炼钢用锰复合冶金剂替代萤石造渣的实践[1]

1、炼钢用锰复合冶金剂替代萤石造渣的实践王建国湖南华菱湘潭钢铁集团 湘潭411101 摘要：萤石是炼钢过程中非常重要或不可缺少造渣辅助材料，由于我国萤石资源的紧缺和炼钢环保要求，寻求替代萤石、价格适合的新熔剂已是国内外研究和探索的一个新课题。本文重点介绍了含锰复合冶金剂替代萤石，在不同规格的顶底复吹转炉上进行工业比照试验情况，摸索适合替代熔剂的操作工艺方法和造渣操作，以验证替代萤石造渣的可能性和经济效果。关键词：锰复合冶金剂 替代萤石 造渣Steelmaking manganese compound Metallurgical the practice of alternative fluorit

2、e slagging Wang Jianguo(Xiangtan Iron and Steel Co.Ltd HuaLing HuNan Xiangtan411101 )Abstract：Fluorte steelmaking process is very important or indispensable sllagging supporting material,Since Chinas fluorite resource constraints and environmental requirements for steel-making,to seek alternatire fl

3、uorite, The price is right is the flux of the new domestic and internaional research and exploration of a new topic。This article focuses on manganese content of the metallurgical complex altrenative fluorite,in the diffrernt specifications of the Top and Bottom blowing converter comparative test on

4、the industrial situation,groping for alternative methods of operation of flux and slagging way to verify the possibility of alternative fluorite 资料个人收集整理，勿做商业用途And economic effects。Keywords：manganese compound Metallurgical alternative fluorite slagging1 引言随着我国钢铁工业的迅猛开展，钢产量的不断攀升，炼钢用原材料，特别是冶金辅助材料与世界钢铁

5、工业一样面临着资源日益紧张，导致价格上涨的难题。萤石是炼钢过程中不可缺少的一种造渣辅助材料，它的主要作用是降低炉渣熔点，改善炉渣流动性，快速成渣，加速去除钢水中的磷、硫。2007年，我国钢产量已到达4.9亿t，萤石消耗按3kg/t计算，需萤石147万t，2021年我国钢产量预计将到达5.4亿t，萤石需要量还会进一步增加。目前，国内萤石资源非常有限，如：湖南、江西两省只有衡阳和上饶地区有符合炼钢要求的萤石，但储量非常有限，随着开采量的不断增加，资源量的减少，萤石质量已呈下降趋势，而且，供求矛盾日益突出。因此，寻求适宜的代用品替换作为炼钢助熔剂的萤石，已成为迫切之事，当务之急。2 炼钢用萤石替代品

6、研究 早在七十年代，国外伯利恒、内陆等钢铁厂由于萤石供给紧张和价格昂贵，认识到萤石代用品的潜在市场，都在研究氧气转炉操作中代替萤石的新熔剂。在氧气转炉热模型中，对有可能替代萤石的代用熔剂进行了广泛的研究试验工作，其中包括硼酸钙、硼酸钠等硼酸基熔剂；含不同量TiO2的钛铁矿；铁矾土、锰矿、铝渣、轧钢铁等氧化物基熔剂；萤石与锰矿、锰铁高炉渣等混合物熔剂，同时以萤石的性能作为比照标准。 各种萤石代用品与萤石脱硫性能比照 表1熔剂与数量铁水s%一倒s%硫分配比s/s脱硫率%渣碱度R冶炼炉数硼酸钙 1X0.0490.0403.0218.42.265硼酸钙 2X0.0540.0433.1020.42.33

7、3锰铁渣 1X0.0480.0363.7725.02.645锰铁渣 2X0.0460.0325.5330.42.554混合氧化物1X0.0470.0373.5721.32.643钛铁矿 2X0.0500.0363.8938.02.426含锰复合团矿2X0.0590.0354.8938.72.724萤石 1X0.0500.0305.0740.02.424萤石代用品调渣性能比照 表2材料名称试验转炉生产转炉前期参加后期参加前期参加后期参加烧结锰矿好未做好尚可萤石好未做好未做硼酸钙好差尚可尚可-差钛铁皮尚可-好差尚可尚可-差轧钢铁皮尚可差尚可-差差橄榄石尚可差尚可-差差从表1、表2看出： 作为转炉炼

8、钢用的辅助材料-萤石仍然是最好的熔剂选择，没有一种候选熔剂能按1:1的比例完全替代萤石。无论是造渣效果，还是脱硫比率都难以与萤石相匹敌。从诸多项选择择的熔剂试验效果看，仅有含锰烧结矿、钛铁矿等少数几种熔剂能按1:2的比例与萤石抗衡，并且以这个比率替代萤石在价格上是可取的。根据国外钢厂的试验研究结论，我们选择了以含锰复合团作为萤石的替代熔剂进行工业试验。3 含锰复合团矿替代熔剂工业试验湘钢炼钢厂现有3*80t转炉三座，其中1#、2#炉为顶底复吹转炉，配备两台8*8流克虏伯铸机，4*4流克虏伯和4*4流高拉速康卡斯特铸机各一台，年产钢350万t，其中高、中碳钢占30%，低碳钢占70%；宽厚板厂现有

