陳紅偉
（安陽鋼鐵股份有限公司 生產(chǎn)管理處，河南 安陽 ４５５００４ ）
摘 要：通過工業(yè)試驗系統(tǒng)地研究了新型精煉劑在鋼液 LF精煉過程中的應(yīng)用效果。研究結(jié)果表明，采用開發(fā)的新型鋼液精煉劑不僅有利于改善煉鋼現(xiàn)場的作業(yè)環(huán)境、降低粉塵污染，同時，由于新型鋼液精煉劑氣孔率高， LF精煉成渣速度快、發(fā)泡性好，有利于實現(xiàn)埋弧操作，提高送電效率和鋼水保溫效果。采用新型鋼液精煉劑，精煉終渣平均 w （ TFe）可以控制在 1.0％ 以下，渣平均堿度可以控制在 4.5 以上，從而有利于夾雜物的上浮和去除，提高鋼液的潔凈度。這進(jìn)一步證明了該新型鋼液精煉劑在精煉過程中應(yīng)用的可行性與合理性。
關(guān)鍵詞：精煉劑；LF 精煉；效果；應(yīng)用
在鋼液的實際冶煉過程中，粉塵污染一直是一項難以根治的環(huán)保問題；尤其在鋼液精煉時，一般會加入一些石灰、螢石和鋼液改質(zhì)劑，精煉初期送電加熱過程中易出現(xiàn)大量煙塵，嚴(yán)重污染環(huán)境和影響職工職業(yè)健康 ［1］ 。當(dāng)前國內(nèi)冶煉企業(yè)為改善現(xiàn)場職工作業(yè)環(huán)境、保障職工職業(yè)健康，一般采用加強(qiáng)車間除塵治理，如整體圍擋、增大除塵機(jī)組能力、增設(shè)車間廠房三次除塵等，但應(yīng)用效果不盡理想，全封閉式冶煉影響加料、送電和檢修等正常作業(yè)；除塵風(fēng)量過大易吸入大量空氣造成鋼液增氮；廠房三次除塵雖有一定效果，但成本較高，且對職工近距離作業(yè)環(huán)境不能徹底改善 ［2］ 。為此安陽鋼鐵股份有限公司（以下簡稱安鋼）嘗試應(yīng)用了一種新型無煙鋼液精煉劑，針對該新型鋼液精煉劑的應(yīng)用技術(shù)數(shù)據(jù)和實踐效果進(jìn)行了科學(xué)分析與評價，以期對今后的生產(chǎn)應(yīng)用提供科學(xué)指導(dǎo)依據(jù)。
1 當(dāng)前現(xiàn)狀及問題
1.1 主要裝備及精煉劑應(yīng)用情況
以安鋼某主體冶煉車間為例：有150t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐3座，150tLF精煉爐3座，150tVD真空精煉爐1座，150tRH 真空精煉爐2座，年設(shè)計產(chǎn)能450萬t 。
最初鋼包精煉劑的主要原料來自于一些含有一定單質(zhì)鋁的工業(yè)廢料，但在使用過程中由于雜質(zhì)元素含量高、煙塵污染嚴(yán)重、含塵顆粒超標(biāo)，無法滿足使用要求；之后改為雜質(zhì)含量相對較少的工業(yè)鋁灰作為主要原料，但粒度不均勻，精煉初期成渣速度慢，送電過程中依然存在較大揚塵，且持續(xù)時間較長，仍然無法滿足現(xiàn)場環(huán)保和保證職工職業(yè)健康的需要 ［3］ 。
1.2 存在的問題及原因分析
存在的主要問題有兩個：一是粉塵污染嚴(yán)重；二是冶金效果不佳，尤其是一些對鋼中氣體和夾雜物含量要求高的高級別鋼種，合金收得率偏低，鋼中［N］、［O］以及大顆粒夾雜物數(shù)量不易去除。
分析其原因，
