含铁氧化物在转炉炼钢中的应用

摘要：通过多种手段对转炉炼钢的材料以及制作流程进行探索，可以解决或减轻资源浪费的问题，降低转炉炼钢的资源浪费，提高资源利用效率以及更为有效地控制炼钢成本。文章对含铁氧化物在转炉炼钢中的应用进行了探讨。

关键词：转炉炼钢；烧结返矿；炼钢污泥；含铁氧化物；炼钢成本 文献标识码：A

中图分类号：TF713 文章编号：1009-2374（2016）01-0039-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.01.020

1 烧结返矿在转炉冶炼过程中的基本反应原理

烧结返矿从其物资构成上来看，主要由含铁矿和其他矿石相混合而形成，这类矿石的磁铁矿、方铁矿和赤铁矿含量较高，首要的粘连相是用熔点为1205℃的铁橄榄石、熔点为1093℃的钙铁橄榄石、熔点为1540℃的硅灰石和熔点为1449℃的硅酸二钙和铁酸钙构成的，在这以外另有少许的游离石英和游离石灰。烧结返矿是一种功能强大的材料，反应良好而且具有一定碱度，拥有较低的硫磷含量，性质比较稳定，熔点不高。进入转炉之前的炉温最好控制在1300℃～1500℃之间，这样返矿入炉后就会取得比较好的熔化效果。烧结返矿反应能够大量地吸收反应环境中的热量，降低周围空气的温度，而当周围空气温度升高的时候，熔渣粘度就会提高，进而出现“结坨”现象，反应生成的一氧化铁物质被局限在一个比较小的范围之内，无法向外传播，从而对成渣的速度造成影响。不难看出，成渣反应产生的一氧化铁向外传播作为一个限制性的环节，只有在外部施加一个物理条件，加快成渣反应的运行速度。并且成渣反应是可逆的，可以反过来生成反应物，其中生成的元素可以反过来生成参加原料，这样就要求我们严格控制反应条件，避免浪费。

2 加大返矿用量的基本方案

2.1 转炉冶炼前期

转炉吹炼反应的前期，可以看作整个反应的准备期，在这个时期就应该对熔池的温度进行严格的控制，让参与反应的原料尽可能地参与反应，减少浪费和提高效率，而为了达成这个目标，我们应该把熔池的温度控制在1200℃～1400℃之间，以便熔渣的快速形成。转炉冶炼第一个阶段，也就是冶炼前期主要参与冶反应的是两个渣系，FE渣系和FeO-SiO2-CaO渣系，在这个阶段，高浓度的FeO是最主要的特点，而二元碱度R在2左右的渣系，钢渣之间的界面张力较大、粘度减小，泡沫化可能性比较高，而一旦出现泡沫化的现象，其稳定性就会变得比较差，会有喷溅的情况出现，但这种情况下的熔渣又能很方便地进行脱P，因此及时加入足量的镁球可以起到稳定反应的作用，为了能够让整个渣系的形成速度大大加快，同时让该渣系保持比较高的稳定性，以达到前期脱P的反应目的，一旦在返矿过程中有分解反应产生和反应过程中产生的FeO成渣，其中产生的FeO能够促进活性石灰的熔化，而磷的氧化物3CaO·P2O5在炉渣中极不稳定，一旦熔池的温度大于1500℃，就会出现逆向移动的问题，P就会熔回材料里。所以我们加入返矿最合适的时机就是在转炉吹炼进行的前期，但是如果我们大量加入返矿，就会降低熔池的温度，影响CO大量氧化的温度，造成渣中FeO积累，引起低温喷溅。

2.2 转炉冶炼中期

转炉炼钢的第二个阶段，也就是转炉炼钢的中期，最明显的反应就是氧化反应。这个时期对熔炉的温度同样有非常高的要求，最好稳定在1450℃～1600℃，在这个温度下各种原料都可以完美反应，完成激烈脱碳的工作。因为在这个过程中温度的升高过于明显而且难以控制，因此碳-氧反应剧烈，一氧化铁含量大幅度减少，当供养强度不足时，就会出现“返干”现象，此时整个渣系将会从铁质向钙质转变，因为此阶段相对于上一阶段更高的FeO含量，因此碱度就会大幅度上升。“钙质”渣系的主要特点是熔渣熔点高、碱度高，P在渣中的存在形态由3CaO·P2O5向4CaO·P2O5转变，变得更为稳定。在吹炼中期C-O反应剧烈，熔池温度升高太快，消耗的FeO增加，渣系中FeO含量较低，熔渣黏度增加，导致钢水“回P”。第一，Fe2O3=2（FeO）+O，返矿分解吸热，起到调节熔池温度的作用，防止脱碳反应太激烈导致渣中FeO降低太快出现“返干”现象，减少熔渣向钢水返P；第二，返矿分解产生的FeO参与成渣反应2（SiO2）+FeO+CaO（S）=2CaO·FeO·SiO2，缓解熔池“返干”现象，避免金属喷溅或粘枪事故发生；第三，返矿分解产生的FeO元素被铁水中的[C]还原，生成单质铁，提高钢水收得率，同时返矿中带入的O参与脱碳反应，缩短吹炼周期。由于这一时期熔池温度较高，返矿加入后在很短时间内就可以完成Fe2O3=2（FeO）+O分解反应，同时由于熔池比较活跃，动力学条件较好，反应成渣反应2（SiO2）+FeO+CaO（S）=2CaO·FeO·SiO2也很快完成，部分FeO还参与了反应脱碳反应Fe3O4=3FeO+O，因此转炉冶炼中期是返矿大量加入较理想的

