淺析含鐵廢料在煉鋼工序中的應用

王佰雙

(安陽鋼鐵股份有限公司，河南 安陽455004)

在煉鋼－軋鋼工序過程中，產(chǎn)生大量的含鐵固態(tài)廢棄物。一般包括氧化鐵皮、除塵污泥(粗顆粒和污泥)等，對煉－軋鋼工序產(chǎn)出的固態(tài)廢棄物經(jīng)冷固成型處理后直接入轉(zhuǎn)爐煉鋼使用，大大縮短了原經(jīng)燒結(jié)至煉鐵再到煉鋼的工藝流程，不僅可替代部分或全部廢鋼、礦石等，還可改善爐渣的性能，提高冶煉效率，降低工序能耗，在目前經(jīng)濟危機大環(huán)境下，對降低轉(zhuǎn)爐煉鋼的成本，走循環(huán)經(jīng)濟道路，建立環(huán)境友好型和資源節(jié)約型企業(yè)具體重要意義［1］。

1 鋼鐵廠含鐵廢料的基本情況

在鋼鐵冶煉流程中，需要經(jīng)過選礦、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、軋鋼等生產(chǎn)工序，各工序都會產(chǎn)生一些不同的工業(yè)固體廢棄物。根據(jù)生產(chǎn)流程不同，噸鋼含鐵廢棄物產(chǎn)生量約300～500kg。只有部分成分及物理性能穩(wěn)定的粉塵和副產(chǎn)品在工藝流程中得到了有效的回收利用，但仍有相當部分排放堆積，既浪費了資源，又污染了環(huán)境。含鐵固體廢棄物的典型化學成分見下表1［2］。

表1 含鐵固態(tài)廢棄物典型化學成分

2 煉鋼含鐵固態(tài)廢棄物利用途徑

2.1 作煉鐵原料，走蹋流程大循環(huán)利用

直接返回燒結(jié)原料場循環(huán)利用 起初煉鋼除塵灰直接返回燒結(jié)原料場雜礦堆，通過與雜礦預混勻后進行混勻料生產(chǎn)，在燒結(jié)生產(chǎn)中進行消化。但是在長期運行以后，出現(xiàn)了系列問題，首先是燒結(jié)機篦條出現(xiàn)了嚴重的糊堵現(xiàn)象;其次，燒結(jié)主抽風機出現(xiàn)了葉輪掛泥現(xiàn)象;再次，燒結(jié)除塵灰大量增加，二次污染嚴重，不利于環(huán)保生產(chǎn)。

2.2 制作各類制品，走短流程小循環(huán)利用

目前煉鋼生產(chǎn)及研究表明，利用固態(tài)廢棄物可以加工成各類煉鋼制成品，它在冶煉時可起到冷卻、化渣、脫磷、脫硫穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐操作等效果，可以說是目前固態(tài)廢棄物利用的主要方向。

由此，我們認為據(jù)煉鋼對入爐含鐵材料的不同功能需求和產(chǎn)出量及固有特性，研究開發(fā)出一種合適的固態(tài)廢棄物的工藝制成品及使用的方法是實現(xiàn)綜合利用的最有效途徑。

2.2.1 工藝流程圖見下圖

圖1 加工制成品工藝流程圖

2.2.2 制成品的主要性能

表2 試驗用冷固球平均成分 /%

圖2 、圖3含鐵廢料制成品

3 含鐵固態(tài)廢棄物制成品使用方式

一種方式是將部分含鐵固態(tài)廢棄物制成品作為廢鋼的一類，隨其它廢鋼一起入爐。另一種方式將含鐵固態(tài)廢棄物制成品上到高位料倉，在冶煉過程中作為降溫劑和化渣劑使用。

(1)針對氧化鐵是渣料的輔助溶劑這一特點，我們將含鐵固態(tài)廢棄物制成品應用于熱裝鐵水生產(chǎn)低P優(yōu)質(zhì)鋼的熔劑，在鐵水Si、P高時，大量使用含鐵固態(tài)廢棄物制成品可以抑制轉(zhuǎn)爐吹煉前期熔池升溫快，前期脫P困難的問題，使用效果非常好，其中氧氣消耗和石灰的使用量明顯降低，并且爐渣返干的比例大幅度降低，脫磷命中率提高25%以上。

(2)在高比例熱裝鐵水時將含鐵固態(tài)廢棄物制成品和石灰一起加入作為熔化的脫磷劑，和廢鋼一起裝料加入，使用后應用效果良好。

(3)加入后前期按正常工藝路線操作，后期按實際的冶煉鋼種選擇吹氧的供氧模式，減少供氧強度或增大供氧強度，由于脫［P］的操作是鋼渣界面的反應，脫［C］反應的主要部分也是在鋼渣界面進行的，所以這種使用氧化鐵皮的方式產(chǎn)生了積極的意義，既增加了吹氧的量，又可達到順利控制成分的目的，使脫［P］和脫［C］效率分別升高20%～40%和5%～20%，優(yōu)化了工藝，降低了操作難度。

