李廷剛， 張 碩， 鄭 偉， 馬仲群

（營口京華鋼鐵有限公司， 遼寧 營口 115000）

1 余渣利用技術(shù)的生產(chǎn)時序分析

余渣回收利用時需具有一定的流動性，熱態(tài)渣的循環(huán)利用是以回收處于熔融狀態(tài)的熱態(tài)渣為前提的，即應(yīng)在爐渣處于較高溫度時完成熱態(tài)回收，因為隨著爐渣溫度的降低，爐渣黏度將發(fā)生變化。爐渣黏度與溫度之間的關(guān)系[1]:

式中:η為黏度，η0為常數(shù)，E為黏帶活化能，R為摩爾氣體常數(shù)，T為溫度。

由上式可以看出，隨著熱態(tài)渣溫度的降低，爐渣黏度增加，有可能導(dǎo)致爐渣黏在鋼包底部不易倒出，同時還進(jìn)一步影響鋼包底吹的透氣性能。因此，應(yīng)縮短熱態(tài)渣回收的等待時間，一般要求鋼水停澆至熱態(tài)渣翻罐回收的時間間隔在20 min以內(nèi)。

現(xiàn)場鋼包澆鑄結(jié)束后行走路線如圖1所示，先將鋼包中剩余鋼渣倒入渣缸中，之后直接放在鋼包休整位進(jìn)行休整，由同一天車完成，路線如圖中黑色箭頭標(biāo)注所示。大包鑄余渣循環(huán)利用則是先將鑄余渣倒入爐后出鋼后鋼包中，在放置到鋼包休整位進(jìn)行休整，路線如圖中虛線箭頭所示，理論時間差為30 s左右。

圖1 大包澆余渣行走路線圖

圖2 為w(Al2O3)為20%時CaO-SiO2-MgO渣系相圖，圖2中標(biāo)注的三條虛線的交點為分析某公司20爐LF精煉終渣成分后得出的終渣平均成分。由其所在的相圖位置可以看出，其液相線在1 500 ～1 600℃之間，遠(yuǎn)高于表1中所示余渣倒渣溫度。根據(jù)多元系相圖的固體析出規(guī)則，液態(tài)渣將首先析出少量固體，而其成分也將隨著固相的析出發(fā)生移動，移動趨勢如圖2中箭頭所示，最終在箭頭終點位置停止，終點處固相析出溫度為1 400 ～1 500℃之間。某公司大包澆余渣倒入渣盆時，渣液內(nèi)已有少量固體存在，而固體含量相對較少并未對剩余渣的到出產(chǎn)生影響。

圖2 w(Al2O3)為20%時CaO-SiO2-MgO渣系相圖

根據(jù)某鋼廠現(xiàn)場實際觀測，大包從澆注結(jié)束開始至正常倒渣結(jié)束所需最短時間為4 min，若倒入精煉鋼包內(nèi)則至少需要4.5 min。而精煉處理前通常需提前進(jìn)入等待位，由此可得出，若某一爐大包澆注結(jié)束后與精煉開始前的時間差大于5 min小于25 min，則可在不影響整體生產(chǎn)流程的情況下完成澆余渣循環(huán)利用的工藝方案。圖3為某鋼廠白班生產(chǎn)排程圖，圖3中標(biāo)數(shù)子的部分為符合上述條件的爐次，該日白班共冶煉14爐鋼水，可循環(huán)利用爐數(shù)為7爐，以該日排程來看大包余渣利用工藝在時序上50%的爐次可行。

表1 大包澆余渣處理時溫降情況

圖3 白班生產(chǎn)排程圖

2 某公司LF渣現(xiàn)狀

脫硫是LF精煉渣的主要冶金功能之一，澆鑄結(jié)束后的剩余渣是否仍然具有一定的脫硫能力，是判定大包鑄余渣是否有回收價值的重要評價標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)上通常用曼內(nèi)斯指數(shù)衡量爐渣的脫硫能力，曼內(nèi)斯指數(shù)M=R/w(Al2O3)，曼內(nèi)斯指數(shù)在0.25 ～0.35時認(rèn)為鋼渣具有良好的脫硫效果[1]。對某公司LF精煉終渣成分進(jìn)行計算得，該公司精煉終渣成分均符合以上標(biāo)準(zhǔn)。

為進(jìn)一步研究余渣的脫硫能力，筆者應(yīng)用光學(xué)堿度計算爐渣的硫容量，并以此計算S在爐渣內(nèi)的分配比以及剩余脫硫能力。

式中:CS為硫容量；Λ為光化學(xué)堿度；Ls為硫元素的渣鋼分配比；C'S為Turkdogan定義的硫容量。

由公式（1）（2）（3）計算得[2，3]，澆鑄余渣仍然具有較強(qiáng)的脫硫能力，因此可將其加入到鋼包中作為頂渣在LF精煉中再次利用。計算結(jié)果如表2所示。

