工业合成“低硅高纯萤石球”替代“自然萤石”在炼钢冶炼中的应用

沈志进，马连军

（西宁特殊钢股份有限公司，青海 西宁 810005）

近年来，随着国家对矿山环保整改力度不断加大，符合钢铁企业生产要求的高品位萤石矿山企业大幅关闭。一些企业加大资金投入进行基础设施建设及改造。导致炼钢企业萤石采购成本不断提高。在此环境下，作者为保证公司正常生产经营，降低采购成本，提出用工业合成“低硅高纯萤石球”替代自然萤石[1]。并在西宁特殊钢股份有限公司三炼车间炼钢使用中起到了很好的效果，且大幅降低了采购成本（单价降低约15%）。

1 “低硅高纯萤石球”的研发、工业合成过程及应用特性

优质萤石块矿资源随我国工业用户的增加和环保压力的加大而变得紧缺。为了有效利用这类尾矿资源，同时为解决环境污染问题，“富钢德宇萤石球有限公司”开发了一种新型低硅高纯萤石球的制造工艺及设备。是通过对资源丰富的低品位、高杂质含量的自然萤石与有色金属尾矿及高杂质、高环境污染的工业废渣加以融合。在药剂作用下进行浮选处理，从而获得冶炼优质萤石浮选粉；再加入有机或无机粘结剂根据冶炼要求粒度压球后烘干；产品“低硅高纯萤石球”的抗压强度大于4N/mm2S、P等有害杂质含量较低。经过多次实验和认证的加工工艺和配方，使工业合成的“低硅高纯萤石球”具有有韧性强，纯度高、杂质少、粒度分布均匀、不易成粉末状等优质特性。在炼钢使用过程中大大减少了资源的浪费和矿产资源的环境污染。以资源的有效利用换取最大的经济效益。同时也为黄金行业提供优质的辅助材料[2]。

2 “低硅高纯萤石球”在冶炼过程中的实际使用效果

西宁特殊钢股份有限公司前期冶炼用萤石分为三个级别：

一 级 品：粒 度：20mm ～40mm；CaF2≥90%；SiO2≤9%；S≤0.1%；P≤0.06%。

二级品：粒度：20mm ～40mm；CaF2≥85%；SiO2≤14%；S≤0.15%；P≤0.06%。

三级品：粒度：20mm ～40mm；CaF2≥80%；SiO2≤19%；S≤0.2%；P≤0.08%。

目前符合以上要求的自然资源十分稀缺，采购价格居高不下。鉴于此实际情况，西宁特殊钢股份有限公司委托“富钢德宇萤石球有限公司”根据公司冶炼要求加工后，在本公司三炼车间于2019 年8 月12 日～2019 年8 月14 日在1#精炼炉和4#精炼炉进行了初步试验，达到如下使用效果：

（1）低硅高纯萤石求中“CaF2”含量较稳定，且其他杂质含量明显低于自然萤石的杂质含量，因此萤石球更利于渣系稳定。

（2）低硅高纯萤石球用于调整渣系具有明显效果，调渣后流动性良好。

（3）目前“低硅高纯萤石球”生产原料较为充足，供应稳定，较自然萤石采购单价降低15%左右。低硅高纯萤石球作为冶金辅助材料，可用于不锈钢、特钢、高炉和有色金属冶炼。不仅为低品位废物资源的利用找到了途径，而且解决了尾矿的环境污染问题。以有限的资源获得最大的经济效益，萤石球中杂质少，质量稳定，粒径均匀，且具有粉碎率低、不易受潮的优点，可提高冶炼渣速度，也可以缩短冶炼时间。今后将被更多用户接受使用。

3 低硅高纯萤石球的应用与展望

我国经济的快速发展，作为国防、民生工业基础的钢铁企业发展势头尤为突出。但是，萤石自然资源的过度开发使自然环境破坏严重。导致自然环境的保护与矿产资源的开发出现矛盾。也是现阶段我国环保工作的重点。所以优质的自然萤石资源开发门槛越来越高，资源越发稀缺，导致萤石生产成本及价格价格一路上涨，使炼钢企业生产成本大幅提高，低硅高纯萤石球在冶炼中应用和推广，对解决这一“矛盾”起到了有力的推动作用：

（1）减少萤石矿山剥离层厚度及深度开采，有效的减小对自然环境的破坏程度。

（2）萤石尾矿及冶炼金属渣的再利用，大大减少了资源的浪费和矿产资源的环境污染。

（3）由纯矿山开采到工业加工的生产方式转变，大幅降低了工人的体力劳动消耗，有效改善了劳动环境，更能体现现时代“以人为本”的工作理念。

（4）以“人为”替代“自然”，实现萤石球成分、规格可控，在具体应用中弥补自然萤石的缺陷（主要表现为有害气体排放、有害化学元素残留等情况），从而推动经济效益和自然和谐发展。

