鐵礬土代替螢石造LF精煉渣的研究與應(yīng)用

房志琦  丁勝利  溫春普  吳雨辰  韓春良

（河鋼集團(tuán) 承鋼公司，河北 承德 067002）

摘  要：提出了一種使用石灰作為渣料，使用鐵礬土作為助熔劑，并且輔以碳化硅、電石和硅鈣粉造LF精煉渣的方法。實(shí)踐結(jié)果表明：添加適宜量的鐵礬土，能有效的調(diào)整LF精煉渣成分，降低爐渣熔點(diǎn)促進(jìn)化渣；用鐵礬土代替螢石造精煉渣能顯著改善操作條件，提高鋼包耐材壽命，降低煉鋼成本，同時(shí)降低對(duì)環(huán)境的污染。

關(guān)鍵詞：鐵礬土；螢石；LF；精煉渣

Development and Application of Making LF Refining Slag by Bauxite Instead of Fluorite

FANG Zhi-qi, DING Sheng-li, WEN Chun-pu, GUO Fu-xing Han Chun-liang

(Chengde Iron and Steel Company, Hebei Iron and Steel Group, Chengde, Hebei, 067002,China. Corresponding author: FANG Zhi-qi, E-mail: 61088557@qq.com)

Abstract：A method of making LF refining slag has been proposed. Lime is used as a material of slag. Bauxite is considered as flux. Silicon carbide, calcium carbide and calcium silicon are used also to make the slag more better. The results of practice showed that: adding appropriate amount of bauxite can effectively adjust the LF refining slag composition, and reduce the melting point of slag. Making refining slag by bauxite instead of fluorite can significantly improve the operating conditions, improve the life of the ladle refractory material, reduce the cost of steelmaking, reduce the pollution of the environment at the same time.

Key words：bauxite; fluorite; ladle furnace; refining slag

由于螢石的主要成分是CaF2，使其具有熔點(diǎn)低且與CaO、硅酸鈣生成低熔點(diǎn)共晶物質(zhì)的特征，故傳統(tǒng)的LF爐外精煉工藝大多采用螢石作為助熔劑進(jìn)行造渣。但是，螢石會(huì)與渣中的多種氧化物反應(yīng)，生成含氟氣體，嚴(yán)重污染環(huán)境、侵蝕設(shè)備和損害人員健康[1,2]。螢石的化渣助熔作用會(huì)隨著含氟氣體的揮發(fā)而逐漸失效，因而螢石的化渣助熔作用時(shí)間短，不利于爐渣穩(wěn)定，影響冶煉順利進(jìn)行。此外，含CaF2的爐渣會(huì)對(duì)鋼包耐材產(chǎn)生嚴(yán)重的侵蝕，降低鋼包的使用壽命，增加鋼鐵企業(yè)的成本負(fù)擔(dān)[3~6]。

為了降低生產(chǎn)成本，提高鋼包使用壽命，減少對(duì)環(huán)境和人身健康的危害，河鋼承鋼改進(jìn)了現(xiàn)行的造渣工藝，在100 t LF爐上進(jìn)行了鐵礬土代替螢石造渣的試驗(yàn)，經(jīng)過多爐次的試驗(yàn)研究，獲得了較好的效果，現(xiàn)已成功投入使用。

1 渣系的設(shè)計(jì)

通過相關(guān)文獻(xiàn)和CaO-Al2O3相圖可知，增加爐渣中的Al2O3含量可以促使Al2O3與CaO形成低熔點(diǎn)化合物12CaO·7 Al2O3促進(jìn)化渣[7,8]。鐵礬土Al2O3的含量較高，可達(dá)到45%以上，且鐵礬土中所含有的SiO2和Fe3O4成分都具有很好的助熔效果，所以本實(shí)驗(yàn)選用鐵礬土代替螢石作為助熔劑，通過調(diào)節(jié)鐵礬土的加入量，將渣中的CaO與Al2O3控制在以低熔點(diǎn)的鋁酸鈣12CaO·7 Al2O3為主體相范圍內(nèi)。12CaO·7 Al2O3在CaO-Al2O3相圖中的位置如圖1所示。由圖1可知，12CaO·7 Al2O3的熔點(diǎn)為1362℃比螢石的熔點(diǎn)1371℃要低，且這種化合物所具有的多孔疏松結(jié)構(gòu)，使其更易于熔解，同時(shí)可作為促進(jìn)渣中其它組分熔化的熔劑，使精煉渣的總體熔點(diǎn)下降。因此用本方法造的精煉渣具有熔點(diǎn)低的特性，有利于精煉渣的快速形成，提高冶煉效率和效果。

