摘  要：通过对唐钢第一炼钢厂LF热态钢渣渣系和硫容量的研究，简要介绍了LF如何循环利用热态钢渣的工艺技术，为钢铁行业提供了一项较为实用的节能降耗途径。

关键词：LF；热态钢渣；循环利用

      唐山钢铁股份有限责任公司第一炼钢厂(以下简称唐钢一炼钢)于1999年6月底投产，配备双工位单吹颗粒镁铁水脱硫站2座，150 t顶底复合吹炼转炉3座，150 t钢包精炼炉2座，VD精炼炉1座，1台8机8流小方坯连铸机、1台双机双流常规板坯连铸机和2台单机单流薄板坯连铸连轧设备(FTSC)，目前通过钢包炉冶炼的品种主要为SS400、Q345B、T510L、SPHD等薄板钢，此外还有部分方坯品种钢，如45号～70号、77B、20CrMoA、25MnV、30MnSi等。2005年钢产量为465万t。

    在生产过程中，我们发现LF精炼后的钢渣仍具有一定的硫容量，有再利用的价值，此外钢水浇注后，钢包内产生的浇余是无法避免的，浇余量一般占到整炉钢水的0．6 %～1．0％，大量的热态钢渣搀杂着浇余钢水不但排放困难，而且降低了金属收得率，严重影响着企业的经济效益，如何充分利用LF的热态钢渣同时又减少浇余钢水，为此，我们从2004年起开展了热态钢渣循环再利用的攻关工作，研究如何通过LF对热态钢渣进行循环再利用，同时减少浇余钢水带来的损失.

1钢渣渣系研究

1．1  造渣情况

    精炼工序各种渣料、脱氧剂加入情况(以SS400为例)见表1。

1．2  渣一钢的硫容量

    炉渣脱除钢液中硫的能力可以用渣一钢硫容量来表征，其值可根据下列渣一钢间的平衡反映来测量：

     [S]+(O^2-)=(S^2-)+[O]    (1)

则：Cs=(S)[a_o] /[a_s]     (2)

    萨辛斯基(Sosinsky)和萨莫尔维尔(Som—merville)导出了不同温度下硫容量和渣系光学碱度的关系：

    lg Cs=(22 690一54 640Λ)／T+43．6Λ一25．2    (3)

    式中，以为光学碱度。

    上式表明硫容量随着温度的升高而增大，同时也随着碱度的增长而上升，并根据上式导出渣一钢硫容量和温度、炉渣成分的关系式：

    lgCs’=B／A+2．82—13 300／T                        (4)

    式中，B为5．623(％CaO)+4．15(％MgO)一1．152(％SiO₂)+1．457(％A1₂O₃)；

    A为(％CaO)+1．391(％MgO)+1．867(% SiO₂)+1．65(％Al₂O₃)(以上成分均为质量分数)。

    根据式(4)可以看出，随着炉渣中CaO的升高、SiO₂的降低和炉渣温度的上升，渣一钢的硫容量有上升的趋势，但随着Al₂O₃的升高，硫容量又进一步降低。从我厂热态钢渣渣系的各组分(CaO-MgO-SiO₂一A1₂O₃渣系，表2)看，符合以上分析。表2是208炉钢渣循环利用前后精炼终点渣系各组分的变化情况。

1．3热态钢渣的硫容量的变化

    把表2中数据(取巾限)代入式(4)中，温度丁取1 843 K(1 570℃)，计算钢渣循环利用过程中硫容量变化如下：

  (1)循环利用前   Cs′0=0．0430

  (2)循环利用一次  Cs′₁=0．0360

  (3)循环利用二次    Cs’₂=0．031 6

  (4)循环利用三次    Cs′₃=0．0208

  从以上数据推断，当Cs’₃≤0．02之后，渣一钢反应表现脱硫速率较慢的现象，如果再补加石灰，虽然CaO还能提高，但随着Al₂O₃的增加，渣一钢硫容量上升空间较小，即钢渣已经失去了再次利用的价值。

1．4曼内斯曼指数

  曼内斯曼指数如下：

  M=R：％A1₂O₃    (5)

  式中，M为曼内斯曼指数；R为钢渣碱度。

  当曼内斯曼指数在0．25～0．35时，钢渣具有较好的脱硫效果。

  同样把表2中数据(取中限)代人式(5)中，计算钢渣循环利用过程中曼内斯曼指数的变化如下：

    (1)循环利用前    M0=0．276

    (2)循环利用一次  M1=0．301

    (3)循环利用二次  M2=0．327

    (4)循环利用三次  M3=0．343

    从以上数据看，随着钢渣循环次数的增加，渣中Al₂O₃浓度提高幅度较大，使钢渣曼内斯曼指数逐步接近0．25～0．35范围的上限，实际生产过程中表现为脱硫速率降低，这与钢渣硫容量变化也是相吻合的。

