江騰飛¹， 朱良²， 劉風(fēng)剛²， 趙曉東²， 羅衍昭²

（1. 首鋼集團(tuán)技術(shù)研究院，北京100041； 2. 首鋼股份公司遷安鋼鐵公司煉鋼作業(yè)部，河北遷安064404）

摘要：鐵水預(yù)處理過程中所產(chǎn)生的脫硫渣鐵中鐵和硫較高，具有較高的再利用價(jià)值，目前國內(nèi)各大鋼鐵企業(yè)都致力于脫硫渣鐵回收再利用的研究。介紹了遷鋼公司二煉鋼轉(zhuǎn)爐回收利用脫硫渣鐵工藝，并對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了總結(jié)，加入8 t脫硫渣后平均增硫?yàn)?.013 6%，轉(zhuǎn)爐出鋼硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，LF精煉需要深脫硫處理，精煉工藝造渣料電耗都有所增加，生產(chǎn)周期延長。從整體分析，轉(zhuǎn)爐回收利用脫硫渣鐵能夠提高金屬鐵收得率，降低煉鋼成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：脫硫渣鐵；LF精煉；鐵水預(yù)處理；成本

煉鋼脫硫渣是指鐵水在進(jìn)入轉(zhuǎn)爐前進(jìn)行預(yù)脫硫處理過程中產(chǎn)生的廢渣。在預(yù)脫硫處理反應(yīng)結(jié)束以后所生成的干稠狀渣上浮到鐵水表面上，和鐵水包內(nèi)存在的少量高爐渣混合在一起，將這些渣扒掉即達(dá)到脫硫的目的。扒出的脫硫渣進(jìn)入渣罐，成為脫硫渣的主體部分，此外，在扒渣過程中或多或少的鐵液或鐵珠會隨扒渣過程落入渣罐，并沉積在罐底，成為脫硫渣的另一組成部分^[1-2]。脫硫渣硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)比渣鋼大，且硬度大，不易破碎，直接外賣經(jīng)濟(jì)上又不合算，因此各大鋼企一直致力于脫硫渣資源回收再利用的研究^[3-4]。

有研究報(bào)道^[5-6]，脫硫渣中的主要礦物相為硅酸二鈣、鐵酸鎂、金屬鐵、硅酸三鈣和磁鐵礦，半定量分析表明，尾渣中含有大量硅酸二鈣和硅酸三鈣，兩者的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到80%以上，可推定鐵水脫硫渣具有一定的水膠硬性，因此，磁選后的無磁性尾渣可以外賣給水泥廠用做水泥原料或者筑路填補(bǔ)材料使用；由于脫硫渣磷、硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，磁選后的材料無法大批量返回轉(zhuǎn)爐煉鋼使用，但電爐煉鋼對硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求較低，因此，國內(nèi)某鋼廠將脫硫渣經(jīng)過磁選工藝選出脫硫渣鋼和脫硫磁選粉^[7]，脫硫磁選粉成球后變成高密度球體和脫硫渣鋼直接用于電爐煉鋼，用以調(diào)節(jié)冶煉溫度，充分利用脫硫渣中的廢鋼資源，降低了煉鋼成本，使脫硫渣得到了有效利用；對破碎的脫硫渣進(jìn)行磁選、篩分分類，孔徑小于150 mm的可進(jìn)入球磨機(jī)進(jìn)行球磨，脫硫渣的渣鐵可以得到很好的分離，最終產(chǎn)品為粒鐵、鐵精粉和尾礦^[8-9]；由于脫硫渣中的FeO、S、P、Al2O3、MgO等質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高^[10]，燒結(jié)氧化放熱過程對其固-液反應(yīng)影響顯著，小于9 mm的鐵粉和鐵精粉可以用于燒結(jié)原料，國內(nèi)某鋼鐵公司曾用脫硫渣代替部分印度粉礦使用^[11]；有研究表明，對脫硫渣進(jìn)行反復(fù)磨礦和磁選，原脫硫渣的品位可由20%～40%提高到85%以上，w(S) 基本保持在0.6%～0.7%^[12]。此成分的脫硫渣配加一定量的脫硫劑(w(CaO)＝85%，w(CaF)＝15%)，在實(shí)驗(yàn)室條件下，可以把w(S) 降到0.03%以下，可以用做冶煉灰鑄鐵和球磨鑄鐵的原料。

