转炉炼钢造渣材料结构优化探讨

转炉炼钢造渣材料结构优化探讨

结合转炉炼钢造渣问题，文章提出利用石灰石、生白云石和磁选渣分别进行石灰、轻烧白云石和萤石等材料的替代，实现造渣材料结构优化。从优化效果来看，可以提高脱磷率，并带来一定经济效益。

标签：转炉炼钢；造渣材料；磁选

Abstract：In order to optimize the structure of slagging materials，limestone，raw dolomite and magnetic separation slag are used to replace lime，light burned dolomite and fluorite，respectively，according to the slagging problem of converter steelmaking. From the optimization effect，it can improve the dephosphorization rate，and bring some economic benefits.

Keywords：converter steelmaking；slagging materials；magnetic separation

引言

伴随着国家节能减排政策的逐步落实，降本增效、节能生产的问题开始引起钢铁行业的重视。在转炉炼钢造渣生产方面，为实现运营转型，还要实现造渣材料结构的优化，以便得到消耗更低的造渣方案。因此，还应加强对转炉炼钢造渣材料结构优化问题的分析，从而为钢铁行业带来更多的效益。

1 转炉炼钢造渣问题分析

在转炉炼钢方面，一般采用石灰进行造渣脱磷。石灰需要通过在石灰窑中对石灰石进行高温煅烧获得，需要采用焦炭和煤作为燃料，得到的石灰拥有较高硫含量，容易吸水，难以保证活性度，同时也将产生较多的粉尘，无法满足低碳环保生产要求。在转炉炼钢生产中，每吨钢需要消耗30-70kg石灰，达到40%-60%的脱磷效率，最终得到的炉渣脱磷能力依然较高，导致炼钢渣量过多，炉渣铁损过大。针对得到的炉渣，还要完成适当氧化镁的添加，才能使溅渣护炉的效果得到提高，以免炉衬受到过多侵蚀。在实际生产中，通常采用轻烧白云石。轻烧白云石是生白云石通过煅烧得到的，在煅烧过程中需要进行加热，在加入炼钢炉前需要冷却到常温状态，然后在转炉时则要加热至炼钢温度，所以将产生大量的冷料消耗[1]。为减少钢渣，则要添加萤石等化渣材料，导致转炉炼钢成本过高。因此从总体上来看，按照现有造渣材料结构，转炉炼钢造渣材料消耗量较大，导致工艺成本过高，难以满足实际生产需求。

2 转炉炼钢造渣材料结构优化

2.1 优化思路

从造渣材料结构优化的角度来看，采用活性度更高、更容易成渣的材料进行

石灰材料的替代，可以在增强冶炼脱磷效果的同时，使炼钢渣量与炉渣铁损得到减少。而石灰通常需要经过4h煅烧，如果能够在转炉中实现煅烧，可以得到接近石灰石升温和分解能量大小的过程耗热，无需降温即可直接进行材料的使用，所以能够使能量的浪费得到减少。在转炉冶炼方面，直接取消石灰煅烧工序，利用石灰石进行石灰替代，即能达成这一目标。从机理上来看，采用石灰石进行造渣，可以在900-1200K时实现反应自由能分解。实际上，石灰石分解温度为896℃，远远低于炼钢温度，所以加入转炉中可以实现急剧升温与分解，得到具有活性的氧化钙。而得到的氧化钙拥有较高的气孔率，可以与渣中的氧化铁、氧化镁等物质一同形成初期炉渣，使炉渣具有高碱度，所以能够使炼钢前期的脱磷反应得到充分进行。得到的二氧化碳则能与铁水反应，实现脱磷。

针对转炉炼钢使用的轻烧白云石，则可以尝试采用生白云石进行替代，即在转炉中实现生白云石的集中煅烧。作为石灰石與碳酸镁的复合矿物，生白云石在800℃下就能分解，产生二氧化碳，得到的产物表面多孔疏松，拥有较大的反映表面积，可以使成渣反应加快。而渣中含有的氧化镁则能起到促进氧化铁吸收的作用，所以能够使炉衬受到的炉渣侵蚀得到减缓。转炉炼钢内溶池温度在1300-1450℃范围内，而上述反应均为吸热反应，可以充分反应。

在化渣材料使用方面，伴随着相关技术的发展，炉渣已经可以实现回收再利用。比如针对前期产生的溢出渣，经过简单筛选即能回用。但是从成本角度进行分析，还应尝试利用炉渣焖渣进行炉渣磁选，提高渣品位，使转炉过程中烟尘量得到减少，逐步进行萤石等材料的替代。采用该种方法，则能使转炉炼钢得到的含铁废料得到更好的利用，并且也能使化渣用料得到减少，达到降低转炉炼钢造渣成本的目的。

