鋼包注余LF精煉渣熱態綜合利用技術開發實踐

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爐渣混合后回收其中的渣鋼，產生的尾渣進行銷售，但這種工藝嚴重制約了鋼渣處理效果，形象了尾渣質量，不能滿足天鐵公司及下游建材企業的高質量發展需要。本文根據天鐵公司技術開發實踐，介紹一種適應當下鋼鐵企業鋼包注余精煉渣熱態綜合利用技術開發方法及過程。

關鍵詞：鋼鐵冶金；固廢處理；鋼渣利用；節能減排

1 開發背景及現狀分析

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爐渣混合后破碎、篩分、磁選后對尾渣進行出售。但是在這種處理工藝中，出現的水嘴堵塞問題較單純轉爐渣更為嚴重，經過研究發現，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，這樣的渣經過水化后往往較黏，與轉爐渣存在較大的差別，處理十分困難。現有技術資[1]也指出，這樣的轉爐渣在悶渣等消解處理時很難充分反應，導致尾渣穩定性較差，難以滿足建材生產要求，甚至由于未充分消解的CaO的存在，后續建筑物中繼續發生膨脹，而導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精煉生產中的重要頂渣組分。而精煉注余渣與過程頂渣主要區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。同時由于已經進行過脫硫反應，硫容量相應下降。因此我們決定對精煉注余渣熱態利用問題開展研究，以實現變害為利、變廢為寶的節能減排效果。

表2 鋼包覆蓋劑化學成分

2注余精煉渣熱態循環利用技術開發

經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。而精煉渣循環利用還可以節約造渣輔料、減少石灰與螢石用量。同時，實現澆注后余鋼回收、可進一步提高金屬收得率，減少工業廢物的排放，實現綠色環保生產，但在實際試驗中，出現了一些控制困難問題，故做進一步深入研究。

（1）影響鋼包正常周轉和使用。鋼包完成澆注后需要掛底鉤，并在轉爐準備出站時兌入，需要一定的等待和操作時間。而由于計劃進行注余回收操作，連鑄環節出于避免或減少下渣考慮，往往控制包內剩余鋼水較不回收爐次明顯增多，在鋼包周轉不良時，這些剩余鋼水及部分熔渣發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。針對此問題應加強生產節奏管理，加強對包況檢查，提高操作水平，當發現下包后不能及時完成頂兌的情況時不執行頂兌工藝。

針對保證鋼包正常周轉，應注意嚴格杜絕注余渣底兌。在天鐵公司實際生產中，曾經出現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℃，遠低于注余鋼、渣熔點，這種操作將導致這些注余物很快在鋼包中凝固，形成包底、渣底，導致透氣磚堵塞，及進一步精煉困難。因此，一旦出現急于清空鋼包，而轉爐未完成冶煉情況，應果斷放棄頂兌。

（2）補加渣料量難以確定。由于LF精煉區域空間狹小，頂兌操作只能在轉爐爐后進行，指揮頂兌人員只能通過對講機等通信方式與LF精煉操作人員溝通，而注余回收量各爐次間極不穩定，且精煉渣往往具有一定的發泡性，視覺判斷困難，LF精煉操作人員難以準確掌握實際回收量，后續冶煉過程補加渣料量缺少依據，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，發現渣量不足或堿度不足果斷進行調整。

（3）包內鋼水、渣在空氣中發生氧化，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、渣發生散流，與空氣接觸面積過大包次。導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。改進措施同前項。

（4）兌入量較大時導致調碳困難。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。針對此問題首先應在轉爐環節盡量穩定碳含量，并在精煉環節增設碳線微調碳工藝，以保證碳含量范圍較窄鋼種的需求。

（5）有時頂兌前鋼包內渣層已經結殼，將注余鋼水和熔渣兌入后未能將渣殼破解，進而鋼水以上形成從上至下渣-鋼-渣的夾層結構，給后續處理過程造成困難甚至隱患。針對此問題，首先應優化生產節奏，避免鋼水等待時間過長。一旦出現精煉前等待時間過長，等待期間應投入適量覆蓋劑避免結殼，同時經常關注底吹流量，保證渣層適當的波動及熱量補償。

