热态精炼渣铁水脱硫循环利用的工艺实践

摘要：为了实现精炼渣循环使用的多元化，利用精炼渣高碱度特性和炼钢铁水兑铁时的良好动力条件实现铁水脱硫效果。热态精炼渣的使用使铁水脱硫率达到50%以上，在实现精炼渣的二次利用的同时节约了铁水脱硫成本，文章对该工艺的实践情况进行了介绍。

关键词：热态精炼渣；铁水脱硫；脱硫成本；循环利用

中图分类号：TF703 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）25-0032-02

连铸钢水浇铸结束后在钢水罐内一般会有一定的钢水浇余，由精炼渣和残余钢水组成，精炼渣还原性较好、温度较高、流动性较强以及碱度高，具有较强脱硫能力，存在较大的回收利用价值。现传统渣处理方法一般采取直接通过渣罐车运输至厂外处理，或对部分精炼渣在钢包内实现循环利用，但精炼渣为还原性渣，在高温时呈粘稠状或块状，温度降至200℃以下就易粉末化，该粉状物质浸润性差，易扬尘，对环境污染很大。精炼渣钢包内循环利用受制于钢水后续处理工艺以及钢水洁净度要求等，也无法实现全部回收利用，为此山东钢铁济钢分公司中厚板厂120转炉工序（以下简称“济钢120转炉”）对精炼渣根据精炼渣特性，积极探索实践，实现了精炼渣倒入铁水罐，在由鱼雷罐向铁水罐兑铁过程中完成脱硫，实现了循环利用，为清洁生产，降低成本创造了良好的条件。

1 铁水脱硫用精炼渣

1.1 精炼渣组分

精炼渣的主要来源首先为钢水精炼过程中加入的造渣料，主要为CaO、CaF和Al2O3；其次为钢水脱氧合金化产生的脱氧产物，主要为SiO2、Al2O3和MnO；最后为转炉出钢过程中带入的少量转炉渣，主要为CaO、SiO2、MgO、FeO。济钢120t转炉经过精炼处理后的精炼渣渣中平均组分情况明细见表1：

表1 精炼渣组分情况

项目 SiO2 CaO R S MgO Al2O3 FeO MnO

组分（%） 8.68 50.18 5.78 0.53 5.40 16.92 0.7 0.22

1.2 热态精炼渣

热态精炼渣为经过精炼处理后的钢水在铸机浇注完毕后大包内剩余的精炼渣和少量的残余钢水，为防止在大包浇注过程中钢水温降大和精炼渣因温降过快导致结壳无法从包内倒出，一般都在浇注过程中进行加盖保温。钢水浇注完毕后将钢包内的热态精炼渣倒出后的热态渣的温度一般在1350℃左右。利用倒出的热态精炼渣进行铁水脱硫使用，需将热态精炼渣从钢包倒入提前准备好的铁水包中，进行铁水脱硫时的热态精炼渣的温度与精炼渣的转运效率和钢、铁包的内壁温度影响较大，济钢120转炉正常条件下热态精炼渣在进行铁水脱硫时的温度能够保证在1320℃以上，与使用的铁水温度较为接近。

2 热动力学条件

济钢120转炉鱼雷罐出铁位置与铁水包包底距离为11m，在从鱼雷罐向铁包中兑铁的过程中铁水势能转化为动能，实现铁水与精炼渣在铁水包内的充分搅拌混合。

铁水温度平均温度1350℃左右，精炼渣温度与铁水温度相当。精炼渣中存在复杂含硫相Ca12Al14O32S，C12A7为渣中主要存在的铝酸钙物相，其与渣中的CaS发生置换反应生成含硫复杂化合物，该置换反应式为：

Ca12Al14O33+CaS=Ca12Al14O32S+CaO

ΔrGθ=-92050-4.72T

若考虑生成物和反应物均为固体状态，以纯物质为标准态，则在高温下，上述置换反应的吉布斯自由能变化小于零，是一个可自发进行的过程。因此，在精炼渣铁水脱硫形成的CaS最终会与渣中的CaO和Al2O3形成复杂铝酸钙硫化物而稳定存在，最终实现铁水脱硫。

3 精炼渣铁水脱硫的实践

3.1 铁水条件

济钢120吨转炉的铁水平均[S]为0.028%，铁水温度1350℃，鱼雷罐向铁包兑铁速率约为20t/min，倒铁时间长平均7min。

3.2 渣量对脱硫率的影响

3.2.1 热态精炼渣渣量对脱硫率的影响。精炼渣的热态利用因生产品种钢的差异、出钢过程中的下渣量、精炼过程的加料量等条件的波动使每包钢水的精炼渣总量存在一定的不稳定性，不同精炼渣渣量下的铁水脱硫效率具体见图1，大的精炼渣渣量能够使铁水的脱硫率得到一定提高。整体上每包次的脱硫率能够稳定在50%～60%之间。

