首钢迁钢转炉钢渣处理及配吃工艺的研究与应用

钢渣是炼钢过程中的副产物，且为钢铁行业的主要废弃物之一，我国每年的钢渣产量在1亿吨左右。钢渣的种类繁多，成分、性能波动大，处理后的钢渣综合利用率约为25%。钢渣的露天堆放，不仅会占用大量的土地，而且会严重污染周边生态环境，特别是水环境，日益成为钢铁行业生存和发展的瓶颈。 

近年来，国内各钢铁企业加大了固体废弃物的应用研究，总体分为内循环利用和外循环利用。内循环利用受钢铁企业重视且普遍采用；外循环利用主要在建筑、建材和农业上应用，但整体应用量相对较少。随着钢铁产业链的不断发展，一些业内专家提出了搭建钢铁企业固体废弃物处理大平台的构想。首钢迁钢公司也不断努力探索钢铁厂排放物的再资源化和循环利用的新途径。 

本文重点对首钢迁钢公司的转炉渣处理工艺、处理后的钢渣在转炉高位料仓进行配吃的工艺进行研究。

 

钢渣分类

 

按不同生产阶段分，钢渣可分为铁水预处理渣、转炉钢渣、钢包铸余渣和喷溅渣（炉下渣）。由于是钢渣产生工序或位置不同，使钢渣物性、产出量、品位不同，采用的渣处理方式也不相同。钢渣处理方式具有多样性，企业根据自身特点，采用适当的处理工艺，使钢渣资源得到高效的利用，提高钢渣利用率，发展循环经济和低碳经济，对促进节能减排、环境保护具有重要意义。 

其中，转炉钢渣主要来源于铁水与废钢中所含元素氧化后形成的氧化物，金属炉料带入的杂质，加入的造渣剂如石灰、轻烧白云石、石灰石等，以及氧化剂、脱硫产物和被侵蚀的炉衬材料等。 

钢渣的主要组成成分是钙、铁、硅、镁、铝、锰、磷等氧化物；转炉吹炼过程中，因喷溅溢出的钢渣、钢珠；兑铁、加废钢、倒渣、出钢产生的喷溅物；吹炼过程中，因喷溅粘附在氧枪、罩裙及炉体的脱落物。

 

钢渣处理工艺

 

钢渣处理分为预处理、深加工，又有离线、半离线和在线处理之分。首钢迁钢公司炼钢作业部转炉渣采用热闷工艺，焖好的钢渣进行磁选和筛分，形成可供转炉和烧结回用的钢渣，属于预处理+深加工的组合模式。图1为转炉渣热闷工艺流程。 

为了保护生态环境并实现资源有效利用，钢渣处理线设置了水循环系统，对钢渣处理过程中的用水进行循环使用，保证污水零排放。对于钢渣处理过程中产生的粉尘采取捕捉收集，集中处理，排放达标。对钢渣处理过程中产生的噪音进行了有效控制，对周围环境产生重大影响的设备采用了隔音措施，保证声源达标。钢渣处理主要是破碎、筛分、磁选、经滚筛分选，最终得到相应钢渣产品。钢渣产品主要有250mm渣钢、70mm渣钢、40mm渣钢、豆渣钢和鱼子钢等。

 

钢渣配吃工艺

 

本文主要研究转炉渣和喷溅渣经钢渣处理线第三次破碎、磁选、又经滚筛分选后，尺寸在10-40mm、品位控制在TFe≥60%、水分≤2%的钢渣。此类钢渣通过控制水分，防止钢渣在地仓或转炉高位料仓发生蓬料或粘料，造成料仓堵塞，无法下料的问题。 

转炉总渣量的变化 

由于钢渣具有氧化性强、含有一定的游离氧化钙、成渣速度快等特点，需要对转炉吹炼过程参数、物料投入参数、加入时机、供氧强度等参数进行优化攻关，利用钢渣代替现有技术中的球团和冷料作为冷却造渣剂进行炼钢，使得钢渣可以同时起到冷却剂和造渣剂的作用。 

