楚士进，杨凯峰，闫栋，孙辉
（山东石横特钢集团有限公司炼钢厂，山东 肥城 271612）
摘要：为降低生产成本，石横特钢进行了生白云石代替镁球、轻烧白云石，石灰石部分代替石灰，转炉磁选渣和粉渣球代替萤石、铁矾土、矿石造渣的工业试验，结果证明生白云石完全能满足生产需要，石灰石可以部分代替活性石灰，目前镁球和轻烧白云石完全由生白云石代替，石灰石加入量达到12.09 kg/t，石灰消耗减少7.25 kg/t，吨钢造渣材料消耗成本降低4.75元。
关键词：转炉炼钢；造渣材料；生白云石；石灰石；磁选渣
1 前言
石横特钢转炉炼钢工序成本中，吨钢造渣材料消耗成本约为15 元/t，主要结构为提供CaO 的活性石灰、石灰石，提供MgO 的生白云石、轻烧白云石和镁球等镁质材料以及萤石、矿石等。铁水的成分和带渣量，尤其是Si、P、S 的含量对转炉造渣材料的消耗影响很大，同时也与所冶炼钢中的P、S 含量要求关系密切。如果铁水本身的Si、P、S 含量较高，而所冶炼钢种要求P、S 的含量又较低，势必造成造渣材料尤其是石灰消耗升高，炉体维护任务增加，导致镁球等材料消耗增加。
因此，执行精料方针，提高铁水质量，降低造渣材料消耗是国内外高炉—转炉冶炼工艺一直努力的方向，也是提高钢水质量和降低生产成本的必由之路。本研究旨在优化造渣材料结构，以降低铁损，降低造渣材料成本［1-2］。
2 造渣材料优化实践
通过与先进企业对标交流学习，根据炼钢厂内部副产品消耗的实际情况，确定了造渣材料结构优化内容：一是生白云石代替镁球、轻烧白云石；二是石灰石部分代替石灰；三是转炉磁选渣和粉渣球代替萤石、铁矾土、矿石。
2.1 生白云石代替镁球、轻烧白云石
1）试验方案。生白云石是碳酸钙和碳酸镁的复盐，分子式为CaCO3·MgCO3。轻烧白云石是由生白云石经过煅烧后形成的，主要成分为CaO·MgO。镁球则是由电熔镁砂与粘结剂经过研磨、混合、挤压形成，主要成分是MgO。这3 种材料都可以直接或间接为转炉提供（MgO），而保证渣中（MgO）的饱和含量是保证溅渣护炉效果的关键。为保证生产顺行，制定了循序渐进的试验方案。
方案1：轻烧白云石与生白云石搭配使用，完全取代镁球。原则：根据炉况、渣量，首先确定正常生产情况下轻烧白云石的加入量，逐步减少并最终完全取代镁球，研究轻烧白云石与生白云石的加入方法。铁水硅含量低时，在转炉开吹后，首先加入部分轻烧白云石，随后在第1 批石灰加完后，陆续补充生白云石，代替剩余轻烧白云石的同时，取消镁球消耗。在铁水硅含量高时，在开吹后加入轻烧白云石的同时，加入部分生白云石抑制溢渣。
铁水Si 含量≤0.50%时，在转炉开吹后，首先加入轻烧白云石200 kg，然后加入第1 批石灰，随后陆续补充生白云石。
铁水Si 含量＞0.50%时，在转炉开吹后，首先加入轻烧白云石200 kg、生白云石100～200 kg，然后加入第1 批石灰，随后陆续补充生白云石。
方案2：全部采用生白云石，完全取代轻烧白云石和镁球。原则：在转炉开吹后，首先加入生白云石400 kg，然后加入第1 批石灰，随后陆续补充生白云石；具体加入量视炉况、溅渣效果而定。
2）试验情况。石横特钢三炼钢自5 月10 日早班589 炉开始在60 t 转炉上试验生白云石代替轻烧白云石，至5 月21 日1 204 炉结束，期间因散装料倒地仓，使用轻烧白云石68 炉，轻烧与生白云石搭配使用6 炉。本次共使用生白云石303.52 t，使用541炉，平均560 kg/炉。
3）炉况。使用生白云石前后，炉衬溅渣层质量良好，炉底、炉壳温度波动基本正常，除东耳轴前温度略有升高外，其余各部位均降低，见表1。炉底深度波动情况见图1。
4）渣中（MgO）含量及炉渣碱度变化。使用生白云石前后，炉渣碱度与使用轻烧白云石时基本相当，渣中氧化镁较轻烧白云石升高0.75%，虽然渣中MgO、碱度数据较炼钢理论偏低，但随着目前转炉出钢温度的不断优化，转炉终点温度大幅度降低情况下，炉渣黏度相应得到提高，完全可满足溅渣护炉工艺需求，见表2。
