李永谦;刘茵;张友平
【摘 要】铸余渣综合利用是钢铁企业节能减排的重要方法.在分析铸余渣资源属性的基础上,结合炼钢工艺流程,研究了铸余渣返生产的工艺路径和关键技术,重点讨论了返生产过程中由于温降而产生的粘罐和铸余渣与铁水混兑时的喷爆问题,提出了通过调整钢水碳含量解决钢水粘罐问题的技术措施和通过实验室研究解决喷爆的思路.同时结合现场生产管理调度,分析了铸余渣返生产后的炼钢工艺优化方向,为铸余渣的资源化利用提供了依据. 【期刊名称】《宝钢技术》
【年(卷),期】2016(000)005
【总页数】5页(P30-34)
【关键词】热态铸余渣;钢包渣;铁水包
【作 者】李永谦;刘茵;张友平
【作者单位】宝山钢铁股份有限公司研究院,上海201900;宝山钢铁股份有限公司研究院,上海201900;宝山钢铁股份有限公司研究院,上海201900
【正文语种】中 文
【中图分类】X757
铸余渣是钢包内的钢水经连铸或模铸后剩余的钢水和渣的混合物,又称钢包渣。在钢水浇铸过程中,为防止铸余渣混入中间包和结晶器内影响铸坯的质量,在浇铸后期必须控制钢包留钢量。钢包留钢量的多少随浇钢钢包大小和控制技术(如下渣检测控制技术)以及对钢材质量的要求而变化,大约占铸余渣总量的40%～60%[1]。统计结果表明,钢铁企业铸余渣总量约占钢产量的3%。如何合理利用铸余渣,有效回收其中金属,降低生产成本,已受到普遍关注。
钢包浇钢完毕包内铸余渣的温度仍高达1 400～1 600 ℃,渣与钢水尚处于相对分层状态,残钢沉于包底。目前,绝大多数的钢铁企业都用渣包来收集铸余渣,然后外运到渣处理车间进行后续的固废处理。当铸余渣从钢包倒出时钢水和渣很容易搅混,在冷态渣包内快速冷却形成渣包形状的大渣砣,渣与钢互相包裹,后期处理时需要进行人工氧割和落锤破碎,不仅占地面积大、污染严重、处理效率低,而且金属损耗大、回收品位低。
为避免大渣砣的产生和减轻后续处理过程中的劳动强度及污染,一些钢厂开发并实施了格栅工艺[2]:利用格栅的隔断作用将渣钢分隔成网格尺寸的小块。该工艺避免了大块渣钢砣的产生,提高了铸余渣的处理效率,同时提高了金属回收率,减少氧割、落锤造成的环境污染,受到一些钢厂的青睐。
铸余渣在从钢包内倒出时温度都在1 500 ℃左右,每吨熔渣含有的显热相当于50多公斤标准煤(1 kg标准煤=29.3 MJ)的热量。为了充分利用热态铸余渣的余热和有效化学成分,青钢、攀钢和安钢等都进行过直接将碳钢铸余渣返精炼工序的工业试验[3 - 5],将连铸后的铸余渣连同钢包直接转运到转炉下接钢,然后进入LF炉进行精炼。试验显示:循环4次(1～2次效果较好)以内的精炼渣仍然具有脱硫能力,每包钢在多回收1.1 t钢水的基础上还可以降低石灰、萤石、铝矾土等熔剂的消耗,缩短精炼处理周期。存在的问题是,现代企业冶炼钢种的转换节奏较快,不同钢种及相应铸余渣的成分差别较大,不能混用,给热态铸余渣在精炼工序内的循环利用带来很大限制。同时,该方法只能减少铸余渣的排放量,并不能从根本上解决铸余渣的处理和出路问题。
因此,热态铸余渣返生产,必须在充分解析炼钢各工序冶金功能的基础上,根据现场铸余渣的
数量和成分以及温度条件,确定铸余渣热态返生产的工艺流程(返铁水包、转炉或精炼炉)和实施方式,并适当调整后续冶炼工艺制度,实现生产流程的稳定和物流的畅通,在保证钢水质量的前提下,回收热态钢水,进一步发挥铸余渣的冶金功能,利用铸余渣的物理热。
铸余渣的资源属性包括液态钢水和炉渣的冶金潜力以及铸余渣的物理热,三者的利用程度可作为铸余渣利用效果的重要指标。铸余渣传统处理工艺中,只回收利用了其中的冷钢,尾渣有时代替部分炼钢熔剂,但用量不大,物理热不但没有有效利用,在喷水冷却时还产生大量蒸汽污染环境。
铸余渣中的钢水成分随冶炼钢种不同而不同,即使是同一炼钢厂,有时钢种转换也较频繁,因此冶炼过程中产生的炉渣成分也变化较大,表1为典型的铸余渣成分[5 - 7]。
在铸余渣的化学成分中,CaO、SiO2、MgO、Al2O3含量在90%左右,根据四元渣系CaO-SiO2-MgO-Al2O3相图可大致判断炉渣的熔点。但由于冶炼钢种和精炼工艺的不同,各种铸余渣的成分差别较大,尤其是FeO和MnO含量对铸余渣的熔点和黏度影响较大;同时,有的钢厂在精炼中使用萤石作助熔剂,对铸余渣熔点和黏度影响也很大。
