精煉渣循環技術在天鋼的應用

王曉晶 吳杰 王軍濤 （天津鋼鐵集團有限公司煉鋼廠，天津 300301)

精煉渣循環技術在天鋼的應用

王曉晶 吳杰 王軍濤 （天津鋼鐵集團有限公司煉鋼廠，天津 300301)

結合天津鋼鐵集團有限公司精煉爐的實際生產情況，從分析對比精煉渣循環利用前后爐渣的冶金性能、脫硫能力等方面入手，對精煉渣使用爐次的脫硫能力、輔料消耗、電極消耗等方面進行了生產數據對比分析。生產實踐表明，精煉渣循環利用對精煉快速成渣、縮短精煉處理周期有顯著效果。精煉渣循環利用可以降低精煉輔料消耗石灰3.36 kg/t、合成渣2.10 kg/t、鋁礬土1.31 kg/t、螢石0.82 kg/t、電極損耗降低0.11 kg/t、電耗降低10.38 kW·h/t，通過節能減排取得了良好的經濟效益和社會效益。

精煉渣 返回渣 輔料 消耗 循環利用

1 前言

在精煉生產過程中，造渣是非常重要的工藝環節。造渣物料的使用是精煉輔料消耗的主要來源，原用工藝條件下精煉處理后的白渣經澆注后直接倒入渣罐中作為廢物進行處理。輔料消耗和廢物處理“一進一出”兩個環節給精煉生產成本帶來很大壓力。經過分析認為，精煉處理后的白渣具有高堿度、低氧化性、低熔點的特性，同時受處理反應時間和反應期間動力學條件的束縛，精煉渣的脫硫性能并不能完全被利用。天鋼以此為突破口，經過反復試驗，最終確立了精煉渣循環利用項目，改變了原有將連鑄澆注后鋼包內余渣作為廢物倒入渣罐的操作方法，而是將余渣倒入轉爐出鋼后的鋼包內，并調整原有造渣工藝，實現了精煉渣的循環利用。由于精煉渣循環使用不需增加新的設備支持，操作和應用相對簡單，很快在煉鋼廠3座LF爐得到了推廣應用。施行精煉渣循環利用以后，石灰、合成渣、螢石等輔料的消耗明顯下降，熱態精煉渣循環利用還可以提高成渣速度，減少熔化渣料的電耗，減少了工業廢物的排放量。這也秉承了公司一貫倡導的節能減排、低碳環保的工作思路，取得了良好的經濟和社會效益。

2 天鋼造渣工藝

2.1 精煉渣理論

在LF爐處理工藝中，造渣制度是其中最為關鍵的一項工藝制度。天鋼LF爐精煉渣系采用CaO-SiO2-Al2O3系三元基礎渣系，在精煉渣的控制方面要綜合考慮到爐渣的堿度、發泡性能以及爐渣的流動性。爐渣堿度和流動性直接影響鋼水的脫氧和脫硫效果，爐渣的發泡性能對精煉升溫的熱效率有明顯影響，因此在實際生產中，往往要根據鋼種性質調整不同的爐渣組分，以達到脫硫、脫氧和吸附夾雜物的目的[1]。

2.2 造渣方式

天鋼精煉使用的造渣料主要有石灰、合成渣、鋁礬土和螢石，還原劑以鋁粉、電石、碳化硅和硅鐵粉為主。實際生產中根據不同鋼種特性挑選不同渣系，調整物料使用種類、使用量以及還原劑種類、使用量進行精煉冶煉。在未使用精煉渣循環利用以前，連鑄澆注后鋼包內余渣作為廢物倒入渣罐，不僅廢渣運輸壓力較大，同時造渣料成本也居高不下。根據生產數據統計，未使用返回渣爐次石灰平均用量為8.76 kg/t、螢石 1.40 kg/t、鋁礬土 1.84 kg/t、合成渣 2.59 kg/t。使用精煉渣循環技術以后，在不改變原有渣系的條件下調整物料加入時機和加入的量，并改變了給電方式，在保證產品質量的前提下節能降耗效果顯著。