从本次试验期间炉壳温度数据看，生白云石对炉体维护基本没有产生负面影响，炉体的大部分部位温度得到改善。低铁比条件下，热量基本可保证磁选渣的消耗，此时使用生白云石会造成含铁原料使用量降低，影响钢铁料成本升高；铁水比例高，炉内热量充足且无磁选渣，使用生白云石不会造成钢铁料耗升高。但根据目前的铁水条件，采用生白云石一定会造成渣量增加。因此，采用生白云石造渣完全能满足生产需要，对降低生产成本明显。
2.2 石灰石代替部分石灰
石灰石的主要成分为CaCO3，分解温度在900 ℃左右。，由于转炉内温度高达1 300 ℃，急剧升温后，石灰石表层中的碳酸钙分解趋势非常大。因此石灰石块整体煅烧成为石灰的速度也会加快。分解后产物含有CaO，可替代石灰，同时分解产物中有CO2气体，可增加搅拌，促进化渣［3］。
转炉内煅烧的另一个不同点是，石灰石直接与炉渣接触，可以认为在其表面层中CO2逸出的同时，就发生了石灰的化渣反应，因此参与反应的石灰都具有高气孔率、高活性［4］，从动力学角度看，石灰石在转炉内的煅烧造渣过程，实际上是煅烧化渣同时进行的过程［5］。这是石灰石代替部分石灰炼钢的理论基础。
1）试验方案。根据石灰石煅烧石灰情况，约1.6～1.7 t 石灰石可生产1 t 石灰，为保证生产顺行，按200 kg 石灰石可代替100 kg 石灰计。
加入原则：石灰加入量按25～30 kg/t（铁水硅高的情况可提高石灰加入量），磁选渣、污泥球单炉加入量在3.5 t 以上，富裕热量还充足的情况下，余热采用石灰石降温并代替部分石灰造渣；建议石灰石用量不超过1 t/炉。
加入时机：一批料加入石灰总加入量的50%（或更少），根据铁水温度、比例、成分，建议一批料石灰石加入量为其总加入量的1/3 至1/2。二批料石灰及石灰石可交替加入，建议优先加入石灰石，石灰石加完后再补加二批料的石灰（可预留部分用于后期压喷等），主要原因是，石灰石熔化较慢，加入太晚影响前期脱磷效果。石灰石成分、冷却效果与石灰对比见表3。
2）试验结果。采用石灰石代替部分石灰炼钢进行了多次试验，冶炼均能顺利进行，转炉正常炼结束时，各成分均能达到钢种要求的出钢标准，脱磷率略微升高，主要是前期加入石灰石后控制了温度上升，利于脱磷反应进行。
2.3 磁选渣及粉渣球代替萤石、铁矾土、矿石
转炉炉渣的回用自2006 年已开始，当时只是对转炉前期的溢出渣，通过简单筛选后进行回用，随着成本压力增大以及对炉渣的再利用逐步提高了认识，对转炉渣磁选、精细管理及回用的可行性进行了详细研究。自2012 年炼钢厂在各车间逐步对转炉产生的所有炉渣进行处理，建设、改造了焖渣池、炉渣磁选设备。推广应用了炉渣焖渣后进行磁选，使得磁选渣的品位逐步提高，并对磁选渣进行筛分，减轻因磁选渣粉末率高，转炉加入时造成烟尘较大的情况，使得磁选渣的利用率逐步提高，最终完全取代了矿石。
磁选渣筛分后，粒度＜3 mm 的磁选渣粉末无法进一步利用，为此炼钢厂投资兴建了粉渣压球设备，将炼钢厂各炼钢车间产生的磁选粉渣、污泥、除尘灰混合后造球，进一步提高了炼钢产生的含铁废料的利用率。
转炉用化渣材料在以往的萤石、铁矾土、矿石的基础上逐渐增加了磁选渣及粉渣球。通过优化转炉造渣制度及供氧制度，搭配磁选渣及粉渣球的使用，转炉化渣用材料得以优化与减少。尤其是粉渣球使用后，因其含有大量氧化铁，降温效果稳定，且入炉后能快速化渣，对处理“返干”有明显效果。目前，粉渣球的使用量已稳定在10 kg/t 左右，转炉工序已取消了萤石、铁矾土、矿石的使用。表4 为造渣材料的消耗情况。
3 结语
为了降低造渣材料消耗成本，采用生白云石代替镁球和轻烧白云石、石灰石代替部分石灰炼钢进行了工业试验，结果证明生白云石完全能满足生产需要，石灰石可以部分代替活性石灰，对降低生产成本效果明显，同时采用白云石炼钢还使脱磷率略微升高。
目前镁球和轻烧白云石已经完全由生白云石代替，石灰石加入量达到12.09 kg/t，石灰消耗减少7.25 kg/t，吨钢造渣材料消耗成本降低4.75 元。另外，对转炉渣进行磁选，采用磁选渣完全代替萤石、铁矾土、矿石化渣造渣，进一步降低了生产成本。