钢包注余LF精炼渣热态综合利用技术开发实践

赵明哲

（天津铁厂有限公司  河北 涉县）

摘要：天津铁厂有限公司（以下简称天铁公司）前期对钢包注余精炼渣处理方法为与转炉渣混合后回收其中的渣钢，产生的尾渣进行销售，但这种工艺严重制约了钢渣处理效果，形象了尾渣质量，不能满足天铁公司及下游建材企业的高质量发展需要。本文根据天铁公司技术开发实践，介绍一种适应当下钢铁企业钢包注余精炼渣热态综合利用技术开发方法及过程。

关键词：钢铁冶金；固废处理；钢渣利用；节能减排

1 开发背景及现状分析

天铁公司LF精炼渣量约为钢水量的1%。前期处理方式为与转炉渣混合后破碎、筛分、磁选后对尾渣进行出售。但是在这种处理工艺中，出现的水嘴堵塞问题较单纯转炉渣更为严重，经过研究发现，这是由于精炼渣碱度较高，成分如表1所示，其中含有的氧化钙较高，这样的渣经过水化后往往较黏，与转炉渣存在较大的差别，处理十分困难。现有技术资[1]也指出，这样的转炉渣在闷渣等消解处理时很难充分反应，导致尾渣稳定性较差，难以满足建材生产要求，甚至由于未充分消解的CaO的存在，后续建筑物中继续发生膨胀，而导致一定的建筑安全隐患，很显然加入的精炼注余渣对钢渣处理是十分有害的。

表1 天铁公司LF精炼渣成分

另一方面，精炼注余渣各方面物理性能与精炼过程渣十分相似，其中含有的CaO、AL₂O₃均是LF精炼生产中的重要顶渣组分。而精炼注余渣与过程顶渣主要区别为由于加入覆盖剂为中性甚至酸性，对碱度存在一定影响，天铁公司使用的中性钢包覆盖剂成分如表2所示。同时由于已经进行过脱硫反应，硫容量相应下降。因此我们决定对精炼注余渣热态利用问题开展研究，以实现变害为利、变废为宝的节能减排效果。

表2 钢包覆盖剂化学成分

2注余精炼渣热态循环利用技术开发

经LF精炼炉处理后的精炼炉渣具有高碱度、低氧化性的特点，天铁公司LF精炼渣成分如表1所示。而精炼渣循环利用还可以节约造渣辅料、减少石灰与萤石用量。同时，实现浇注后余钢回收、可进一步提高金属收得率，减少工业废物的排放，实现绿色环保生产，但在实际试验中，出现了一些控制困难问题，故做进一步深入研究。

（1）影响钢包正常周转和使用。钢包完成浇注后需要挂底钩，并在转炉准备出站时兑入，需要一定的等待和操作时间。而由于计划进行注余回收操作，连铸环节出于避免或减少下渣考虑，往往控制包内剩余钢水较不回收炉次明显增多，在钢包周转不良时，这些剩余钢水及部分熔渣发生冷却凝固形成包底、渣底，造成此钢包下次投入使用时热量不足，甚至堵塞透气砖。针对此问题应加强生产节奏管理，加强对包况检查，提高操作水平，当发现下包后不能及时完成顶兑的情况时不执行顶兑工艺。

针对保证钢包正常周转，应注意严格杜绝注余渣底兑。在天铁公司实际生产中，曾经出现部分炉次急于清空钢包，而将注余渣兑入尚未出钢的钢包中的现象。由于注余渣温度较低，而待出钢的钢包本身温度更低，一般为800至900℃，远低于注余钢、渣熔点，这种操作将导致这些注余物很快在钢包中凝固，形成包底、渣底，导致透气砖堵塞，及进一步精炼困难。因此，一旦出现急于清空钢包，而转炉未完成冶炼情况，应果断放弃顶兑。

（2）补加渣料量难以确定。由于LF精炼区域空间狭小，顶兑操作只能在转炉炉后进行，指挥顶兑人员只能通过对讲机等通信方式与LF精炼操作人员沟通，而注余回收量各炉次间极不稳定，且精炼渣往往具有一定的发泡性，视觉判断困难，LF精炼操作人员难以准确掌握实际回收量，后续冶炼过程补加渣料量缺少依据，也只能在初渣形成后取样分析判断，同样具有一定的滞后性。针对此问题应注意提高冶炼前期各种操作速度，同时减少第一次加热时间，在条件允许的情况下尽快取渣样分析确认，发现渣量不足或碱度不足果断进行调整。

（3）包内钢水、渣在空气中发生氧化，主要存在于顶兑不及时，注余渣长时间滞留包次，及在顶兑时，注余钢、渣发生散流，与空气接触面积过大包次。导致精炼处理时渣氧化性可能偏高，且具体情况不易掌控，只能在初渣形成后取样分析判断，具有一定的滞后性。改进措施同前项。

（4）兑入量较大时导致调碳困难。兑入量较大时，渣层过厚，我公司精炼炉仅使用碳粒增碳，其密度较小，无法在重力作用下自然穿透渣层，只能开大氩气，吹开渣层，将碳粒加到裸露的钢水中，但往往渣层过厚，无法将渣面完全吹开，依然造成碳收得率较低的问题。针对此问题首先应在转炉环节尽量稳定碳含量，并在精炼环节增设碳线微调碳工艺，以保证碳含量范围较窄钢种的需求。

（5）有时顶兑前钢包内渣层已经结壳，将注余钢水和熔渣兑入后未能将渣壳破解，进而钢水以上形成从上至下渣-钢-渣的夹层结构，给后续处理过程造成困难甚至隐患。针对此问题，首先应优化生产节奏，避免钢水等待时间过长。一旦出现精炼前等待时间过长，等待期间应投入适量覆盖剂避免结壳，同时经常关注底吹流量，保证渣层适当的波动及热量补偿。