9、2*120t顶底复吹转炉，炉后配备大断面的板坯和方板坯铸机各一台，年产钢260万t，主要生产高强度船板钢、高层建筑钢、桥梁钢、管线钢及低合金结构钢等钢，其中低碳钢占比为80%以上。综合两个厂的生产特点、生产的钢品种结构和控制水平等因素，整个工业试验分两个阶段进行。3.1炼钢厂1#顶底复吹转炉生产的中、高、低碳钢上进行小批量试用。3.2在炼钢厂1#顶底复吹转炉生产的中、高、低碳钢上进行扩大批量试用。3.3在宽厚板1#、2#顶底复吹转炉生产的中、低碳钢上进行小批量和扩大试用。与转炉炼钢加萤石的传统造渣工艺进行比照试验，根据替代熔剂的前期化渣特性，摸索参加替代熔剂的适宜造渣工艺；摸索替代熔剂的参加量

10、和参加方式；3.3.2摸索替代熔剂的枪位操作；3.3.3比照冶金辅料的消耗3.3.4比照脱磷效果3.3.5检验终点钢水残锰水平。3.4比照试验主要工艺参数3.1比照试验的铁水条件：Si 0.29-0.59%、Mn 0.22-0.36%、S 0.012-0.036%、P 0.084-0.122%铁水温度1350-1400。3.2出钢温度：165080t炉和1610-1620120t炉。供氧时间：15-18min3.3转炉装入量：95-97t80t炉、150-160t120t炉出钢量：85-90t80t炉、135-145t120t炉3.5锰复合团矿成分选择3.1锰复合团矿由锰矿粉、铁矿粉、轻烧白云

11、石等用环烷酸作结合剂冷压成球团3.2锰复合团矿成分 表3理化指标MnOCaOSiO2PSMgOH2OTFe锰复合团矿22.648.1319.390.0990.0783.435.7015.80锰复合团矿22.3158.9116.390.1260.0782.826.9110.653.6炼钢厂1#顶底复吹转炉进行工业试验3.1试验钢种：45A、C45、SAE1080、H08A、RY11、XSWRH6A、XER70S-6E3.2试验量：320t，共计525炉钢。 替代熔剂与萤石比照试验情况 表4钢种炉数石灰kg/t白云石kg/t矿石kg/t萤石kg/t锰团块kg/t终点残锰%钢铁料kg/t脱磷率%说明

12、中高碳试验1543.1516.010.1-6.760.13241108.185.0初试生产3048.1920.013.02.0-0.10701110.285.0差值-5.04-4.0-2.9-2.0+6.76+0.0254-2.10低碳试验1040.8739.1811.83-6.00.04121112.892.0初试生产2040.7135.013.01.0-0.05251110.890.0+0.16+4.18-1.17-1.0+6.0-0.0113+2.0中高碳试验19642.3117.6215.0-6.470.1251093.784.16扩试生产28443.4717.2717.11.8-0.

13、1141099.885.21-1.16+0.35-2.1-1.8+6.47+0.011-6.1低碳试验30638.4732.199.91-2.980.0701109.190.0扩试生产75835.0329.3611.11.1-0.0701107.591.14+3.44+2.83-1.19-1.1+2.980+1.6 比照试验渣样情况 表5指标名称RMgOTFe试验炉2.9011.9013.60比照炉3.1312.3515.553.7宽厚板1#、2#顶底复吹转炉进行工业试验3.1试验钢种：船板、管线、桥梁、锅炉容器、45#、等3.2试验量：140t，共计108炉钢。替代熔剂与萤石比照试验情况 表

14、6钢种炉数石灰kg/t白云石kg/t矿石kg/t萤石kg/t锰团块kg/t终点残锰%钢铁料kg/t脱磷率%说明45#试验747.1018.1911.67-7.120.13831102.590.4初试生产743.6628.6911.851.5-0.12571105.492.12差值+3.44-10.05-0.189-1.5+7.12+0.0126-2.90A32试验943.7325.6410.65-7.070.10111106.891.83初试生产944.1628.8010.561.0-0.085601107.993.03-0.43-4.18-1.17-1.0+6.0+0.0113-1.10低碳

15、试验9246.1224.426.14-5.670.10751105.190.4扩试生产14547.6023.7111.32-0.094071106.192.12-1.48+0.71-5.18-+5.67+0.01343-1.6 比照试验渣样情况 表7指标名称RMgOTFe试验炉3.539.9919.78比照炉3.8410.8020.82在比照试验条件相同的前提下，通过5个炉次的试验摸索，锰复合团矿替代萤石的合理参加量根据钢种不同，通过把替代熔剂参加量控制在5.5-7kg/t，参加方式 80t炉：一般在下氧枪开吹1 min内随渣料一起参加替代熔剂，参加量为总量的1/3采用双渣法；第二批料在转炉倒