1 脫硫渣轉(zhuǎn)爐回吃工藝

為了進(jìn)一步降低煉鋼成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，遷鋼二煉鋼廠在脫硫渣鐵轉(zhuǎn)爐回收利用方面進(jìn)行了大量的工業(yè)試驗(yàn)，現(xiàn)以SPA-H鋼種為例，對189爐冶煉數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。SPA-H鋼種部分成分判定見表1。

二煉鋼脫硫渣w(Fe) 在90%以上，w(S) 為1.6%～1.7%，w(S) 較高。SPA-H 鋼種w(S) 判定為0.01%，轉(zhuǎn)爐出鋼使用LF 造渣工藝，考慮脫硫渣增硫、轉(zhuǎn)爐熱平衡以及操作穩(wěn)定性等情況，每爐加入脫硫渣鐵量為（8±1）t，脫硫渣使用天車吸盤吸入廢鋼斗內(nèi)，與廢鋼一同入爐，入爐廢鋼組成為：普通廢鋼25 t，入爐鐵水206 t，廢鋼配比見表2。

1. 1 鐵水脫硫，轉(zhuǎn)爐不配加脫硫渣（正常冶煉工藝）

為了與配加脫硫渣鐵爐次對比，對68爐正常冶煉爐次（鐵水脫硫轉(zhuǎn)爐不配加脫硫渣鐵）進(jìn)行了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。入爐鐵水中w(S) 平均值為0.004 2%，轉(zhuǎn)爐出鋼TSC樣（轉(zhuǎn)爐在吹煉80%時(shí)取樣）w(S) 為0.003 0%～0.049 5%，平均值為0.019 8%，TSO 樣（轉(zhuǎn)爐吹煉結(jié)束時(shí)取樣）w(S) 為0.002 3%～0.040 9%，w(S) 平均值為0.018 1%，如圖1所示。

對68 爐LF 精煉數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，到站w(S) 為0.001 4%～0.046 3%，平均值為0.016 2%，結(jié)束w(S)為0.000 9%～0.010 0%，平均值為0.004 4%。由于轉(zhuǎn)爐鐵水進(jìn)行了脫硫工藝，LF 到站w(S) 控制較低，精煉過程造渣料加入量以及處理周期、電耗控制在正常水平。精煉各消耗具體分布如圖2～圖4所示。

此種工藝條件下，LF 精煉脫硫負(fù)擔(dān)很輕，有些爐次甚至不需要脫硫處理，相對而言，LF 精煉成本最低。而煉鋼工序未配加脫硫渣鐵，且鐵水脫硫處理，煉鋼工序成本最高。由于精煉周期較短，此種工藝生產(chǎn)節(jié)奏較快，組織上易控制。

1. 2 鐵水脫硫后轉(zhuǎn)爐配加脫硫渣

對經(jīng)KR脫硫后的79 爐數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，轉(zhuǎn)爐加入8 t 脫硫渣后增硫嚴(yán)重，入爐鐵水中w(S) 平均為0.003 5%，TSC樣w(S) 為0.027 9%～0.078 2%，平均w(S) 為0.045 7%，TSO樣w(S) 為0.007 6%～0.055 2%，平均w(S) 為0.031 7%，具體分布如圖5所示。

