煉鋼用錳復(fù)合冶金劑替代螢石造渣的實(shí)踐

1、煉鋼用錳復(fù)合冶金劑替代螢石 造渣的實(shí)踐作者:日期:煉鋼用錳復(fù)合冶金劑替代螢石造渣的實(shí)踐王建國(湖南華菱湘潭鋼鐵集團(tuán)有限公司湘潭4 1 1101 )摘要:螢石是煉鋼過程中非常重要或不可缺少造渣輔助材料，由于我國螢石資源的緊缺和煉鋼環(huán)保要求，尋求替代螢石、價格適合的新熔劑已是國內(nèi)外研究和探索的一個新課題。本文重點(diǎn)介紹了含錳復(fù)合冶金劑 替代螢石，在不同規(guī)格的頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行工業(yè)對比試驗(yàn)情況，摸索適合替代熔劑的操作工藝方法和造渣操作，以驗(yàn)證替代螢石造渣的可能性和經(jīng)濟(jì)效果。關(guān)鍵詞:錳復(fù)合冶金劑替代螢石造渣Steel mak ing ma n g ane se c om p o und Me tallu

2、r g ical t he p ra ctice of a Ite rn ativ e f l u oriteslaggingWangJian gu o(Xi a n gt an Iron and Stee 1 Co. Ltd Hua L ing H uNan X ia ngta n41 1 101 )Abs t r act : Flu o rt e s te elmaking proce ss is ver y im p or tan t o r indi sp ensable sllag g in gsupporting mat e ria 1,Sine e C hina ' s

3、fluorite resou rce con straintsand env ir o nme n t al r equire ments for s t e e l-making,t o se ek alt e rnatire fluorite, Th e p r iceis r ig ht is t hef 1 ux o f the new dom es tic and i nter nai o nal research an d explo r ation o f a new topi c。This ar t icle focuses onma ngan es eco nt e n to

4、f the met a llurg i ca 1 c o mpl ex al trenat i ve f 1 uori t e,in the d iffre r nt spe e if i catio n s of th e To p a n d Bot to m blowing e o nv erte r comparat i ve test on the indust r ial si tuation,g ro pi ng f or alt er n a tive metho d s o f operat i on o f flux an d slag g ing w ay to veri

5、fy t h e p ossi b ility of a 1 ternative f luori t eAnd e conom i c effec t s。Keyword s :man g anese comp o un d M etallurgicalalter n a ti ve fluorite slagging1 引言隨著我國鋼鐵工業(yè)的迅猛發(fā)展，鋼產(chǎn)量的不斷攀升，煉鋼用原材料，特別是冶金輔助材料與世界鋼鐵工業(yè)一樣面臨著資源日益緊張，導(dǎo)致價格上漲的難題。螢石是煉鋼過程中不可缺少的一種造渣輔助材料，它的主要作用是降低爐渣熔點(diǎn)，改善爐渣流動性，快速成渣，加速去除鋼水中的磷、硫。200 7年，

6、我國鋼產(chǎn)量已達(dá)到4. 9億t，螢石消耗按3 kg /t計算，需螢石147萬t，2 0 08年我國鋼產(chǎn)量預(yù)計將達(dá)到5.4億t，螢石需要量還會進(jìn)一步增加。目前，國內(nèi)螢石資源非常有限，如：湖南、江西兩省只有衡陽和上饒地區(qū)有符合煉鋼要求的螢石，但儲量非常有限，隨著開采量的不斷增加，資源量的減少，螢石質(zhì)量已呈下降趨勢，而且，供求矛盾日益突出。因此，尋求合適的代用品替換作為煉鋼助熔劑的螢石，已成為迫切之事，當(dāng)務(wù)之急。2煉鋼用螢石替代品研究早在七十年代，國外伯利恒、內(nèi)陸等鋼鐵廠由于螢石供應(yīng)緊張和價格昂貴，認(rèn)識到螢石代用品的潛在市場，都在研究氧氣轉(zhuǎn)爐操作中代替螢石的新熔劑。在氧氣轉(zhuǎn)爐熱模型中， 對有可能替代螢