3 精煉返回渣使用情況分析

通過對精煉渣使用情況進行跟蹤并采集相應的數據，對精煉渣返回爐次和未使用返回渣爐次進行對比。

3.1 循環使用前后精煉渣冶金性能對比

3.1.1 爐渣性能

爐渣組分直接影響爐渣脫硫、泡沫性能，因此根據不同鋼種調整不同組分的精煉爐渣是精煉操作的主要工藝制度，這里統計了循環前和循環后爐渣平均狀況的數據，對比數據如表1所示。

熔渣的泡沫化性能以及精煉脫硫性能存在一定的沖突，突出表現在SiO2的成分，作為表面活性物質，當其高于20%時可以提高發泡效果，但這會影響爐渣的精煉脫硫性能。與此同時，要綜合考慮Al2O3對爐渣脫硫能力和吸附夾雜物的影響，故引入曼內斯曼指數MI，此指數表征爐渣的流動性[2]。MI計算式如下：

MI在0.15左右時，爐渣的發泡性能比較理想，隨著MI的上升，爐渣的脫硫能力增強，對于有深脫硫任務的鋼種，如管線鋼、軸承鋼冶煉時一般在0.25～0.35。根據天鋼品種結構，其中冶煉的部分鋼種沒有深脫硫任務，因此，對此部分鋼種采用MI處于0.15～0.25范圍，在提高熱效率的同時兼顧精煉渣的冶金性能。

表1 爐渣組分對比

將表1數據代人公式（1)：循環前MI0=0.18，循環后MI1=0.19，循環后渣指數有所增加，但都符合設計范圍，能夠滿足生產需要。

3.1.2 硫分配系數

硫分配系數是指硫在爐渣中的質量百分含量（S)與在鋼水中的質量百分含量[S]之比，通常用LS表示。LS表示爐渣的脫硫能力，其值愈高，鋼水中可能達到的硫含量愈低。LS計算公式如下：

將表1數據代人公式（2)：循環前LS0=78.58，循環后LS1=84.43，LS略微上升，主要原因是隨著精煉后期處理，加入石灰等輔料爐使渣堿度提高，提高了硫的分配系數。

3.2 生產實踐對比數據

為了摸索精煉渣返回利用后對精煉脫硫的影響，在生產中進行對比試驗，同時進行了統計分析，對比數據如表2所示。表2數據表明，精煉渣回收和未回收爐次相比，脫硫率平均值相差0.50%，其脫硫率大致相當，說明進行精煉渣回收利用不會影響精煉工序的脫硫能力。

表2 使用返回渣和未使用返回渣爐次脫硫率對比

4 精煉白渣循環利用能源消耗對比

通過上述的技術分析，可以看出返回渣的利用是可行的。通過生產實踐制定了相應的生產規范，同時發現精煉渣的返回利用在節能降耗方面的作用非常大，從以下幾個方面進行對比分析。

4.1 輔料消耗

通過上面的技術分析可以看出，精煉出站白渣仍然有一定的脫硫能力，精煉脫硫主要受爐渣性質（包括爐渣堿度、流動性、溫度等)以及動力學條件限制。在現有精煉處理條件下，主要的機械動力為氬氣攪拌，受鋼渣反應界面大小和鋼包動力學條件影響，精煉渣的脫硫能力并沒有完全被釋放，硫的分配系數遠小于理論值。因此，通過精煉渣的返回利用，充分釋放其脫硫能力，實現輔料降耗，并積極探索返回渣的使用方法，主要是減少首批料的使用量，對石灰、合成渣、鋁礬土、螢石的使用進行了優化，輔料消耗對比數據如表3所示。

通過表3數據顯示，使用白渣循環技術的爐次，物料使用量明顯少于原有工藝爐次，石灰節省3.36 kg/t，螢石節省 0.82 kg/t，鋁礬土節省 1.31 kg/t，合成渣節省2.10 kg/t。這主要是通過精煉白渣的循環使用，原有爐渣的脫硫能力進一步被釋放，對比效果如圖1所示。