對79 爐精煉硫成分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，到站w(S) 為0.004 7%～0.048 0%，平均w(S) 為0.028 3%，平均到站w(S) 較正常爐次高0.012 1%，造渣后w(S) 為0.001 9%～0.026 7%，平均w(S) 為0.005 8%，強(qiáng)攪后w(S) 為0.001 6%～0.012 4%，平均w(S) 為0.004 7%，精煉結(jié)束w(S) 為0.001 6%～0.010 0%，平均w(S) 為0.004 7%；由于轉(zhuǎn)爐出鋼硫高，精煉需要造渣深脫硫處理，對79 爐精煉造渣原料加入情況及電耗、處理周期進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，白灰平均每爐加入量較正常爐次高396 kg，鋁礬土平均每爐加入量較正常爐次高157 kg，平均每爐電耗較正常爐次高2 590 kW·h，平均每爐處理周期較正常爐次延長8 min。

此種工藝條件下，鐵水經(jīng)過脫硫處理，入爐鐵水硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)已經(jīng)達(dá)到很低的水平，轉(zhuǎn)爐冶煉過程增硫量主要來源于脫硫渣鐵帶入，相對而言，LF 精煉脫硫負(fù)擔(dān)較輕，可以滿足生產(chǎn)節(jié)奏的要求。此工藝條件下，LF精煉環(huán)節(jié)成本有所增加。

1. 3 鐵水不脫硫，轉(zhuǎn)爐配加脫硫渣

鐵水經(jīng)倒罐站出鐵后，不經(jīng)KR脫硫工藝，轉(zhuǎn)爐直裝，對42 爐直裝工藝轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)樣成分進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，TSC 樣w(S) 為0.031%～0.067%，平均w(S) 為0.046%，TSO 樣w(S) 為0.027%～0.061%，平均w(S)為0.043%，具體分布如圖6所示。

對42 爐直裝工藝LF 精煉各階段w(S) 進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，到站w(S) 為0.023%～0.053%，平均到站w(S)為0.038%，較正常爐次高0.021 8%，結(jié)束w(S) 為0.000 5%～0.008 3%，平均結(jié)束w(S) 為0.003 7%；對42 爐直裝工藝LF 精煉造渣料加入量、電耗及處理周期進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，白灰平均每爐加入量較正常爐次高688 kg，較脫硫爐次高292 kg（鐵水脫硫＋轉(zhuǎn)爐配加脫硫渣的爐次簡稱脫硫爐次），鋁礬土平均每爐加入量較正常爐次高224 kg，較脫硫爐次高67 kg，平均每爐電耗量較正常爐次高2 491 kW·h，較脫硫爐次低99 kW·h，平均每爐處理周期較正常爐次延長7 min，與脫硫爐次相當(dāng)。

此種工藝條件下，煉鋼環(huán)節(jié)省去了脫硫過程，在一定程度上降低了生產(chǎn)成本。轉(zhuǎn)爐冶煉過程增硫量主要來源于鐵水中的硫、部分高爐渣中的硫，以及加入的脫硫渣鐵帶入。轉(zhuǎn)爐出鋼硫過高，LF精煉脫硫負(fù)擔(dān)較重，其生產(chǎn)成本增加。

2 工藝分析與討論

對以上3 種工藝各階段硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)及LF 精煉消耗平均值進(jìn)行匯總。指定工藝1 為鐵水脫硫轉(zhuǎn)爐配加脫硫渣工藝，工藝2 為鐵水不脫硫轉(zhuǎn)爐配加脫硫渣工藝，工藝3 為鐵水脫硫轉(zhuǎn)爐不配加脫硫渣工藝，分析數(shù)據(jù)可以看出：

（1）工藝2 轉(zhuǎn)爐出鋼w(S) 最高，平均值為0.043%。

（2）工藝1 與工藝3 入爐鐵水均經(jīng)脫硫處理，且采用KR 脫硫工藝，脫硫后w(S) 在0.015%以下，平均w(S) 為0.004%左右。工藝3 未配脫硫渣，兩者比較可得，加8 t 脫硫渣后增w(S) 為0.013 6%，轉(zhuǎn)爐出鋼硫較高，一部分還來自于廢鋼、輔原料帶入硫。

