連鑄大包澆余直接循環(huán)利用的可行性分析

連鑄大包澆余直接循環(huán)利用的可行性分析

大包澆余熱態(tài)下直接回收利用對(duì)于節(jié)能降耗、環(huán)境改善、實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用意義重大。本文從大包澆余的回收工藝流程、成分組成、回收過(guò)程控制以及對(duì)鋼水潔凈度和冶煉成本的影響等方面進(jìn)行了分析。分析認(rèn)為：大包澆余可以作為一種精煉合成渣進(jìn)行循環(huán)利用，較為合理的澆余回收量為鋼水量在7.0-9.0kg/t鋼以下，回收渣量在12.0kg/t鋼以下為宜，此時(shí)，可節(jié)約LF精煉石灰用量約4.0-5.0kg/t鋼，平均降低鋼鐵科消耗3.0-5.0kg/t鋼，節(jié)約綜合噸鋼生產(chǎn)成本8.0-15.0元。大包澆余主要由少量殘余鋼水、精煉還原渣及少量殘余覆蓋劑組成。傳統(tǒng)的渣處理方法較多，但對(duì)鋼包精煉渣的處理難度還是比較大，所以鋼廠一般直接把大包澆余倒入渣罐運(yùn)輸至廠外，原因在于精煉渣為還原性渣，在高溫時(shí)為塊狀，溫度降到200℃以下就粉化了。并且該粉狀物體不潤(rùn)濕，很難進(jìn)行打水處理，其運(yùn)輸和使用都比較困難，對(duì)環(huán)境污染很大。若采用將大包澆余在熱態(tài)下直接回收至LF爐則是一個(gè)節(jié)能、高效、低成本且對(duì)環(huán)境相對(duì)友好的資源綜合回收方法，但是大包澆余直接回收會(huì)對(duì)工藝流程、生產(chǎn)節(jié)奏、大包周轉(zhuǎn)、鋼水質(zhì)量和冶煉成本帶來(lái)影響。本文從以上方面對(duì)大包澆余直接回收進(jìn)行了可行性分析。1澆余回收工藝流程在考慮設(shè)計(jì)澆余回收的工藝流程時(shí)，考慮了四處澆余回收工序點(diǎn)（見(jiàn)圖1），主要是在保證鋼水精煉質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)澆余回收作業(yè)的靈活性和可操作性，避免澆余回收期間長(zhǎng)時(shí)間占用天車或增加備用鋼包。

2澆余熱態(tài)回收的可行性分析2.1澆余產(chǎn)生原因及澆余量由于大包下渣至中間包內(nèi)會(huì)對(duì)鋼水潔凈度產(chǎn)生較大影響，同時(shí)流入中間包內(nèi)的還原性精煉終渣對(duì)中間包內(nèi)襯、塞棒等耐材造成侵蝕，且浮在中間包內(nèi)鋼水表面的精煉終渣易結(jié)塊粘死塞棒，嚴(yán)重影響澆注的正常進(jìn)行，故在澆鋼生產(chǎn)時(shí)需要嚴(yán)格控制大包下渣。但是在大包澆注末期，鋼水易出現(xiàn)渦流卷渣現(xiàn)象。為控制這一現(xiàn)象，鋼廠一般采用適當(dāng)留鋼操作，以控制大包下渣，因此形成大包澆余。澆余主要由殘余鋼水和精煉渣構(gòu)成，其中殘余鋼水量一般在300-1500kg，精煉渣一般在1200-2500kg之間（鋼包公稱容量150t）。澆余回收可有效降低鋼鐵料消耗及熱能損失，對(duì)于節(jié)能降耗、環(huán)境保護(hù)、資源循環(huán)利用意義重大，符合國(guó)家清潔生產(chǎn)的指導(dǎo)方向。2.2澆余中爐渣與LF精煉終渣成分對(duì)比大包澆余中的渣為L(zhǎng)F精煉終渣和大包覆蓋劑殘留物混合而成，隨機(jī)抽取10爐低合金鋼種大包澆余，大包澆余渣成分分析見(jiàn)表1。之后又隨機(jī)抽取10爐低合金鋼種LF精煉終渣進(jìn)行渣樣分析，結(jié)果見(jiàn)表2。