7、石的代用熔劑進(jìn)行了廣泛的研究試驗(yàn)工作，其中包括硼酸鈣、硼酸鈉等硼酸基熔劑；含不同量TiO 2的鈦鐵礦；鐵磯土、錳礦、鋁渣、軋鋼鐵等氧化物基熔劑；螢石與錳礦、錳鐵高爐渣等混合物熔劑，同時以螢石的性能作為對比標(biāo)準(zhǔn)。各種螢石代用品與螢石脫硫性能對比表1熔劑與數(shù)量鐵水s%一倒s%硫分配比(s)/: S脫硫率%渣堿度R冶煉爐數(shù)硼酸鈣1X0. 0 490.0 4 03.021 8. 42. 2 65硼酸鈣2X0.0 540. 0433.1020. 42 .333錳鐵渣1X0.0480. 0363. 772 5.02.6 45錳鐵渣2X0. 0460 . 0 325. 533 0.42.5 54混合氧化物1

8、X0.0 4 70 .0 3 73 .572 1 . 32 .643鈦鐵礦2 X0 .05 00. 0363.893 8. 02.426含錳復(fù)合團(tuán)礦2 X0 .0590. 03 54. 8 93 8 . 72.7 24螢石 1X0.0 5 00.0 3 05.0740.02 .424螢石代用品調(diào)渣性能對比表2材料名稱試驗(yàn)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)轉(zhuǎn)爐前期加入后期加入前期加入后期加入燒結(jié)錳礦好未做好尚可螢石好未做好未做硼酸鈣好差尚可尚可-差鈦鐵皮尚可一好差尚可尚可-差軋鋼鐵皮尚可差尚可一差差橄欖石尚可差尚可-差差從表1、表2看出： 作為轉(zhuǎn)爐煉鋼用的輔助材料 -螢石仍然是最好的熔劑選擇,沒有種候選熔劑能按 1： 1

9、的比例完全替代螢石。無論是造渣效果，還是脫硫比率都難以與螢石 相匹敵。從諸多選擇的熔劑試驗(yàn)效果看，僅有含錳燒結(jié)礦、鈦鐵礦等少數(shù)幾種熔劑能按1: 2的比例與螢石抗衡，并且以這個比率替代螢石在價格上是可取的。根據(jù)國外鋼廠的試驗(yàn)研究 結(jié)論,我們選擇了以含錳復(fù)合團(tuán)作為螢石的替代熔劑進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。3含錳復(fù)合團(tuán)礦替代熔劑工業(yè)試驗(yàn)湘鋼煉鋼廠現(xiàn)有3*80t轉(zhuǎn)爐三座,其中1#、2#爐為頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐,配備兩臺8* 8流克虜伯鑄機(jī)，4 *4流克虜伯和4*4流高拉速康卡斯特鑄機(jī)各一臺，年產(chǎn)鋼350萬t,其中高、中碳鋼占3 0%低碳鋼占7 0% ；寬厚板廠現(xiàn)有2 *120t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，爐后配備大斷面的板坯和 方板坯鑄

10、機(jī)各一臺，年產(chǎn)鋼2 6 0萬t,主要生產(chǎn)高強(qiáng)度船板鋼、高層建筑鋼、橋梁鋼、管線鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼等鋼，其中低碳鋼占比為 80%以上。綜合兩個廠的生產(chǎn)特點(diǎn)、生產(chǎn)的鋼品種結(jié)構(gòu)和控制水平等因素，整個工業(yè)試驗(yàn)分兩個階段進(jìn)行。3.1煉鋼廠1#頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的中、高、低碳鋼上進(jìn)行小批量試用。3. 2在煉鋼廠1#頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的中、高、低碳鋼上進(jìn)行擴(kuò)大批量試用。3. 3在寬厚板1#、2#頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的中、低碳鋼上進(jìn)行小批量和擴(kuò)大試用。3 . 3 .1與轉(zhuǎn)爐煉鋼加螢石的傳統(tǒng)造渣工藝進(jìn)行對比試驗(yàn)，根據(jù)替代熔劑的前期化渣特性，摸索加入替代熔劑的合適造渣工藝；3.3 .1摸索替代熔劑的加入量和加入方式 ；3.