4 對轉(zhuǎn)爐操作的影響

4.1 對造渣過程的影響

(1)從冶金原理講，一方面加入含鐵固態(tài)物可以平衡爐內(nèi)熱量，另一方面由于氧化鐵皮球做為造渣劑含有CaO約10%左右、FeO約37.14%，所以加入后可以起到減少部分造渣材料、降低鋼鐵料消耗的目的。據(jù)相關文獻報導，含鐵廢棄物熔點一般較低(初熔1170℃，全熔1260℃)，可以快速成渣。對于冶煉中期出現(xiàn)的爐渣“返干”現(xiàn)象，可以經(jīng)過加入氧化鐵皮球改善，氧化鐵皮球中的FeO可與高熔點的硅酸二鈣和硅酸三鈣形成低熔點的渣系，促進了成渣［3］。

(2)從冶金熱力學角度考慮，加入污泥球爐渣熔點降低有利于早化渣，促進爐內(nèi)各種鋼渣反應，尤其有利于脫磷反應。研究煉鋼過程的脫磷反應仍以奇普曼(Chipman)和溫克(Winkler)的著作為基礎，其脫磷反應通常寫成式(1)、(2)。

從上式可以看出促進脫磷反應的條件為:

①提高渣中Ca的質(zhì)量分數(shù)，即提高爐渣堿度;

②提高渣中FeO的質(zhì)量分數(shù)，即提高爐渣氧化性;

③因上述反應為放熱反應，在保證爐渣化透的情況下，應避免熔池溫度過高;

(3)從動力學角度分析，加入氧化鐵皮球爐渣熔化快，乳化性好，成渣速度快，也有利于脫P。為此可以說使用污泥球造渣，不僅可以滿足脫P條件，而且有利于提高轉(zhuǎn)爐脫P率，而且用污泥球造渣也會影響一定的鋼產(chǎn)量［4］。

4.2 對冶煉過程成渣時間的影響

試驗含鐵廢棄物替代部分廢鋼后，由于制成品中FeO含量高，保證了前期渣中具有一定的FeO，避免了前期熔池升溫慢、化渣困難、堿度低、吹煉中后期易返干等問題，大大提高了吹煉過程溫度，終點溫度，終點C的控制能力，從而提高了轉(zhuǎn)爐一倒命中率，有利于冶煉操作的平穩(wěn)順行。

成渣時間對比

正常生產(chǎn)條件下與試驗條件下的成渣時間對比圖，如圖4所示。

圖4 正常生產(chǎn)與試驗條件下成渣時間對比

在試驗條件下平均化渣時間比正常生產(chǎn)條件縮短18s，滿足了初期渣要早化要化透的要求。

4.3 含鐵固態(tài)廢棄物制成品使用與渣中(∑FeO)%的關系

通過大量抽查使用含鐵廢料爐次終渣樣的TFe%平均含量為15.53%，抽檢沒有使用含鐵廢料爐次渣樣的TFe%平均含量為15.86%，這說明使用含鐵廢棄物制成品對終渣中全鐵含量影響很小，在熔池反應過程中，當達到鋼渣平衡時加入的含鐵廢棄物中鐵的氧化物被碳還原，全部進入鋼液(或遏制鋼水中鐵的氧化)。因而，含鐵廢料的加入大大降低了鋼鐵料消耗。

5 對鋼鐵料消耗的影響

通過采用上述兩種加入方式，鐵水中的部分硅參與了部分氧化鐵皮球的還原。轉(zhuǎn)爐冶煉過程為氧化反應，氧源主要為氧氣。冶煉初期硅錳與氧具有較強的親和力，為鐵氧化物的還原創(chuàng)造了良好的條件;同時考慮利用轉(zhuǎn)爐加鐵水過程的動力學條件，使在轉(zhuǎn)爐冶煉前加入鐵氧化物，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐初期冶煉過程鐵氧化物的熔融還原，從而降低轉(zhuǎn)爐煉鋼過程鋼鐵料消耗。

圖5

6 結(jié)語

以氧化鐵皮等為主要原料的煉鋼方法，以價格低廉且來源廣泛的氧化鐵皮、渣鋼等廢料為主要原料，并用它們?nèi)〈可?、價高的廢鋼，利用氧化鐵皮為主的含鐵廢料制成各類制品應用于轉(zhuǎn)爐煉鋼。能夠在無隱患的前提下提高煉鋼效率、轉(zhuǎn)爐操作的穩(wěn)定性、成品成分控制的能力，降低鋼鐵料消耗和生產(chǎn)成本，延長轉(zhuǎn)爐爐體的使用壽命。

［1］張朝暉，劉安民、趙福才，等.氧化鐵皮綜合利用技術的發(fā)展.山東冶金，2008，36(1):52－53.

［2］李強，元玉輝，胡守忠.固體廢棄物在萊鋼燒結(jié)廠循環(huán)利用的技術探討與實踐.鋼鐵研究［J］.2007，29(1):59－60.

［3］吳勉華，轉(zhuǎn)爐煉鋼500問［M］.北京:中國計量出版社，1992，138－142.

［4］李炯偉、張懷軍、蔣宏，等，復吹轉(zhuǎn)爐使用污泥球總結(jié).包鋼科技，2009，29(3):7－8.