（6）部分注余钢、渣成分不合，主要为硅、磷、硫含量过高。硅含量过高主要危害为降低顶渣碱度，影响精炼工序去夹杂、脱硫等各种过程能力，产生原因主要为转炉下渣，因此转炉发生下渣的炉次，如未能实现充分脱氧，浇注完成后不应进行顶兑。磷含量过高主要危害为导致钢水增磷，产生原因主要原因也为转炉下渣。硫含量过高主要原因为个别炉次精炼到站钢水硫含量偏高，精炼脱硫负荷大；及反复多次进行注余回收的炉次。硅、磷、硫含量偏高的注余渣不应进行注余回收，注余回收循环不应超过三次，如许进一步利用冷态注余精炼渣，可采用氧化法^[3]、水热法^[4]对渣进行脱硫；硅含量要求低的钢种不应进行注余回收。

3 注余热态精炼渣用作铁水预处理技术开发

实际生产中，常常出现部分炉次不满足注余精炼渣热态循环利用条件，主要包括以下情况

（1）部分炉次转炉出钢量过大，钢包净空不足，缺少热渣顶兑空间。

（2）注余炉次渣中硅、磷、硫含量偏高，如进行顶兑，反而导致冶炼炉次冶炼过程能力的恶化。

（3）低硅钢种需要尽量减少渣中硅含量，如前文所述，注余渣由于加入中性甚至酸性覆盖剂后，硅含量偏高，不允许进行顶兑。

（4）生产节奏不允许进行顶兑。如生产节奏过于紧张，必须尽快完成冶炼，而顶兑操作一般需要2至5分钟的准备、兑渣时间；急于清空钢包，腾出天车等。或生产节奏过慢，注余钢、渣长时间滞留包内，将导致包况的严重恶化。

以上这些情况的存在导致部分炉次注余钢、渣不能直接顶兑利用。传统方法为直接将这些注余物倒掉，这显然是一种严重的浪费，同时导致后续钢渣处理工序生产负荷。针对这一问题。我们开展研究，提出可利用这些钢包注余渣用作转炉渣洗料铁水预处理。

我们首先对钢包注余渣用作转炉渣洗料进行研究。转炉出钢温度较高，一般高于1550摄氏度，可以满足注余渣呈液态，同时利用出钢钢液冲击力左右动力源，可很好的实现钢—渣的充分接触。但是转炉出钢时钢液未经过脱氧，不具备良好的脱硫效果。同时因前文所述原因，注余钢、渣不能在待出钢的钢包内加入，否则将增加形成包底、渣底的风险，进而导致钢包不透气，并最终严重恶化精炼过程能力。由于以上两个原因，显然不能通过热渣底兑的方式进行渣洗操作，这样就只能在出钢过程中兑入钢渣，然后继续完成出钢，但很显然这种操作在实际生产中是不可能实现的，出钢过程不能中止后继续，否则将严重影响生产节奏。因此精炼注余渣用作转炉出钢过程渣洗料是无法有效实现的。

我们将进一步研究方向确定为利用精炼注余渣作为铁水预处理原料。高炉生产的铁水呈还原性，是很好的脱硫时机^[5]。利用铁水还原性对铁水进行预脱硫也是业内普遍采用的工艺。精炼渣具有高碱度特点，是良好的脱硫原料，热态精炼注余渣含有较高的物理热，利用该物料进行预脱硫，对铁水的温降作用远远低于常规生产中所用的石灰；本身即为熔融状态，与铁水接触、反应性能十分优越。同时，按照天铁公司铁水成分，如表3所示，注余渣中含有的各种元素不会对铁水造成污染。因此，将不能热态循环利用的精炼注余渣加入待出铁的铁水包中，并进而利用出铁时铁流的冲击作为动力源实现铁水的预脱硫是十分理想的。需要指出的是，与常规喷吹、搅拌法铁水预脱硫一样，采用此方法进行铁水预处理也需要扒渣处理，以防止硫含量较高的铁水顶渣在转炉氧化环境中回硫。

表3 天铁公司铁水成分

但是，这种操作也同样出现了一定的困难，天铁公司铁水温度一般在1300至1400℃范围，即使精炼注余渣整体为七铝十二钙（12CaO•7Al₂O₃），其熔点仍然高达1392℃^[2]，很难满足保证精炼注余渣在整个过程中呈液态，而其一旦降温结块，与铁水的接触、反应性能就会受到严重制约。因此我们采取在待出铁的铁包中加入100kg萤石的方法，解决了这一问题，取得了良好效果。

4 结论

对钢包注余LF精炼渣实现热态综合利用，可以充分利用其包含的物理热和有效化学组元，同时避免了传统处理工艺带来的钢渣处理加工困难和尾渣污染问题，从而实现了变害为利、变废为宝的节能减排效果。业内企业可按照本企业具体生产特点，在本研究基础上进一步实施技术开发，形成更具针对性和适用性的技术方案。

参考文献

[1]  朱苗勇.现代冶金学（钢铁冶金卷）[M].北京;冶金工业出版社,2005.

[2]  陈建斌.炉外处理[M].北京;冶金工业出版,2008.

[3]  Kobayashi J. Regeneration Process of Desulphurization Slag Containing CaF2 by Oxidation[J].The Iron and Steel Institute of Japan, 48(21):937.

[4]  何环宇,倪红,卫甘,等.精炼钢渣硫赋存形式及含硫相形成机理[J].钢铁,2009,44(3):32.

[5]  孟凡玉,刘彦平,霍自美,等, LF精炼脱硫工艺改进[J].山东冶金,2007,29:24.