11、 3. 2摸索替代熔劑的槍位操作；3 .3. 3對比冶金輔料的消耗3.3.4對比脫磷效果3.3.5檢驗(yàn)終點(diǎn)鋼水殘錳水平。3. 4對比試驗(yàn)主要工藝參數(shù)3. 1 對比試驗(yàn)的鐵水條件： Si 0. 29 - 0.5 9 % Mn 0. 2 2-0. 3 6% S 0 .012-0.03 6% P0.084-0 . 122%鐵水溫度 1350-1400 C。3.2 出鋼溫度：1650 C（ 8 0 t 爐）和 1610-1 6 2 0 C（ 120t 爐）。供氧時間：15-18mi n3.3 轉(zhuǎn)爐裝入量：95-97t（80 t 爐）、150-16 0 t（120t 爐）出鋼量：85- 9 0t（80t

12、 爐）、13 5 -14 5t（120t 爐）3.5錳復(fù)合團(tuán)礦成分選擇3. 1錳復(fù)合團(tuán)礦由錳礦粉、鐵礦粉、輕燒白云石等用環(huán)烷酸作結(jié)合劑冷壓成球團(tuán)3.2錳復(fù)合團(tuán)礦成分表3理化指標(biāo)MnOCa OS 10 2PSMg OH2OTF e錳復(fù)合團(tuán)礦22.648. 1 319. 3 90 .0990.0 7 83. 435. 7 01 5 .8 0錳復(fù)合團(tuán)礦2 2.3158.9116. 3 90.1 2 60. 0 7 82. 826 .9110.653 .6煉鋼廠1#頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)3. 1 試驗(yàn)鋼種：45A、C45、SAE 1 0 80、H0 8 A、RY1 1、XSW RH 6A、XE R7

13、0S-6E3.2試驗(yàn)量:320t，共計525爐鋼。替代熔劑與螢石對比試驗(yàn)情況表4鋼種爐數(shù)石灰k g/t白云石kg/t礦石kg/t螢石k g /t錳團(tuán)塊kg/t終占二八、殘錳%鋼鐵料 k g/t脫磷率%說明中 高 碳試驗(yàn)1543 .1516.010.16.760.13241 1 08.185.0初試生產(chǎn)304 & 1920.01 3 .02. 0-0.1 0 701 1 10 .28 5. 0差值-5 . 0 4-4 . 0-2 .9-2.0+6.76+0.0254-2.10低碳試驗(yàn)1040.8739. 1 811.836.00.04 1 21112.892.0初試生產(chǎn)2 040. 7

14、135. 01 3 .01 .0一0.0 5 251 110. 890.0+0. 1+ 4.18-1. 0+ 6 .0-0. 0 1+ 2.061.171 3中 高 碳試驗(yàn)19642. 3117.6215. 06 .470. 1251 093 .78 4 .16擴(kuò)試生產(chǎn)28443. 4717.2717. 11 .80. 1141099 . 885 .21-1.16+0. 35-2 . 1-1.8+6. 4 7+0.011-6 .1低碳試驗(yàn)3 0 638.4732.199. 912 .980 .0 701 1 09. 190.0擴(kuò)試生產(chǎn)75 835.032 9 .3611 . 11. 10. 0

15、 701107. 591 . 14+3.44+ 2. 8 3-1.19-1.1+ 2. 980+1.6對比試驗(yàn)渣樣情況表5指標(biāo)名稱RMg OTF e試驗(yàn)爐2 .901 1. 9 013.6 0對比爐3.1 312.3 515. 5 53. 7寬厚板1 #、2 #頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)3 . 1試驗(yàn)鋼種：船板、管線、橋梁、鍋爐容器、45 #、等3. 2試驗(yàn)量:14 0 t,共計108爐鋼。替代熔劑與螢石對比試驗(yàn)情況表6鋼種爐數(shù)石灰k g/t白云石k g /t礦石k g/t螢石k g/t錳團(tuán)塊kg /t終占二八、殘錳鋼鐵料kg/ t脫磷率%說明4試驗(yàn)747.1 018. 191-7. 120.

