LF炉精炼炉渣用作转炉助熔剂

—冶金渣的循环利用

作者：鞍钢集团矿渣开发公司苏兴文宋武李晓阳崔九霄

摘要：本文针对精炼炉渣成分与转炉助熔剂相似的特点，进行助熔机理分析。并结合精炼渣的资源、运输及处理等情况，将精炼炉渣压球后实际应用于炼钢替代转炉助熔剂。

关键词:LF炉精炼渣，压球，转炉助熔剂

Recycle Utilization of Metallurgy Slag

——Replacement for Converter Flux with LF Refining Slag

SuXingwen SongWu LiXiaoyang CuiJiuxiao

Slag Development Company of Anshan Iron & Steel Group Co.

Abstract: This paper carried out the analysis of melt mechanism on the LF refining slag component and the characteristic for the converter flux. According to the situation of the resource、transportation and dispose, the refining slag after being pressed the ball can repalce the converter flux in steel-making.

Key Words: LF Refining slag，Pressing the ball，Converter flux

1 前言

精炼渣的主要作用是保温、脱氧、脱硫和吸收钢中夹杂物等。它是炼钢过程中产生的富含CaO、Al₂O₃的碱性或高碱性炉渣。一直以来，对其处理都是与普通转炉钢渣混于一起，无规律的翻倒于矿渣山上，经冷却后磁选加工。由于这部分渣中所含金属铁极少，而CaO、Al₂O₃及fCaO的含量却较多，对于这部分渣目前一直没有找到有效的可以利用的手段。我们经过相关研究认为：若能充分利用其所富含的Al₂O₃、CaF₂，使其代替炼钢过程中的助熔剂（铁钒土、萤石），将可以解决部分废渣循环利用的问题，同时由于精炼炉渣中还含有较多的CaO成分，因此还可以部分代替造渣剂（石灰）。

经检测精炼钢包渣中，由于其生产工艺决定CaO含量约50%， Al₂O₃含量平均约20%，这恰恰与炼钢过程中所需要的助熔剂-铁钒土的成分极为类似。若采用精炼炉渣压球来替代转炉炼钢用助熔剂，并且充分利用鞍钢炼钢生产过程中的废石灰粉以补充CaO的不足,只需采用有效的机械加工方式对其进行加工即可利用。

鞍钢目前精炼炉渣产生量每年约30万吨（经统计目前可单独排放的精炼渣量约20万吨/年），随着钢产量的不断加大，这部分渣可能还会有所增加，相应对助熔剂的需求量也会有增加的趋势。将精炼炉渣代替转炉助熔剂可实现部分冶金渣的开发与资源化再利用及冶金行业的可持续发展。

2 精炼渣助熔机理

长期以来，废弃的LF炉精炼渣不断地危害环境，而LF炉精炼渣中含有大量的CaO和一定量的CaF₂，是转炉炼钢用助熔剂中不可缺少的成分，如果将LF炉精炼渣替代部分转炉助熔剂用于转炉冶炼过程，既可以全部或部分回收废弃的精炼渣，减少环境污染，也可以利用LF炉精炼渣中CaF₂稀释转炉助熔剂，利用LF炉精炼渣中的CaO节省转炉助熔剂中所需的白灰用量。石灰（主要成分CaO）是碱性转炉炼钢方法的主要造渣料（碱性转炉渣的成分见表1），是炼钢过程中脱P、脱S不可缺少的材料。但是由于石灰（CaO）熔点高，难于熔化成渣，因此在化渣过程中，常常加入适量的氧化铁皮、MnO、MgO，甚至还要加一些耐火砖块（SiO₂）、铁矾土（Al₂O₃）、萤石（CaF₂）等助熔剂，使渣熔点降低，加快成渣速度。

表1 碱性转炉渣的主要成分

化学成分

转炉中组成，%

冶金反应特点

碱性

氧化渣

CaO/SiO₂

CaO

FeO

MnO

MgO

3.0～4.5

35～55

7～30

2～8

2～12

C、[Si]、[Mn]迅速氧化；

能较好脱P；

能脱去50%的S；

钢水中[O]较高。

表2 精炼炉渣化学成分（%）

厂别	精炼渣钢种	CaO	SiO₂	FeO	F	Al₂O₃	S	R
一炼钢	20#	45.49	27.69	0.91	0.25	9.75	0.20	1.643
	900A	54.62	24.97	0.96	0.20	3.76	0.51	2.187
	低合金钢	49.46	24.13	0.65	0.20	13.25	0.20	2.050
二炼钢	普碳钢	50.47	15.50	0.80	0.20	22.23	0.53	3.25
二炼钢	铝镇静钢	59.58	7.00	1.00	0.85	26.25	-	7.22

表3 铁矾土的主要成分（%）

Al₂O₃	Fe₂O₃	SiO₂
>=45	8～25	<=30

精炼渣的成分也是以CaO为主，碱度与转炉渣相近，FeO含量较低（见表2）。精炼渣含有较多的Al₂O₃和一定量的CaF₂，而Al₂O₃又是铁矾土主要成分之一（见表3），Al₂O₃和CaF₂可以与CaO形成低熔点化合物。因此，单从化学成分上说，精炼渣可以作为助熔剂用于转炉炼钢过程。

