邯钢三炼钢转炉配吃高炉返矿研究与实践

邯钢三炼钢厂转炉配吃高炉返矿实践顾少伟，王彦杰，杨之俊，王博利，吴建伟（河北钢铁集团邯钢公司三炼钢厂，河北邯郸 056015，中国）摘要：本文介绍了邯钢三炼钢厂根据公司铁钢平衡及冶炼条件变化，对转炉配吃高炉返矿进行可行性分析研究，通过有针对性的调整转炉炉料结构，优化工艺操作，在生产中取得了良好的实用效果和可观的经济效益。

关键词：转炉；高炉返矿；炉料结构；工艺操作The practice of using return sinter fine in converter process of No.3 Plant of HanStee lGu Shaowei,WANG Yanjie,YANG Zhijun,Wang Boli,Wu Jianwei,YANG Yanjun,Gao Weigang (No.3 Plant of Handan Iron and Steel Group co.,Ltd,Handan Hebei 056015, China) Abstract: In this paper introduced the practice of converter use return sinter according to the feasibility analysis and the verity of balance of iron and steel. With adjust the material composition and optimize operation, it achieved good practical results and considerable economic benefits.Key words: Converter return sinter fine material composition process operation1 前言邯钢三炼钢厂是河北钢铁集团邯钢公司的主体生产厂，共有4座100吨顶底复吹转炉，具备年产500万吨钢的生产能力。

2009年以来，随着以3200m3高炉投产为标志的东区铁前改造项目全部完成，邯钢公司铁大于钢的生产局面正式形成。

公司铁钢平衡变化以及高炉低硅冶炼、“一罐到底”等新工艺的逐步深入推进，使三炼钢转炉冶炼条件发生了巨大变化：铁水比以及入炉铁水温度的提高使转炉总体热量富裕，冷却量需求增加；铁水含硅量降低使转炉造渣反应发生变化，冶炼化渣困难；铁水罐直兑比例增加使入炉铁水温度、成分、重量波动呈增大趋势。

这些条件变化共同作用无疑对转炉冶炼技术操作水平提出了更高的要求，解决冶炼过程的均匀冷却和快速成渣问题成为稳定转炉生产的关键。

由于转炉高位料仓容量及数量的限制，除了必要的石灰和镁质造渣料以外，三炼钢每座转炉只有两个高位料仓可供冷却剂或化渣剂使用，多年以来一直采用的是矿石和铁皮球：矿石冷却效应高，可调整脱碳速度和炉渣状态，但由于SiO2、Al2O3等酸性成分含量高，泥沙杂质多，在使用过程需增配石灰，且经常出现下料不畅或熔池温度波动过大等问题；铁皮球冷却效应约为矿石的70%，且利于公司含铁料的回收，但由于硫含量高、强度不稳定，在使用过程中影响钢水硫含量，且加入时经常出现激烈的火焰反应影响环境等问题。

2009年下半年矿石铁皮球合计用量已经达到30kg/t，继续增加的空间已经很小。

因此，选用冷却效矿等含铁物料。

通过查阅文献可知烧结矿是烧结熟料，其氧化能力和冷却能力约为矿石的70%左右，在转炉冶炼中不但可起到促进化渣和冷却的作用，还能提高钢水收得率和节约氧气、石灰。

烧结矿主要是作为高炉炼铁原料使用，由于经过加工，与矿石相比其成本较高。

高炉返矿是高炉料仓筛下物，由于高炉炼铁工艺要保证透气性和成本允许的最小烧结矿粒径为5mm 以上，故高炉返矿虽然本质上是烧结矿，但成本却低了很多。

对炼钢厂来说，如果能够成功在转炉使用，其综合效益应该是相当可观的。

2.2化学成分组成高炉返矿从外观上看绝大部分呈黑色颗粒状，其它杂质很少（见图1）。

邯钢烧结矿一般含铁品位约为55～60%，CaO含量在10%左右，SiO2含量在5%左右，MgO和Al2O3含量较少，碱度约为1.9～2.1。

随机抽检高炉返矿详细化学成分组成见表1。

图1：邯钢高炉返矿实物图Fig.1 return sinter photo of Han steel表1：邯钢高炉返矿的化学成分（%）Table 1 chemical composition of the return sinter(%)项目TFe FeO CaO SiO2Al2O3MgO P S数据54.56 8.6 11.52 5.32 1.9 3.16 0.059 0.0202.3矿相及岩相组成高炉返矿作为烧结矿，主要是由含铁矿物及脉石矿物两大类组成的液相粘接在一起的多种矿物的复合体，其中含铁矿物有磁铁矿（Fe3O4），方铁矿（Fe X O），赤铁矿（Fe2O3）；粘结相主要是铁橄榄石（熔点为1205℃），钙铁橄榄石（熔点为1093℃），硅灰石（熔点为1540℃），硅酸二钙，硅酸三钙，铁酸钙（熔点为1449℃），钙铁辉石（熔点为1217℃）等；此外还有少量反应不完全的游离石英（SiO2）和游离石灰（CaO）等。

