蔡雅娟，施軍賢，陳 宏，靳慶峰，彭高獻(xiàn)

（1江蘇沙鋼集團(tuán)有限公司，江蘇 張家港 215625；2江蘇?。ㄉ充摚╀撹F研究院，江蘇 張家港 215625）

1 前言

環(huán)境、能源與發(fā)展之間的矛盾是人類面臨的巨大挑戰(zhàn)，循環(huán)經(jīng)濟(jì)是可持續(xù)發(fā)展的必由之路。將清潔生產(chǎn)、生態(tài)工業(yè)和廢物處理等各個(gè)環(huán)節(jié)融為一體，形成企業(yè)內(nèi)部循環(huán)、生產(chǎn)之間循環(huán)，實(shí)現(xiàn)資源的節(jié)約、回收和再利用［1］。轉(zhuǎn)底爐工藝用于含鐵含鋅塵泥的回收利用，有利于鋼鐵行業(yè)的低碳環(huán)保、綠色生態(tài)發(fā)展，電爐煉鋼本身會(huì)產(chǎn)生含鋅粉塵，因而電爐作為消化使用轉(zhuǎn)底爐金屬化球團(tuán)的重要用戶責(zé)無旁貸，進(jìn)而對(duì)電爐合理消化金屬化球團(tuán)提出了更高的要求。

某公司電爐煉鋼生產(chǎn)過程中使用金屬化球團(tuán)，對(duì)電爐爐況、有害元素控制、消耗控制等方面產(chǎn)生不利的影響。為優(yōu)化電爐煉鋼加入金屬化球團(tuán)，通過系列試驗(yàn)進(jìn)行全面分析，研究其產(chǎn)生的不利影響，進(jìn)而提出相應(yīng)的控制和改善措施。

2 金屬化球團(tuán)的判級(jí)及主要成分

從表1中2021年轉(zhuǎn)底爐金屬化球團(tuán)數(shù)據(jù)可以看出：（1）轉(zhuǎn)底爐金屬化球團(tuán)的不合格品占比為14%，金屬鐵（M.Fe）含量偏低，與一級(jí)品相差近20%。（2）總體金屬鐵（M.Fe）含量為41.9%，與其他生產(chǎn)廠報(bào)道的60%以上的數(shù)值存在較大差距；金屬化率（M.Fe/TFe）折算為69%，與優(yōu)秀水平（≥85%）亦存在差距。（3）球團(tuán)中的硫含量偏高，達(dá)到0.5%，電爐煉鋼過程中使用量大會(huì)造成鋼水中起始硫含量高，成為煉鋼用量受限的重要因素。

表1 2021年轉(zhuǎn)底爐金屬化球團(tuán)判級(jí)占比及成分含量%

3 試驗(yàn)方案及結(jié)果

電爐冶煉過程中采取不同的金屬化球團(tuán)用量，金屬化球團(tuán)分別加入0、3、6 t進(jìn)行試驗(yàn)。每組試驗(yàn)連續(xù)生產(chǎn)20爐，每爐取終點(diǎn)渣樣進(jìn)行分析，記錄每爐出鋼量、能耗、冶煉時(shí)間等參數(shù)，用于評(píng)價(jià)工業(yè)試驗(yàn)效果。每爐的鐵水加入量和廢鋼加入量保持在穩(wěn)定水平，鐵水采用小包運(yùn)輸，采用“一包一爐”的冶煉模式，每包鐵水質(zhì)量穩(wěn)定在35±1 t，每爐冶煉中廢鋼加入量穩(wěn)定在80±1 t。

某公司電爐廠通過生產(chǎn)試驗(yàn)，主原料采用“30%鐵水+70%廢鋼”的配料模式，分別測(cè)試使用不同數(shù)量球團(tuán)對(duì)冶煉過程造成的影響，主要數(shù)據(jù)見表2。

表2 某公司電爐廠指標(biāo)隨金屬化球團(tuán)用量變化情況

從表2中可以看出，隨著金屬化球團(tuán)用量的增 加，對(duì)電爐冶煉節(jié)奏、物料消耗、鋼水成分指標(biāo)都產(chǎn)生不同程度影響。

3.1 對(duì)爐況影響

金屬化球團(tuán)通過高位料倉進(jìn)入爐內(nèi)，遇到高溫留鋼留渣及同時(shí)入爐的鐵水，在電爐爐內(nèi)發(fā)生開裂，球團(tuán)芯部的氧化性物質(zhì)進(jìn)入鋼液后，有利于快速成渣。但球團(tuán)用量達(dá)到一定數(shù)值后，會(huì)造成電爐爐況惡化，對(duì)不同金屬化球團(tuán)用量的電爐爐渣成分進(jìn)行分析，主要數(shù)據(jù)見表3。

