楚士進，楊凱峰，閆棟，孫輝
（山東石橫特鋼集團有限公司煉鋼廠，山東 肥城 271612）
摘要：為降低生產成本，石橫特鋼進行了生白云石代替鎂球、輕燒白云石，石灰石部分代替石灰，轉爐磁選渣和粉渣球代替螢石、鐵礬土、礦石造渣的工業試驗，結果證明生白云石完全能滿足生產需要，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。
關鍵詞：轉爐煉鋼；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，主要結構為提供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 的含量對轉爐造渣材料的消耗影響很大，同時也與所冶煉鋼中的P、S 含量要求關系密切。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，勢必造成造渣材料尤其是石灰消耗升高，爐體維護任務增加，導致鎂球等材料消耗增加。
因此，執行精料方針，提高鐵水質量，降低造渣材料消耗是國內外高爐—轉爐冶煉工藝一直努力的方向，也是提高鋼水質量和降低生產成本的必由之路。本研究旨在優化造渣材料結構，以降低鐵損，降低造渣材料成本［1-2］。
2 造渣材料優化實踐
通過與先進企業對標交流學習，根據煉鋼廠內部副產品消耗的實際情況，確定了造渣材料結構優化內容：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）試驗方案。生白云石是碳酸鈣和碳酸鎂的復鹽，分子式為CaCO3·MgCO3。輕燒白云石是由生白云石經過煅燒后形成的，主要成分為CaO·MgO。鎂球則是由電熔鎂砂與粘結劑經過研磨、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爐提供（MgO），而保證渣中（MgO）的飽和含量是保證濺渣護爐效果的關鍵。為保證生產順行，制定了循序漸進的試驗方案。
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：根據爐況、渣量，首先確定正常生產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，在轉爐開吹后，首先加入部分輕燒白云石，隨后在第1 批石灰加完后，陸續補充生白云石，代替剩余輕燒白云石的同時，取消鎂球消耗。在鐵水硅含量高時，在開吹后加入輕燒白云石的同時，加入部分生白云石抑制溢渣。
鐵水Si 含量≤0.50%時，在轉爐開吹后，首先加入輕燒白云石200 kg，然后加入第1 批石灰，隨后陸續補充生白云石。
鐵水Si 含量＞0.50%時，在轉爐開吹后，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，隨后陸續補充生白云石。
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，隨后陸續補充生白云石；具體加入量視爐況、濺渣效果而定。
2）試驗情況。石橫特鋼三煉鋼自5 月10 日早班589 爐開始在60 t 轉爐上試驗生白云石代替輕燒白云石，至5 月21 日1 204 爐結束，期間因散裝料倒地倉，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，爐襯濺渣層質量良好，爐底、爐殼溫度波動基本正常，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基本相當，渣中氧化鎂較輕燒白云石升高0.75%，雖然渣中MgO、堿度數據較煉鋼理論偏低，但隨著目前轉爐出鋼溫度的不斷優化，轉爐終點溫度大幅度降低情況下，爐渣黏度相應得到提高，完全可滿足濺渣護爐工藝需求，見表2。
從本次試驗期間爐殼溫度數據看，生白云石對爐體維護基本沒有產生負面影響，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，此時使用生白云石會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，爐內熱量充足且無磁選渣，使用生白云石不會造成鋼鐵料耗升高。但根據目前的鐵水條件，采用生白云石一定會造成渣量增加。因此，采用生白云石造渣完全能滿足生產需要，對降低生產成本明顯。
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。，由于轉爐內溫度高達1 300 ℃，急劇升溫后，石灰石表層中的碳酸鈣分解趨勢非常大。因此石灰石塊整體煅燒成為石灰的速度也會加快。分解后產物含有CaO，可替代石灰，同時分解產物中有CO2氣體，可增加攪拌，促進化渣［3］。
轉爐內煅燒的另一個不同點是，石灰石直接與爐渣接觸，可以認為在其表面層中CO2逸出的同時，就發生了石灰的化渣反應，因此參與反應的石灰都具有高氣孔率、高活性［4］，從動力學角度看，石灰石在轉爐內的煅燒造渣過程，實際上是煅燒化渣同時進行的過程［5］。這是石灰石代替部分石灰煉鋼的理論基礎。
1）試驗方案。根據石灰石煅燒石灰情況，約1.6～1.7 t 石灰石可生產1 t 石灰，為保證生產順行，按200 kg 石灰石可代替100 kg 石灰計。
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1 t/爐。
加入時機：一批料加入石灰總加入量的50%（或更少），根據鐵水溫度、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，建議優先加入石灰石，石灰石加完后再補加二批料的石灰（可預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、冷卻效果與石灰對比見表3。
2）試驗結果。采用石灰石代替部分石灰煉鋼進行了多次試驗，冶煉均能順利進行，轉爐正常煉結束時，各成分均能達到鋼種要求的出鋼標準，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，利于脫磷反應進行。
2.3 磁選渣及粉渣球代替螢石、鐵礬土、礦石
轉爐爐渣的回用自2006 年已開始，當時只是對轉爐前期的溢出渣，通過簡單篩選后進行回用，隨著成本壓力增大以及對爐渣的再利用逐步提高了認識，對轉爐渣磁選、精細管理及回用的可行性進行了詳細研究。自2012 年煉鋼廠在各車間逐步對轉爐產生的所有爐渣進行處理，建設、改造了燜渣池、爐渣磁選設備。推廣應用了爐渣燜渣后進行磁選，使得磁選渣的品位逐步提高，并對磁選渣進行篩分，減輕因磁選渣粉末率高，轉爐加入時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 的磁選渣粉末無法進一步利用，為此煉鋼廠投資興建了粉渣壓球設備，將煉鋼廠各煉鋼車間產生的磁選粉渣、污泥、除塵灰混合后造球，進一步提高了煉鋼產生的含鐵廢料的利用率。
轉爐用化渣材料在以往的螢石、鐵礬土、礦石的基礎上逐漸增加了磁選渣及粉渣球。通過優化轉爐造渣制度及供氧制度，搭配磁選渣及粉渣球的使用，轉爐化渣用材料得以優化與減少。尤其是粉渣球使用后，因其含有大量氧化鐵，降溫效果穩定，且入爐后能快速化渣，對處理“返干”有明顯效果。目前，粉渣球的使用量已穩定在10 kg/t 左右，轉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 結語
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行了工業試驗，結果證明生白云石完全能滿足生產需要，石灰石可以部分代替活性石灰，對降低生產成本效果明顯，同時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完全由生白云石代替，石灰石加入量達到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，對轉爐渣進行磁選，采用磁選渣完全代替螢石、鐵礬土、礦石化渣造渣，進一步降低了生產成本。