新型高效精炼合成渣的开发与应用

张 婕，张广杰，李新金

（莱芜钢铁集团有限公司，山东 莱芜271104）

新型高效精炼合成渣的开发与应用

张 婕，张广杰，李新金

（莱芜钢铁集团有限公司，山东 莱芜271104）

针对现有精炼合成渣存在的易吸水粉化、不易熔化、电耗高等问题，通过优化设计配比，采用高碱度、高Al2O3渣系，开发了成分粒度均匀、强度高、性能稳定的新型高效精炼合成渣，可实现生产及炼钢加入的机械化、自动化。应用表明，该合成渣加入量5～8 kg/t，渣中TFe含量低，精炼及脱硫效果好，精炼化渣时间缩短3 min，吨钢电耗减少了近7 kW·h。

精炼；合成渣；成渣速度；脱硫

1 前言

转炉冶炼终点炉渣的氧化性高，通常渣中TFe含量可达到12%～18%，成为钢水的污染源。而LF精炼过程中主要是靠钢渣界面反应进一步脱除钢中氧、硫等杂质元素，达到净化钢水的目的。这种高氧化性炉渣本身氧势高，要想脱除钢中氧必须先脱除渣中氧，同时出钢过程中采用的硅脱氧降低了炉渣的碱度，低碱度的炉渣对于脱硫几乎没有作用，势必造成精炼加入大量石灰造渣，但单纯加入石灰很难熔化，通常加入萤石化渣，这样不但增加造渣时间，同时大量萤石的加入造成了环境污染。

采用出钢过程中加入合成渣，利用出钢过程强大的动能和势能优势，使钢渣充分混合，不但能使合成渣提前熔化，同时高碱度、低熔点的合成渣与钢水混合起到了渣洗精炼的作用，提高了钢水的纯净度。精炼进站炉渣碱度高，氧势低，有利于进一步利用钢渣的界面反应脱除钢中的氧和硫。

2 现有合成渣存在的问题

随着品种结构的不断优化以及钢水质量的稳定提高，炼钢精炼工序的负荷加大，将精炼合成渣提前加入钢包底部，起到提前造渣的目的，有利于生产组织和各工序功能分配的优化，但受成本的压力，合成渣仅仅是石灰与萤石及少量其他材料的简单配比。主要问题有：1）配比不合理，生产工艺落后，容易造成合成渣各组分的偏析，使用效果不稳定。2）易吸水、易粉化，降低了合成渣中各组分的反应活性。3）需人工加入，劳动强度大，工作环境恶劣。4）合成渣不易熔化，精炼时间长，电耗高。

3 新型高效精炼合成渣的设计开发

3.1 碱度

采用合成渣进行炉渣精炼的目的旨在进一步脱除钢水中的氧和硫，净化钢水，减少钢中的夹杂物。合成渣中有效CaO组分的含量是决定合成渣脱硫效果的重要因素，即

但转炉下渣带入大量的FeO、MnO及脱氧过程产物SiO2，其他冶金原料也不可避免地会带入FeO、SiO2等氧化物以及硫、磷等杂质，这些氧化物一方面降低了炉渣碱度，同时高氧化性的炉渣在钢渣界面发生置换反应：

不但降低了合金的收得率，也使钢中夹杂物增加，污染钢液，对钢水的纯净度极为不利。

由CaO-SiO2-Al2O3相图可知，随着碱度的增加，FeO的活度系数降低，因此提高合成渣的碱度会抑制反应（2）的进行，对提高钢水纯净度有利。由反应（3）可见，渣中SiO2含量高时，对于铝脱氧钢就会与钢中铝产生反应，从而增加钢水中硅含量，改变低碳铝镇静钢的化学成分。因此，对于铝脱氧钢，要尽量选用含硅低的材料，提高合成渣的碱度。

