王皎月，龔 波，張 琦，喻春亮

（四川達(dá)州鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 達(dá)州635002）

1 引言

煉鋼通常用的主原料為“鐵水＋廢鋼”，廢鋼是冷卻效果較為穩(wěn)定、均勻的冷卻劑，在廢鋼資源充足的鋼鐵企業(yè)，一般均是采用全部廢鋼作為煉鋼冶煉過程的冷卻劑，通常裝入量在鐵水的10%～30%。合適的的廢鋼比和輕、中、重廢鋼的搭配，利于平衡轉(zhuǎn)爐的過程控制，降低轉(zhuǎn)爐消耗和成本。

受廢鋼價(jià)格高和周邊地區(qū)廢鋼資源缺乏的條件限制，我廠采購的廢鋼主要是輕薄料，廢鋼的輕、中、重合理搭配就沒辦法實(shí)現(xiàn)，也就失去了廢鋼調(diào)節(jié)過程溫度的可行性。廢鋼來源復(fù)雜，質(zhì)量差異大，表現(xiàn)在外形尺寸大、質(zhì)量輕、雜質(zhì)多、同時(shí)有害微量元素不受控，不但影響廢鋼的裝入量、還經(jīng)常堵爐口、給氧槍操作帶來困難等，甚至偶爾會(huì)因微量元素超標(biāo)影響產(chǎn)品質(zhì)量。

同時(shí)我公司燒結(jié)返礦比例高，返礦占地多，二次燒結(jié)又增加成本，為消化返礦、同時(shí)解決廢鋼不足的現(xiàn)狀。通過理論計(jì)算和工藝分析，認(rèn)為燒結(jié)返礦具有平衡轉(zhuǎn)爐熱量替代廢鋼的可行性，噸鋼廢鋼加入量可以減少55kg～90kg，又可以降低燒結(jié)返礦再次返回?zé)Y(jié)的加工成本、能源消耗等，具有一定經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)過達(dá)鋼集團(tuán)相關(guān)部門和技術(shù)人員的研究，提出了立項(xiàng)加以研究，針對(duì)返礦與廢鋼不同的特點(diǎn)，制定了使用燒結(jié)返礦的加入時(shí)機(jī)、加入量、加入后的冶煉過程控制參數(shù)，解決了噴濺、終點(diǎn)控制的難題，形成了使用燒結(jié)返礦替代廢鋼的冶煉新技術(shù)。

2 工藝技術(shù)研究

2．1 燒結(jié)返礦作為煉鋼的主原料替代廢鋼加入的優(yōu)越性

（1）燒結(jié)返礦具有穩(wěn)定的熱效應(yīng)，在燒結(jié)返礦中，組分相對(duì)穩(wěn)定，也就是熱效應(yīng)基本穩(wěn)定，能滿足平衡熱量的基本功能。

礦相中占相當(dāng)比例的液相組成熔點(diǎn)是1 100℃～1 500℃，在1 300℃～1 700℃的煉鋼溫度下，其液相很容易熔化成渣，同時(shí)燒結(jié)返礦硫磷含量低。具有直接熔化的可能，爐內(nèi)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件都滿足。

（2）燒結(jié)返礦中被低熔點(diǎn)液相包裹熔蝕的磁鐵礦、赤鐵礦在液相熔化后，可迅速參與轉(zhuǎn)爐造渣反應(yīng)，并向熔池供氧和還原鐵：Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe。

轉(zhuǎn)爐冶煉過程主要包括前期、中期、后期三個(gè)階段：

①轉(zhuǎn)爐吹煉前期是硅錳氧化期，熔池溫度一般控制在1 200℃～1 400℃左右，此時(shí)加入返礦后，一方面返礦本身液相組分迅速熔化成渣，另一面促成了初期渣中FeO含量的迅速提高，使石灰表面形成的致密2CaO·SiO2殼松動(dòng)，有利于石灰熔解成流動(dòng)性好的氧化渣，成渣時(shí)間縮短。

②轉(zhuǎn)爐吹煉中期是碳高速氧化期，熔池溫度一般控制在1 400℃～1 600℃左右；脫碳反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)是熔池的供氧強(qiáng)度，而此時(shí)加入返礦，返礦中的Fe2O3幾乎全部消耗于氧化金屬中的碳：Fe2O3＋3［C］＝2Fe＋3CO，加入返礦的反應(yīng)過程既有物理吸熱又有化學(xué)吸熱，故其主要起到的是氧化劑和冷卻劑的作用，且冷卻效應(yīng)最大。