（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，產生原因主要為轉爐下渣，因此轉爐發生下渣的爐次，如未能實現充分脫氧，澆注完成后不應進行頂兌。磷含量過高主要危害為導致鋼水增磷，產生原因主要原因也為轉爐下渣。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，精煉脫硫負荷大；及反復多次進行注余回收的爐次。硅、磷、硫含量偏高的注余渣不應進行注余回收，注余回收循環不應超過三次，如許進一步利用冷態注余精煉渣，可采用氧化法^[3]、水熱法^[4]對渣進行脫硫；硅含量要求低的鋼種不應進行注余回收。

3 注余熱態精煉渣用作鐵水預處理技術開發

實際生產中，常常出現部分爐次不滿足注余精煉渣熱態循環利用條件，主要包括以下情況

（1）部分爐次轉爐出鋼量過大，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，如進行頂兌，反而導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，不允許進行頂兌。

（4）生產節奏不允許進行頂兌。如生產節奏過于緊張，必須盡快完成冶煉，而頂兌操作一般需要2至5分鐘的準備、兌渣時間；急于清空鋼包，騰出天車等。或生產節奏過慢，注余鋼、渣長時間滯留包內，將導致包況的嚴重惡化。

以上這些情況的存在導致部分爐次注余鋼、渣不能直接頂兌利用。傳統方法為直接將這些注余物倒掉，這顯然是一種嚴重的浪費，同時導致后續鋼渣處理工序生產負荷。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爐渣洗料鐵水預處理。

我們首先對鋼包注余渣用作轉爐渣洗料進行研究。轉爐出鋼溫度較高，一般高于1550攝氏度，可以滿足注余渣呈液態，同時利用出鋼鋼液沖擊力左右動力源，可很好的實現鋼—渣的充分接觸。但是轉爐出鋼時鋼液未經過脫氧，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加入，否則將增加形成包底、渣底的風險，進而導致鋼包不透氣，并最終嚴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行渣洗操作，這樣就只能在出鋼過程中兌入鋼渣，然后繼續完成出鋼，但很顯然這種操作在實際生產中是不可能實現的，出鋼過程不能中止后繼續，否則將嚴重影響生產節奏。因此精煉注余渣用作轉爐出鋼過程渣洗料是無法有效實現的。

我們將進一步研究方向確定為利用精煉注余渣作為鐵水預處理原料。高爐生產的鐵水呈還原性，是很好的脫硫時機^[5]。利用鐵水還原性對鐵水進行預脫硫也是業內普遍采用的工藝。精煉渣具有高堿度特點，是良好的脫硫原料，熱態精煉注余渣含有較高的物理熱，利用該物料進行預脫硫，對鐵水的溫降作用遠遠低于常規生產中所用的石灰；本身即為熔融狀態，與鐵水接觸、反應性能十分優越。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，將不能熱態循環利用的精煉注余渣加入待出鐵的鐵水包中，并進而利用出鐵時鐵流的沖擊作為動力源實現鐵水的預脫硫是十分理想的。需要指出的是，與常規噴吹、攪拌法鐵水預脫硫一樣，采用此方法進行鐵水預處理也需要扒渣處理，以防止硫含量較高的鐵水頂渣在轉爐氧化環境中回硫。

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1392℃^[2]，很難滿足保證精煉注余渣在整個過程中呈液態，而其一旦降溫結塊，與鐵水的接觸、反應性能就會受到嚴重制約。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 結論

對鋼包注余LF精煉渣實現熱態綜合利用，可以充分利用其包含的物理熱和有效化學組元，同時避免了傳統處理工藝帶來的鋼渣處理加工困難和尾渣污染問題，從而實現了變害為利、變廢為寶的節能減排效果。業內企業可按照本企業具體生產特點，在本研究基礎上進一步實施技術開發，形成更具針對性和適用性的技術方案。

參考文獻

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