3.2 渣系确定

研究表明，冶金功能优良的高碱度合成渣一般碱度＞4.0，熔点1200～1 400 ℃，黏度0.2～2.0 Pa·s。从成分来看，可基于CaO-SiO2-Al2O3和MgO-SiO2-Al2O3两种渣系进行成分设计。

由相图可见，MgO-SiO2-Al2O3渣系，当MgO含量超过40%后，渣系熔点均会超过1 400℃，合成渣不易熔化。CaO系渣更有利于脱硫，炉渣也更稳定。

3.3 预熔料的加入

预熔料是将石灰、铝矾土等原料经预熔后形成低熔点的12CaO·7Al2O3。预熔料的熔点低（1 100～1200℃），一方面有利于合成渣的熔化，减少萤石的加入量；另一方面出钢过程中液态熔渣与钢水充分混合，促进了钢水脱硫和夹杂物的吸附排出，提高了钢水洁净度。

另外，合成渣中Al2O3组分的增加，一方面降低炉渣黏度，促进渣钢反应，有利于脱硫；另一方面Al2O3属于表面活性物质，有利于泡沫渣的维持。

3.4 还原剂的加入

根据钢种的不同，合成渣中添加Al、SiC或CaC等还原剂，提高合成渣的还原能力，可进一步降低钢包顶渣的氧化性，使精炼渣中（FeO）+（MnO）含量降低，精炼进站炉渣基本呈黄白渣，减轻了高氧化性炉渣对钢水的污染，缩短了精炼时间，延长了白渣保持时间。

4 新型高效精炼合成渣特点

4.1 成分均匀

原合成渣的生产工艺落后，各种块状和粉状原料按配比称量后人工搅拌混料，由于原料比重不同，造成配料过程各组分偏析严重。新的生产技术将所有原材料分别经破碎、制粉、按配比称量后，机械搅拌混匀，不添加黏结剂直接压制成球。单个合成渣球内部和各个合成渣球之间成分均匀，保证了合成渣实际成分与配比成分偏差的最小化。对生产的合成渣进行随机取样，成分偏差在5%以内。

4.2 强度高

我国粉体造粒技术的研究自20世纪80年代开始，分为搅拌法、压力成型法、热熔融成型法、喷雾和分散弥雾法，其中压力成型法是唯一不添加任何黏结剂、最大限度保存了物质本身物性的成型方法。由于合成渣的使用要求必须尽量减少成分中的水分、灰分等杂质，同时保持合成渣的反应活性，因此干法压力成型技术是最适宜的方法。新型高效精炼合成渣采用高压力成型机，压制的合成渣球体强度高、粒度均匀、成球率高。

4.3 可实现机械化、自动化作业

1）合成渣生产过程机械化、自动化。新设计的合成渣生产工艺流程，从原料的破碎、制粉、混匀、压球、包装成品，可全部实现机械化、连续化生产，不但提高了生产效率，同时减轻了操作人员的劳动强度，改善了工作环境。

2）炼钢生产中合成渣加入机械化、自动化。合成渣造球后，可在炉前炉顶料仓、精炼料仓或炉后料斗中直接加入，减少搬运、不占用场地，有利于现场管理以及数据的自动采集，便于炼钢标准化操作和管理，减少人为因素的影响，同时减少人员配置，降低成本。

4.4 不易吸潮

压球后的合成渣，表面致密、光洁，不易吸水，最大限度地保证了合成渣的反应活性，特别是在雨季，不会出现因合成渣中水分过高造成的加入过程翻腾的现象。

5 工业应用

将生产的高碱度合成渣应用于炼钢（钢种55C、SM490YB），吨钢加入量5～8 kg。根据条件采用随钢流手动加入、出钢前加入包底、炉顶料仓或加料漏斗等加入方式均取得了良好效果。部分生产数据见表1。