1）粉塵污染：在鋼液精煉過程中產(chǎn)生的揚塵存在濃度高、含塵顆粒細(xì)、附著腐蝕性強(qiáng)等特點。經(jīng)分析，含塵濃度在鋼液精煉送電初期，高達(dá)3000mg／ m3以上，直至精煉后期仍高達(dá)800mg／ m3 ；含塵顆粒太小，小于1 μm 的粉塵顆粒高達(dá)90％ ，不易凝聚，存在較強(qiáng)的附著性；煙氣腐蝕性，其中含有 CO 、 CO2 、 SO2等酸性氣體，如遇水后，具有一定的腐蝕性 ［2 ，4 ］ 。分析其主要來源，主要為在鋼液精煉過程中需要造渣料、脫氧劑、增碳劑、合金等物料，加熱時產(chǎn)生揮發(fā)份，特別是鋼液精煉劑等造渣材料，產(chǎn)生的煙塵量易通過電極加熱孔溢出，除塵系統(tǒng)一般難于覆蓋到此部位，造成揮發(fā)到空氣中。 2）冶金效果不佳：主要為精煉劑加入后鋼包渣脫氧效果不佳，熔化速度慢，鋪展性和發(fā)泡性差，夾雜物吸附能力弱 ［5］ 。
2 新型精煉劑應(yīng)用與效果
2.1 新型精煉劑的組成與理化指標(biāo)
該新型鋼液精煉劑的主要理化指標(biāo)見表 1 。
該新型鋼液精煉劑是采用純度較高的單質(zhì)鋁與碳酸鹽以及鈍化石灰，均勻混合后壓球、干燥制成。整體單質(zhì)鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)比一般鋼包改質(zhì)劑高5 ％～10 ％ ，同時該混合物組分熔點較低，粒度 均 勻， 10～50 ｍｍ 的 顆 粒 度 占 比 大 于90 ％ ，熔化性好；此外因加入了碳酸鹽物質(zhì)，在熔化過程中易發(fā)泡，利于盡早實現(xiàn)精煉電極埋弧操作，在提高送電效率的同時有利于抑制揚塵。其設(shè)計原理主要從以下幾個方面考慮：
1 ）具有一定的爐渣脫氧功能，改善爐渣組分配比，提高爐渣的雜夾物吸附能力；
2 ）其組成熔點相對較低，一般在1500 ℃以內(nèi)，便于快速成渣；
3 ）有一定的氣孔率和粒度，嚴(yán)格控制粉渣占比組成，便于實現(xiàn)冶煉初期的電極埋弧操作，抑制火花四濺和粉塵四溢。
原鋼液精煉劑一般主要以工業(yè)鋁灰為主，通過機(jī)械壓塊制成，雜質(zhì)含量較高，對組分中的硫、氮等有害元素沒有明確限制，組分波動較大；同時現(xiàn)場使用時粉化率較高，甚至可達(dá)到30％以上，加料時揚塵難于控制。原鋼液精煉劑理化指標(biāo)見表2。
2.2 工業(yè)應(yīng)用分析
2.2.1 加入方式及用量
１ ）加入方式。新型鋼液精煉劑因存在一定的氣孔率和粒度，且基本無粉化率，加入方式相對靈活，可以以每袋 10kg 左右人工加入，或采用噸包袋從料倉加入；加入時機(jī)選擇可選擇在精煉爐加入或在轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束部分配入結(jié)合精煉補(bǔ)充配入兩種方式。
實踐應(yīng)用證明采用料倉 → 稱量 → 定量加入，效果較好，因新型鋼液精煉劑粒度適中，粉化現(xiàn)象極少，不易出現(xiàn)料倉粘料現(xiàn)象；同時加入時機(jī)選擇轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束部分配入結(jié)合精煉補(bǔ)充配入效果較好，主要原因在于轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束時配入可使新型鋼液精煉劑快速在鋼液面上鋪展，有利于控制轉(zhuǎn)爐出鋼時下渣造成的界面?zhèn)餮鹾弯撘旱募皶r保溫；同時利于出鋼余熱快速熔化鋼液精煉劑，便于精煉時快速成渣。但采用原鋼液精煉劑時則不宜采用在轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束時部分配入的方式，因一般車間的出鋼二次除塵效果均不理想，揚塵過大，且容易在鋼液界面上粘結(jié)成塊。
