鐵水扒渣工藝對轉(zhuǎn)爐冶煉的影響研究

宋 健,朱李艷,何宏濤,吳發(fā)達(dá)

(馬鋼股份公司第一鋼軋總廠 安徽馬鞍山 243000)

改善鐵水質(zhì)量是提高轉(zhuǎn)爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要途徑，因此鐵水進(jìn)入轉(zhuǎn)爐前除了要經(jīng)過脫硫、脫磷等預(yù)處理操作外，一般都要經(jīng)過鐵水扒渣處理，扒渣量對轉(zhuǎn)爐造渣料的消耗，轉(zhuǎn)爐終渣量，鋼鐵消耗量等都有影響。在高爐出鐵過程中，雖然采取了多種措施降低鐵水帶渣量，但是一般高爐鐵水中仍然存在2‰-5‰的鐵水渣[1]。由于鐵水渣的存在，惡化了轉(zhuǎn)爐的冶煉條件。張定基[2]通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)鐵水扒渣50%時，轉(zhuǎn)爐料中總的硫含量降低29 %。工業(yè)實(shí)踐[3]-[5]發(fā)現(xiàn)優(yōu)化扒渣工藝能夠減少扒渣鐵損，降低轉(zhuǎn)爐石灰粉及鎂粉消耗。

為了探索鐵水扒渣工藝的發(fā)展趨勢，優(yōu)化轉(zhuǎn)爐冶煉環(huán)境，提高鋼水質(zhì)量，特針對馬鋼一鋼軋煉鋼分廠鐵水扒渣工藝進(jìn)行理論分析與實(shí)踐研究。

2 鐵水扒渣對轉(zhuǎn)爐冶煉的影響分析

馬鋼一鋼軋的的鐵水主要是由二鐵廠提供，通過收集CSP類鋼種2019年一季度鐵水渣及轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)渣樣數(shù)據(jù)，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)整理，其成分分別如表1，表2所示。鐵水渣為低堿度，高硫渣，一般R=1.1-1.4，而轉(zhuǎn)爐渣堿度R=3.5-4.0，鐵水渣中大量的SiO2使轉(zhuǎn)爐渣堿度降低，去除S、P的能力減弱。因此轉(zhuǎn)爐兌鐵水過程中，鐵水渣的存在降低了轉(zhuǎn)爐冶煉能力。

表1 鐵水渣成分(ω%)

表2 轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)渣樣成分(ω%)

該廠所用轉(zhuǎn)爐造渣料石灰及鎂球成分如表3所示。為了使轉(zhuǎn)爐渣具有較好的冶金反應(yīng)能力，必須保證轉(zhuǎn)爐渣具有適合的堿度和較高的脫硫能力，因此當(dāng)鐵水渣進(jìn)入轉(zhuǎn)爐后，必須向轉(zhuǎn)爐中加入大量的石灰，中和、稀釋鐵水渣帶入的SiO2。

表3 石灰及鎂球成分(ω%)

2.1 鐵水渣量對轉(zhuǎn)爐原輔料消耗的影響

根據(jù)三元堿度公式有：

(1)

其中對于轉(zhuǎn)爐冶煉過程有：

ω(CaO)=ω(CaO)鐵水渣+ω(CaO)石灰+ω(CaO)鎂球

(2)

ω(MgO)=ω(MgO)鐵水渣+ω(MgO)鎂球

(3)

ω(SiO2)=ω(SiO2)鐵水查+ω(SiO2)石灰+ω(SiO2)鎂球

(4)

(5)

由表2及公式(1)可知轉(zhuǎn)爐渣堿度R=4.09，聯(lián)立公式 (1)-(5)，代入表1-表3數(shù)據(jù)可得，1kg/t的鐵水渣可增加轉(zhuǎn)爐消耗的石灰及鎂球分別為0.81 kg/t，0.24 kg/t。

⑤Alpert F．H．，Kamins M．A．“Pioneer brand advantage:A conceptual framework and propositional inventory”，Journal of the A-cademy of Marketing Science，1994，22(3)，pp．244 ～253．

引起轉(zhuǎn)爐渣量為

鋼渣中含鐵量約為20%，則鐵水渣可增加0.594 kg/t鋼鐵料消耗。

2.2 不同因素對轉(zhuǎn)爐冶煉造渣料影響的結(jié)果分析

根據(jù)上述公式可知，影響轉(zhuǎn)爐冶煉造渣料消耗的因素主要有鐵水渣量，轉(zhuǎn)爐渣CaO/MgO以及轉(zhuǎn)爐渣堿度。

當(dāng)轉(zhuǎn)爐渣堿度一定(R=4)，轉(zhuǎn)爐終渣一定(CaO/MgO=4.5)時，探究鐵水渣量對轉(zhuǎn)爐冶煉造渣料消耗的影響，此時，由公式(1)-(5)計(jì)算結(jié)果如圖1所示。由圖可知，轉(zhuǎn)爐冶煉造渣料(石灰、鎂球)消耗隨著鐵水帶渣量的增大逐漸增大，其中石灰消耗量增加的速率更快，這是因?yàn)殍F水渣中含有大量的SiO2，需要加入過量的石灰來中和。

