铁矾土代替萤石造LF精炼渣的研究与应用

铁矾土代替萤石造LF精炼渣的研究与应用

房志琦  丁胜利  温春普  吴雨辰  韩春良

（河钢集团 承钢公司，河北 承德 067002）

摘  要：提出了一种使用石灰作为渣料，使用铁矾土作为助熔剂，并且辅以碳化硅、电石和硅钙粉造LF精炼渣的方法。实践结果表明：添加适宜量的铁矾土，能有效的调整LF精炼渣成分，降低炉渣熔点促进化渣；用铁矾土代替萤石造精炼渣能显著改善操作条件，提高钢包耐材寿命，降低炼钢成本，同时降低对环境的污染。

关键词：铁矾土；萤石；LF；精炼渣

Development and Application of Making LF Refining Slag by Bauxite Instead of Fluorite

FANG Zhi-qi, DING Sheng-li, WEN Chun-pu, GUO Fu-xing Han Chun-liang

(Chengde Iron and Steel Company, Hebei Iron and Steel Group, Chengde, Hebei, 067002,China. Corresponding author: FANG Zhi-qi, E-mail: 61088557@qq.com)

Abstract：A method of making LF refining slag has been proposed. Lime is used as a material of slag. Bauxite is considered as flux. Silicon carbide, calcium carbide and calcium silicon are used also to make the slag more better. The results of practice showed that: adding appropriate amount of bauxite can effectively adjust the LF refining slag composition, and reduce the melting point of slag. Making refining slag by bauxite instead of fluorite can significantly improve the operating conditions, improve the life of the ladle refractory material, reduce the cost of steelmaking, reduce the pollution of the environment at the same time.

Key words：bauxite; fluorite; ladle furnace; refining slag

由于萤石的主要成分是CaF2，使其具有熔点低且与CaO、硅酸钙生成低熔点共晶物质的特征，故传统的LF炉外精炼工艺大多采用萤石作为助熔剂进行造渣。但是，萤石会与渣中的多种氧化物反应，生成含氟气体，严重污染环境、侵蚀设备和损害人员健康[1,2]。萤石的化渣助熔作用会随着含氟气体的挥发而逐渐失效，因而萤石的化渣助熔作用时间短，不利于炉渣稳定，影响冶炼顺利进行。此外，含CaF2的炉渣会对钢包耐材产生严重的侵蚀，降低钢包的使用寿命，增加钢铁企业的成本负担[3~6]。

为了降低生产成本，提高钢包使用寿命，减少对环境和人身健康的危害，河钢承钢改进了现行的造渣工艺，在100 t LF炉上进行了铁矾土代替萤石造渣的试验，经过多炉次的试验研究，获得了较好的效果，现已成功投入使用。

1 渣系的设计

通过相关文献和CaO-Al2O3相图可知，增加炉渣中的Al2O3含量可以促使Al2O3与CaO形成低熔点化合物12CaO·7 Al2O3促进化渣[7,8]。铁矾土Al2O3的含量较高，可达到45%以上，且铁矾土中所含有的SiO2和Fe3O4成分都具有很好的助熔效果，所以本实验选用铁矾土代替萤石作为助熔剂，通过调节铁矾土的加入量，将渣中的CaO与Al2O3控制在以低熔点的铝酸钙12CaO·7 Al2O3为主体相范围内。12CaO·7 Al2O3在CaO-Al2O3相图中的位置如图1所示。由图1可知，12CaO·7 Al2O3的熔点为1362℃比萤石的熔点1371℃要低，且这种化合物所具有的多孔疏松结构，使其更易于熔解，同时可作为促进渣中其它组分熔化的熔剂，使精炼渣的总体熔点下降。因此用本方法造的精炼渣具有熔点低的特性，有利于精炼渣的快速形成，提高冶炼效率和效果。