③轉(zhuǎn)爐吹煉后期是終點(diǎn)拉碳期，熔池溫度根據(jù)不同鋼種要求一般控制在1 600℃～1 700℃左右：從理論上講，當(dāng)熔池碳小于0．2%時(shí)，熔池的碳含量成為脫碳反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)，此時(shí)加入返礦后，其Fe2O3連同其它組分主要轉(zhuǎn)入爐渣，僅發(fā)生物理吸熱，故其主要起到的是提高爐渣氧化性的作用，冷卻效果很小。

因此，燒結(jié)返礦對(duì)解決轉(zhuǎn)爐冶煉過程均勻冷卻和快速成渣的問題是有利的，可替代廢鋼滿足降低鐵水多余的熱量，轉(zhuǎn)爐配加返礦方案可行。

2．2 我廠燒結(jié)返礦資源豐富，能為本項(xiàng)目提供充足的原料基礎(chǔ)

2．2．1 燒結(jié)礦的種類

燒結(jié)礦返礦分為熱返礦、冷返礦和高爐料槽下返礦3種。

2．2．2 我廠燒結(jié)返礦率較高

燒結(jié)返礦是燒結(jié)工藝過程中不可避免的產(chǎn)物，國(guó)內(nèi)燒結(jié)廠返礦率一般在15%～25%之間，我廠由于主要使用釩鈦磁鐵礦，具有Ti、Al2O3、MgO含量高等特點(diǎn)，燒結(jié)轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度差，所以返礦比例更大，返礦率在20%～30%之間。

2．2．3 影響燒結(jié)返礦率的主要因素

燒結(jié)返礦率取決于原料的性質(zhì)、原料的準(zhǔn)備技術(shù)和設(shè)備狀況以及燒結(jié)的操作技術(shù)。

混合料的混合和制粒不好、燒結(jié)機(jī)的布料不均、燒結(jié)點(diǎn)火熱量不足、燒結(jié)終點(diǎn)控制不好或未能燒透以及燒結(jié)礦卸出后的多次破碎及篩分等都會(huì)增加返礦率。

此外，當(dāng)燒結(jié)制度（如料層高度、點(diǎn)火溫度、燃料用量、抽風(fēng)負(fù)壓等）與原料性質(zhì)不相適應(yīng)，或燒結(jié)作業(yè)失常未能及時(shí)調(diào)整時(shí)，返礦率也會(huì)升高。

2．3 燒結(jié)返礦的典型成分分析（粒度為5mm以下）

燒結(jié)返礦從外觀上看絕大部分呈黑色顆粒狀，其它雜質(zhì)很少，達(dá)鋼燒結(jié)礦一般的全鐵品位約為50%，CaO含量為11%左右，SiO2含量在6%左右，MgO和A12O3含量較少，堿度約為1．75～2．00。

我廠燒結(jié)返礦的典型成分組成見表1。

表1 燒結(jié)返礦的典型成分組成（%）

2．4 燒結(jié)返礦的冷卻能力分析

通常，轉(zhuǎn)爐冶煉冷卻量需求的變化采用物料平衡和熱平衡計(jì)算方法準(zhǔn)確性較高，但計(jì)算過程很復(fù)雜，很難快速計(jì)算燒結(jié)返礦具有的較強(qiáng)冷卻能力。

資料顯示在1 200℃～1 600℃時(shí)，燒結(jié)返礦的冷卻效應(yīng)為4 300～4 750kJ．（kg）－1，而廢鋼一般在1 110～1 430kJ．（kg）－1，燒結(jié)返礦的冷卻效應(yīng)為廢鋼的3～4倍，按我廠鐵水的物理熱和化學(xué)熱，根據(jù)常煉鋼種計(jì)算熱平衡數(shù)據(jù)得出，我廠噸鋼具有消耗返礦能力60kg／t～80kg／t，日可消化燒結(jié)量返礦量550t左右。

2．5 燒結(jié)返礦的爐內(nèi)主要反應(yīng)分析

燒結(jié)返礦受爐內(nèi)高溫熔化，返礦中含有大量FeO，F(xiàn)eO直接進(jìn)入鋼渣反應(yīng)界面。

在冶煉前期，減少部分鐵與氧的反應(yīng)生產(chǎn)所需要的氧化亞鐵。

在冶煉中期，返礦產(chǎn)生的氧化亞鐵可與C、P等發(fā)生反應(yīng)

