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