煉鋼用錳復(fù)合冶金劑替代螢石造渣的實踐[1]

1、煉鋼用錳復(fù)合冶金劑替代螢石造渣的實踐王建國 湖南華菱湘潭鋼鐵集團 湘潭 411101 摘要：螢石是煉鋼過程中非常重要或不可缺少造渣輔助材料，由于我國螢石資源的緊缺和煉鋼環(huán)保要求， 尋求替代螢石、價格適合的新熔劑已是國內(nèi)外研究和探索的一個新課題。本文重點介紹了含錳復(fù)合冶金劑 替代螢石，在不同規(guī)格的頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐上進行工業(yè)比照試驗情況，摸索適合替代熔劑的操作工藝方法和造 渣操作，以驗證替代螢石造渣的可能性和經(jīng)濟效果。關(guān)鍵詞：錳復(fù)合冶金劑 替代螢石 造渣Steelmaking manganesecompoundMetallurgical the practice of alternative fluo

2、rite slaggingWang Jianguo(Xiangtan Iron and Steel Co.Ltd HuaLing HuNanXiangtan411101 )Abstract ： Fluorte steelmaking process is very important or indispensable sllagging supporting material,Since China 's fluorite resource constraints and environmental requirements for steel-making,to seek alter

3、natire fluorite, The price is right is the flux of the new domestic and internaional research and exploration of a new topic 。 This article focuses on manganesecontent of the metallurgical complex altrenative fluorite,in the diffrernt specifications of the Top and Bottom blowing converter comparativ

4、e test on the industrial situation,groping for alternative methods of operation of flux and slagging way to verify the possibility of alternative fluorite And economic effects 。Keywords：manganese compound Metallurgical alternative fluorite slagging1 引言隨著我國鋼鐵工業(yè)的迅猛發(fā)展，鋼產(chǎn)量的不斷攀升，煉鋼用原材料，特別是冶金輔助材料與世界鋼鐵工業(yè)一樣

5、面臨著資源日益緊張，導(dǎo)致價格上漲的難題。 螢石是煉鋼過程中不可缺少的一種造渣輔助材料， 它的主要作用是降低爐渣熔點， 改善 爐渣流動性，快速成渣，加速去除鋼水中的磷、硫。 2007 年，我國鋼產(chǎn)量已到達 4.9 億 t ， 螢石消耗按 3kg/t 計算，需螢石 147 萬 t ，螢石需要量還會進一步增加。目前，國內(nèi)螢石資 源非常有限，如：湖南、江西兩省只有衡陽和上饒地區(qū)有符合煉鋼要求的螢石，但儲量非常 有限，隨著開采量的不斷增加，資源量的減少，螢石質(zhì)量已呈下降趨勢，而且，供求矛盾日 益突出。 因此，尋求合適的代用品替換作為煉鋼助熔劑的螢石， 已成為迫切之事， 當務(wù)之急。 2 煉鋼用螢石替代品研

6、究早在七十年代，國外伯利恒、內(nèi)陸等鋼鐵廠由于螢石供給緊張和價格昂貴，認識到螢石 代用品的潛在市場， 都在研究氧氣轉(zhuǎn)爐操作中代替螢石的新熔劑。 在氧氣轉(zhuǎn)爐熱模型中， 對 有可能替代螢石的代用熔劑進行了廣泛的研究試驗工作， 其中包括硼酸鈣、 硼酸鈉等硼酸基 熔劑；含不同量 TiO2 的鈦鐵礦；鐵礬土、錳礦、鋁渣、軋鋼鐵等氧化物基熔劑；螢石與錳 礦、錳鐵高爐渣等混合物熔劑，同時以螢石的性能作為比照標準。各種螢石代用品與螢石脫硫性能比照表1熔劑與數(shù)量鐵水s%一倒s%硫分配比s/S脫硫率%渣堿度R冶煉爐數(shù)硼酸鈣1X5硼酸鈣2X3錳鐵渣1X25.05錳鐵渣2X4混合氧化物1X3鈦鐵礦 2X36含錳復(fù)合團礦

