張英嘉，李積鵬，王德勇

( 酒鋼集團宏興鋼鐵股份有限公司碳鋼薄板廠，甘肅嘉峪關735100)

摘要:轉爐尾渣經過處理后具有CaO、MgO 及FeO 含量高、熔點低、孔隙度大的特性。分析了尾渣造渣機理并研究了其在120 t 轉爐煉鋼中的應用。試驗中分兩批將尾渣加入轉爐，首批500 kg 尾渣通過頂倉在加廢鋼前加入爐內，第二批500 kg 尾渣在冶煉中期加入。試驗結果表明，加料方案能夠滿足轉爐煉鋼的要求，并縮短吹煉周期11 s，同時能夠更好地維護爐襯，延長轉爐壽命; 加入轉爐尾渣可以替代部分造渣料，降低鋼鐵料消耗，增加金屬鐵的收得率。

關鍵詞:轉爐尾渣; 吹煉周期; 爐襯維護; 鐵收得率

0 引言

隨著鋼鐵行業競爭的日益加劇，從原料生產到冶煉工藝再到回收利用技術都反映了鋼鐵企業的競爭實力^［1］。我國是鋼鐵大國，大部分煉鋼設備為轉爐，轉爐煉鋼過程中由于高溫不可預見的因素較多，給吹煉過程控制帶來諸多困難，所以不可避免地會產生噴濺、返干、吹煉耗氧高、終渣含鐵高等不利現象，最終造成鋼鐵料消耗升高，煉鋼成本增加^［2］。轉爐煉鋼過程中不可避免地產生大量的尾渣，目前這些尾渣被回收后部分應用于道路填筑、水泥生產等行業，而大部分尾渣被堆放廢棄，不僅浪費資源還污染環境^［3］。本文對轉爐尾渣回收處理后在120 t 轉爐煉鋼工藝中的應用進行了研究，研究結果表明轉爐尾渣的回收利用具有較好的應用前景。

1 轉爐尾渣造渣機理分析

對于轉爐煉鋼產生的爐渣，進行熱燜及冷卻處理，并磁選出金屬鐵，將剩余的含鐵較低的爐渣做混合處理，制備成尾渣。對尾渣樣品進行抽樣分析，主要成分見表1。

由表1 可以看出，尾渣中含有較高的難以磁選的含鐵成分，以氧化鐵的形式存在于尾渣中。同時尾渣中有轉爐造合適堿度渣時所需的47． 42%CaO，且含有起保護爐襯作用的7． 91% MgO。

尾渣在吹煉過程中發生的主要化學反應如下:

( FeO) =［Fe］+［O］                      (1)

2［O］+［Si］= ( SiO₂)                       (2)

( FeO) + CaO + ( SiO₂) = ( CaO·FeO·SiO₂)        (3)

( CaO) + ( MgO) + ( SiO₂) = ( CaO·MgO·SiO₂)     (4)

( CaO) + 2［P］+ 5［O］= ( CaO·P₂O₅)          (5)

( FeO) +［C］=［Fe］+ CO                    (6)

轉爐尾渣與終點渣具有同向性，即較低的熔點及較高的孔隙度，因此可以在高溫鐵水中快速熔化制造合適的爐渣。轉爐吹煉前期，加入的尾渣中FeO 分解出的［O］與鐵水中的［Si］反應，脫除鐵水中的( Si) ，繼而發生反應( 3) 、( 4) ，生成熔點較低的化合物，從而快速化渣，縮短吹煉造渣的時間。加入的尾渣中CaO 快速熔化后參與脫磷反應( 5) ，達到脫磷的目的。到轉爐吹煉中期時，主要發生脫碳反應( 6) ，產生的CO 氣體攪拌熔池，為熔池內化學反應提供良好的動力學條件，同時促進尾渣中的鐵被還原進入熔池中，增加鐵的收得率。

