江騰飛¹， 朱良²， 劉風剛²， 趙曉東²， 羅衍昭²

（1. 首鋼集團技術研究院，北京100041； 2. 首鋼股份公司遷安鋼鐵公司煉鋼作業部，河北遷安064404）

摘要：鐵水預處理過程中所產生的脫硫渣鐵中鐵和硫較高，具有較高的再利用價值，目前國內各大鋼鐵企業都致力于脫硫渣鐵回收再利用的研究。介紹了遷鋼公司二煉鋼轉爐回收利用脫硫渣鐵工藝，并對生產數據進行了總結，加入8 t脫硫渣后平均增硫為0.013 6%，轉爐出鋼硫質量分數高，LF精煉需要深脫硫處理，精煉工藝造渣料電耗都有所增加，生產周期延長。從整體分析，轉爐回收利用脫硫渣鐵能夠提高金屬鐵收得率，降低煉鋼成本，提高經濟效益。

關鍵詞：脫硫渣鐵；LF精煉；鐵水預處理；成本

煉鋼脫硫渣是指鐵水在進入轉爐前進行預脫硫處理過程中產生的廢渣。在預脫硫處理反應結束以后所生成的干稠狀渣上浮到鐵水表面上，和鐵水包內存在的少量高爐渣混合在一起，將這些渣扒掉即達到脫硫的目的。扒出的脫硫渣進入渣罐，成為脫硫渣的主體部分，此外，在扒渣過程中或多或少的鐵液或鐵珠會隨扒渣過程落入渣罐，并沉積在罐底，成為脫硫渣的另一組成部分^[1-2]。脫硫渣硫質量分數較高，鐵質量分數比渣鋼大，且硬度大，不易破碎，直接外賣經濟上又不合算，因此各大鋼企一直致力于脫硫渣資源回收再利用的研究^[3-4]。

有研究報道^[5-6]，脫硫渣中的主要礦物相為硅酸二鈣、鐵酸鎂、金屬鐵、硅酸三鈣和磁鐵礦，半定量分析表明，尾渣中含有大量硅酸二鈣和硅酸三鈣，兩者的總質量分數達到80%以上，可推定鐵水脫硫渣具有一定的水膠硬性，因此，磁選后的無磁性尾渣可以外賣給水泥廠用做水泥原料或者筑路填補材料使用；由于脫硫渣磷、硫質量分數高，磁選后的材料無法大批量返回轉爐煉鋼使用，但電爐煉鋼對硫質量分數要求較低，因此，國內某鋼廠將脫硫渣經過磁選工藝選出脫硫渣鋼和脫硫磁選粉^[7]，脫硫磁選粉成球后變成高密度球體和脫硫渣鋼直接用于電爐煉鋼，用以調節冶煉溫度，充分利用脫硫渣中的廢鋼資源，降低了煉鋼成本，使脫硫渣得到了有效利用；對破碎的脫硫渣進行磁選、篩分分類，孔徑小于150 mm的可進入球磨機進行球磨，脫硫渣的渣鐵可以得到很好的分離，最終產品為粒鐵、鐵精粉和尾礦^[8-9]；由于脫硫渣中的FeO、S、P、Al2O3、MgO等質量分數較高^[10]，燒結氧化放熱過程對其固-液反應影響顯著，小于9 mm的鐵粉和鐵精粉可以用于燒結原料，國內某鋼鐵公司曾用脫硫渣代替部分印度粉礦使用^[11]；有研究表明，對脫硫渣進行反復磨礦和磁選，原脫硫渣的品位可由20%～40%提高到85%以上，w(S) 基本保持在0.6%～0.7%^[12]。此成分的脫硫渣配加一定量的脫硫劑(w(CaO)＝85%，w(CaF)＝15%)，在實驗室條件下，可以把w(S) 降到0.03%以下，可以用做冶煉灰鑄鐵和球磨鑄鐵的原料。

1 脫硫渣轉爐回吃工藝

為了進一步降低煉鋼成本，提高經濟效益，遷鋼二煉鋼廠在脫硫渣鐵轉爐回收利用方面進行了大量的工業試驗，現以SPA-H鋼種為例，對189爐冶煉數據進行統計分析。SPA-H鋼種部分成分判定見表1。

二煉鋼脫硫渣w(Fe) 在90%以上，w(S) 為1.6%～1.7%，w(S) 較高。SPA-H 鋼種w(S) 判定為0.01%，轉爐出鋼使用LF 造渣工藝，考慮脫硫渣增硫、轉爐熱平衡以及操作穩定性等情況，每爐加入脫硫渣鐵量為（8±1）t，脫硫渣使用天車吸盤吸入廢鋼斗內，與廢鋼一同入爐，入爐廢鋼組成為：普通廢鋼25 t，入爐鐵水206 t，廢鋼配比見表2。

1. 1 鐵水脫硫，轉爐不配加脫硫渣（正常冶煉工藝）

為了與配加脫硫渣鐵爐次對比，對68爐正常冶煉爐次（鐵水脫硫轉爐不配加脫硫渣鐵）進行了數據統計。入爐鐵水中w(S) 平均值為0.004 2%，轉爐出鋼TSC樣（轉爐在吹煉80%時取樣）w(S) 為0.003 0%～0.049 5%，平均值為0.019 8%，TSO 樣（轉爐吹煉結束時取樣）w(S) 為0.002 3%～0.040 9%，w(S) 平均值為0.018 1%，如圖1所示。