圖1 鐵水渣量對轉(zhuǎn)爐冶煉造渣料消耗的影響

當(dāng)轉(zhuǎn)爐渣堿度一定為(R=4)，鐵水渣量一定(W=1 kg/t)時，探究轉(zhuǎn)爐渣CaO/MgO對轉(zhuǎn)爐冶煉造渣料消耗的影響，此時，由公式(1)-(5)計(jì)算結(jié)果如圖2所示。由圖可知，石灰消耗隨著CaO/MgO的增大而緩慢增加，鎂球消耗則隨著CaO/MgO的增大而快速減小，因?yàn)镃aO/MgO的增大是由于CaO增加的速率大于MgO增加的速率，當(dāng)CaO增加的速度很慢甚至基本不變時，MgO的值將會減小。

圖2 轉(zhuǎn)爐渣CaO/MgO對轉(zhuǎn)爐冶煉造渣料消耗的影響

當(dāng)鐵水渣量一定(W=1 kg/t)，轉(zhuǎn)爐終渣一定(CaO/MgO=4.5)時，探究轉(zhuǎn)爐渣堿度對轉(zhuǎn)爐冶煉造渣料消耗的影響，此時，由公式(1)-(5)計(jì)算結(jié)果如圖3所示。由圖可知，轉(zhuǎn)爐冶煉造渣料(石灰、鎂球)消耗隨著轉(zhuǎn)爐渣堿度的增大而逐漸增大，其中石灰消耗量增加的速率更大，因?yàn)楦鶕?jù)公式(1)可知，轉(zhuǎn)爐渣堿度增加，說明CaO和MgO增加的速率要大于SiO2增加的速率，而SiO2需要大量的CaO來中和。

圖3 轉(zhuǎn)爐渣堿度對轉(zhuǎn)爐冶煉造渣料消耗的影響

2.3 鐵水扒渣對轉(zhuǎn)爐冶煉經(jīng)濟(jì)效益的影響

由以上數(shù)據(jù)可知，每扒去1 kg/t鐵水渣可以降低石灰和鎂球消耗分別為0.81 kg/t，0.24 kg/t，馬鋼一鋼軋總廠CSP類鋼種2018年產(chǎn)量為175萬t，冶金石灰價(jià)格為428元/t，鎂球價(jià)格700元/t，鐵水價(jià)格2320元/t，扒渣鐵損平均為0.22 kg/t。

因此節(jié)約的石灰價(jià)格為

428x0.81/1000x175萬=60.7萬元

鎂球價(jià)格為

700x0.24/1000x175萬=29.4萬元

降低鋼鐵料消耗成本為

(0.594-0.22)/1000x2320x175萬=151.8萬元

總共可以節(jié)約冶煉成本共241.9萬元。

3 工業(yè)試驗(yàn)

為了驗(yàn)證理論計(jì)算過程鐵水帶渣量對轉(zhuǎn)爐冶煉的影響，針對一鋼軋3#轉(zhuǎn)爐進(jìn)行了鐵水扒渣共6組現(xiàn)場工業(yè)試驗(yàn)，轉(zhuǎn)爐渣平均堿度R=4，轉(zhuǎn)爐渣CaO/MgO平均為4.7，每爐鐵水扒渣量、石灰和鎂球消耗量結(jié)果如表4所示。

表4 工業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果

由表4可知，當(dāng)轉(zhuǎn)爐渣平均堿度為4，轉(zhuǎn)爐渣CaO/Mg平均為4.7時，隨著扒渣量的增加，轉(zhuǎn)爐造渣料石灰和鎂球消耗量逐漸減小，且平均單位減少量為0.80,0.235，這與前面理論分析計(jì)算相比，石灰和鎂球消耗誤差分別為1%，2%。

4 結(jié)論

本文根據(jù)馬鋼一鋼軋總廠生產(chǎn)現(xiàn)狀，鐵水入轉(zhuǎn)爐之前需經(jīng)過扒渣處理，并通過理論分析結(jié)合工業(yè)試驗(yàn)驗(yàn)證，得出如下結(jié)論：

通過理論計(jì)算可知，鐵水扒渣工藝可以減少轉(zhuǎn)爐原輔料消耗及渣量，其中1kg/t的鐵水扒渣量可減少轉(zhuǎn)爐消耗的石灰及鎂球分別為0.81 kg/t，0.24 kg/t，增加轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)渣量為2.97 kg/t，增加0.594 kg/t鋼鐵料消耗。

影響轉(zhuǎn)爐冶煉造渣料(石灰、鎂球)消耗的因素主要有鐵水渣量，轉(zhuǎn)爐渣CaO/MgO以及轉(zhuǎn)爐渣堿度。在一定條件下。石灰、鎂球消耗隨著鐵水帶渣量和轉(zhuǎn)爐渣堿度的增大而逐漸增大；石灰消耗隨著CaO/MgO的增大而緩慢增加，鎂球消耗則隨著CaO/MgO的增大而快速減小。

鐵水扒渣工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著扒渣量的增加，轉(zhuǎn)爐造渣料石灰和鎂球消耗量逐漸減小，且平均單位減少量為0.8 kg/t0,0.235 kg/t，與理論計(jì)算相比，石灰和鎂球消耗誤差分別為1%，2%。