图1 不同渣量下铁水脱硫率

3.2.2 铁水渣量影响。铁水渣为再炼铁出铁过程中带入铁水的高炉渣，从鱼雷罐向铁水包兑铁的过程中也将铁水渣带入，同时在使用鱼雷罐运输的环节中部分铁水渣会粘在鱼雷罐内壁，根据铁水温度的波动部分粘渣会在鱼雷罐内熔化，在兑铁时进入铁包，铁水带渣量也存在一定的波动。铁水渣中硫含量较高，达到1.2%左右。在精炼渣循环利用过程中，因铁包内提前倒入了精炼渣，使得铁水本身渣量不便测量。根据在没有倒入精炼渣时的情况，铁水渣量较多铁次扒渣不彻底时，直接影响到KR石灰脱硫效果，表现为渣量越大脱硫效率越差。在加入精炼渣后铁水渣与精炼渣在出铁过程中充分混合，对精炼渣硫容量的影响也不容忽视。

3.3 出铁时间影响

鱼雷罐向铁包兑铁的时间长短受鱼雷罐和铁包包口是否规则影响较大。在鱼雷罐罐口粘渣较多时兑铁过快会导致铁水分流，导致铁水飞溅，会存在粘铁包和影响倒铁过程中的铁水计重等问题出现，同时铁包包口粘渣过多，导致铁包内径缩小，导致无法大流兑铁使兑铁时间变长，因此每包铁水的兑铁时间有一定的差异。济钢120转炉的兑铁时间一般在6～10min之间，平均单包出铁时间为7min，出铁时间对脱硫率的影响见图2，正常情况下出铁时间较长的对提高脱硫率有一定好处，但出铁时间严重过长时脱硫率降低明显，分析其主要为时间过长导致出铁过程的搅拌能力变差导致。

图2 不同出铁时间下的脱硫率

3.4 铁水温度的影响

济钢120吨转炉铁水采用鱼雷罐运输，受炼铁出铁周期、铁水运输和调度等因素的影响，铁水在鱼雷罐中的时间长短不一，导致铁水在炼钢工序由鱼雷罐向铁水包兑铁时的温度有一定偏差，铁水温度一般在1300℃～1420℃之间，不同铁水温度下进行热态渣铁水脱硫利用时的铁水脱硫率具体见图3，铁水温度对脱硫率的影响较小，但随着铁水温度的提高，其脱硫率也有一定的提高趋势。

图3 不同铁水温度条件下的脱硫率

3.5 铁水包包况条件的影响

铁水包包况条件包括铁水包在线周转效率和精炼渣倒入铁水包循环周期。铁水包周转效率越高以及精炼渣倒入铁水包循环周期越短，从两个方面促进精炼渣的脱硫效果，一是可以降低铁水包的温度损失，为精炼渣脱硫创造热力学条件；二是精炼渣为铸机浇余部分，为降低铸机卷渣，精炼渣回收时一定有部分残余钢水，精炼渣倒入铁水包循环周期延长易导致残余钢水与精炼渣混合结壳，降低了出铁时精炼渣与铁水在出铁过程中的有效接触，从而影响脱硫效率。

4 热态精炼渣铁水脱硫利用效益

4.1 铁水预处理成本的降低

利用热态精炼渣进行铁水脱硫，其脱硫率保持在50%以上，能够基本满足济钢120转炉的正常铁水脱硫需求，可节约KR脱硫剂的消耗。每月精炼渣倒入铁水包实现脱硫炉次在250炉以上；可节约正常预处理的脱硫剂消耗成本5.6元/吨铁，能耗0.6元/吨铁，搅拌头损耗0.5元/吨铁。

4.2 提高钢铁料收得率

利用热态精炼渣进行铁水脱硫，在利用精炼渣的同时也直接回收了大包钢水浇注后的残余钢水，济钢120t转炉正常大包钢水浇余在0.3t左右。残余钢水完全得到回收，对降低钢铁料消耗有一定的贡献。

5 结语

利用精炼渣进行铁水脱硫脱硫率可达到50%～60%。

精炼渣渣量、出铁时间、铁水渣量、铁水温度和铁水包包况等对铁水的脱硫效率有一定影响。

利用精炼渣进行铁水脱硫实现了精炼渣的二次利用，回收浇注残余钢水的同时节约了铁水脱硫成本。

作者简介：李长新（1980-），青海民和人，山东钢铁集团济南分公司中厚板厂助理工程师，研究方向：炼钢技术。