经过控制转炉冶炼过程温度、吹炼枪位及加料时机、配比、终点渣系（成渣路线和成渣工艺研究）、总渣量等关键技术操作，提高了转炉化渣速度，能快速有效地形成适合炼钢的渣系，降低了转炉副原料白灰及轻烧白云石的消耗，还不会影响到吹炼过程的稳定性和安全性，可降低转炉炼钢生产成本和实现绿色环保生产。图2为转炉总渣量的变化情况。由图2可知，配吃钢渣炉次的白灰+轻烧白云石的吨钢消耗量显著低于常规炉次。 

工艺过程控制 

针对上仓钢渣，依据转炉生产情况（避让转炉强化）和冶炼钢种（避让硅钢）情况，在确保3日内将钢渣消耗完的基础上，每次向供料作业区提报钢渣计划（参考40t/次）；试验炉次装入量按钢种装入量（废钢+铁水）控制。废钢仍按规定要求配比。转炉开吹后配加钢渣，在吹氧比达到70%之前加完，加入量≤5t/炉。钢渣随转炉一批和二批料加入，按照总加入量的7:3进行分配，后续过程少量加入或不加入；如吹炼中期加料，每批次小于300kg。吹炼过程中使用钢渣，要求在烟气中氧含量为0时使用，避免因钢渣水分含量高，使得烟气中氢含量高，导致烟气中氢、氧含量达到泄爆比例引起泄爆。 

通过不断试验、优化吹炼参数及物料加入量和加入时机，逐步摸索出转炉配吃钢渣过程合适的吹炼枪位、供氧强度、加料量和加料时机等重要参数。控制转炉吹炼枪位为低-高-低-低模式，在氧气供给的时间段内，分阶段控制氧气的供氧流量。按照转炉内的氧气供给流量，分阶段控制向转炉中加入副原料。考虑钢渣硫含量、磷含量影响，要求配吃的钢种需满足成品硫＞0.0040%和成品磷≥0.010%，对应磷的钢种要求，出钢温度≤1685℃。 

同时，为确保吹炼过程的稳定性以及除尘效果，对转炉一次除尘的风机转速也进行了优化控制。在每次加入副原料时，当除尘风机的第一预设转速低于预设转速时，控制除尘风机按照额定转速的65%运行；当除尘风机的第二预设转速高于预设转速时，控制除尘风机按照第二预设转速运行。 

转炉终点磷含量的变化 

通过吹炼模型优化、副原料加入优化（钢渣调整）等，钢水实际磷含量较常规工艺控制略好，且波动范围较原来小，平均磷含量为0.0084%，也反映了此物料对化渣有利。图3为终点磷含量情况对比。 

转炉出钢量的变化 

钢渣配吃对转炉终点温度的影响较小，平均1吨钢渣相当于1.1t废钢；对吹炼氧耗、副原料消耗影响微小；金属收得率在含铁量的85%左右，属于较好水平。出钢量较常规工艺略高，图4为出钢量情况。 

通过对转炉吹炼参数的不断优化，使用钢渣炉次的吹炼平稳性、化渣效果良好，炼钢吹炼过程无异常喷溅、冒烟，整体操作适应高位料仓配加钢渣，该工艺实现了转炉钢渣可替代其他冷料1500t/月。 

应用效果

 

通过转炉高位配加钢渣工艺的研究与应用，极大地缓解了转炉炼钢产生的钢渣长期堆放对土壤、空气环境的影响，对附近居民的生活条件起到改善作用；解决因转炉炼钢产生的钢渣堆放资金占用问题，加速资金流动与回笼；由于转炉配吃钢渣代替原来的球团冷料，缓解了高炉配吃球团（精料）的压力，提高了高炉的操作稳定性；钢渣可代替部分外购废钢，缓解了外购废钢的采购压力及废钢价格波动带来的钢铁效益波动问题。 

结论

1）首钢迁钢公司形成了完善的钢渣处理线，对处理后的钢渣进行了有序的分类回吃研究与应用；

2）针对小粒钢渣摸索出了在转炉高位配加的模式，形成了月回吃量1500t以上规模，可替代球团等冷料，降低了钢铁料消耗；

3）转炉吹炼配加小粒钢渣，实现了吹炼过程稳定、化渣良好、脱磷率略升高、副原料加入量降低；

4）小粒钢渣在转炉高位配加，实现了含铁固废的合理回收利用，大大改善了钢渣堆放对周边环境的不良影响。

来源：世界金属导报