3 现场实际生产使用效果

3.1 一炼钢加入精炼渣与助熔剂使用效果比较

（1）化渣情况：加入精炼渣的炉次，冶炼过程中的炉渣整体比较活跃,整个冶炼过程不用加助熔剂，但加入200Kg精炼渣炉次稀渣效果不明显，加入500Kg以上才有效果。

（2）节省助熔剂情况：可替代助熔剂，0.5吨精炼渣替代0.24吨助熔剂。

（3）节省石灰情况：每加入0.5吨精炼渣，可节省石灰0.065吨。

（4）脱硫情况：与正常炉次相当。

（5）脱磷情况：与正常炉次相当。

3.2 二炼钢加入精炼渣与助熔剂使用效果比较

（1）化渣情况：见表4。

表4 二炼钢加入精炼渣与助熔剂化渣情况

铁水[Si]		加入精炼渣效果	加入铁钒土效果（助熔剂）
①	＜0.4%	下枪不到5分钟来渣，加入1.0吨时全程不返干。	下枪5分钟基本很难来渣，且大部分炉次在吹炼中期明显“返干”现象。
②	0.4%-0.6%	下枪2分钟便可来渣，加入0.5吨时全程不返干比加入铁矾土提前来渣3-4分钟。
③	＞0.6%	加入精炼渣0.5吨时下枪便可来渣,成渣速度快，不易控制。

（2）节省石灰情况：每加入0.5吨精炼渣可节省石灰量（吨）如下所示：

精炼渣碱度： 4.0 5.0 6.0 7.0

精炼渣替代石灰用量：0.074 0.118 0.148 0.169

（3）节省助熔剂情况：可全部替代铁钒土，每加入0.5吨精炼渣可替代0.3吨铁钒土。

（4）脱硫情况：与正常炉次相当。

（5）脱磷情况：与正常炉次相当。

3.3 实际生产效果分析

（1）精炼渣代替助熔剂具有化渣速度快、减少“返干”和氧枪粘渣现象。

（2）可以部分或全部替代铁钒土，替代量视各钢厂情况而不同。

（3）视各炼钢厂产生精炼渣碱度的不同，可以节省部分石灰。

（4）除低硫钢外，脱硫、脱磷效果与原掺入助熔剂情况相当。

4 精炼炉渣资源情况

　鞍钢公司2006年－2007年各钢厂精炼炉产生炉渣量水平约为30万吨/年，随着钢产量水平的不断提升，精炼炉炉渣量也会相应增加。但能够分离出来并利用的精炼渣量只有20万吨左右。具体见下表5。

表5 各钢厂精炼炉产生渣量（万吨）

钢厂名称	2006年			2007年
钢厂名称	LF炉	RH炉	ANS－OB炉	LF炉	RH炉	ANS－OB炉
一炼钢	6.0	0.6		6.0	1.2
二炼钢南区	1.7			1.7
二炼钢北区	2.7	2.5	4.2	2.7	3.7	4.2
二炼钢新区	3.6	1.7		4.4	2.4
热渣	5.5	0.6		4.5	1.2
小计	19.5	5.4	4.2	19.3	8.5	4.2
合计	29.1			32

5 精炼炉渣的排放、运输及处理

LF精炼炉产生的精炼炉渣要想代替助熔剂得到有效的充分利用，必须进行单独排放、处理与加工。

1 渣的排放、运输与存放必须与转炉渣严格区分开来。

2 必须将各不同炉次的精炼渣进行统一筛分、磁选、均化、造球，使其达到一定的强度和其它技术要求，具备使用条件，满足使用要求。

6 精炼炉渣的入炉方式及加入量　

　采用从高位料仓上料加入转炉的方式，具体使用量根据各钢厂实际需要而定。

7 精炼炉渣压球生产工艺

按助熔剂产品标准所规定的各项技术指标（强度、化学成分、碱度等）要求，首先对主要原料进行筛分、磁选，通过运输皮带运送到渣料仓（粘结剂及其它配料由吊车将其装入料仓）、通过称量与少量粘结剂及其它物料配料后进入碾压机混均，最后通过压球机制成球状实体，经自然干燥达到一定强度后出厂。

按此工艺所生产的球体各部分成分含量均匀，性能稳定，对整个炼钢过程不会造成不良影响，完全可用于炼钢生产。

结论

综上所述，在初步认定转炉可以使用精炼渣并能够保证冶炼效果后，又对原料的来源、数量及回收、加工方式及运输路线等进行了相关的探讨，最后认为将精炼炉渣经过筛分、磁选、均化处理后制成实体做为助熔剂用于炼钢完全可行，做到了废物利用，实现了循环经济。目前，鞍钢LF炉精炼渣用作转炉助熔剂生产线已基本建成，即将投入使用。

作者简介

崔九霄：1993年毕业于鞍山钢铁学院硅酸盐工程专业，本科学历；2007年毕业于辽宁科技大学非金属材料专业，工程硕士；现任鞍钢集团矿渣开发公司生产技术部新产品开发工程师。