這些反應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)爐而言，都是利于轉(zhuǎn)爐控制的。同時(shí)燒結(jié)返礦氧化亞鐵的含量可折合氧約為22%，考慮氧氣利用率等因素，可降低噸鋼氧氣4m3／t～10m3／t，使用燒結(jié)返礦具有降低氧用量效益，同時(shí)鐵能得到充分的還原進(jìn)入鋼中。

2．6 燒結(jié)返礦加入的時(shí)機(jī)分析

燒結(jié)返礦加入時(shí)機(jī)的確定主要受前期噴濺（成渣）和中期“返干”兩個(gè)因素決定，加入的時(shí)間必須有效防止煉前期爐內(nèi)低溫“噴濺”、中期高溫爐渣“返干”現(xiàn)象的發(fā)生。

3 生產(chǎn)技術(shù)方案

3．1 工藝路線選擇

“返礦”由貨車轉(zhuǎn)運(yùn)到煉鋼上料系統(tǒng)的底倉——經(jīng)皮帶運(yùn)輸?shù)礁呶涣蟼}——通過振動(dòng)給料到稱量斗——打開插板閥送入?yún)R總漏斗——再經(jīng)溜管加入爐內(nèi)。給料、稱量和加料都在轉(zhuǎn)爐的主控室內(nèi)由操作人員進(jìn)行控制，此操作簡(jiǎn)單，方便靈活，不占用生產(chǎn)時(shí)間。

工藝路線圖見圖1。

圖1 燒結(jié)返礦替代廢鋼項(xiàng)目工藝路線圖

3．2 裝入制度

采用固定鐵水＋少量廢鋼模式（廢鋼嚴(yán)重供應(yīng)不足時(shí)采用全鐵水）滿足總裝入量，富裕熱量采用燒結(jié)返礦調(diào)節(jié)，返礦的加入過程，全部實(shí)現(xiàn)了PLC控制，完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，加入量精確并不增加勞動(dòng)強(qiáng)度。

3．3 造渣制度

將原前期石灰加入量分為濺渣后進(jìn)鐵水前加入總量的1／3，其余部分待爐內(nèi)溫度上升后約2～5min時(shí)加入，余少量過程加入，但在10min以前完畢。

3．4 供氧制度

根據(jù)前期試驗(yàn)爐次，采取變壓變槍操作模式，為減少“返礦”前期吸熱造成熔池低溫噴濺，采取開大氧氣流量（工藝規(guī)定值上限），以利于提高前期溫度，同時(shí)加快前期硅錳反應(yīng)，縮短冶煉周期。

3．5 返礦加入量的確定

依據(jù)不同鐵水成分、溫度、冶煉鋼種，通過熱平衡計(jì)算，制定加入量參考表。利于現(xiàn)場(chǎng)操作人員的操作，減少經(jīng)驗(yàn)判斷的失誤造成終點(diǎn)C－T的不協(xié)調(diào)。

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

表2為本項(xiàng)目技術(shù)研究的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過對(duì)比可以看出：

（1）鐵水＋廢鋼模式不利于裝入量穩(wěn)定，而且我廠廢鋼質(zhì)量差，經(jīng)常容易出現(xiàn)堵爐口，誤時(shí)嚴(yán)重。由于廢鋼質(zhì)量差，每槽廢鋼加入量不能大于10t，否則要進(jìn)2槽，影響生產(chǎn)節(jié)奏。同時(shí)廢剛中的有害微量元素過多，經(jīng)常造成爐次微量元素超上限。

（2）全鐵水模式可減少廢鋼加入時(shí)間，提高冶煉節(jié)奏。

（3）返礦加入后鐵的回收率高，約2．5t燒結(jié)返礦回收1．0t鐵。

5 結(jié)論

（1）燒結(jié)返礦對(duì)解決轉(zhuǎn)爐冶煉過程均勻冷卻和快速成渣的問題是有利的，可替代廢鋼滿足降低鐵水多余的熱量，轉(zhuǎn)爐配加返礦方案可行。

（2）因燒結(jié)返礦或礦石中含有較高的氧化鐵，在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中加入方法和操作方式不當(dāng)，很容易造成轉(zhuǎn)爐噴濺或爐渣氧化性大。

（3）燒結(jié)返礦替代廢鋼后可明顯降低氧的消耗，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

（4）本技術(shù)解決了燒結(jié)重新加工產(chǎn)生的環(huán)境污染問題。

［1］黃希沽．鋼鐵冶金原理［M］．北京：冶金工業(yè)出版社．

［2］陳家祥．鋼鐵冶金學(xué)［M］．冶金工業(yè)出版社，2004．