7、2X4螢石1X4螢石代用品調(diào)渣性能比照表2材料名稱試驗轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)轉(zhuǎn)爐前期加入后期加入前期加入后期加入燒結(jié)錳礦好未做好尚可螢石好未做好未做硼酸鈣好差尚可尚可-差鈦鐵皮尚可-好差尚可尚可-差軋鋼鐵皮尚可差尚可-差差橄欖石尚可差尚可-差差從表1表2看出：作為轉(zhuǎn)爐煉鋼用的輔助材料-螢石仍然是最好的熔劑選擇，沒有一 種候選熔劑能按1:1的比例完全替代螢石。 無論是造渣效果，還是脫硫比率都難以與螢石相 匹敵。從諸多項選擇擇的熔劑試驗效果看，僅有含錳燒結(jié)礦、鈦鐵礦等少數(shù)幾種熔劑能按 1:2的比例與螢石抗衡，并且以這個比率替代螢石在價格上是可取的。根據(jù)國外鋼廠的試驗 研究結(jié)論，我們選擇了以含錳復(fù)合團作為螢石的替

8、代熔劑進行工業(yè)試驗。3含錳復(fù)合團礦替代熔劑工業(yè)試驗湘鋼煉鋼廠現(xiàn)有3*80t轉(zhuǎn)爐三座，其中1#、2#爐為頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐， 配備兩臺8*8流克虜 伯鑄機，4*4流克虜伯和4*4流高拉速康卡斯特鑄機各一臺，年產(chǎn)鋼 350萬t，其中高、中 碳鋼占30%低碳鋼占70%寬厚板廠現(xiàn)有2*120t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，爐后配備大斷面的板坯和 方板坯鑄機各一臺，年產(chǎn)鋼260萬t，主要生產(chǎn)高強度船板鋼、高層建筑鋼、橋梁鋼、管線鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼等鋼，其中低碳鋼占比為80%以上。綜合兩個廠的生產(chǎn)特點、生產(chǎn)的鋼品種結(jié)構(gòu)和控制水平等因素，整個工業(yè)試驗分兩個階 段進行。1#頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的中、高、低碳鋼上進行小批量試用。3.2在煉

9、鋼廠1#頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的中、高、低碳鋼上進行擴大批量試用。3.3在寬厚板1#、2#頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的中、低碳鋼上進行小批量和擴大試用。與轉(zhuǎn)爐煉鋼加螢石的傳統(tǒng)造渣工藝進行比照試驗，根據(jù)替代熔劑的前期化渣特性，摸索加入替代熔劑的合適造渣工藝；摸索替代熔劑的加入量和加入方式；3.3.2摸索替代熔劑的槍位操作；3.3.3比照冶金輔料的消耗334比照脫磷效果335檢驗終點鋼水殘錳水平。主要工藝參數(shù)比照試驗的鐵水條件：Si 0.29-0.59%、Mn 0.22-0.36%、S 0.012-0.036%、P 0.084-0.122%鐵水溫度1350-1400 C。3.2 出鋼溫度：1650C 80t 爐和

10、 1610-1620 C 120t 爐。供氧時間：15-18min3.3 轉(zhuǎn)爐裝入量：95-97t 80t 爐、150-160t 120t 爐出鋼量：85-90t 80t 爐、135-145t 120t 爐錳復(fù)合團礦由錳礦粉、鐵礦粉、輕燒白云石等用環(huán)烷酸作結(jié)合劑冷壓成球團3.2錳復(fù)合團礦成分表3理化指標MnOCaOSiO2PSMgOH2OTFe錳復(fù)合團礦錳復(fù)合團礦煉鋼廠1#頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐進行工業(yè)試驗試驗鋼種：45A、C45 SAE1080 H08A RY11、XSWRH6AXER70S-6E3.2試驗量：320t，共計525爐鋼。替代熔劑與螢石比照試驗情況表4鋼種爐數(shù)石灰kg/t白云石kg/t礦