2热态钢渣循环利用实践

2．1  对钢水升温速度的影响

    根据实际计算，精炼钢水浇注结束后，钢包内热态钢渣数量每包为2．5～4．5 t(包括转炉出钢过程下渣量，加入钢包内的石灰及合成渣，精炼的造渣料，合计每吨钢为20．5～30．0 kg)，其温度约为1 480~1 530℃(平均1 518℃)，在热态钢渣的循环利用过程中，正常情况下钢渣全部回收时，转炉顶渣(包括转炉出钢向钢包中按吨钢分别加入石灰4．0 kg、合成渣2．5 kg)和精炼造渣料(按吨钢分别加入石灰7．5 kg、萤石4．5 kg)可以不加，这样就节省了渣料熔化带来的热量损失，缩短了钢水升温时间，节约了电能。图1为精炼冶炼周期前20 min内钢水升温曲线。

      从图1中可以看出，在达到同样温度时，循环利用钢渣后每炉钢可以节约供电时间4～5 min。

2．2对钢水质量的影响

2．2．1钢水中全氧、氮含量情况

    实际生产过程中，对热态钢渣循环利用前后精炼终点钢水中全氧和氮含量进行了取样分析(见表3)，从表中数据可以看出，精炼终点钢水中全氧和氮含量在热态钢渣循环利用前后变化不明显。

2．2．2钢水中夹杂物情况

    对热态钢渣循环利用前后精炼终点钢水内夹杂物尺寸进行观察并统计夹杂分布情况，见图2～6，结果显示钢渣循环利用前后各类夹杂尺寸基本在10μm以下，而且循环利用后钢水中大颗粒夹杂有减少的趋势，因此钢水质量完全能满足薄板钢水的生产工艺要求。

2．2．3对板材物理性能的影响

    经过物理检测，热态钢渣循环利用前后板材性能没有明显变化。

    通过以上对比，可以判断热态钢渣的循环利用对钢水质量没有不良影响，钢水中较大尺寸的(>10μm)夹杂物有减少的趋势，因此，改善了钢水的质量。

2．3  出现的问题及解决办法

  2004年1～6月，我厂在热态钢渣循环利用的试验过程中，出现了精炼脱硫速率慢、增碳困难、生产节奏紧张导致利用率低的现象。针对这几种情况，我们分别采取以下措施解决。

2．3．1精炼脱硫速率慢

    分析原因是随着钢渣循环次数增加，CaO含量逐步下降，热态钢渣硫容量低，而且当钢渣循环利用超过3次以上时，渣量过多(达到每吨钢40kg以上)会影响底吹氩气的搅拌效果，不能满足快速脱硫的要求，因此在钢渣循环利用第1次时，不必补加渣料，第2、第3次利用时可减少钢渣回收量并适当补加渣料，保持热态钢渣的硫容量。但循环利用达到3次后，由于硫容量的降低，而且渣量增大，应进行排放钢渣操作，即把钢渣折人专用渣罐中。

2．3．2增碳困难

  分析原因有转炉出钢后钢水碳含量较低，精炼增碳任务重。对策是提高转炉工序所炼钢种碳含量下限的要求，减轻精炼增碳任务；此外精炼工注意回收钢渣和浇余前钢包的净空情况，由此判断回收钢渣和浇余的量，避免出现钢包净空太小的情况，因为净空小会导致氩气强搅拌过程钢渣外溢，影响生产，而不进行强搅拌，就会影响增碳效果。另外，钢包内的钢水浇余和钢渣等待时间不要过长，避免粘包底，一般超过10 min就折人渣罐中了。

2．3．3  生产节奏紧张，钢渣利用率低

    钢渣回收利用的前提是转炉钢水提前到达LF工位；改进氧枪喷头参数，提高转炉操作水平，缩短转炉冶炼周期，减少转炉辅助时间，使转炉生产节奏逐步适合钢渣循环利用的要求。

2．3．4其它

    钢渣回收利用是建立在同个钢种基础上的，在实际生产中只要注意钢水成分的影响(主要是碳、锰、硅、磷及其它合金元素的影响)，不同钢种也可回收，例如低碳钢渣可以回收到中碳钢中。

3实施效果

    热态钢渣的循环利用，减少了LF造渣料(如石灰、萤石)的消耗，利用了钢渣的残余热量，提高了LF供电初期电极的稳定性和热效率，每吨钢节约电能5～7 kwh；减轻了电弧对钢包渣线层的辐射，利于提高钢包寿命，降低耐材消耗；每炉回收钢包内钢水浇余0．9～1．2 t，提高了金属收得率；减少LF钢渣的排放量在90％以上，减轻了对环境的污染。

4  结  语

    唐钢LF热态钢渣循环再利用技术经过不断优化，已经全面应用到精炼生产中，并且逐步推广到Q345B、T510L、SPHD及小方坯等多个钢种，目前LF热态钢渣循环利用率已经达到90％以上，取得了较好的经济效益和社会效益。