高碱度烧结矿典型矿相分析见表2，典型岩相结构见图2。

可见邯钢烧结矿是以易还原的铁酸钙为主要液相，其中的磁铁矿晶粒细小且密集，并被铁酸钙包裹或熔蚀。

图2：高碱度烧结矿典型的熔蚀交织结构（反射光×160）Fig.2 typical interlaced configuration of high PH value sinter表2：邯钢高碱度烧结矿典型矿物组成（%）Table 2 typical mineral composition of high PH value sinter in Han Steel(%)项目磁铁矿赤铁矿铁酸钙硅酸二钙玻璃相数据30～35 15～20 40～45 5～8 少量2.3冶金特性分析烧结矿的冶金特性主要包括还原性和软熔性，其中还原性代表其含铁氧化物供氧能力的强弱；而软熔性则体现其在高温下液化软熔温度的高低和熔化时间的长短。

由文献[5]研究结果可知，在同等条件下烧结矿粒度越小，其比表面积越大，还原性越高，软熔性越好。

一般情况下，高碱度烧结矿在1200℃～1500℃之间发生软化熔融。

另外，经过烧结和筛分工艺后的烧结矿化学成分和物理性能稳定，粒度均匀，气孔率高，有利于各类冶金反应的顺利进行。

3 转炉配吃返矿可行性分析通过对高炉返矿的特性分析，我们可以看出，高炉返矿是一种反应性良好且具有一定碱度的低熔点含铁熟料，其硫磷含量低，物理化学成分稳定，粒度小反应速度快，对转炉来说，其冶金特性优于矿石和铁皮球。

在此基础上转炉能否成功配吃返矿的关键就是：高炉返矿的冷却和成渣能力能否适应当前转炉冶炼条件变化。

3.1 转炉冶炼条件变化根据公司2010年生产形势和工艺优化思路，预计三炼钢转炉主要冶炼条件变化见表3表3： 2010年三炼钢转炉主要冶炼条件预计变化情况Table 3 The intending main variation to converter process of No.3 plant in 2010项目铁水比（%）铁水[Si](%) 大罐直兑比例（%）平均铁水温度（℃）2009实际91.7 0.43 ～0 13102010预测95.8 0.30 40 1330变化+4.1 -0.13 +40 +203.2宏观冷却能力分析通常，转炉冶炼冷却量需求的变化采用物料平衡和热平衡计算方法准确性较高，但计算过程很复杂，也很难快速计算。

因此，一般情况下，多数厂家都是根据生产实践中炉况控制温度变化的经验数据来确定冷却量。

表4是三炼钢主要操作因素变化引起的温度控制经验数据：表4：三炼钢转炉主要操作因素温度控制经验数据Table 4 . The main factor of converter temperature controlling data in No.3 plant因素单位变动量终点温度变化量铁水比（%）+1 +8铁水[Si]（%）+0.10 +14铁水温度（℃）+10 +12矿石（kg/t）+10 -40铁皮球（kg/t）+10 -28 2009年下半年三炼钢矿石、铁皮球实际消耗分别为18kg/t和12 kg/t，由表3、表4可以简单计算出2010年冷却需求量变化情况：1）2010年铁水比、铁水[Si]、铁水温度三种因素变化将影响转炉终点温度升高约39℃，折合增加矿石量约为10kg/t；2）根据公司要求在铁皮球消耗不变的情况下，如按照三炼钢2009年钢种结构及终点控制水平测算， 2010年矿石消耗量需提高到28kg/t以上。

3）如果采用高炉返矿代替矿石作为冷却剂，其冷却能力按矿石的70%计算，考虑到粒度较小对返矿利用率有负面影响，2010年高炉返矿需要消耗40kg/t以上；由于高炉返矿含铁量高、密度大、粒度均匀且干燥、流动性好，三钢转炉高位加料系统完全具备40kg/t以上的加料能力。

高炉返矿满足冶炼条件变化带来的冷却量增加的需求。

3.3 过程反应特点分析在高炉返矿矿相中占相当比例的液相组成熔点是1100～1500℃，在1300～1700℃的炼钢温度下，其液相很容易熔化成渣；被低熔点液相包裹熔蚀的磁铁矿、赤铁矿在液相熔化后，可迅速参与转炉造渣反应并向熔池供氧：Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe转炉冶炼过程主要包括前期、中期、后期三个阶段：1）转炉吹炼前期是硅锰氧化期，熔池温度一般控制在1200℃～1400℃左右；此时加入返矿后，一方面返矿本身液相组分迅速熔化成渣，另一面其促成了初期渣中FeO含量的迅速提高，使石灰表面形成的致密2CaO.SiO2壳松动，有利于石灰熔解成的流动性好的氧化渣，成渣时间缩短；对硅锰氧化期短、初期渣过热度低的低硅铁水冶炼来说，由于脱碳反应提前，早成渣的意义尤为重要；2）转炉吹炼中期是碳高速氧化期，熔池温度一般控制在1400℃～1600℃左右；脱碳反应的限制性环节是熔池的供氧强度，此时加入返矿后，其Fe2O3几乎全部消耗于氧化金属中的碳：Fe2O3+3[C]=2Fe+3CO加入返矿的反应过程即有物理吸热又有化学吸热，故其主要起到的是氧化剂和冷却剂的作用，且冷却效应最大；3）转炉吹炼后期是终点拉碳期，熔池温度根据不同钢种要求一般控制在1600℃～1700℃左右；从理论上讲，当熔池碳小于0.2%时，熔池的碳含量成为脱碳反应的限制性环节，此时加入返矿后，其Fe2O3连同其它组分主要转入炉渣，仅发生物理吸热，故其主要起到的是提高炉渣氧化性的作用，冷却效果很小。