1.1 渣成分与脱硫能力间的定量关系

CaO-Al2O3-SiO2-MgO渣系的硫的分配系数和硫容量之间存在下列关系[7,9]：

炉渣的脱硫能力可以根据式（1）进行计算，炉渣的硫容量CS可以根据式（2）~（4）渣钢间的平衡反应来计算。

可知渣的硫容量取决于渣的组成，渣的脱硫能力是光学碱度、温度和钢水氧化性的函数。

1.2 渣成分与脱氧能力间的定量关系

精炼渣要具有一定的脱氧能力，不仅要考虑钢中溶解氧，还要考虑钢液中脱氧产物的去处。精炼渣脱氧能力的大小可用式（5）进行计算[10]。

1.3 渣成分与发泡能力的关系

LF炉精炼渣的泡沫埋弧作用，不仅可以减少钢液温度的损失，电弧对包衬的辐射，还能降低钢液的吸气量。渣成分的合适配比与适宜的物性是气-渣能够充分乳化、增强熔渣储泡能力的关键。发泡指数与光学碱度的关系式为[11-12]：

(6)根据以上精炼渣的脱硫、去氧、发泡能力与光学碱度的关系，联立式（1）~（6），并将钢水中的硫含量，全氧含量、白渣等作为优化条件，可建成非线性优化方程组，对方程进行求解可得到精炼终渣目标成分，如表1所示。

表1  LF精炼炉渣目标成分组成/%

Tab.1  The target of the chemical composition of LF end slag/%

2 试验过程

2.1 原料分析

用石灰作为渣料，使用铁矾土作为助溶剂，并且辅以碳化硅、电石和硅钙粉在LF炉中精炼造渣，所用原料的主要化学成分如表2~6所示。

表2 铁矾土主要化学成分/%

Tab.2  Main chemical composition of bauxite/%

表3石灰主要化学成分/%

Tab.3 Main chemical composition of lime/%

表4 硅钙粉主要化学成分/%

Tab.4 Main chemical composition of calcium silicon/%

表5碳化硅主要化学成分/%

Tab.5 Main chemical composition of silicon carbide/%

表6电石主要化学成分/%

Tab.6 Main chemical composition of calcium carbide/%

2.2 工艺方案

整个精炼过程中，石灰的加入总量为2kg-6kg/t钢，铁矾土的加入总量为2kg-4kg/t钢，碳化硅的加入总量为0.5kg-1.5kg/t钢；钢水到达LF精炼站后，先将石灰、铁矾土和碳化硅物料向钢包内加入总量的2/3，其余在加热过程中视炉渣熔化情况加入；在下降电极前加入0.2kg-0.4kg/t钢的电石，然后下降电极进行造还原渣精炼，为了确保整个LF精炼过程炉渣发泡，需使用电石0.5kg-1.2kg/t钢；在精炼过程中，根据当前炉次的脱硫任务和炉渣的冶炼状况，向渣中投入0.2kg-0.5kg/t钢的硅钙粉。

3结果与讨论

3.1 应用效果

用上述方法进行LF炉精炼生产中，精炼渣表现出熔点低、化渣快，脱氧、脱硫能力强，钢包内衬寿命长等特点，并且炉渣状况稳定，始终处在较好状态并能够保障埋弧精炼的效果。为了验证该方法造的LF炉精炼渣是否满足预设的终渣成分要求，选取了四个具有代表性炉次的终渣进行化学成分分析，结果如表7所示。

表7 LF精炼终渣成分/%

Tab.7 chemical composition of LF end slag/%

从表7可以看出精炼终点的炉渣成分控制较好，均达到了表1设定的目标范围。

3.2 效益分析

随着人们的不断开采，萤石资源日益短缺，价格不断提升，当前价格均在1200元/t以上。铁矾土由于资源丰富，价格相对便宜（600元/t左右）。使用铁矾土代替萤石造精炼渣，吨渣成本能降低200~300元。用铁矾土代替萤石造渣，不仅能够减轻萤石对钢包耐火材料的侵蚀，提高钢包的使用寿命，而且减少了萤石产生的氟化物对除尘设备、水质和人身健康带来的危害，具有很大的经济和环保效益。

4 结论

1) 铁矾土能有效的调整LF炉精炼渣成分，降低炉渣熔点，促进化渣。使用铁矾土代替萤石作为助熔剂造精炼渣的方法是切实可行的。

2）使用价格低廉的铁矾土代替萤石造LF炉精炼渣能够显著降低生产成本，吨渣成本降低200~300元。

3）LF炉用铁矾土代替萤石进行造渣，能明显改善操作条件，提高钢包耐材和除尘设备的使用寿命，降低对环境的危害。

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