2 轉爐尾渣實際應用

2． 1 應用方案

轉爐尾渣經篩分處理后，將粒度合適的尾渣經皮帶運輸至轉爐頂部高位料倉，在濺渣護爐結束后，將備好的500 kg 尾渣加入爐內，加入廢鋼。利用爐內的溫度提前將尾渣預熱，前后2 次搖動轉爐除去爐內水分，然后加入鐵水，開始吹煉^［4］。吹煉5 min后，根據吹煉情況，加入500 kg 尾渣進行快速化渣并預防返干，由于尾渣加入可以替代部分造渣料，故吹煉過程可適當減小石灰、螢石、白云石及鐵皮球的加入量^［5］。

2． 2 尾渣對轉爐吹煉周期的影響

尾渣試驗共進行596 爐，平均每爐加入1 053kg 尾渣，終點鋼水成分見表2。

從表2 可以看出，加入尾渣與常規吹煉，終點成分幾乎一致，均可達到鋼種要求。這主要是由于尾渣中含有轉爐吹煉過程造渣所需的FeO 與CaO，尾渣熔化后同樣參與常規吹煉熔池內的化學反應，最終達到去除有害元素的目的。

統計596 爐的常規冶煉爐次與實驗爐次的吹煉時間，結果如圖1 所示。

從圖1 的吹煉時間可以看出，加入尾渣進行吹煉時，平均吹煉周期縮短了11 s，完全可以滿足轉爐煉鋼的正常進程。這是由于轉爐尾渣比常規造渣料具有較高的孔隙度，在熔池中能夠增加化學反應的比表面積，熔池中發生的固液反應，液態向固態的內擴散為限制性環節^［6］，而尾渣的孔隙度遠大于常規造渣料，有利于液態分子向固態尾渣內部擴散，反應速率加快。同時較低的熔點特性使得尾渣能夠快速熔化^［7］，造渣速度提升，縮短造渣時間，所以加入尾渣吹煉能夠縮短轉爐吹煉時間，但是實際情況中，加入過量的尾渣容易使爐內渣量過大而容易引發噴濺降低金屬收得率^［8］，所以尾渣加入量不可過多。

2． 3 尾渣對爐襯的影響

試驗過程中，使用紅外測厚儀每20 爐測量一次轉爐爐襯厚度，5 500 爐次至6 096 爐次為常規吹煉，6097 爐次至6 693 爐次為實驗爐次，爐襯測量結果如圖2 所示。

從圖2 中可以看出，隨著吹煉爐次的增加，鋼水的攪拌及對爐襯的沖刷，常規吹煉爐次，爐襯均有所侵蝕，厚度有所減小，尤其是渣線附近的爐襯厚度，減小的速度大于其他位置的侵蝕程度，而爐底厚度有略微的上漲，這與操作手法有關，爐底的厚度相對爐壁來說，較好控制^［9］。添加尾渣代替部分造渣料的爐次，隨著吹煉爐次的累積，爐襯厚度大致可以維持不變，甚至略有增加1 ～ 2 mm。

爐襯變化曲線圖中可以反映出，在常規冶煉過程中，隨著機械沖擊、鋼液攪拌沖刷、煙氣沖刷、急冷急熱、化學反應等作用，爐襯是在逐漸被侵蝕磨損的。以目前的手段，物理作用的沖擊磨損情況難以避免，可以從化學反應的角度降低其侵蝕程度。試驗中，轉爐吹煉加入尾渣代替原有造渣料，由于尾渣中含有7． 91%的MgO，與爐襯部分成分相同，尾渣熔化后附著在爐襯磚表面，代替爐襯與鋼液發生化學反應，減少爐襯的化學侵蝕。此外，由于吹煉時間的縮短，減少了物理沖刷的時間，進而較好地維護爐襯。

2． 4 尾渣對金屬收得率的影響

根據轉爐加入尾渣冶煉條件下的物料平衡進行計算，并根據實際吹煉情況，參考吹煉結束渣樣成分，對吹煉過程的原有造渣料加入量進行修正，將試驗爐次與常規吹煉爐次鐵水條件相同情況下的主要造渣料加入量進行對比，如圖3 所示。

