其總加入量的1/3 至1/2。二批料石灰及石灰石可交替加入，建議優(yōu)先加入石灰石，石灰石加完后再補(bǔ)加二批料的石灰（可預(yù)留部分用于后期壓噴等），主要原因是，石灰石熔化較慢，加入太晚影響前期脫磷效果。石灰石成分、冷卻效果與石灰對(duì)比見表3。
2）試驗(yàn)結(jié)果。采用石灰石代替部分石灰煉鋼進(jìn)行了多次試驗(yàn)，冶煉均能順利進(jìn)行，轉(zhuǎn)爐正常煉結(jié)束時(shí)，各成分均能達(dá)到鋼種要求的出鋼標(biāo)準(zhǔn)，脫磷率略微升高，主要是前期加入石灰石后控制了溫度上升，利于脫磷反應(yīng)進(jìn)行。
2.3 磁選渣及粉渣球代替螢石、鐵礬土、礦石
轉(zhuǎn)爐爐渣的回用自2006 年已開始，當(dāng)時(shí)只是對(duì)轉(zhuǎn)爐前期的溢出渣，通過(guò)簡(jiǎn)單篩選后進(jìn)行回用，隨著成本壓力增大以及對(duì)爐渣的再利用逐步提高了認(rèn)識(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)爐渣磁選、精細(xì)管理及回用的可行性進(jìn)行了詳細(xì)研究。自2012 年煉鋼廠在各車間逐步對(duì)轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的所有爐渣進(jìn)行處理，建設(shè)、改造了燜渣池、爐渣磁選設(shè)備。推廣應(yīng)用了爐渣燜渣后進(jìn)行磁選，使得磁選渣的品位逐步提高，并對(duì)磁選渣進(jìn)行篩分，減輕因磁選渣粉末率高，轉(zhuǎn)爐加入時(shí)造成煙塵較大的情況，使得磁選渣的利用率逐步提高，最終完全取代了礦石。
磁選渣篩分后，粒度＜3 mm 的磁選渣粉末無(wú)法進(jìn)一步利用，為此煉鋼廠投資興建了粉渣壓球設(shè)備，將煉鋼廠各煉鋼車間產(chǎn)生的磁選粉渣、污泥、除塵灰混合后造球，進(jìn)一步提高了煉鋼產(chǎn)生的含鐵廢料的利用率。
轉(zhuǎn)爐用化渣材料在以往的螢石、鐵礬土、礦石的基礎(chǔ)上逐漸增加了磁選渣及粉渣球。通過(guò)優(yōu)化轉(zhuǎn)爐造渣制度及供氧制度，搭配磁選渣及粉渣球的使用，轉(zhuǎn)爐化渣用材料得以優(yōu)化與減少。尤其是粉渣球使用后，因其含有大量氧化鐵，降溫效果穩(wěn)定，且入爐后能快速化渣，對(duì)處理“返干”有明顯效果。目前，粉渣球的使用量已穩(wěn)定在10 kg/t 左右，轉(zhuǎn)爐工序已取消了螢石、鐵礬土、礦石的使用。表4 為造渣材料的消耗情況。
3 結(jié)語(yǔ)
為了降低造渣材料消耗成本，采用生白云石代替鎂球和輕燒白云石、石灰石代替部分石灰煉鋼進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，結(jié)果證明生白云石完全能滿足生產(chǎn)需要，石灰石可以部分代替活性石灰，對(duì)降低生產(chǎn)成本效果明顯，同時(shí)采用白云石煉鋼還使脫磷率略微升高。
目前鎂球和輕燒白云石已經(jīng)完全由生白云石代替，石灰石加入量達(dá)到12.09 kg/t，石灰消耗減少7.25 kg/t，噸鋼造渣材料消耗成本降低4.75 元。另外，對(duì)轉(zhuǎn)爐渣進(jìn)行磁選，采用磁選渣完全代替螢石、鐵礬土、礦石化渣造渣，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。