2.2 优化方案

2.2.1 石灰石添加

在实际进行转炉炼钢造渣材料结构优化时，利用石灰石进行石灰替代，还要考虑到将石灰石加入转炉内煅烧将与炉渣直接接触，所以材料表面逸出二氧化碳时，石灰将发生化渣反应，所以石灰加入量将有所减小[2]。结合这一情况，想要得到1t石灰，需要添加约1.6-1.7t石灰石。为保证生产顺利，添加的石灰石应不超出1t/炉。从富余热量角度来看，采用石灰进行冶炼，铁水加入量达到86%左右。而添加石灰石，由于石灰石分解吸热，吨钢富余热量会有所减小，所以需要适当增加铁水比重，实际可按照25-30kg/t进行石灰石的添加，达到调整炼钢富余热量的目的。结合这些要求，还要使第一批加入的石灰石达到石灰总加入量的1/2-1/3，然后进行二批料的交替加入，二批料应采用石灰，因为相较于石灰，石灰石熔化慢，为保证前期脱磷效果需要提早加入。

2.2.2 生白云石添加

采用生白云石进行轻烧白云石替代，可以采用单渣法进行转炉炼钢操作，在转炉开吹或对炉口火焰进行观察，确定其内着火情况。在着火充分的情况下，可

以加入总石灰量2/3，然后将400kg生白云石和适量化渣材料加入。在实际生产时，为保证溅渣护炉效果，也可以搭配进行轻烧白云石和生白云石的使用，结合炉况先进行一定轻烧白云石的添加，然后进行生白云石的添加。在铁水中只含有少量硅的情况下，还应在转炉开吹后进行生白云石的陆续添加。如果铁水中硅含量较大，可以在开吹后进行部分生白云石的添加，达到抑制溢渣的目的。具体来讲，就是在转炉开吹后，如果铁水硅含量不超出0.5%，先添加200kg轻烧白云石，然后进行第一批石灰添加，之后进行生白云石补充。如果超出这一数值，可以添加100-200kg生白云石，然后进行石灰添加。2.2.3 磁选渣的添加

利用磁选渣进行矿石等化渣材料的替代，还要做好磁选渣筛分，降低粉末率，减少烟尘的产生，并实现对磁选渣的充分利用。筛分出的磁选渣粒度应达到3mm 以上，需要利用粉渣压球设备进行磁选粉渣、除尘灰和污泥的混合，以便进一步加强含铁废料利用。使用粉渣球，凭借其内部含有的大量氧化铁，则能起到迅速降温的作用，达到迅速化渣的目的，所以能够较好的处理“返干”。所谓的“返干”，即在吹炼温度较高的情况下，由于发生剧烈脱碳反应，导致渣中只有少量氧化铁，难以实现石灰石熔解[3]。采用粉渣球，可以提高渣中含铁量，因此可以解决这一问题。实际添加时，可以将磁选渣使用量控制在10kg/t左右。在供氧控制方面，则要采用恒压变枪操作，采用“高-低-高-低”循环吹炼模式，保持0.75-0.95MPa 氧压，氧气流量达到10000-12500Nm3/h，化渣枪位在1.3-1.5m之间。

2.3 优化效果

2.3.1 石灰石使用效果

从脱磷效果来看，使用石灰造渣仅能达到78%-90%的脱磷率，平均能够达到84%。而使用石灰石进行替代，可以达到82%-92%脱磷率，平均能够达到87%，约能提高3%的脱磷率。出现这种情况，主要是由于石灰石在吸热分解的过程中使得局部温度得到了降低，可以促进前期脱磷反应。而分解得到的石灰活性较高，也能促进脱磷期成渣。在碳酸钙分解的过程中，产生的二氧化碳将与铁水反应，使热量得到减少，因此可以使熔池脱磷得到促进。从铁损情况来看，采用石灰石可以使炉渣铁损提高0.65%，因为分解得到的二氧化碳参与炼钢熔池反应，尽管使得炉内供氧减少，但是总体上冶炼中供氧量有所提高，因此过氧化严重。随着供氧量的增加，反应前期频繁出现溢渣现象，终渣拥有较高泡沫化程度。从经济效益上来看，采用石灰石进行石灰的替代，原本使用石灰产生的费用可以从12.94元/t降低至10.10元/t，石灰石费用为0.48元/t，因此费用可以减少2.36元/t。

2.3.2 生白云石使用效果

使用生白云石进行转炉炼钢造渣，终渣碱度在2.8-3.2范围内。相较于采用轻烧白云石的炼钢炉，采用生白云石脱磷效率较慢，化渣也较慢。而伴随着炉温的升高，硅、镁等元素逐步得到氧化，炉渣得到了较好熔化，所以能够达到脱磷的目的。白云石煅烧为吸热过程，可以对转炉富余热量进行平衡，使冷料消耗得到减少。由于生白云石中含有是一定量氧化钙，因此也能使石灰得到节约，约0.9kg/t。从终渣成分上来看，平均渣层厚23mm，能够实现均匀溅渣。相较于轻