從圖3 可以看出，加入尾渣試驗條件下，造渣料中的石灰、螢石、鐵皮球及輕燒白云石的使用量均有所下降。其中石灰使用量降低252 kg /爐，螢石使用量降低144 kg /爐，鐵皮球使用量降低96 kg /爐，白云石使用量降低14． 4 kg /爐。

從統計的鋼鐵料消耗數據可以得出，加入尾渣試驗爐次的鋼鐵料消耗比常規加料情況下鋼鐵料消耗降低4 kg /t。試驗過程，雖然造渣料加入量有所減少，尤其鐵皮球的每爐加入量下降了96 kg，但是每爐加入的尾渣中含有17． 2% 的全鐵，尾渣中氧化鐵部分被碳還原進入鋼液，增加了金屬鐵的收得率。另外，由于合適的尾渣加入量有助于穩定吹煉過程鋼渣反應，減少噴濺，故而減少金屬鐵的浪費。研究結果表明: 轉爐吹煉過程，加入尾渣替代部分造渣料可以增加金屬鐵的收得率。

正常生產工藝螢石的加入量為每爐144 kg，試驗過程中隨著操作的穩定，螢石加入量降至0 kg，由于尾渣的造渣化渣效果幾乎替代了螢石的作用，螢石被取代降低了對爐襯的侵蝕速度，有益于轉爐壽命的增加，同時降低了對環境的污染，符合國家環保的要求。

3 結論

通過研究轉爐尾渣在120 t 轉爐煉鋼中的應用，探討尾渣對轉爐煉鋼的影響，得出如下結論:

( 1) 尾渣分兩批加入轉爐冶煉的方法是可行的，首批500 kg 尾渣通過頂倉在加廢鋼前加入爐內，提前預熱，達到冶煉前期快速造渣的目的; 第二批尾渣在冶煉中期加入，加快脫碳反應，預防返干。

( 2) 尾渣加入轉爐代替部分造渣料，能夠達到轉爐煉鋼正常生產要求，并且能夠縮短吹煉周期。

( 3) 尾渣能夠較好地維護轉爐爐襯，增加轉爐的壽命。

( 4) 尾渣的加入可以減少石灰、白云石、鐵皮球的加入量，節省一定資源，并能夠增加金屬鐵的收得率; 尾渣取代螢石降低了爐襯的侵蝕速度，同時降低了對環境的污染。

參考文獻

［1］王春梅，周東東，徐科，等． 綜述鋼鐵行業智能制造的相關技術［J］． 中國冶金，2018，( 7) : 1 ～ 7．

［2］馮士超，王艷紅，丁瑞鋒． 轉爐煉鋼終點控制技術應用現狀［J］． 冶金自動化，2016，( 2) : 1 ～ 6．

［3］王雄，吳引淳． 冶金爐渣資源化探討［J］． 河南冶金，2006，14( S1) : 21 ～ 24．

［4］謝基表，閆海龍，鮑生科，等． 轉爐石灰石直接造渣煉鋼工藝研究［J］． 河北冶金，2018，( 7) : 18 ～ 21．

［5］何凱． 100 t 轉爐半鋼煉鋼復吹工藝優化［J］． 河北冶金，2016，( 12) : 14 ～ 18．

［6］楊利彬． 大型轉爐脫磷規律與工藝優化研究［D］． 鋼鐵研究總院，2015．

［7］趙玉剛，彭素云，張軍國． 唐鋼150 t 轉爐煉鋼快速造渣工藝分析［J］． 河北冶金，2013，( 4) : 41 ～ 43．

［8］呂愛強，梁金鵬． 轉爐加燒結礦熔融還原煉鋼工藝研究［J］． 酒鋼科技，2012，( 3) : 22 ～ 24．

［9］劉書超，魏寶森． 煉鋼轉爐爐襯維護實踐［J］． 冶金能源，2013，32( 1) : 29 ～ 32．