（3）工藝1 與工藝2 比較可得，采用鐵水直裝工藝（不脫硫）增w(S) 為0.011%，采用鐵水直裝工藝要考慮倒罐站出鐵硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)，平均w(S) 在0.025%以下時(shí)，直裝工藝增w(S) 為0.011%，若出鐵硫偏高(w(S) ≥0.03%），直裝后會增加轉(zhuǎn)爐以及LF脫硫負(fù)擔(dān)。

（4）LF 精煉結(jié)束平均w(S) 在0.005%以下，比較精煉工藝數(shù)據(jù)可得，加入脫硫渣的爐次，白灰鋁礬土等造渣料消耗、電耗都有所增加，精煉周期延長。LF 各項(xiàng)消耗取決于鋼水到站硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)。以工藝3 為基準(zhǔn)，工藝1 平均消耗白灰增加396 kg/爐，鋁礬土增加157 kg/爐，電耗增加2 590 kW·h/爐，精煉周期延長8 min ，工藝2 平均消耗白灰增加688 kg/ 爐，鋁礬土增加224 kg/ 爐，電耗增加2 491 kW·h /爐，精煉周期延長7 min。

（5）由于轉(zhuǎn)爐配脫硫渣鐵后爐內(nèi)渣量較大，為保穩(wěn)定生產(chǎn)需采用雙渣操作，轉(zhuǎn)爐周期延長4～6 min。因此整個(gè)冶煉周期需要延長15 min 左右，對煉鋼廠生產(chǎn)效率會造成一定的影響。

（6）對工藝1 與工藝3 進(jìn)行成本效益對比分析。由于脫硫渣鐵中對于鐵元素的吸收率還存在較大的不穩(wěn)定，但從實(shí)際生產(chǎn)情況來看，加8 t 脫硫渣后冶煉成鋼金屬收得率保守量在4 t 左右。轉(zhuǎn)爐環(huán)節(jié)雙渣操作會引起少量成本增加，暫可忽略，主要成本增加體現(xiàn)在LF造渣脫硫，LF脫硫造渣劑的消耗雖有所增加，但都保持在500 kg以內(nèi)，只有電耗增加明顯。4 t 鋼水按每噸3 000 元考慮，同時(shí)節(jié)約5 t入爐廢鋼（統(tǒng)料廢鋼1 690元/t），可創(chuàng)造效益20 450元，電耗增加2 590 kW·h/爐，增加電費(fèi)為3 367 元，造渣料成本增加按1 000 元考慮，從煉鋼到精煉整體分析，配加8 t 脫硫渣鐵可增加效益16 083 元/爐。若采用鐵水直裝工藝，在控制好入爐鐵水硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)的條件下則會進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。

3 結(jié)論

（1）國內(nèi)目前脫硫渣鐵主要有外賣水泥廠、筑路、電爐調(diào)溫劑、燒結(jié)加、轉(zhuǎn)爐配加等途徑，各大鋼廠都有應(yīng)用，但對于脫硫渣鐵的回收再利用仍存在不足。

（2）遷鋼二煉鋼廠轉(zhuǎn)爐配加脫硫渣，每爐按8 t控制，鐵的回收保持在4 t以上，轉(zhuǎn)爐增硫量0.013 6%，可增加效益16 083 元/爐。倒罐出鐵w(S) 在0.03%以下時(shí)采用直裝工藝，轉(zhuǎn)爐出鋼以及精煉到站硫在可控制范圍之內(nèi)，能進(jìn)一步降低成本。

（3）配加脫硫渣鐵后LF精煉脫硫負(fù)擔(dān)重，造渣用白灰鋁礬土消耗增加，電耗增加明顯，均增加電耗在2 500 kW·h/爐左右，精煉周期延長7 min以上。

（4）從整個(gè)冶煉周期來看，轉(zhuǎn)爐雙渣延長周期，總周期需延長15 min 左右，對生產(chǎn)效率有一定的影響。

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