16、炉期间倒出前期渣后，随造渣料一起参加，参加量为总量的2/3。120t炉：一般在下氧枪开吹1 min内随渣料一起参加替代熔剂，参加量为总量的2/3，开吹7min后，参加第二批料，参加量为1/3；相应地控制好氧枪枪位：前期枪位比正常操作时低100mm，减吹氧终点前1min左右压枪至终点，锰复合团矿替代萤石造渣，实现无氟炼钢，减少污染，提高炼钢综合经济和社会效益是可能的。3.8试验效果评估3.8.1通过在80t炉、120t炉不同炉型上、不同钢种进行的共计633炉替代比照试验结果说明，在相同的原料和操作工艺参数控制条件下，掌握好替代熔剂适宜的参加方式和时间，控制合理的枪位操作，替代熔剂根本具有提高化渣

17、速度，缩短化渣时间，实现快速造渣，提高前期脱磷率的萤石造渣冶金特点，脱磷效果略为低于萤石1-2个百分点。3.8.2由于替代熔剂含有较高的Fe2O3，因此，具有冷却效应，可减少矿石参加量，置换比在0.5。替代熔剂化渣过程平稳，不喷溅和粘枪，从比照试验渣样结果看出，采用锰复合团矿替代萤石造渣，参加造渣料有所减少，渣中Tfe含量降低1.5%，因此，可降低钢铁料消耗在1-3 kg/t。3.8.4由于替代试验炉均为顶底复吹炉，熔池搅拌范围大、强烈，渣流动性和形成高碱度渣速度较顶吹、低吹转炉快，渣量少，FeO低， 熔池温度高，加之，锰复合团矿中MnO含量高，终点钢水残锰量明显提高。80t炉试验在中高碳钢上

18、，尤为明显；宽厚板的两座120t炉带有副枪测温取样，终点C-T命中率高，渣量少，FeO可以控制得更低一些，在低碳钢上试验比炼钢厂80t炉试验效果要好。试验结果说明，一般终点钢水残锰量增加在1-2个左右。用锰复合团矿替代萤石，增加钢水残锰量机理：顶底复吹炉转炉吹炼前期，温度较低，钢水中的Si、Mn氧化速度大于C-O反响，但Si比Mn活度大，由于前期FeO低，Mn的氧化量只有30-40%，钢水中锰的氧化反响有两种：直接氧化反响 Mn+ O-MnO，渣-钢液的界面反响Mn+FeO-MnO+Fe；与此同时，参加的锰复合团也会发生分解反响：MnCO3或MnSiO4-MnO+SiO2+CO2；随着，石灰的

19、逐渐熔化，渣R升高锰复合团矿也含有较高的碱金属，脱碳反响强烈，熔池搅拌强烈和温度升高，炉渣中生成的MnOSiO2中的SiO2与渣中CaO反响生成更稳定的CaOSiO2：MnOSiO2+CaO- 2CaOSiO2+MnO，置换出来的MnO呈自由状态，活度增加，在高炉温下，与钢水中的碳和铁发生直接复原反响：MnO+C- Mn+ CO或MnO+Fe- Mn+FeO，使终点钢水中残锰量提高。由于参加的锰复合团含有较高的MnO，在高碱度、高温条件下，可提高自由MnO浓度，更能促使或加快这种复原反响的进行。个人收集整理 勿做商业用途3.8.5收益平衡计算 80t炉试验炉与比照炉收益平衡计算表 表8钢种石灰

20、白云石矿石萤石锰团块终点残锰钢铁料中高碳平均-3.1 kg/t-1.825 kg/t-2.5kg/t-1.9kg/t6.615kg/t0.0182%-4.1kg/t低碳钢平均1.8 kg/t3.505 kg/t-1.2kg/t-1.05kg/t4.49kg/t -0.0113%1.8kg/t物料价格260元/t590元/t1350元/t900元/t1600元/t9700元/t3500元/t注：“-表示参加锰复合团块替代萤石物料降低值，“+表示增加消耗值收益平衡情况：中高碳钢降低本钱：-3.1*260-1.825*590-2.5*1350-1.9*900-0.296*9700*-4.1*3500

21、+6.615*1600/1000=-13.6元/t低碳钢增加本钱：(1.8*260+3.505*590+4.49*1600+0.184*9700+1.8*3500-1.2*1350-1.05*900)/1000=15.24元/t 120t炉试验炉与比照炉收益平衡计算表 表9钢种石灰白云石矿石萤石锰团块终点残锰钢铁料中碳钢平均3.44 kg/t-10.05 kg/t-0.189kg/t-1.5kg/t7.12kg/t0.0126%-2.9kg/t低碳钢平均-0.96kg/t-1.735 kg/t-3.175kg/t-0.5kg/t5.835kg/t 0.0124%-1.35kg/t物料价格260元/t590元/t1350元/t900元/t1600元/t9700元/t3500元/t注：“-表示参加锰复合团块替代萤石物料降低值，“+表示增加消耗值收益平衡情况：中碳钢降低本钱：-10.05*590-0.189*1350-1.5*900-0.202*9700*-2.9*3500+3.44*260+6.615*1600/1000=-8.17元/t低碳钢降低本钱：-0.96*260-1.735*590-3.175*1350