（5）当前我国生产低硅高纯萤石球的原材料资源丰富，开发成本较低，受环境保护压力较小，生产成本较自然萤石开采大幅降低，在冶炼中应用能够大幅降低冶炼成本。

3 低硅高纯萤石球在冶炼中分类应用

3.1 高炉冶炼

自然萤石在高炉冶炼过程中起到“洗炉作用”，可诸多实践表明高炉配加大量的自然萤石后，其产生危害有时往往大于其所产生的“洗炉效果”，调剂不当时，往往适得其反，给高炉冶炼带来严重的后果。在高炉冶炼过程中比作一剂药，常说“药到病除”又说“是药三分毒”，说的就是适量用“药”的问题，由于自然萤石成分不可人为控制，有害物质含量复杂，在高炉冶炼过程中加入量往往做不到严格控制，所以低硅高纯萤石球在高炉冶炼中取代自然萤石势在必行。将在高炉冶炼生产过程中取得经验经济效益[4]。

3.2 在不锈钢冶炼中的应用

不锈钢冶炼过程中铁水需要脱磷、脱硫和脱碳。而结渣剂、脱硫剂和还原剂中需要CaF2。自然萤石因有害元素不受人为控制，在不锈钢冶炼过程中，对于炉内炼钢材料的作用不明显，且消耗量大，导致炼钢时间过长。低硅高纯萤石球有着融合反应速度快以及除磷效果高的特点，在冶炼过程中能够缩短冶炼时间，提高工作效益，因此，达到了满足不锈钢冶炼产品质量要求[3]。例如，不锈钢厂采用铁水罐脱磷，加入石灰和铁矿粉。用萤石将铁水中的磷从0.15%降到0.08%以下，自然一级品萤石用量为1.93kg/t ～2.3kg/t。若加入同品位、同量的高纯萤石球脱磷速度更快效果更为明显。其可控化的品位含量，非常有利于不锈钢数字化冶炼发展方向。

3.3 铁水预处理

为了在铁水进入炼钢炉前除去一些有害成分或者回收一些有益成分的常用方法是铁水预处理在炉外进行铁水脱硫。近年来，预处理技术被广泛应用。铁水炉外脱磷脱硅简化炼钢工艺工艺，提高钢质量，脱硅后加入铁水对石灰和萤石进行铁水脱磷，以控制适当的碱度和温度可使脱磷率达到90%以上。铁水预处理温度温度低于炼钢温度，一般在1300℃～1400℃之间在炼钢过程中，石灰的造渣过程变得更加困难（石灰熔点2100℃，必须用一定量的萤石来辅助石灰的形成熔渣。一般来说，铁水脱硫预处理中萤石的添加量为铁水脱磷预处理1kt ～1.5kt（CAF：75%左右）萤石用量为3kt ～5kt（CAF：75%左右）。然后采用深度脱硫操作，即先采用钙基复合脱除浅层脱硫采用硫剂，深层脱硫采用电石纯铁水的用途。这里用低硅高纯萤石替代萤石，以确保铁水有害物质的可控与添加量的有效可控。

3.4 炼钢

炼钢（粗加工）通常根据炉渣的熔化情况加入助熔剂萤石助熔剂可以解决炼钢过程中的熔渣问题熔化不良引起的液态金属飞溅和溅渣，确保冶炼安全。在使用的矿物中，只有萤石能显著降低炉渣熔点的矿物。转炉和电弧炉在炼钢过程中，它具有其他原始矿物无法比拟的造渣作用，会很快变成渣。中国用萤石作焊剂转炉和电弧炉在炼钢中很常见。在国外钢厂也有广泛的应用。此外，根据CAF：75%的质量分数，一般用法是2Kg/T ～3Kg/T，仅蛋白胨法每年需要65 万吨冶金级萤石。因此，萤石在冶金工业中具有广阔的市场前景。为了提高钢铁产品的质量和性能，扩大冶炼我国钢水二次精炼技术。造渣材料品是一种小的活性石灰和萤石（CAF：根据75%和铝土矿熟料。根据不同的精炼工艺，能够确定差异。冶金级萤石每年需要在二次精炼过程中消耗3758 吨/年～563300 吨/年。全国钢铁冶金行业每年所需冶金品位的粗略计算萤石（根据CAF，质量百分比为75%）为145 万吨～185 万吨[5]。由于萤石资源的精确，将来利用“低硅高纯萤石球”替代“自然萤石”市场前景广阔

4 结论

（1）萤石作为助熔剂，在冶金工业中广泛应用。广泛应用于钢铁冶炼、铁合金生产、铁水预处理等行业炼钢（粗加工）和精炼。可以提高炉渣的流动性和去除率硫、磷、萤石等有害杂质。而低硅高纯萤石球的使用能够确保对环境影响小的情况下，实现最大的经济效益。因此，低硅高纯萤石球已然成为了我国现代冶金工业的重要组成部分。也是一种不可多得的矿物原料。

（2）在不冶炼钢铁厂使用低硅高纯萤石球后，能够降低自然萤石的使用量。同时，石灰用量也大幅度降低。低硅高纯萤石球能够缩短冶炼钢铁的使用时间，延长了高炉的使用寿命，降低生产成本。为公司带来经济效益。

（3）萤石球有限公司生产低硅高纯萤石钢球品位高，杂质少，质量稳定，粒度均匀，强度高，粉化率低，不易受潮，能迅速提高冶炼渣速提高钢水纯度，缩短冶炼时间它有利于数字化冶炼，是不锈钢冶炼的优质辅助材料。