4.2 電及電極消耗

表3 返回渣使用爐次物料用量

圖1 造渣劑消耗對比

傳統的精煉操作方式是鋼水進入加熱位后，需要根據不同的鋼種加入大量的首批料（一般鋼種石灰600 kg，合成渣 300 kg，鋁礬土（螢石)100 kg)，主要目的是在給電前期建立良好的泡沫渣并為脫硫做好準備。精煉所用的造渣劑都有一定的溫降效應，每噸鋼1 kg石灰的溫降約為1.9℃，每噸鋼1 kg螢石的溫降約為10℃。因此，原有的首批料對鋼水的溫降影響是非常大的。

精煉白渣循環利用改變了原有的技術模式，連鑄澆注完成后的熱態熔渣倒入即將進精煉處理的鋼包內，由于熱態熔渣具有1 400℃左右的原始溫度，減少了首批的加入量，這樣就減少了物料的溫降。由于爐渣進站后基本形成了良好的初渣狀態，減少了原有首批料化渣的時間。根據實際狀況調整了原有給電方式，減少化渣檔給電時間，加快了升溫速度，同時由于精煉進站后初渣形成迅速，減少了給電時對電極的沖擊，減少了電極消耗和設備損耗。對比數據見圖2。

圖2 電極、電耗成本消耗對比表

從圖2可見，精煉白渣循環使用后電耗平均為30.21 kW·h/t，比未使用爐渣循環使用的爐次（平均40.59 kW·h/t)節省了 10.38 kW·h/t;電極消耗方面也有明顯效果，從未使用的爐次平均397.77 g/t，降低到使用爐次平均290.02 g/t，噸鋼節省107.75 g。

4.3 節奏

調節生產節奏是精煉的重要職能之一，提高精煉處理能力和速度對提高煉鋼廠的產能有很大的幫助。使用返回渣和未使用返回渣爐次給電時間的對比數據如圖3所示。

圖3 生產節奏對比

從圖3可見，沒有使用精煉白渣循環工藝的爐次平均給電時間為20.5 min/爐，使用精煉白渣循環工藝的爐次平均給電時間為15.2 min/爐，節省給電時間為5.3 min/爐。給電制度作為精煉冶煉的重要工藝制度，同時也是制約精煉生產周期的重要環節，通過精煉白渣循環利用有效地減少了精煉給電時間，從而提高了精煉把握生產節奏的能力，為煉鋼廠增產增效打下了良好的基礎。

5 結論

5.1 精煉白渣返回渣并不影響精煉現有操作，同時其具有很強的可操作性。

5.2 返回渣的綜合利用為精煉快速成渣、縮短精煉處理周期、提高精煉綜合處理能力提供了發展空間。

5.3 精煉白渣循環利用可以降低精煉輔料消耗石灰3.36 kg/t鋼、合成渣2.10 kg/t鋼、鋁礬土1.31 kg/t鋼、螢石0.82 kg/t鋼、電極損耗降低0.11 kg/t鋼、LF爐處理時噸鋼電耗降低10.38 kW·h/t鋼，具有良好的經濟效益。

[1]林功文.鋼包爐（LF)精煉用渣的功能和配制 [J].特殊鋼，2001，22（6)：28-29.

[2]李晶.LF精煉技術[M].北京:冶金工業出版社，2009：58-60.

Application of Recycling Technology of Refining Slag at TISCO

Wang Xiaojing,Wu Jie,Wang Juntao

From perspectives of slag metallurgical properties and desulphurizing capability before and after refining slag recycling application,the authors analyze and compare the production data of desulphurizing capability,auxiliary consumption and electrode consumption for heats utilized refining slag in combination of the actual production of ladle furnace of Tianjin Iron and Steel Group Company Limited.Production practice showed the utilization of refining slag recycling had remarkable effect on fast slag forming and refining cycle shortening,with reduction of auxiliary consumption:lime 3.36 kg/t,synthetic slag 2.10kg/t,bauxite 1.31kg/t,fluorite 0.82 kg/t,electrode loss 0.11kg/t and power consumption 10.38kW?h/t.Satisfying economic and social benefit were achieved by energy saving and emission reducing.

refining slag,return slag,auxiliary,consumption,recycling utilization

（收稿 2011－07－25 責編 趙實鳴)

王曉晶，男，2008年畢業于遼寧科技大學冶金工程專業，現在天津鋼鐵集團有限公司從事精煉工藝工作。