姜学锋，彭 飞，张艳龙，钟晓丹

(本溪钢铁公司股份有限公司炼钢厂，辽宁 本溪 117000)

在传统钢铁冶金冶炼过程中，会不可避免的产生炉渣，炉渣对冶金过程产生重要的影响[1]。冶炼过程的炉渣产出点已不仅仅是高炉渣、转炉渣，还包括铁水预处理渣和炉外精炼渣，而且炉渣的组成与性质也有所不同[2]。钢渣是炼钢过程中产生的高温熔渣，其成分复杂、流动性差别大、性能波动大，因此在利用都会对钢渣进行处理，包括热焖法、热泼法、水淬法等[3-4]。现有处理方式普遍比较复杂，处理不当就会对周边环境造成严重的影响[5]。如果可以将炼钢钢渣直接利用到炼钢工序中，会减少钢渣处理压力，减少环境污染，针对钢渣的重复使用，也有不少学者进行了研究[6-9]。

某钢厂每年在LF精炼过程中会产生大量精炼渣，渣中还含有部分铸余钢水。最初主要的处理方式是：将铸余钢渣运送到冶金渣场，采用闷渣方式进行处理，金属料通过磁选回收再利用。这样不仅增加生产成本，还会造成资源的严重浪费及处理后的环境污染。针对LF精炼后的钢渣具有高碱度的特性以及含有大量的Al2O3和CaO，可以保证钢水低硫、低氧含量的精炼效果。因此，研究如何更好的回收再利用LF精炼后的铸余热态钢渣就成了迫切需要解决的问题。

LF炉的精炼后的钢渣中含有50%左右的CaO和30%左右的Al2O3，对改渣较好的炉次连铸浇注后剩余的热态钢渣直接倒回下一炉钢包中继续使用，循环利用[10-11]。利用热态渣的热源优势，其可以作为LF造渣前期良好的化渣材料，解决了LF炉前期造渣慢的问题，减少石灰加入量，降低了加入石灰带来的温降，加速了脱硫反应的进行。另外，可以提高LF处理前期的升温热效率，节约电耗，由于渣量大，前期埋弧好，减少电弧对钢包渣线的辐射，有利于降低钢包耐材消耗。同时，铸余的热态渣中含有一定量的残留铸余钢水，通过循环再利用，降低了钢铁料的消耗。所以，LF热态渣循环再利用具有完全的可行性。

1 生产工艺流程及主要装备

1.1 工艺流程

板材炼钢厂钢种生产工艺流程是：铁水脱硫—复吹转炉冶炼—精炼—连铸。

1.2 主要装备

本钢炼钢厂主要生产技术装备见表1。

表1 本钢炼钢厂主要生产技术装备

2 LF热态渣循环再利用工艺制度

由于LF精炼热态渣的多样性，一般钢厂只对脱氧良好的白渣进行回收。为了提升热态渣的回收比例，除了对改渣良好的热态渣进行回收外，该钢厂对于其他普通处理产生的LF热态渣也有条件地进行回收，并制定相关制度。

2.1 LF热态渣回收制度

(1) LF路径相近钢种之间可以折渣操作，其他路径的热态渣不允许折到供薄板生产的炉次。

(2)接受折渣炉次净空大于450 mm，折渣后炉次的净空大于400 mm。

(3)热态渣使用四次后禁止进行使用。

(4)调度根据生产节奏及现场生产情况，决定是否进行折渣操作。

(5)精炼LF炉处理位操作工确认钢水净空情况是否具备折渣条件，反馈给生产技术室连铸调度。

(6)具备折渣条件，生产调度通知各相关作业区进行折渣准备，根据被折渣钢包的所在位置进行折渣。

(7)钢包作业区进行地面指车，精炼作业区进行净空监护。

2.2 使用热态渣精炼造渣制度

使用热态返回渣时，LF精炼造渣制度如下：

(1)造渣材料使用石灰、铝球、煤粉，根据精炼前硫含量不同，一次渣料加入量参考表2规定。

表2 LF使用返回热态渣造渣脱硫规定

(2)石灰加入方式：一次性加入，充分吹氩搅拌熔化；

(3)铝球加入方式：升温过程中加入，注意分批次小批量加入，使铝球充分与顶渣反应，提高脱氧效果；

(4)生产节奏允许的条件下，采用升温5 min后吹氩脱硫送样。否则，直接进行二次升温，并且在升温过程中补加石灰200 kg、铝球30 kg。

3 LF热态渣的成分及硫容量分析

3.1 LF炉渣分析

某钢厂品种数量大、产线多，不同产线及不同钢种的造渣工艺不尽相同。可以循环的LF热态渣生产路径可以分为以下几种：薄板产线LF炉渣、矩形坯产线LF炉渣、普通低碳类LF炉渣、普通中碳类LF炉渣、其他高磷高强钢LF炉渣等。