表3 不同金屬化球團(tuán)用量的爐渣成分含量及堿度

（1）從表3中可以看出，隨著球團(tuán)用量增加，渣中的（MgO）含量降低。一般來說，渣中（MgO）含量控制在6%～9%較為適宜。過高會(huì)造成爐底上漲、脫磷效率下降；而過低會(huì)造成爐襯侵蝕加劇，爐齡下降。使用6 t金屬化球團(tuán)的渣中（MgO）僅4.2%，不宜再增加用量。

（2）金屬化球團(tuán)二元堿度僅0.59，而電爐爐渣需要達(dá)到2.0～2.5堿度，才能維持良好的泡沫渣，保護(hù)爐襯并達(dá)到脫磷的目的，因而需要額外增加石灰消耗。表2中球團(tuán)用量增多后，石灰消耗增加量低于理論計(jì)算，這是由于冶煉前期爐渣稀，實(shí)際堿度未達(dá)到2.0，很多爐渣已流失。

3.2 對(duì)出鋼量影響

從表2數(shù)據(jù)來看，出鋼量隨金屬化球團(tuán)用量增加而降低。

（1）鋼水在1 550℃時(shí)密度約為7 g/cm3，爐渣的密度約為4.0 g/cm3，金屬化球團(tuán)實(shí)測(cè)密度為3.3 g/cm3。金屬化球團(tuán)自身密度小，漂浮于熔池之上，不能完全進(jìn)入鋼液，電爐爐渣的強(qiáng)氧化性使得球團(tuán)中的金屬鐵（M.Fe）未能得到充分利用，部分氧化于爐渣中，隨爐渣裹挾流失。

（2）渣量增加造成Fe元素?fù)p失。多用球團(tuán)成渣早、渣量大。表3數(shù)據(jù)中，不使用、使用3 t和使用6 t球團(tuán)電爐渣中的（MgO）含量分別為8.7%、6.3%、4.2%，金屬化球團(tuán)自身含有2.3%的MgO。假設(shè)每爐主原料及爐襯中帶入爐渣的MgO總量相同，根據(jù)MgO總質(zhì)量守恒，則可推導(dǎo)計(jì)算得出不使用、使用3 t、使用6 t金屬化球團(tuán)時(shí)，電爐渣量分別為11、14、18 t。大渣量同時(shí)帶走了廢鋼和鐵水中氧化進(jìn)入渣中的（FeO），使得主原料收得率下降、出鋼量降低。以渣中平均TFe含量30%計(jì)算，每增加1 t爐渣，則隨爐渣帶走Fe元素量300 kg。使用6 t金屬化球團(tuán)相比于不使用金屬化球團(tuán)的爐次來說，計(jì)算出鋼量減少2.1 t。表2中的出鋼量數(shù)據(jù)，與此推論數(shù)據(jù)基本吻合。

3.3 對(duì)電爐通電時(shí)間及電爐電耗影響

金屬化球團(tuán)在電爐爐內(nèi)為吸熱反應(yīng)，石灰用量和實(shí)際渣量的增加，均需要更多的電爐爐內(nèi)熱量。電爐主要熱量來源是化學(xué)反應(yīng)熱和電弧物理熱。吹氧可與元素氧化反應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)能，但球團(tuán)中可氧化元素提供的熱量微少，主要是依靠電弧的物理熱升溫。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，球團(tuán)用量6 t時(shí)，電爐通電時(shí)間及冶煉電耗顯著增加。

3.4 不同鐵水比情況下電爐冶煉時(shí)間影響

使用0 t和4 t球團(tuán)，在不同鐵水用比的情況下進(jìn)行對(duì)比，從圖1中可以看出，在鐵水用量相同情況下，使用4 t球團(tuán)比使用0 t球團(tuán)的冶煉時(shí)間均有延長(zhǎng)，平均增加3.2 min。當(dāng)鐵水鐵比達(dá)到60%，加入金屬化球團(tuán)對(duì)電爐冶煉時(shí)間的影響逐漸減弱。

圖1 不同鐵水比與球團(tuán)量對(duì)電爐冶煉時(shí)間影響

3.5 對(duì)出鋼C、Mn影響

從表2中可以看出，不使用金屬化球團(tuán)爐次平均碳含量從0.50%降低到使用6 t金屬化球團(tuán)的0.24%，氧耗變化不大，這是由于球團(tuán)中帶入的FeO和部分金屬鐵氧化成FeO，造成爐渣中過量（FeO），消耗了鋼水中的C含量。同理，出鋼殘余Mn量的降低，也是由于渣中（FeO）總量過多，鋼液中的［Mn］被氧化成（MnO）。