2 ）用量。使用量主要和冶煉鋼種有關(guān)，一般在 0.70～1.50kg ／ t 。轉(zhuǎn)爐冶煉低碳鋼時一般終點［O］較高，轉(zhuǎn)爐渣 w （FeO ） ＝15％～20％ ，此時可取上限值；在冶煉一般中碳鋼時轉(zhuǎn)爐渣 w（FeO ）相對較低，可取下限值，取下限值時建議和石灰按1∶1比例配加，便于鋼液的保溫。
2.2.2 對冶煉操作的影響
精煉劑對冶煉操作的影響主要在LF 精煉工序，一般考慮職工作業(yè)環(huán)境、送電時間、成渣速度、脫硫效果、夾雜物吸附能力等。
實踐證明：采用新型鋼液精煉劑后對冶煉操作帶來了較大便利，主要體現(xiàn)在：
1 ）職工作業(yè)環(huán)境明顯改善，粉塵污染控制效果良好，現(xiàn)場職工作業(yè)視線清晰；
2 ）成渣速度較快，送電時間平均減少了3～5min ，主要在于新型鋼液精煉劑氣孔率高、成渣速度快、發(fā)泡性好，利于盡快實現(xiàn)埋弧操作，提高送電效率和鋼液保溫；
3 ） LF精煉工序脫硫主要依靠渣／鋼界面?zhèn)髻|(zhì)脫硫完成，因新型鋼液精煉劑CaO和單質(zhì) Al元素含量高，利于鋼渣脫氧和鋼渣固硫，通過增加攪拌，改善動力學(xué)條件，脫硫效果可得到有效保證，一般在成渣后5～8min可實現(xiàn)有效脫硫率在60％～85％ ；
4 ）通過分析LF精煉終渣組分，二元堿度可穩(wěn)定達(dá)到4.5以上，有利于夾雜物的上浮去除 ［6］ 。
2.3 應(yīng)用效果分析
2.3.1 粉塵污染控制
使用新型鋼液精煉劑后，粉塵污染現(xiàn)象得到明顯控制，見圖1 。加入后由最初生產(chǎn)大量的黃色煙霧變?yōu)樯倭堪咨珶熿F（含塵顆粒大幅減少），即使在精煉后期喂線處理時，也可保證現(xiàn)場職工作業(yè)環(huán)境。
從圖1可以看出，精煉初期，新型鋼液精煉劑加入后，僅有少量白色煙霧，但采用一般改質(zhì)劑時，存在大量黃白色濃煙，粉塵污染較重；同時從圖中可見電極均處在送電狀態(tài)，采用新型鋼液精煉劑未見大量火花四濺，而采用一般改質(zhì)劑時，存在大量的火花飛濺，這表明新型鋼液精煉劑熔化性能較好，易于起弧和發(fā)泡，有利于穩(wěn)定電極和提高送電效率。
精煉末期進(jìn)行喂線操作時，采用新型鋼液精煉劑未見明顯的煙氣冒出，而采用一般改質(zhì)劑時則可以看到明顯的白色煙霧，也再次表明采用新型鋼液精煉劑泡沫渣狀態(tài)良好，爐渣存在良好的穩(wěn)定狀態(tài)，渣液面在喂線時不易被翻騰的鋼液吹開，可有效控制粉塵的擴(kuò)散。
2.3.2 冶金效果對比
當(dāng)前采用 LF 精煉鋼種主要以碳素結(jié)構(gòu)、低合金、微合金鋼種較為常見，但其在 LF精煉的操作過程基本一致，故冶金效果分析以低合金鋼種為例進(jìn)行說明，在外界條件基本一致的情況下，選取100爐低合金鋼種做為冶金效果評價依據(jù)，主要通過以下數(shù)據(jù)分析進(jìn)行對比。
