烧结返矿替代废钢炼钢生产案例分析.doc

YJ0418-烧结返矿替代废钢炼钢生产案例分析

案例简要说明:依据国家职业标准和冶金技术专业教学要求，归纳提炼出所包含的知识和技能点，弱化与教学目标无关的内容，使之与课程学习目标、学习内容一致，成为一个承载了教学目标所要求知识和技能的教学案例。该案例是炼钢原料优化案例，体现了烧结返矿特点、炼钢冶炼过程温度控制、终渣渣系组成、控制返矿加入方式与数量、防止渣层冷凝等知识点和岗位技能，与本专业转炉炼钢课程炼钢主原料与装入单元的教学目标相对应。

1.背景介绍

某中型转炉炼钢厂，受废钢价格高和资源缺乏的条件限制，废钢合理搭配

无法实现。同时该公司烧结返矿比例高，二次烧结又增加成本，为消化返矿、同时解决废钢不足的现状。提出用烧结返矿取代部分废钢的思路，直接将烧结矿加入转炉冶炼就是其中一种较为可行的降低成本的方法，该方法可以最大程度的利用含铁辅料，提高炼钢效率，减少废钢使用量。

1.主要内容

2.1.烧结返矿的特性分析

烧结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，粒度均匀，而且熔点较低。在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。如果能够成功在转炉使用，其综合效益应该是相当可观的。

（一）物理特性

烧结返矿主要是由含铁矿物及脉石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(FexO)和赤铁矿(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℃)、硅酸二钙和铁酸钙(熔点为1449℃)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。

表1 该厂2月份烧结返矿具体成分

（二）冶金特性

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。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。

（三）烧结返矿的特点

烧结返矿作为转炉冷却剂及造渣剂具有以下几个优点：

（1）冷却效应大

冷却剂吸收的热量包括物理热和化学热两个部分，冷却剂的物理冷却吸热是从常温加热至熔化后直至出钢温度吸收的热量，化学冷却吸热是冷却剂分解被还原吸收的热量。在1200~1600℃时，烧结返矿的冷却效应为4300~4750kJ./kg，而废钢一般在1110~1430kJ/kg，烧结返矿的冷却效应是废钢的3~4倍。

（2）降低钢铁料耗

烧结返矿中的铁元素被还原进入钢液，约2.5t烧结返矿回收1.0t铁，可降低钢铁料耗；烧结返矿氧化亚铁的含量可折合氧约为22%，考虑氧气利用率等因素，可降低吨钢氧气4m3/t~10m3/t，使用烧结返矿具有降低氧气用量效益。（3）作为助熔剂

冶炼过程加入烧结返矿可增加渣中氧化铁的含量，有利于化渣，因此烧结返矿等可代替萤石作为助熔剂。

2.2.烧结返矿冷却能力估算

根据转炉热平衡计算方法，简要的估算出目前的铁水与废钢条件下，采用不同的精炼工艺，所需的烧结返矿加入量。

通过热平衡估算，精炼的钢种出钢温度在1650℃，需配加19t废钢平衡掉多余热量，以返矿冷却效应与废钢比值在3.0左右，因此需补加6t左右返矿，能平衡掉多余热量。

2.3.冶炼各阶制约返矿加入量的原因与控制措施

(一)前期制约返矿加入因素与控制措施

转炉吹炼前期是返矿加入较理想的时期，但是返矿加入量太大，烧结返矿分解吸收大量热，使周围熔池温度会骤然降低，导致周围熔渣粘度升高，甚至产生暂时“结坨”现象，限制反应生成的(FeO)向外扩散传质，进而影响成渣速率。不能达到C-O大量氧化的温度，造成渣中(FeO)积累，引起低温喷溅。

控制措施：

（1）前期返矿加入量根据铁水温度和铁水Si含量进行调整。

（2）前期单批次加入返矿数量不易大于 1.5t，且加入返矿间隔不易小于1min。

(二) 中期制约返矿加入因素与预防措施

烧结返矿如果加入时机、加入数量不当，烧结返矿分解反应为强吸热反应，周围熔池温度会骤然降低，导致周围熔渣粘度升高，甚至产生暂时“结坨”现象，限制反应生成的(FeO)向外扩散传质，结合上述共性原因的限制，中期如果返矿加入制度存在问题更易加剧返干现象。

预防措施：

（1）开吹6min后，根据出钢温度的要求，多批次少批量加入烧结返矿，加入量一般在300～500kg，同时按返矿：石灰=3:1~4：1配加石灰，石灰随返矿一起入炉。

（2）中期返矿完全受热分解需时0.5min左右，因此各批次时间间隔大于0.5min，避免因渣层温度降低过快，导致熔渣粘度增大，加剧返干控制难度，且限制下一批次返矿等化渣剂的分解，造成返干现象更为严重，因此必须严格确保返矿的化渣效果，避免因控制不当，出现没有缓解反而更加剧了返干的严重现象。

（3）当返干较为严重时，枪位可控高些，氧压调低些，减缓C-O反应速度，在结合返矿的控制，使炉渣保持一定的FeO含量

(三) 后期制约返矿加入因素与控制措施

（1）熔渣成分

溅渣用熔渣的成分关键是碱度、FeO和MgO含量，终点碱度一般在3以上，FeO含量的多少决定渣中低熔点向数量，对熔渣的熔化温度有明显的影响，当渣中低熔点相数量达30%时，熔渣的黏度急剧下降；随温度的升高，低熔点相数量也会增加只是熔渣粘度变化较为缓慢。终渣FeO含量高低取决于终点碳含量及是否后吹。终点碳含量低，渣中FeO含量相应较高，尤其是出钢温度高于1700℃时，影响溅渣效果。熔渣成分不同，MgO的饱和溶解度也不一样，研究表明，随着碱度的提高，MgO的饱和溶解度有所下降。

（2）炉渣黏度

溅渣护炉对终点熔渣粘度有特殊的要求，粘度不能过高，以利于熔渣在高