11、石kg/t螢石kg/t錳團塊kg/t終占二八、殘錳%鋼鐵料kg/t脫磷率%說明中 高 碳試驗15-1108.1初試生產(chǎn)30-差值+0.0254低碳試驗10-1112.8初試生產(chǎn)20-1110.8+2.0中 高 碳試驗19642.31-擴試生產(chǎn)284-1.16低碳試驗306-1109.1擴試生產(chǎn)758-0+1.6比照試驗渣樣情況表5指標名稱RMgOTFe試驗爐比照爐3.7寬厚板1#、2#頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐進行工業(yè)試驗試驗鋼種：船板、管線、橋梁、鍋爐容器、45#、等3.2試驗量：140t，共計108爐鋼。替代熔劑與螢石比照試驗情況鋼種爐數(shù)石灰kg/t白云石kg/t礦石kg/t螢石kg/t錳團塊kg/t終

12、占二八、殘錳%鋼鐵料kg/t脫磷率%說明45#試驗747.1018.1911.67-7.12831102.590.4初試生產(chǎn)743.6628.6911.851.5-2571105.492.12差值+3.44-10.05-0.189-1.5+7.12126-2.90A32試驗943.7325.6410.65-7.070.10111106.891.83初試生產(chǎn)944.1628.8010.56-85601107.993.03-0.43-+-1.10低碳試驗9246.1224.426.14-5.670.10751105.190.4擴試生產(chǎn)14547.6023.7111.32-94071106.192.

13、12-1.48+0.71-5.18-+5.67+0.01343-比照試驗渣樣情況表7指標名稱RMgOTFe試驗爐3.539.9919.78比照爐3.8410.8020.82在比照試驗條件相同的前提下，通過5個爐次的試驗摸索， 錳復(fù)合團礦替代螢石的合理加入量根據(jù)鋼種不同，通過把替代熔劑加入量控制在5.5-7kg/t ，加入方式80t爐：一般在下氧槍開吹1 min內(nèi)隨渣料一起加入替代熔劑，加入量為總量的1/3采用雙渣法；第二批料在轉(zhuǎn)爐倒爐期間倒出前期渣后，隨造渣料一起加入，加入量為總量的2/3。120t爐：一般在下氧槍開吹1 min內(nèi)隨渣料一起加入替代熔劑，加入量為總量的2/3，開吹7min后，加

14、入第二批料，加入量為 1/3 ;相應(yīng)地控制好氧槍槍位：前期槍位比正常操作時低100mm減吹氧終點前1min左右壓槍至終點，錳復(fù)合團礦替代螢石造渣，實現(xiàn)無氟煉鋼，減少污染，提高煉鋼綜合經(jīng)濟和社會效益是可能的。3.8.1通過在80t爐、120t爐不同爐型上、不同鋼種進行的共計 633爐替代比照試驗結(jié)果說 明，在相同的原料和操作工藝參數(shù)控制條件下，掌握好替代熔劑合適的加入方式和時間，控制合理的槍位操作，替代熔劑基本具有提高化渣速度，縮短化渣時間，實現(xiàn)快速造渣，提高前期脫磷率的螢石造渣冶金特點，脫磷效果略為低于螢石1-2個百分點。3.8.2由于替代熔劑含有較高的Fe2O3因此，具有冷卻效應(yīng)，可減少礦石

15、加入量，置換比在。替代熔劑化渣過程平穩(wěn)，不噴濺和粘槍，從比照試驗渣樣結(jié)果看出，采用錳復(fù)合團礦替代螢 石造渣，加入造渣料有所減少，渣中Tfe含量降低1.5%，因此，可降低鋼鐵料消耗在 1-3 kg/t。3.8.4由于替代試驗爐均為頂?shù)讖?fù)吹爐，熔池攪拌范圍大、強烈，渣流動性和形成高堿度渣速度較頂吹、低吹轉(zhuǎn)爐快，渣量少，刀FeO低，熔池溫度高，加之，錳復(fù)合團礦中MnO含量咼，終點鋼水殘錳量明顯提咼。80t爐試驗在中咼碳鋼上，尤為明顯；寬厚板的兩座120t爐帶有副槍測溫取樣，終點C-T命中率高，渣量少，刀FeO可以控制得更低一些，在低碳鋼上試驗比煉鋼廠 80t爐試驗效果要好。 試驗結(jié)果說明，一般終點鋼

