煉鋼轉爐返渣回收利用的工藝探究

張春輝

（新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鋼廠）

1 前言

八鋼煉鋼廠鋼渣的處理采用熱悶工藝。其技術特點是利用水與熱悶坑中熱態鋼渣接觸產生的蒸汽在一定壓力下充分與鋼渣接觸，促使鋼渣中的f-CaO、f-MgO發生消解，產生的膨脹應力使鋼渣開裂、粉化，實現渣鋼分離[1]。鋼渣熱悶工藝由于具有渣鋼分離效果好、處理過程污染相對少等優點。鋼渣的綜合利用不但可以消除環境污染，還能夠變廢為寶創造經濟效益。八鋼煉鋼現場試驗表明，加尾渣可以降低石灰消耗量，對少渣冶煉有利。但在八鋼現有鐵水及原輔料條件下生產成品[P]含量小于0.015%的鋼種，轉爐渣料消耗高，造成煉鋼成本升高。為此在八鋼120t轉爐進行了試驗探索，確定經濟的轉爐爐渣返渣利用的工藝措施。

2 返渣加入對轉爐冶煉影響的試驗

試驗目的：針對鐵水Si≤0.5%，鐵水溫度T＞1320℃的實際條件，利用轉爐返渣具有TFe含量高、堿度高、有害元素低的特性，通過對轉爐渣進行回收，取代部分冷料和石灰，達到進一步降低白云石和石灰用量的目的。

表1 返渣成分

2.1 返渣加入量及加入時間

根據前期堿度1.2～1.5，理論計算鐵水裝入量為115t時，加入廢鋼量12～14t，控制轉爐前期溫度在1450℃以下。加料方案如表2所示。

表2 返渣與輔料加入量 kg/t

渣料加入時間如表3所示，在吹煉中后期根據實際情況小批量多批次加入，槍位底吹與終點控制與脫磷實驗方案相同。

表3 返渣加入時機的設計

2.2 返渣加入對轉爐脫磷的影響

返渣屬于預熔渣，加入返渣有利于前期化渣和脫磷[2]，對單渣法冶煉和爐渣法配加返渣進行對比，表4為單渣法冶煉終渣成分，表5為留渣法配加返渣成分。

表4 單渣法冶煉終渣成分 wt.%

表5 留渣法配加返渣渣成分 wt.%

對比表 4、表 5、可知，加入返渣后，渣中（FeO）含量增高，堿度升高，有利于脫磷，渣中(CaO)含量與單渣法相比降低，但是(SiO2)含量降低，堿度有所增加。現場試驗結果也證明了留渣法配加返渣脫磷率更高。

由表1可知，返渣成分基本接近轉爐渣成分，堿度為2.88、（FeO）含量為14.85%，可以使轉爐前期爐渣中的（FeO）迅速提高，促進石灰的熔化，促使初期渣的形成，有利于脫磷反應的進行。

由于八鋼鐵水的特殊性，在鐵水Si含量較低P含量較高時，僅以Si含量作為參照計入石灰，會導致渣量不足，難以脫磷。因此需要根據不同情況進行配加渣料的計算。

（1）按鐵水中Si%計算：

（1）按鐵水中P%計算：

表6 現場試驗爐次加料情況

從表6中可以看出，鐵水[Si]≤0.5%，終點溫度＜1630℃，加入返渣后，脫磷率平均值為92.1%。

2.3 返渣加入對渣料消耗的影響

針對鐵水Si≤0.5%時，鐵水溫度高于1320℃時，試驗過程采用三種方法進行對比試驗：單渣未留渣、單渣全留渣、留渣法配加返渣。現場試驗數據如表7所示。

試驗爐次脫磷率統計，如圖1中所示。

表7 三種不同操作形式平均消耗（單渣、單渣留渣、留渣法配加返渣）

圖1 入爐鐵水硅含量與鋼水脫磷率

由圖1可以看出：采用單渣未留渣操作方式，[Si]＜0.53%時，可以實現脫磷率大于85%；當[Si]＞0.53%，脫磷率不穩定。采用留渣操作發生，脫磷率達到90%以上。采用留渣法配加返渣操作發生，在入爐鐵水[Si]＜0.5%時，脫磷率達到90%以上，當鐵水[Si]＞0.5%時，脫磷率達到88%以上。

試驗爐次的石灰消耗情況如圖2所示。

由圖2(B)可知，留渣法配加返渣會使石灰消耗量降低。在0.4%＜[Si%]＜0.5%的鐵水條件下，采用單渣未留渣操作，石灰消耗量平均為45.95kg/t；單渣留渣操作，平均為38.62kg/t；采用留渣法配加返渣操作，在入爐鐵水溫度在1330℃～1360℃、入爐鐵水[P]＜0.20%時，石灰平均消耗為36.11kg/t。增加返渣加入量，可降低石灰消耗。冶煉過程中返渣的使用不但有利于脫磷，而且可以減少石灰、白云石及螢石的加入，有效降低渣料消耗，節約轉爐煉鋼成本[3]。

圖2 入爐鐵水硅含量與石灰消耗量

2.4 返渣循環利用的次數

終渣返回下一爐使用，出鋼溫度1660℃、爐渣(P2O5)含量為2.5%時，出鋼磷含量為0.009%～0.025%，計算不同留渣量條件下，加入噸鋼石灰量如圖3所示。

圖3 留渣量對石灰加入量的影響

滿足終點磷含量為0.015%的條件下，連續留渣爐數對造渣料加入以及堿度的影響如圖4所示。

圖4 留渣次數對新加造渣料影響

由圖4可見，滿足脫磷需要的理論新渣料加入量，留渣次數的增加在不斷增加，但是新渣料的加入量依然是小于不留渣爐次的新渣料加入量，由于隨著連續留渣爐數的增加，爐渣磷含量在不斷提高，堿度在不斷下降，因此，需要通過不斷提高新渣料的加入量來削弱這些不利于脫磷的條件，但是當留渣爐數超過一定爐次，也會導致新渣料的加入量達到或超過正常未留渣爐次的渣料加入量，而此時，連續留渣就失去其意義，必須采取重新造渣的操作，由圖5可見，連續留渣爐次可以穩定在4～5爐，之后再進行重新造渣。

3 結束語

在120t轉爐采用鐵水Si≤0.5%，鐵水溫度T＞1320℃生產[P]含量小于0.015%的鋼種，配加尾渣的試驗表明：

（1）隨著返渣加入量的逐步增加，渣中FeO含量呈上升趨勢，脫磷率逐步升高，脫磷率平均值為92.1%。

（2）加入返渣后，在 0.4%＜[Si%]＜0.5%，采用單渣未留渣操作，石灰消耗量大于單渣留渣操作的石灰消耗量；留渣法配加返渣在入爐鐵水溫度在1330～1360℃、入爐鐵水[P%]＜0.20%較為有利的條件下進行時，石灰平均消耗為36.11kg/t。渣料消耗呈下降趨勢，可以有效降低石灰消耗且對少渣冶煉極為有利。

（3）返渣連續使用可以有效降低新石灰的加入量，但隨著循環利用次數增加，終渣（P2O5）含量增加，在鐵水[Si]含量小于0.6%情況下，返渣循環利用次數不應超過5次。