这些炉渣由于工艺原因其渣中成分及氧化性都不一样，在热态渣循环再利用过程中如果不加区分随意使用，很大可能会造成一些钢种成分不合格或影响LF造渣改渣效果，对铸坯质量造成影响。这里列举了矩形坯产线和薄板产线的LF炉渣成分。

3.1.1 矩形坯产线LF炉渣分析

矩形坯炉次一般造白渣，渣中FeO含量控制在0.80%以下，二元碱度控制在4～6，典型矩形坯LF炉渣成分见表3。

表3 矩形坯产线典型炉渣成分

3.1.2 薄板产线LF炉渣分析

薄板产线由于铸机高拉速的特点，对精炼钢水要求质量较严，LF改渣要求深脱硫，所以渣中FeO含量一般要求控制在1.5%以下，二元碱度控制在5～7，典型薄板LF炉渣成分见表4。

表4 薄板产线炉渣成分

3.2 LF精炼热态钢渣的硫容量分析

LF精炼渣的脱硫能力可以用硫容量Cs来衡量，经脱氧后的LF热态渣虽然含有一定量的S含量，但是由于其富含CaO和低含量FeO，所以热态渣仍具有一定的脱硫能力。

渣-钢硫容量和温度、炉渣成分的关系式见式(1)[12]。

lgCS=(22 960-54 640Λ)/T+43.6Λ-25.2

(1)

式中：Λ为光学碱度。

式(1)表明：硫容量随温度的升高而增大,同时也随着碱度的增大而上升。根据式(1)导出渣-钢硫容量和温度、炉渣成分的关系式:

(2)

式中：B=5.623w(CaO)+4.15w(MgO)-1.152w(SiO2)+1.457w(Al2O3);A=w(CaO)+1.391w(MgO)-1.867w(SiO2)+1.65w(Al2O3)。

从式(2)可以看出，随着炉渣中CaO含量的升高、SiO2含量的降低和炉渣温度的上升，钢-渣的硫容量有上升的趋势，但随着Al2O3含量的升高，硫容量又会降低。

将表3或表4中的数据代入式(2)中，温度取1 843 K(1 570 ℃)，就可以计算得到钢渣循环利用过程中硫容量变化。经过计算，一般循环利用前C′s可以达到0.05以上。取循环利用四次后的渣样分析并计算，C′s会降低到0.02左右。所以，在这种情况下，渣钢反应表现出脱硫速率较慢的现象，即使通过补加石灰，钢渣硫容量上升空间也较小，即钢渣就没有了回收再利用的价值。

4 LF热态渣回收循环再利用对工艺的影响

4.1 热态渣回收再利用对LF升温效率的影响

统计薄板使用铸余热态渣生产数据，使用铸余热态渣炉次精炼周期长于没有使用铸余热态渣炉次，但是使用铸余热态渣炉次升温效率更高。具体影响见表5。

表5 热态渣回收再利用对温度影响

由于受热态渣在循环使用过程中的节奏影响，整体使用热态渣的炉次的精炼前温度偏低，所以造成精炼时间偏长。但是使用铸余的热态渣后，一方面热态渣的温度一般高达1 350 ℃以上[13]，另外新加入的石灰消耗减少，减少了精炼初期的化渣环节，用于化渣的时间也相对减少，所以整体升温时间基本持平。另外，热态渣的加入，前期造渣速度快，并且埋弧好，减少了对钢包耐材的辐射，降低热损失，提高了升温效率，平均升温速度比没用热态渣炉次提高0.6 ℃/min。