铸余渣来源于钢水精炼终渣和少量的覆盖剂,由表1可以看出,铸余渣的成分具有如下特点:①铸余渣大都属于碱性还原渣,普遍碱度较高而氧化性较低,满足钢水深脱硫的要求;②铸余渣的磷含量很低,适合返生产利用;③在钢水精炼过程中,加入的Al还原剂使铸余渣中Al2O3含量较高,对返生产利用具有负面影响;④虽然铸余渣中CaO含量高,但由于渣中含有大量SiO2,使其有效CaO含量并不高,若不能使渣金充分反应,其返生产利用效果有限。
因此,铸余渣的资源属性,是确定铸余渣返生产利用的基础,其物理热的资源属性只有在热态返生产时才能得以利用。
铸余渣返回利用方式直接影响铸余渣返回利用效果。在返回利用过程中,安全、稳定的生产节奏和通畅的物流是前提,同时要考虑铸余渣返回作业的灵活性、可操作性,避免长时间占用天车或增加备用钢包。由于钢包浇铸结束与转炉出钢时间节点有时会存在偏差,很难将铸余渣的返回利用作业固定在某一特定工序点。从炼钢流程来看,热态铸余渣返生产,既可返回铁水包,也可返回转炉,还可返回精炼炉,必须结合具体情况综合考虑(图1)。 3.1 返回铁水包
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从对钢水质量的影响看,铸余渣返回铁水包对冶炼工艺和钢水质量的影响最小。从生产调度看,在铁水包转接工位,物流比较单一,只负责将罐车的铁水转运到转炉,即使是冶炼不同的钢种,也可在后续冶炼过程中进行成分调整。铸余渣返铁水包还必须考虑如下因素:
(1) 铸余渣返回铁水包只能回收钢水,炉渣的冶金功能难以发挥。因为铸余渣的熔点普遍较高,一般大于1 400 ℃,而混兑时铁水温度一般不超过1 400 ℃,此温度条件不利于其冶金功能的发挥。
(2) 由于铸余渣中钢水仅占约50%,而熔渣体积约为钢水体积的3倍,若全量返回,势必影响铁水包的铁水周转量。
(3) 铸余渣中大都含有部分FeO和MnO,在与铁水混兑时,可能会与铁水中的碳发生剧烈反应而引发喷爆,需要采取相应的措施。
异形注塑模板自动排污阀因此,铸余渣返铁水包时,建议先将铸余渣中的熔渣倒掉,只回收钢水。
3.2 返回转炉
与返回铁水包相比,铸余渣热态返回转炉还可发挥炉渣的冶金功能。由于炉渣有效CaO含量低、Al2O3含量高,使得炉渣的脱磷能力受到影响,因此铸余渣的脱磷潜力有待进一步验证。鉴于此,铸余渣返转炉建议应用于双渣法炼钢工艺中,在装入铁水和废钢后,将铸余渣全量倒入转炉,促进前期化渣和脱磷,对脱碳也没有影响。铸余渣返回转炉的优势在于,除回收钢水外,可将铸余渣全部转化为转炉渣,降低处理难度。因此从铸余渣的综合利用来看,铸余渣返回转炉最有利。
拼装玩具3.3 返回精炼炉
对于冶炼相同钢种,铸余渣返回精炼炉是较为理想的选择,因为铸余渣中钢水相对比较纯净,只是在精炼过程中实现渣金分离。因此,从节能效果看,对于冶炼相同钢种,铸余渣返精炼炉更合适。目前,国内一些企业已开展了生产试验,除回收钢水外,可节约部分精炼熔剂。但由于精炼造渣的需要,铸余渣中炉渣不能全部返回,需要倒渣。
低通滤波器应用实例从上述分析可以看出,根据铸余渣的特性和炼钢工艺的需求,铸余渣返生产有三种方案,各有利弊。针对每一种方案,在满足物流畅通的前提下,必须综合考虑返生产对铸余渣利用、钢水质量和生产成本的影响。
在炼钢生产中,铸余渣的返生产还涉及钢包温降、物流畅通和后续工艺调整等问题,必须结合现场情况综合考虑相关技术措施。
4.1 钢包温降
钢水浇注对钢水温度要求特别严格,一般钢种的过热度控制在25～30 K,因此浇注结束时,钢水过热度不高。如果通过倒包操作,钢水温度会降低到液相线以下,发生粘包现象,影响正常操作。一般钢水出钢后钢包的温降曲线如图2所示[8]。
由图2可知,在一定时间内,钢水浇注结束后温度变化并不明显。如果现场条件许可,可将钢包在较短时间内运送到返回部位,直接倒入铁水包(或转炉和精炼炉),避免钢水转接。
对于现有钢铁企业,由于生产节奏快,物流复杂,设计时没有考虑到铸余渣的返生产,因此必须考虑如何解决粘包问题。
钢水加热是首先想到的技术措施,包括电弧加热、感应加热、等离子加热、电渣加热和化学加热等技术,上述技术均已被正式应用于工业生产。但对铸余渣少量熔体进行补热,需配置相应的设施,除非在钢铁厂设计时考虑预留场地,一般难以配置钢水加热系统,需要从工艺配置
和经济性等方面综合考虑。
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