對(duì)比表1和表2發(fā)現(xiàn)，大包澆余（中爐）渣w（TFe+MnO）%平均為1.64（正常情況下波動(dòng)值在1.5%-2.5%），w（SiO2）%平均為12.96，比LF精煉終渣中w（TFe+MnO）%和w（SiO2）%分別高出0.67和1.21。這說(shuō)明，大包澆余中的爐渣受大包覆蓋劑、鋼包內(nèi)襯及外界大氣環(huán)境的影響，其還原性略有降低，W（SiO2）含量略有升高，從而使大包澆余中的爐渣堿度（R）比LF精煉終渣（R）略有降低。但總體來(lái)說(shuō)，大包澆余（內(nèi)所含爐）渣和LF精煉終渣成分差別不大，完全可以作為一種LF精煉合成渣進(jìn)行循環(huán)使用。2.3對(duì)LF精煉造渣的影響熱態(tài)下的大包澆余含有大量的物理熱，大包澆余中的爐渣有一定的還原性，對(duì)快速化渣、精煉成渣及爐渣脫氧有利?？焖僦圃爝€原性白渣可有效縮短精煉的冶煉周期，同時(shí)能促進(jìn)夾雜物快速上浮。大包澆余一般回收至轉(zhuǎn)爐出鋼前后，對(duì)轉(zhuǎn)爐一次脫氧產(chǎn)物可起到渣洗作用，有利于一次脫氧夾雜物的上浮去除。將30爐在出鋼鋼包內(nèi)加入澆余鋼水與未加入澆余鋼水進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)其成渣速度縮短了3-5min，成品[S]均控制到了0.010%以下。爐渣堿度（R）與渣量是保證脫硫、夾雜物去除、固磷、固硅的必要條件。由表1可知，大包澆余內(nèi)的爐渣具備一定的堿度，可以作為較好的合成渣使用。由于大包澆余的加入，LF精煉重新造新渣量可以適當(dāng)減少，一般只需加入少量的石灰和改質(zhì)劑（即：含單質(zhì)鋁WAl≥20%，WAl2O3：30%-45%，wCaO：15%-30%的一種轉(zhuǎn)爐終渣脫氧性材料）即可滿足，石灰用量噸鋼可節(jié)省2.0-4.0kg，改質(zhì)劑用量可節(jié)省0.3-0.5kg/t鋼。2.4對(duì)鋼水成分的影響澆余回收對(duì)鋼水成分的影響主要體現(xiàn)在回磷、回硅、回錳及對(duì)鋼中氣體控制方面。對(duì)普碳鋼和低合金鋼種而言，少量的回硅、回錳對(duì)鋼種成分控制影響不大，反而有利于降低合金消耗。因此，澆余回收對(duì)鋼水成分的最主要影響，表現(xiàn)在回磷和對(duì)鋼中氣體的控制。如在表1中爐號(hào)20所對(duì)應(yīng)的爐渣成分w（P2O5）為0.144%，其主要原因?yàn)楸緺t鋼出鋼下渣造成LF精煉終渣w（P2O5）較高，此時(shí)需要高堿度（R）渣固磷。若此包澆余直接回收至出鋼鋼包，在低堿度還原性氣氛下極易出現(xiàn)回磷現(xiàn)象。因此澆余回收需要制定一套科學(xué)、合理的運(yùn)行制度。此外在澆余回收時(shí)需考慮爐渣卷入氣體，因澆余回收一般要求在精煉前期或轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)回入，此時(shí)鋼水中[S]、[O]含量較高，[S]、[O]均為鋼液的表面活性物質(zhì)，在一定程度上可以抑制氣體的溶入。隨機(jī)在15爐轉(zhuǎn)爐出鋼后加入大包澆余的鋼水中取氣體樣30組（注：在大包澆余回入前后各取一組試樣）。試樣制備規(guī)格：μ5mm×6mm棒樣，采用EMGE-800W/SP氧氮?dú)浞治鰞x將分析結(jié)果平均后對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表3。

需要指出的是：在不同鋼種系列、不同爐次間的大包澆余回收需考慮回收鋼水量所引起的鋼液組分的變化。一般回收的鋼水量在20kg/t鋼以下影響不大，如含有特殊組分或特殊鋼種除外，如對(duì)[Cu]、[Ni]等有明確要求的。2.5對(duì)鋼水潔凈度的影響在澆余回收過(guò)程中，不應(yīng)忽略對(duì)鋼水二次氧化的影響。其影響的大小主要決定于：回收澆余爐次LF精煉終渣的還原性、堿度、大包澆余量、連鑄的澆鋼周期，以及澆余回收位置及操作等。如控制不當(dāng)會(huì)使加入澆余爐次中的夾雜物增加，若LF精煉爐的終渣還原性較弱（W（TFe+MnO）%＞4.0）、堿度偏低（R=CaO/SiO2＜3.0）、且渣量偏大（M＞2000kg，：轉(zhuǎn)爐公稱容量為150t），那么此類澆余回收后的鋼水二次氧化程度較重，T[O]波動(dòng)值最大可達(dá)100×10-6。LF精煉后易造成連鑄塞棒上升，同時(shí)造成鋼水回磷明顯。為控制澆余回收對(duì)鋼水造成的二次氧化，生產(chǎn)實(shí)踐表明，LF精煉終渣W（TFe+MnO）%＜1.5，R=CaO/SiO2＞4.5，殘鋼+渣量（M）＜2500kg。澆余回收至LF精煉造渣期之前，此時(shí)鋼中T[O]、[N]、[H]可得到有效控制，數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。連鑄塞棒位置可得到穩(wěn)定控制，統(tǒng)計(jì)了200爐加入澆余的鋼水塞棒控制情況，結(jié)果見(jiàn)圖2。塞棒受控率（±3mm以內(nèi)）可達(dá)95%以上。