3.6 對(duì)出鋼S以及精煉的影響

（1）電爐出鋼成分中的S含量，與球團(tuán)的用量呈明顯正相關(guān)。從表2中可計(jì)算得出，每增加1 t金屬化球團(tuán)用量，S含量增加0.003 7%。金屬化球團(tuán)中含有0.5%的S，電爐為氧化性氣氛，不具備脫硫條件，計(jì)算得出球團(tuán)中約90%的S進(jìn)入到鋼液中。

（2）不使用金屬化球團(tuán)和使用6 t金屬化球團(tuán)的數(shù)據(jù)對(duì)比顯示，出鋼S含量從0.036%上升到0.058%，增幅61%。脫硫任務(wù)全部在精煉工序，還原氣氛下，高溫、高堿度有利于脫硫［2］，精煉需要更多的升溫時(shí)間和更多的石灰消耗，造成精煉石灰消耗從2.4 kg/t上升到2.9 kg/t，電耗從40（kW·h）/t上升到49（kW·h）/t。

（3）出鋼S含量增加最主要是對(duì)生產(chǎn)節(jié)奏的影響，精煉LF通電升溫時(shí)間從25.7min上升到33 min，每爐延長(zhǎng)了7.3 min，造成最終精煉總體冶煉時(shí)間延長(zhǎng)，導(dǎo)致精煉時(shí)間可能成為整條產(chǎn)線的瓶頸。所以降低金屬化球團(tuán)中的硫含量，是電爐煉鋼增量使用金屬化球團(tuán)的關(guān)鍵。

3.7 對(duì)產(chǎn)能及成本的影響

縮短冶煉周期是降低操作成本的關(guān)鍵［3］，通過使用6 t金屬化球團(tuán)與使用3 t金屬化球團(tuán)對(duì)比，分析對(duì)產(chǎn)能及成本帶來的影響。

（1）生產(chǎn)爐數(shù)減少2.3爐/d，為避免后道工序銜接不上的風(fēng)險(xiǎn)，精煉爐需減緩冶煉節(jié)奏，連鑄機(jī)需降低拉速，以匹配電爐冶煉節(jié)奏，不利于產(chǎn)能最大化。

（2）根據(jù)電耗增加、氧耗增加、石灰增加、出鋼成分損失等計(jì)算，成本增加約40元/t。

3.8 對(duì)電爐出鋼P(yáng)含量的影響

電爐脫磷的有利條件是高氧化性、高堿度、高（大）渣量h和低溫［4］。金屬化球團(tuán)中的FeO含量有利于及早成渣，為了保持堿度，額外補(bǔ)加石灰，使得多用球團(tuán)爐次的渣量大，不斷稀釋（4CaO·P2O5）的濃度，這些條件均對(duì)脫磷有利。對(duì)比數(shù)據(jù)顯示，使用6 t金屬化球團(tuán)爐次平均出鋼P(yáng)含量相比使用3 t球團(tuán)的爐次降低了0.003%。

4 結(jié)論

4.1轉(zhuǎn)底爐金屬化球團(tuán)總體質(zhì)量需要進(jìn)一步改善，包括合格率、金屬鐵含量、金屬化率、硫含量等指標(biāo)。

4.2提高鐵水用量可減輕金屬化球團(tuán)對(duì)電爐冶煉時(shí)間的負(fù)面影響。

4.3電爐每爐金屬化球團(tuán)用量3 t對(duì)電爐影響較小，增至6 t時(shí)影響較大。使用3 t金屬化球團(tuán)負(fù)面影響包括電爐出鋼量降低、精煉脫硫時(shí)間延長(zhǎng)及石灰增加等方面，而對(duì)于電爐通電時(shí)間及電爐電耗影響不大；使用6 t金屬化球團(tuán)主要影響，包括電爐爐況劣化、電爐出鋼量減少、電爐和精煉冶煉時(shí)間延長(zhǎng)及產(chǎn)能損失。建議電爐每爐使用3～4 t金屬化球團(tuán)，以減輕負(fù)面影響。

4.4充分利用金屬化球團(tuán)快速成渣的特性，將球團(tuán)用量穩(wěn)定在每爐4 t，將來隨著未來球團(tuán)品質(zhì)的提升，電爐可以適當(dāng)加大金屬化球團(tuán)用量，實(shí)現(xiàn)固廢資源有效利用。