表1 各工序炉渣成分及碱度分析 %

1）精炼渣碱度高。应用表明，进站碱度平均2.35，满足精炼要求，有利于进一步脱氧、脱硫。

2）渣中TFe含量低。转炉渣渣中TFe含量通常在12%～18%，这部分渣进入钢包成为钢水的污染源，LF精炼是利用钢渣的界面反应来净化钢液，必须通过精炼造白渣将渣中氧降低到一定程度，钢中的氧、硫等杂质才会通过界面进入渣中。因此炉渣的氧化性，即渣中TFe含量是衡量炉渣精炼效果的一个重要指标。通常白渣条件下，渣中TFe含量＜2%。由表1可知，加入合成渣后，炉渣中TFe含量平均由14.24%降至2.1%，说明加入该合成渣后进站炉渣的氧化性基本消除，呈黄白渣，使精炼的白渣保持时间延长，提高了精炼效果。

3）脱硫效果好。合成渣的脱硫效果可以通过钢中硫含量的降低来反应，也可以从炉渣中硫含量的增加即硫容量来反应。由表1可知，转炉渣的硫容量平均为0.07%，加入合成渣后，渣量增大，但渣中硫含量由0.07%增加到0.33%，脱硫效果显著，同时也反应出该合成渣设计合理，炉渣的硫容量大，对于冶炼低硫钢和超低硫钢具有良好的脱硫效果。

4）成渣速度快，缩短了精炼时间和电耗。由于合成渣成分均匀，并且配加了较大比例的全预熔渣，合成渣熔化速度快，改变了过去进站炉渣集结成块不熔化的现象，进站炉渣基本化好，呈黄白色泡沫渣。精炼取第1个样的时间（即化渣时间）由8～10 min减少到5～7 min，前期通电化渣时间减少3 min，缩短了精炼时间和电耗。按化渣时电耗300 kW·h/min计算，吨钢电耗减少了近7 kW·h。

6 结论

6.1 本项目根据冶金学原理，选择CaO-Al2O3-SiO2渣系，设计出高碱度、低熔点合成渣，加入后，炉渣碱度高，渣硫容量高，合成渣中的还原剂降低了顶渣的氧势，成渣速度快，精炼效果好。

6.2 采用该合成渣，精炼进站炉渣基本化好，精炼化渣时间缩短3 min，精炼过程不加萤石或根据添加石灰量加入少量萤石，对环境污染小。

6.3 采用均质成型技术配合高效制粉、混匀生产工艺生产的合成渣，成分、粒度均匀，无任何添加剂，最大限度地保证了各种原料的物性。

6.4 均质成型技术生产的合成渣强度高，可直接从料仓加入，计量更准确，有利于实现自动化、标准化操作，同时降低了操作人员的劳动强度，加入过程无粉尘，减少了环境污染，改善了工作环境。

Development and Application of New Type-high Efficiency Refining Synthetic Flux

ZHANG Jie,ZHANG Guang-jie,LI Xin-jin
（Laiwu Iron and Steel Group Corporation,Laiwu 271104,China）

Aiming at the problems of existing synthetic flux for steel refining,such as easy moisture-absorption pulverization,uneasy melting and high power consumption,through proportional optimization design,adopting the fluxes with high alkalinity and high Al2O3content,new type-high efficiency synthetic flux with uniform composition and granularity,high strength and steady properties was developed.Its production and use can be mechanized and automated.Applications showed that when the addition amount of the flux was 5 to 8 kg per ton steel,the TFe content in the slag was low and the effects of refining and desulphrization were fine.Then the time of refining slag melting was shortened by 3 minutes and the power consumption was reduced by 7 kW·h per ton steel nearly.

refining;synthetic flux;slag-forming speed;desulphurization

TF769

A

1004-4620（2010）04-0034-03

2010-03-22

张婕，女，1972年生，1995年毕业于鞍山钢铁学院钢铁冶金专业。现为莱钢技术研发中心型钢钢研所高级工程师，从事炼钢新工艺新技术的研究及型钢新产品开发工作。