16、水殘錳量增加在 1-2個左 右。用錳復(fù)合團礦替代螢石，增加鋼水殘錳量機理：頂?shù)讖?fù)吹爐轉(zhuǎn)爐吹煉前期，溫度較低，鋼水中的Si、Mn氧化速度大于C-O反應(yīng)，但Si比Mn活度大，由于前期 FeO低，Mn的氧化量只有30-40%,鋼水中錳的氧化反應(yīng)有兩種：直接氧化反應(yīng)Mn+ 0卜MnO ,渣-鋼液的界面反應(yīng)Mn+ FeO- MnO +Fe;與此同時，加入的錳復(fù)合團也會發(fā)生分解 反應(yīng)：MnCO或MnSiO4 - MnO + SiO2+CO2隨著，石灰的逐漸熔化，渣R升高錳復(fù)合團礦也含有較高的堿金屬，脫碳反應(yīng)強烈，熔池攪拌強烈和溫度升高，爐渣中生成的MnOSiO2 中的 SiO2 與渣中 CaO反應(yīng)生成更穩(wěn)

17、定的 CaO?SiO2： MnOSiO2+CaO- 2 CaO?SiO2+ MnO，置換出來的 MnO呈自由狀態(tài)，活度增加，在高爐溫下，與鋼水中的碳和鐵發(fā)生直 接復(fù)原反應(yīng)：MnO +C- Mn+ CO 或MnO +Fe- Mn+ FeO，使終點鋼水中殘錳量提高。由于加入的錳復(fù)合團含有較高的MnO在高堿度、高溫條件下，可提高自由MnO濃度，更能促使或加快這種復(fù)原反應(yīng)的進行。3.8.5收益平衡計算80t爐試驗爐與比照爐收益平衡計算表表8鋼種石灰白云石礦石螢石錳團塊終點殘錳鋼鐵料中高碳平均kg/tkg/tkg/tkg/tkg/t%kg/t低碳鋼平均kg/tkg/tkg/tkg/tkg/t-0.011

18、3%1.8 kg/t物料價格260 元/1590 元 /11350 元/t900 元 /11600 元/t9700 元/13500元/t注：“-”表示加入錳復(fù)合團塊替代螢石物料降低值，“ +”表示增加消耗值收益平衡情況： 中高碳鋼降低成本：*1350-1.9*900-0.296*9700*-4.1*3500+6.615*1600/1000=-13.6 元/t 低碳鋼增加成本：(1.8*260+3.505*590+4.49*1600+0.184*9700+1.8*3500-1.2*1350-1.05*900)/1000=15.24 元/t120t爐試驗爐與比照爐收益平衡計算表表9鋼種石灰白云石礦

19、石螢石錳團塊終點殘錳鋼鐵料中碳鋼平均3.44 kg/t-10.05 kg/t-0.189 kg/t-1.5 kg/t7.12 kg/t6%-2.9 kg/t低碳鋼平均-0.96 kg/t-1.735 kg/t-3.175 kg/t-0.5 kg/t5.835 kg/t24%-1.35 kg/t物料價格260 元/1590 元/11350 元 /t900 元 /11600元/t9700 元/13500 元 /1注：“-”表示加入錳復(fù)合團塊替代螢石物料降低值，“ +”表示增加消耗值收益平衡情況： 中碳鋼降低成本：-10.05*590-0.189*1350-1.502*9700*-2.9*3500+3.44*260+6.615*1600/1000=-8.17 元/t 低碳鋼降低成本：-0.96*260-1.735*590-3.175*1350-0.50*9700*-1.35*3500+5.835*1600/1000=-3.34 元/t從收益平衡計算結(jié)果看，在