时期。

2.3 转炉冶炼后期

在进行转炉吹炼的最后一个阶段，因为有前期和中期的积累，所以熔渣的碱度达到了一个比较高的地步，甚至会有游离态的一氧化钙出现，这样就会提高炉渣中一氧化镁的活性，钢渣之间会发生“回锰”脱碳反应。在这个时期不宜加入大量的返矿，第一，因为返矿加入后发生反应Fe2O3=2（FeO）+O，导致后期熔池温度降低，影响转炉终点温度；第二，由于熔渣碱度较高，炉内物质的流动性相应下降，因此返矿后期应该严格控制矿物的加入量。根据上述分析，制定出了合理的返矿添加控制工艺，使得工艺技术日臻完善，操枪工的操作技能和熟练程度迅速提高。现阶段大致可以实现仅凭烧结返矿就满足30kg/t的钢材用量，并能增加转炉渣钢之间的分配系数，降低原料损耗，提高生产效率。

3 炼钢污泥处理主要利用方式

炼钢污泥是氧气顶吹转炉除尘过程中清除出来的杂质，能够进行二次利用，是我们践行环保、降低原料损耗度的一个重要方向。炼钢污泥具有很强的不稳定性，铁元素和碱性氧化物的含量比较高以及粒度细（≤0.074mm含量达90%以上）、含水量高、黏性大等特性。从化学成分上看，污泥可以作为烧结、球团原料在生产中加以利用，不仅可以代替部分含铁原料和粘结剂、熔剂，同时还能降低生产成本，减少钢厂排污。就目前情况而言，我国转炉炼钢行业对于炼钢污泥的处理有以下两种方法：一是循环利用，重新作为原料填入炉内；二是通过冷固污泥球团工艺，用作转炉炼钢的助熔剂和造渣剂，走小循环道路。

4 转炉炼钢污泥利用的技术

从目前国内转炉炼钢行业现状来分析，针对烧结、球团利用污泥的工艺大概有以下提到的方法：制球法、拌和法、浓缩喷浆法以及直接使用法。所谓的制球法就是把脱水后的污泥加入一点水泥处理，然后冷冻成一个污泥球来配合烧结。就当下情况而言，我公司炼铁厂车间外配目前在我公司炼铁厂车间外配5%污泥球与二混料混合烧结。通过一个年度的实践工作，我们从炼钢污泥利用的方向，总结出如下结论：污泥球粒度构成较好，+3mm粒级到达85%以上，抗压强度可以到达50N以上，或可以满足出产的需求，车间外配污泥球烧结取得了杰出的结果。烧结配加污泥球可以解决直接配加、拌和法所造成的二次污染问题（二次扬尘和抛摆刺激性气息气体），同时有利于烧结出产。烧结车间采取外配污泥球工艺，年耗损污泥10万吨。为了减少生产成本，我公司将污泥制球用于烧结配料手艺进行了流程再造，即制球后的污泥直接利用于转炉炼钢。在废弃物利用的同时，减少了中间流转环节，有效降低了生产成本，提高了利用效率。

5 技术经济指标改善及效益

炼钢污泥通过压球机制球后入转炉使用，用量约为15kg/t；烧结返矿由于粉末率高，入炉回收率低，通过废钢槽在加废钢过程中入炉使用，用量达到15kg/t，合计达到30kg/t。节约氧气消耗1.35立方/t钢，吨钢由56.2立方降至54.85立方。降低钢铁料消耗11.5kg/t，吨钢由1059kg降至1047.5kg；按综合铁原料价格1500元/t

计算，吨钢节约17.25元。改善转炉炼钢前期化渣困难，促进化渣、转炉脱磷率提高3%～5%。吨钢可节约石灰用量3.5kg/t，按石灰价格400元/吨计算，吨钢可节约成本1.4元/t。含铁氧化物作为废钢替代物，做到内部资源循环利用，不需采购高价废钢，减少资金占用和降低购买难度。炼钢污泥作为“三废”之一得到循环利用，提升废物价值；烧结返矿如果再次返回烧结将增加烧结环节熔剂成本，炼钢直接利用有效降低成本，改善烧结矿

质量。

参考文献

[1] 吴杰，王晓晶.转炉炼钢过程中烧结返矿应用的生产实践[J].天津冶金，2012，（4）.

[2] 颜根发，金永明，朱培伦.转炉污泥资源化处理循环模式合理性的探讨[J].钢铁，2008，（12）.

作者简介：王林（1975-），男，四川巴中人，四川达钢集团公司工程师，研究方向：炼钢新品种新技术新工艺、降本增效、节能减排等。

（责任编辑：陈 洁）