1.1 渣成分與脫硫能力間的定量關(guān)系

CaO-Al2O3-SiO2-MgO渣系的硫的分配系數(shù)和硫容量之間存在下列關(guān)系[7,9]：

爐渣的脫硫能力可以根據(jù)式（1）進(jìn)行計(jì)算，爐渣的硫容量CS可以根據(jù)式（2）~（4）渣鋼間的平衡反應(yīng)來計(jì)算。

可知渣的硫容量取決于渣的組成，渣的脫硫能力是光學(xué)堿度、溫度和鋼水氧化性的函數(shù)。

1.2 渣成分與脫氧能力間的定量關(guān)系

精煉渣要具有一定的脫氧能力，不僅要考慮鋼中溶解氧，還要考慮鋼液中脫氧產(chǎn)物的去處。精煉渣脫氧能力的大小可用式（5）進(jìn)行計(jì)算[10]。

1.3 渣成分與發(fā)泡能力的關(guān)系

LF爐精煉渣的泡沫埋弧作用，不僅可以減少鋼液溫度的損失，電弧對(duì)包襯的輻射，還能降低鋼液的吸氣量。渣成分的合適配比與適宜的物性是氣-渣能夠充分乳化、增強(qiáng)熔渣儲(chǔ)泡能力的關(guān)鍵。發(fā)泡指數(shù)與光學(xué)堿度的關(guān)系式為[11-12]：

(6)根據(jù)以上精煉渣的脫硫、去氧、發(fā)泡能力與光學(xué)堿度的關(guān)系，聯(lián)立式（1）~（6），并將鋼水中的硫含量，全氧含量、白渣等作為優(yōu)化條件，可建成非線性優(yōu)化方程組，對(duì)方程進(jìn)行求解可得到精煉終渣目標(biāo)成分，如表1所示。

表1  LF精煉爐渣目標(biāo)成分組成/%

Tab.1  The target of the chemical composition of LF end slag/%

2 試驗(yàn)過程

2.1 原料分析

用石灰作為渣料，使用鐵礬土作為助溶劑，并且輔以碳化硅、電石和硅鈣粉在LF爐中精煉造渣，所用原料的主要化學(xué)成分如表2~6所示。

表2 鐵礬土主要化學(xué)成分/%

Tab.2  Main chemical composition of bauxite/%

表3石灰主要化學(xué)成分/%

Tab.3 Main chemical composition of lime/%

表4 硅鈣粉主要化學(xué)成分/%

Tab.4 Main chemical composition of calcium silicon/%

表5碳化硅主要化學(xué)成分/%

Tab.5 Main chemical composition of silicon carbide/%

表6電石主要化學(xué)成分/%

Tab.6 Main chemical composition of calcium carbide/%

2.2 工藝方案

整個(gè)精煉過程中，石灰的加入總量為2kg-6kg/t鋼，鐵礬土的加入總量為2kg-4kg/t鋼，碳化硅的加入總量為0.5kg-1.5kg/t鋼；鋼水到達(dá)LF精煉站后，先將石灰、鐵礬土和碳化硅物料向鋼包內(nèi)加入總量的2/3，其余在加熱過程中視爐渣熔化情況加入；在下降電極前加入0.2kg-0.4kg/t鋼的電石，然后下降電極進(jìn)行造還原渣精煉，為了確保整個(gè)LF精煉過程爐渣發(fā)泡，需使用電石0.5kg-1.2kg/t鋼；在精煉過程中，根據(jù)當(dāng)前爐次的脫硫任務(wù)和爐渣的冶煉狀況，向渣中投入0.2kg-0.5kg/t鋼的硅鈣粉。

3結(jié)果與討論

3.1 應(yīng)用效果

用上述方法進(jìn)行LF爐精煉生產(chǎn)中，精煉渣表現(xiàn)出熔點(diǎn)低、化渣快，脫氧、脫硫能力強(qiáng)，鋼包內(nèi)襯壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，并且爐渣狀況穩(wěn)定，始終處在較好狀態(tài)并能夠保障埋弧精煉的效果。為了驗(yàn)證該方法造的LF爐精煉渣是否滿足預(yù)設(shè)的終渣成分要求，選取了四個(gè)具有代表性爐次的終渣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表7所示。

表7 LF精煉終渣成分/%

Tab.7 chemical composition of LF end slag/%

從表7可以看出精煉終點(diǎn)的爐渣成分控制較好，均達(dá)到了表1設(shè)定的目標(biāo)范圍。

3.2 效益分析

隨著人們的不斷開采，螢石資源日益短缺，價(jià)格不斷提升，當(dāng)前價(jià)格均在1200元/t以上。鐵礬土由于資源豐富，價(jià)格相對(duì)便宜（600元/t左右）。使用鐵礬土代替螢石造精煉渣，噸渣成本能降低200~300元。用鐵礬土代替螢石造渣，不僅能夠減輕螢石對(duì)鋼包耐火材料的侵蝕，提高鋼包的使用壽命，而且減少了螢石產(chǎn)生的氟化物對(duì)除塵設(shè)備、水質(zhì)和人身健康帶來的危害，具有很大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。

4 結(jié)論

1) 鐵礬土能有效的調(diào)整LF爐精煉渣成分，降低爐渣熔點(diǎn)，促進(jìn)化渣。使用鐵礬土代替螢石作為助熔劑造精煉渣的方法是切實(shí)可行的。

2）使用價(jià)格低廉的鐵礬土代替螢石造LF爐精煉渣能夠顯著降低生產(chǎn)成本，噸渣成本降低200~300元。

3）LF爐用鐵礬土代替螢石進(jìn)行造渣，能明顯改善操作條件，提高鋼包耐材和除塵設(shè)備的使用壽命，降低對(duì)環(huán)境的危害。

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