1 ）經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要通過噸鋼精煉劑的消耗量和噸鋼電耗進(jìn)行對比，見表3。
由表３可以看出，和應(yīng)用一般鋼包改質(zhì)劑相比，平 均 消 耗 量 可 節(jié) 約0.35kg／ t ，電 耗 可 節(jié) 約3.14kWh ／ t 。但目前該新型鋼液精煉劑比一般鋼包改質(zhì)劑增加成本約 2000 元／ ｔ ，通過核算綜合成本噸鋼約可節(jié)約0.07元，故綜合評價采用該新型鋼液精煉劑成本投入上是可行的。
2）精煉造渣過程與終渣情況。造渣過程參數(shù)對比情況見表4 ；鋼液精煉結(jié)束后，精煉終渣組分分析見表5 。
從表 4、表5 可以看出，該新型鋼液精煉劑應(yīng)用效果要明顯好于一般鋼包改質(zhì)劑，化渣速度和成渣速度均較快，在相同的冶煉周期設(shè)計下，可保證精煉結(jié)束后軟攪拌時間大于 8min ；同時發(fā)泡性良好，可有效滿足精煉前期電極送電加熱時的埋弧需要，便于抑制精煉期間的粉塵污染；其次從精煉 終 渣 成 分 看，平 均 w （ TFe ）可 控 制 在0.89％ ，平均堿度可控制在4.79 ，表明該渣對一般低合金鋼種而言具有較強(qiáng)的還原性和夾雜物吸附能力，有利于綜合渣況穩(wěn)定性 ［7］ 。
3）鋼中氣體［N］與T．O 。選取 LF精煉正常冶煉條件下的采用新型鋼液精煉劑和一般鋼包改質(zhì)劑的鋼液做鋼中氣體含量對比分析，樣本數(shù)分別為100爐，鋼種均為低合金鋼種，采用現(xiàn)場定氮定氧儀分析ＬＦ精煉就位時鋼中 w （N）均在（ 30～40 ） ×10－6 ，鋼中 w （O）均在（ 60～100 ） ×10－6 。
采用精煉終點鋼液樣，制成 Φ5mm×6mm圓棒樣，進(jìn)行氮氧分析，得到的結(jié)果見表6 。
從表 6 可以看出，采用該新型鋼液精煉劑在抑制鋼液二次氧化和鋼液增氮上明顯好于采用一般鋼包改質(zhì)劑，鋼中氣體和T．O含量均相對較低，有利于高端品種鋼的冶煉。分析主要原因應(yīng)為：采用新型鋼液精煉劑時成渣速度較快，鋼液面不易裸露，二次氧化可得到有效控制；此外生成的穩(wěn)定的泡沫渣在提高電極送電效率的同時，也抑制了電極對空氣中氮氣的電離作用，減少了游離氮對鋼液增氮現(xiàn)象 ［8］ 。
3 結(jié) 論
1 ）采用新型鋼液精煉劑有利于改善職工的現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境。降低粉塵污染，同時通過經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比分析認(rèn)為，采用新型鋼液精煉劑代替現(xiàn)有的一般鋼包改質(zhì)劑是可行的。
2 ）采用新型鋼液精煉劑氣孔率高、成渣速度快、發(fā)泡性好，利于實現(xiàn)埋弧操作，提高送電效率和鋼液保溫。
3 ）采用新型鋼液精煉劑后，通過分析LF精煉終渣組分，二元堿度可穩(wěn)定達(dá)到4.5 以上，有利于夾雜物的上浮去除。
4 ）采用新型鋼液精煉劑鋼中氣體［ N］和T．O含量可得到進(jìn)一步控制，鋼液二次氧化和電極增氮現(xiàn)象得到明顯抑制，鋼液潔凈度進(jìn)一步提高，有利于高端品種鋼的冶煉。
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