表2 爐渣剩余脫硫能力計算

根據(jù)上述分析可以得出該公司冶煉過程中產(chǎn)生的大包澆余渣仍然具有一定的脫硫能力，因此具備澆余渣回收利用的基本條件。

3 工序模擬測算

以對鋼液中硫含量內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)為0.015%，鋼液中氧含量為50×10-6進(jìn)行計算，設(shè)定澆余渣每爐回收量為1.8 t（澆余渣平均剩余量為2 t左右，在倒過程中有部分剩余渣鋼留在包內(nèi)），爐渣剩余脫硫能力為0.6%，設(shè)計LF精煉簡易模擬程序進(jìn)行計算，計算后可得，爐渣最大脫硫量為21.6 kg，鋼液需求脫硫量為20.4 kg，爐渣剩余脫硫能力仍可對鋼液完成脫硫。

然而在實際生產(chǎn)過程中，精煉造渣需考慮多種冶煉功能的需求，其中對爐渣脫硫能力影響較大的為Al2O3含量的變化。以表2中3號樣本為初始條件進(jìn)行精煉渣循環(huán)模擬計算[4，5]。在實際生產(chǎn)中，需加入鋁鐵、鋁線、電石等脫氧劑，為調(diào)整堿度還需要加入一定量的白灰，假設(shè)加入100 kg呂鐵，100 kg白灰進(jìn)行進(jìn)算，計算后結(jié)果如表3所示。循環(huán)前精煉渣將鋼中w（S）脫至100×10-6左右為實際測量值，循環(huán)后鋼液中硫含量脫至60×10-6為理論計算值，由于動力學(xué)將對較為復(fù)雜，計算時未考慮動力學(xué)因素。實際生產(chǎn)時利用循環(huán)渣脫S，鋼液內(nèi)w（S）應(yīng)大于100×10-6。因此在項目推廣時應(yīng)將該工藝可應(yīng)用目標(biāo)鋼種定義為鋼液S含量上線為150×10-6以上的鋼種。

表3 循環(huán)前后爐渣及鋼液成分分析

4 成本測算小結(jié)

4.1 物料成本核算

根據(jù)本文第2章中原冶煉方案進(jìn)行計算，精煉過程中白灰加入量為1 t，改變工藝后CaO加入量為0.1 t節(jié)省白灰用量為0.9 t，每爐可節(jié)約貨幣化成本400元，噸鋼成本降低3元。

表4 某鋼廠120tLF爐升溫效率

4.2 用電成本核算

由表4數(shù)據(jù)分析可得升溫效率隨著加熱時間的增加而增加，分析原因可知，前期化渣情況不好，電極埋弧熱效率較低。隨著加熱時間的增多化渣情況變好電弧爐熱效率也會隨之增加，精煉渣的融化程度是影響電弧熱效率的主要原因之一。根據(jù)現(xiàn)場技術(shù)工人員統(tǒng)計得，前期升溫效率在每分鐘1 ～2℃，后期升溫速率在每分鐘2 ～3℃，LF精煉爐每分鐘耗電200 kW·h。LF精煉前期6 min時間內(nèi)，處于低速升溫階段，應(yīng)用余渣回收利用技術(shù)后，升溫效率提升1/3，平均每爐可節(jié)約400 kW·h電耗。此外鋼渣熱容為1 247 kJ/（t·℃）使用余渣回收利用技術(shù)后回收了熱渣中大量的物理熱，經(jīng)計算可節(jié)約熱能2 702 249 kJ，LF精煉爐電熱效率以60%計算可節(jié)約用電1 251 kW·h。

5 結(jié)論

1）對硫含量控制上限為150×10-6的鋼種，如碳素結(jié)構(gòu)鋼:ASTM、A36、Q235B等，在冶煉過程中可應(yīng)用該項技術(shù)。

2）大包余渣利用技術(shù)應(yīng)用范圍廣泛，按總產(chǎn)量的50%左右估計，年產(chǎn)量1 000萬t的鋼鐵企業(yè)，其中500萬t鋼水可應(yīng)用余渣進(jìn)行冶煉，受生產(chǎn)時序所限，最終可應(yīng)用該項技術(shù)的鋼水為250萬t。根據(jù)前文所述，每年可節(jié)約大量成本。

3）對余渣的利用還存在諸多隱形效益，如減少排放的鋼渣對周邊環(huán)境的污染等。