16、13831102 .590.4初試51. 67#生產(chǎn)74 3.6628.6911. 8 51 . 5-0. 12571 1 09 2. 1 25. 4差值+3.441-0.1891.5+7.12+ 0 . 0-2 .9 00.05126A試驗(yàn)943. 72 5.6410.65-7. 0 70.10 111 1 06.89 1 .83初試323生產(chǎn)94 4. 128.801 0.561. 00.0 8 5601107.993.036-0 . 43-4.18-1. 1 71. 0+ 6 .0+0.0 113-1. 1 0低試驗(yàn)924 6. 122 4.426.1 45.670 . 10 711 0

17、90. 4擴(kuò)試碳55.1生產(chǎn)1 4547. 623.711 1 .32-0.0 9 401106.192. 1 207-1 . 48+0. 71-5 .1+5. 6 7+0. 01 3-1.6843對比試驗(yàn)渣樣情況指標(biāo)名稱RM gOT Fe試驗(yàn)爐3.539. 9 91 9. 78對比爐3.8410. 8020.8 2在對比試驗(yàn)條件相同的前提下，通過5個爐次的試驗(yàn)摸索，錳復(fù)合團(tuán)礦替代螢石的合理加入量根據(jù)鋼種不同，通過把替代熔劑加入量控制在5.5 -7k g/t，加入方式80 t爐：一般在下氧槍開吹1 min內(nèi)隨渣料一起加入替代熔劑 ，加入量為總量的1 / 3 (采用雙渣法)； 第二批料在轉(zhuǎn)爐倒?fàn)t

18、期間倒出前期渣后，隨造渣料一起加入，加入量為總量的2 / 3。120 t爐：一般在下氧槍開吹1 m i n內(nèi)隨渣料一起加入替代熔劑，加入量為總量的2/3,開吹7min后，加入第二批料，加入量為1/3;相應(yīng)地控制好氧槍槍位：前期槍位比正常操作時低10 0mm ,減吹氧終點(diǎn)前1min左右壓槍至終點(diǎn)，錳復(fù)合團(tuán)礦替代螢石造渣，實(shí)現(xiàn)無氟煉鋼，減 少污染，提高煉鋼綜合經(jīng)濟(jì)和社會效益是可能的。3.8試驗(yàn)效果評估3. 8.1通過在80t爐、1 20t爐不同爐型上、不同鋼種進(jìn)行的共計 633爐替代對比試驗(yàn)結(jié)果 表明，在相同的原料和操作工藝參數(shù)控制條件下，掌握好替代熔劑合適的加入方式和時間，控制合理的槍位操作，替

19、代熔劑基本具有提高化渣速度，縮短化渣時間，實(shí)現(xiàn)快速造渣，提高前期脫磷率的螢石造渣冶金特點(diǎn)，脫磷效果略為低于螢石1-2個百分點(diǎn)。3.8.2由于替代熔劑含有較高的Fe2 03,因此，具有冷卻效應(yīng)，可減少礦石加入量，置換比在 0. 5。3.8. 3替代熔劑化渣過程平穩(wěn)，不噴濺和粘槍，從對比試驗(yàn)渣樣結(jié)果看出，采用錳復(fù)合團(tuán) 礦替代螢石造渣，加入造渣料有所減少，渣中Tf e含量降低1.5%,因此,可降低鋼鐵料消耗在 1-3 kg / t。3.8 . 4由于替代試驗(yàn)爐均為頂?shù)讖?fù)吹爐，熔池攪拌范圍大、強(qiáng)烈,渣流動性和形成高堿度渣速度較頂吹、低吹轉(zhuǎn)爐快，渣量少，刀FeO低，熔池溫度高，加之，錳復(fù)合團(tuán)礦中 MnD

20、含量咼，終點(diǎn)鋼水殘錳量明顯提咼。80t爐試驗(yàn)在中咼碳鋼上，尤為明顯；寬厚板的兩座1 2 0t爐帶有副槍測溫取樣，終點(diǎn)C-T命中率高，渣量少，刀Fe O可以控制得更低一些，在低碳鋼上試驗(yàn)比煉鋼廠 80t爐試驗(yàn)效果要好。試驗(yàn)結(jié)果表明，一般終點(diǎn)鋼水殘錳量增加在1- 2個左右。用錳復(fù)合團(tuán)礦替代螢石，增加鋼水殘錳量機(jī)理：頂?shù)讖?fù)吹爐轉(zhuǎn)爐吹煉前期，溫度較低，鋼水中的Si、Mn 氧化速度大于C-O反應(yīng)，但Si比M n活度大，由于前期F eO 低,Mn的氧化量只有3 0- 4 0%,鋼水中錳的氧化反應(yīng)有兩種：直接氧化反應(yīng)M n + O-(MnO),渣鋼液的界面反應(yīng)Mn+ (FeO)- ( MnO)+Fe;與此同