4.2 热态渣回收再利用对造渣料使用的影响

4.2.1 热态渣回收再利用对石灰消耗的影响

对比了使用热态渣炉次与没有使用炉次的石灰消耗，使用热态渣炉次的石灰消耗减少50%左右。具体见表6。

表6 热态渣回收再利用对石灰影响 kg

由于热态渣中含有大量的CaO，所以再LF精炼改渣过程中，要满足脱硫需要的碱度只需再补充少量的活性石灰就可以达到要求。

4.2.2 热态渣循环再利用对改渣铝球的影响

本钢LF改渣过程主要通过加入铝球来脱渣中氧，对比了使用热态渣炉次与没有使用炉次的铝球消耗，在相同的精炼前条件下使用热态渣炉次的每炉铝球消耗减少24 kg左右。具体见表7。

表7 热态渣回收再利用对铝球影响

由于工艺限制，板材炼钢厂在改渣过程中主要使用铝球和石灰，较少使用萤石或含Al2O3合成渣，所以渣中需要一定的Al2O3来降低渣的熔点。返回渣中含有大量的Al2O3，这样加入的铝球主要用来去除渣中氧，用于形成渣中Al2O3的铝球就会相应减少用量，间接减少了铝球的消耗。

4.3 热态渣回收再利用对钢铁料消耗的影响

对薄板数据进行统计，对比平均炉产与回收率，在相同装入量的情况下，平均炉产增加0.5 t钢，详细见表8。

表8 热态渣回收再利用对钢铁料消耗影响

为了保证铸坯质量，在连铸浇钢过程中，为了防止大包下渣给钢水带来污染，避免渣中夹杂物进入到钢水中，大包中或多或少会残留一部分钢水。这部分未浇净的钢水以前随着残渣直接翻到渣罐中损失掉。热态渣循环利用后，这部分钢水重新利用，在没有增加钢铁料的情况下增加了炉产，降低了钢铁料的消耗。

4.4 热态渣回收再利用对生产节奏的影响

由于热态渣在循环使用过程中需要将大包剩余钢渣翻到正在生产的钢包中，不可避免地影响了整个生产节奏，一般在大包剩余钢渣折渣过程中需要增加5～10 min。为了减少热态渣循环使用过程中对节奏的影响，炼钢厂采取了多种措施将热态渣循环再利用对节奏的影响降低到最小。

首先，由厂调度统一协调，各处理位及时沟通，根据生产节奏及现场生产情况，决定是否进行折渣操作。精炼LF炉处理位操作工确认钢水净空情况是否具备折渣条件，反馈给生产调度。具备折渣条件，生产技术室连铸调度通知精炼、钢包、天车作业区进行折渣准备，根据被折渣钢包的所在位置进行折渣。钢包作业区进行地面指车，精炼作业区进行净空监护。

其次，避免吊入LF工位后再翻渣，直接在钢包运输车上进行折渣，减少了对LF处理过程的影响。

第三，优化吊车翻渣流程，根据不同LF工位的位置采用不同的翻渣方式，减少翻渣时间。

根据不同产线的布局及钢种质量的要求，对于热态渣循环使用炉次精炼处理时间影响降到了最低，避免了对生产节奏的影响。

4.5 热态渣回收再利用的效益估算

LF液态渣循环再利用可以达到快速成渣，提高钢渣流动性、降低造渣料消耗、降低钢铁料消耗、提高钢水质量、降低能耗起到了较好的效果。如果本钢每年LF热态渣回收比例在60%以上，通过节省石灰消耗、造渣铝用量、钢铁料消耗等可以降低4元/t钢成本，经济效益十分可观。

5 结 论

LF炉使用热态渣回收再利用可以节省石灰、铝球消耗，使用效果较好，提高了造渣速度、改善钢水纯净度、降低钢铁料消耗、提高钢渣的流动性及降低能耗等。

(1) LF炉热态渣在LF炉造渣时循环使用，可快速形成低熔点渣系，改善渣的流动性。

(2) 在满足LF生产工艺要求的基础上，LF炉热态渣回收再利用工艺每炉减少石灰消耗500 kg，减少铝球消耗24 kg，平均炉产增加0.5 t钢。

(3) LF热态渣回收再利用减少CaO消耗，间接减少CO2的排放。增加了渣的再利用，减少了钢渣的外排，达到降耗减排的作用。