2.6對(duì)生產(chǎn)成本的影響澆余回收對(duì)生產(chǎn)成本的影響需從多方面進(jìn)行綜合考慮。例如：進(jìn)行澆余回收時(shí)，生產(chǎn)節(jié)奏需做相應(yīng)調(diào)整，這將會(huì)造成一定的工序能耗；澆余回收量會(huì)對(duì)“精煉電耗與造渣成本產(chǎn)生影響；含鐵物質(zhì)回收量直接影響鋼鐵料的消耗指標(biāo)等。以下主要從工序能耗、LF精煉電耗、造渣成本、鋼鐵料消耗方面說(shuō)明澆余回收對(duì)生產(chǎn)成本的影響。（1）工序能耗澆余回收不應(yīng)以犧牲LF精煉工序時(shí)間為前提，故轉(zhuǎn)爐需提前裝鐵。實(shí)踐證明，公稱容量150-200t的轉(zhuǎn)爐提前5-6min裝鐵，即可滿足回收澆余的工藝時(shí)間。這就意味著要提前5-6min出鋼，需考慮5-6min時(shí)間內(nèi)的鋼包溫降造成的工序能耗。此處造成的鋼包溫降可從兩方面進(jìn)行補(bǔ)償，一是提高出鋼溫度，二是LF精煉加熱補(bǔ)償。本文以采取LF精煉加熱補(bǔ)償?shù)牟呗詠?lái)核算工序能耗及成本，以安鋼轉(zhuǎn)爐出鋼量160t為計(jì)算依據(jù)，5-6min時(shí)間內(nèi)的鋼包正常溫降為2-3℃/t鋼，增加LF噸鋼電耗成本約0.70元。此外，要求澆余回收工序點(diǎn)的靈活性與可操作性，有時(shí)因出現(xiàn)連鑄大包回轉(zhuǎn)臺(tái)下包時(shí)間與轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)間的時(shí)間差，盡量避免增加備用鋼包，以節(jié)省鋼包的耐材與烘烤成本。（2）LF精煉電耗與造渣成本無(wú)論是從鋼水潔。凈度還是從LF精煉成本上，都存在一個(gè)合理的澆余回收量。對(duì)LF精煉成本的影響存在兩面性。一方面，回收的鋼水溫度與殘?jiān)鼫囟染陀诰珶挏囟?，需要在LF精煉階段進(jìn)行溫度補(bǔ)償；另一方面，熱態(tài)澆余所帶的殘?jiān)子谠诰珶捛捌谛纬陕窕≡?，提高電極的加熱效率，同時(shí)可大量節(jié)省造渣料。而且，熱態(tài)下的殘?jiān)驇в幸欢嶂?，還可節(jié)省電能及電極消耗等。僅從LF精煉電耗講，在出鋼溫度一定時(shí)，大包澆余回收與否對(duì)電耗影響不大，低合金鋼種基本在25-30kWh/t鋼。實(shí)踐表明，較合理的澆余回收量為：回收鋼水量7.0-9.0kg/t鋼以下，回收渣量不宜超過(guò)12.0kg/t鋼。LF的造渣成本主要體現(xiàn)在石灰用量上，澆余回收后將由以前的6.0-9.0kg/t鋼降到2.0-4.0kg/t鋼。精煉一級(jí)優(yōu)質(zhì)石灰按每噸400元計(jì)算，噸鋼便可節(jié)約1.5-2.0元。（3）鋼鐵料消耗鋼鐵料消耗與回收澆余的鋼量有直接關(guān)系，不宜以單包為單位計(jì)算降低的鋼鐵料消耗量，這與連鑄大包澆余的控制水平有關(guān)。以安鋼150t鋼包的回收大包澆余控制水平為例，噸鋼可降低鋼鐵料消耗平均在3.0-5.0kg之間，節(jié)約生產(chǎn)成本8.0元以上，可節(jié)約綜合生產(chǎn)成本噸鋼在8-15元。3澆余熱態(tài)回收存在的問(wèn)題目前，國(guó)內(nèi)大包澆余熱態(tài)下直接回收利用的廠家不多。理論指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)不足，有些技術(shù)性問(wèn)題尚待研究。比如：不同鋼種間的澆余回收、有真空處理工藝的澆余回收、跨澆次間的澆余回收、多爐次澆余的連續(xù)回收，以及澆余回收后產(chǎn)量與質(zhì)量問(wèn)題等。4結(jié)論通過(guò)以上分析認(rèn)為，連鑄大包澆余的直接回收利用是可行的，符合國(guó)家發(fā)展政策、對(duì)環(huán)境相對(duì)友好的資源回收處理方法。（1）對(duì)比澆余中爐渣成分與LF精煉終渣成分發(fā)現(xiàn)：大包澆余中爐渣W（TFe+MnO）%一般在1.5%-2.5%之間，比LF精煉終渣中W（TFe+MnO）%略高；同時(shí)堿度比LF精煉終渣堿度略低，這主要與外界