重庆钢铁集团股份有限公司 重庆 400044
摘要：通过对LF热态钢渣渣系和硫容量的研究，重庆钢铁股份有限公司一炼钢厂采用了相应的技术与措施实现了不同工艺路线铸余渣热态回收至LF精炼炉的循环再利用，不但减少了对环境的污染，并取得了较好的经济效益。
关键词：热态钢渣；硫容量；循环利用；价值
1 前言
重庆钢铁股份有限公司一炼钢厂现有KR脱硫站3座、210t转炉3座、CAS精炼站3座、LF炉2座、RH炉1座、板坯连铸机3台。设计产能650万吨，由此每年产生数以万吨计的钢渣，而在这部分钢渣中，可利用热能、碱度及含铁渣等被浪费掉，这与重钢降本工作的总体思路相悖。
2 钢渣回收理论分析
2.1 精炼原辅料的成分
炉外精炼中所使用的原辅料主要包括活性石灰、轻烧铝矾土、镁质调渣剂等，其具体成分如表1。
2.2 钢渣成分及渣中[P]分析
Np=（钢渣回收量×%P2O5×0.4366）÷钢水重量 （2-1）
通过计算，CAS、RH工艺路线回收至LF使用增磷量分别为0.0003%和0.002%，对一般优质钢种冶炼成分影响较小，若有特殊要求[P]标准≤0.018%的钢种，则应考虑不能利用RH工艺路线的热态钢渣。
2.3 钢渣脱硫能力分析
钢渣脱硫的能力可以用渣-钢硫容量来表征，其值可以根据下列渣-钢间的平衡反应来测量：
[S]+（O2-）=（S2-）+[O] （2-2）
Cs=（S）[a0]/[as] （2-3）
式中，Cs为硫容量；[a0]为钢渣平衡时钢水中氧的活度；[as]为钢渣平衡时钢水中硫的活度。
根据表2中的数据（取平均值），温度T取1833K（1560℃），推导计算出钢渣循环利用过程中硫容量变化：
（1）循环利用前 Cs0＝0.062
（2）循环利用一次 Cs1＝0.047
（3）循环利用二次 Cs2＝0.043
（4）循环利用三次 Cs3＝0.037
（5）循环利用四次 Cs4＝0.036
同样，钢渣脱硫的能力还与渣中硫含量和钢水中硫含量的比值相关，根据钢水脱硫反应式
[FeS]+（CaO）=（CaS）+（FeO）（2-4）
钢渣脱硫能力可用分配系数Ls表示
Ls=ω（S）/ω[S] （2-5）
根据表2中的数据（取中限）代入上式中，则Ls有如下变化
（1）循环利用前Ls0＝71
（2）循环利用一次Ls1＝79
（3）循环利用二次Ls2＝93
（4）循环利用三次Ls3＝79
（5）循环利用四次Ls4＝78
从Ls变化情况看，随着钢渣循环次数的增加Ls值有上升趋势，但从钢渣循环利用三次后开始下降，脱硫速率开始降低。
根据曼内斯曼指数理论（3），也充分说明了上述原理，其公式为：
M=R：Al2O3=（CaO/Al2O3）：Al2O3=0.25-035 （2-6）
式中：M—曼内斯曼指数R—钢渣碱度
当M在0.25～0.35时，钢渣具有较好的脱硫效果。同样把表2中数据（取中限）代入式2-6中，计算钢渣循环利用过程中曼内斯曼指数的变化如下：
⑴循环利用前：M0＝0.28
⑵循环利用一次：M1＝0.28
⑶循环利用二次：M2＝0.30
⑷循环利用三次：M3＝0.32
⑸循环利用四次：M4＝0.38
从以上数据看，随着钢渣循环次数的增加，渣中Al2O3提高幅度较大，使钢渣曼内斯曼指数逐步偏离0.25～0.35范围的上限，因此在生产过程中就表现为脱硫速率下降，脱硫能力降低，这与钢渣硫容量和Ls都是相吻合的，因此铸余渣的回收次数应选择小于等于4次。结合目前重钢RH对钢包渣厚的要求，LF-RH精炼工艺路径的余渣回收次数应控制更低，关于部分翻倒的次数确定，后续还要继续分析论证。
3 热态钢渣循环利用实践
3.1 对升温速率的影响
冶炼出钢温度一定的情况下，铸余渣回收炉次到LF炉温度明显比未回收炉次高10～20℃，但由于铸余渣回收炉次到LF后不再加入新渣料或加入量不大，同时，炉渣本身初始温度大于850℃，甚至达熔融状态，提高了初始渣的热效应，通过理论及实践对比发现，铸余渣回收炉次的升温速率平均值达5.1℃/min，而未回收炉次的升温速率平均值在4.9℃/min，相同升温时间其升温值更大（如图1所示）。
图1 回收铸余渣与未回收铸余渣
升温速率对比
3.2 对钢水洁净度的影响
在同类钢种中，分别对回收铸余渣与未回收铸余渣炉次的钢中全氧含量进行分析比对（如图2所示），发现在同类钢种中，未回收铸余渣的炉次其钢中全氧含量在31～42ppm，回收铸余渣的炉次其钢中全氧含量在32～45ppm，对比无明显变化。
图2 未回收与回收炉次钢中全氧含量
3.3 对脱硫率的影响
试验阶段铸余渣回收炉次平均脱硫率在68%，与未回收炉次65%基本一致。见图3趋势，第一次回收脱硫率与第三次回收脱硫率相当，第二次回收脱硫率最高，当回收次数超过三次时，脱硫率呈下降趋势，渣系分析推导得出，随着热态渣循环次数增加，渣中Al2O3含量递增，热态渣曼内斯曼指数升高，当回收次数大于三次时，曼内斯曼指数逐步接近最佳脱硫范围上限，使其脱硫效果逐步下降，即热态渣可循环利用效果降低，唯有通过补加大量新渣料来维持脱硫效果，而经济性也对应减弱，为此目前采用当循环次数超过四次时，不再进行铸余渣回收。
图3 铸余渣不同回收次数与未回收铸余渣情况下LF脱硫率比
4 结论
铸余渣的回收利用，降低了LF的各项原辅料的消耗量，吨钢降耗约2.15kg/t，缩短了升温时间，节约了电能，提高了LF的脱硫能力，并对钢水的洁净度没有影响，同时，残余铸余水得到了有效运用，提高了金属元素的收得率，减轻了对环境的污染，具有较好的经济效益和利用价值。
参考文献
[1] 张 鉴．炉外精炼的理论与实践。北京：冶金工业出版社，1996：150，154。
[2] 吴元刚，王小明，张维军.LF热态钢渣循环再利用实践[J].河北冶金，2007.04（4）：43-44。
[3] 元伏勇，姬健营，吴海波.安钢LF热态钢渣循环再利用实践[J].河南冶金，2007.06（3）：43-44
论文作者:陈露涛
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第22期
论文发表时间:2018/1/5
标签：钢渣论文; 循环利用论文; 钢水论文; 次数论文; 精炼论文; 钢种论文; 速率论文; 《建筑学研究前沿》2017年第22期论文;