21、時，加入的錳復(fù)合團(tuán)也會發(fā) 生分解反應(yīng)：(MnCO 3或MnSiO 4) - ( MnO) + ( SiO 2)+ C O2;隨著，石灰的逐漸熔化 ， 渣R升高(錳復(fù)合團(tuán)礦也含有較高的堿金屬)，脫碳反應(yīng)強(qiáng)烈，熔池攪拌強(qiáng)烈和溫度升高，爐渣中生成的 MnOSi O 2中的S iO2與渣中CaO反應(yīng)生成更穩(wěn)定的 Ca O?Si O2：M nO?SiO2 +CaO - 2(CaO ? Si O2)+(M nO),置換出來的 MnO呈自由狀態(tài)，活度增加，在高爐溫下，與鋼水中的碳和鐵發(fā)生直接還原反應(yīng)：(M nO) +C-: Mn+ CO或(Mn O)+F e - Mn+(Fe O),使終點(diǎn)鋼水中殘錳量提高。

22、由于加入的錳復(fù)合團(tuán)含有較高的MnO,在高堿度、高溫條件下，可提高自由Mn O濃度，更能促使或加快這種還原反應(yīng)的進(jìn)行。3.8 .5收益平衡計算80t爐試驗(yàn)爐與對比爐收益平衡計算表表8鋼種石灰白云石礦石螢石錳團(tuán)塊終點(diǎn)殘錳鋼鐵料中高碳平均-3.1-1. 82 5 k-2.5 k g/-1 . 9kg/6.615 kg/t0.0182%4 . 1 kkg/ tg/tttg/t低碳鋼平均1 .8 kg/t3.505-1.2 k g-1.05 kg/t4. 49kg/0 . 0111. 8 kg/tkg/ t/tt3 %物料價格260 元/1590 元 /11 3 50 元 /190 0 元 /11 60

23、0 元/9700 元 /3 5 00 元/ttt注：“-”表示加入錳復(fù)合團(tuán)塊替代螢石物料降低值，“ +”表示增加消耗值收益平衡情況： 中高碳鋼(降低成本)：(-3 .1*260 - 1 .82 5 * 5 9 0 -2. 5 *1350-1.9*9 0 0-0.296*9700*-4 .1 *3 500+6.615* 1 60 0 ) /1000=-13.6 元/t 低碳鋼(增加成本)：(1. 8 *260 + 3.50 5 *59 0 +4.4 9 *1 6 00 +0. 184*9700+ 1 .8*35 0 0-1 . 2*1350 -1 .05 * 9 0 0 )/ 1000=1 5

24、.24 元/t120t爐試驗(yàn)爐與對比爐收益平衡計算表表9鋼種石灰白云石礦石螢石錳團(tuán)塊終點(diǎn)殘錳鋼鐵料中碳鋼平均3.44kg /t10.05kg/t-0. 1 8 9 kg/ t-1 . 5kg/t7. 1 2 k g/10.0126%2 . 9 kg/1低碳鋼平均-0 . 96 k g/t-1.735 kg /t3 . 1 7 5 k g/t-0. 5kg/t5 .835 kg/t0.0124%-1 . 35kg/ t物料價格260 元/15 9 0 元 / t1350 元/t9 0 0 元/t1 600 元/t9 700元/t3 5 00 元 /t注：“-”表示加入錳復(fù)合團(tuán)塊替代螢石物料降低值，“ + ”表示增加消耗值收益平衡情況： 中碳鋼(降低成本):(-10.05*5 9 0- 0 .189*1350 1.5*900-0.202 * 97 0 0*-2 . 9* 3500+3.4 4 * 26 0+6. 61 5 * 160 0)/1000=-8 . 17 元/t 低碳鋼(降低