對68 爐LF 精煉數據進行了統計，到站w(S) 為0.001 4%～0.046 3%，平均值為0.016 2%，結束w(S)為0.000 9%～0.010 0%，平均值為0.004 4%。由于轉爐鐵水進行了脫硫工藝，LF 到站w(S) 控制較低，精煉過程造渣料加入量以及處理周期、電耗控制在正常水平。精煉各消耗具體分布如圖2～圖4所示。

此種工藝條件下，LF 精煉脫硫負擔很輕，有些爐次甚至不需要脫硫處理，相對而言，LF 精煉成本最低。而煉鋼工序未配加脫硫渣鐵，且鐵水脫硫處理，煉鋼工序成本最高。由于精煉周期較短，此種工藝生產節奏較快，組織上易控制。

1. 2 鐵水脫硫后轉爐配加脫硫渣

對經KR脫硫后的79 爐數據進行統計，轉爐加入8 t 脫硫渣后增硫嚴重，入爐鐵水中w(S) 平均為0.003 5%，TSC樣w(S) 為0.027 9%～0.078 2%，平均w(S) 為0.045 7%，TSO樣w(S) 為0.007 6%～0.055 2%，平均w(S) 為0.031 7%，具體分布如圖5所示。

對79 爐精煉硫成分進行統計，到站w(S) 為0.004 7%～0.048 0%，平均w(S) 為0.028 3%，平均到站w(S) 較正常爐次高0.012 1%，造渣后w(S) 為0.001 9%～0.026 7%，平均w(S) 為0.005 8%，強攪后w(S) 為0.001 6%～0.012 4%，平均w(S) 為0.004 7%，精煉結束w(S) 為0.001 6%～0.010 0%，平均w(S) 為0.004 7%；由于轉爐出鋼硫高，精煉需要造渣深脫硫處理，對79 爐精煉造渣原料加入情況及電耗、處理周期進行了統計，白灰平均每爐加入量較正常爐次高396 kg，鋁礬土平均每爐加入量較正常爐次高157 kg，平均每爐電耗較正常爐次高2 590 kW·h，平均每爐處理周期較正常爐次延長8 min。

此種工藝條件下，鐵水經過脫硫處理，入爐鐵水硫質量分數已經達到很低的水平，轉爐冶煉過程增硫量主要來源于脫硫渣鐵帶入，相對而言，LF 精煉脫硫負擔較輕，可以滿足生產節奏的要求。此工藝條件下，LF精煉環節成本有所增加。

1. 3 鐵水不脫硫，轉爐配加脫硫渣

鐵水經倒罐站出鐵后，不經KR脫硫工藝，轉爐直裝，對42 爐直裝工藝轉爐終點樣成分進行了統計，TSC 樣w(S) 為0.031%～0.067%，平均w(S) 為0.046%，TSO 樣w(S) 為0.027%～0.061%，平均w(S)為0.043%，具體分布如圖6所示。

對42 爐直裝工藝LF 精煉各階段w(S) 進行了統計，到站w(S) 為0.023%～0.053%，平均到站w(S)為0.038%，較正常爐次高0.021 8%，結束w(S) 為0.000 5%～0.008 3%，平均結束w(S) 為0.003 7%；對42 爐直裝工藝LF 精煉造渣料加入量、電耗及處理周期進行了統計，白灰平均每爐加入量較正常爐次高688 kg，較脫硫爐次高292 kg（鐵水脫硫＋轉爐配加脫硫渣的爐次簡稱脫硫爐次），鋁礬土平均每爐加入量較正常爐次高224 kg，較脫硫爐次高67 kg，平均每爐電耗量較正常爐次高2 491 kW·h，較脫硫爐次低99 kW·h，平均每爐處理周期較正常爐次延長7 min，與脫硫爐次相當。

此種工藝條件下，煉鋼環節省去了脫硫過程，在一定程度上降低了生產成本。轉爐冶煉過程增硫量主要來源于鐵水中的硫、部分高爐渣中的硫，以及加入的脫硫渣鐵帶入。轉爐出鋼硫過高，LF精煉脫硫負擔較重，其生產成本增加。

2 工藝分析與討論

對以上3 種工藝各階段硫質量分數及LF 精煉消耗平均值進行匯總。指定工藝1 為鐵水脫硫轉爐配加脫硫渣工藝，工藝2 為鐵水不脫硫轉爐配加脫硫渣工藝，工藝3 為鐵水脫硫轉爐不配加脫硫渣工藝，分析數據可以看出：

（1）工藝2 轉爐出鋼w(S) 最高，平均值為0.043%。

（2）工藝1 與工藝3 入爐鐵水均經脫硫處理，且采用KR 脫硫工藝，脫硫后w(S) 在0.015%以下，平均w(S) 為0.004%左右。工藝3 未配脫硫渣，兩者比較可得，加8 t 脫硫渣后增w(S) 為0.013 6%，轉爐出鋼硫較高，一部分還來自于廢鋼、輔原料帶入硫。

（3）工藝1 與工藝2 比較可得，采用鐵水直裝工藝（不脫硫）增w(S) 為0.011%，采用鐵水直裝工藝要考慮倒罐站出鐵硫質量分數，平均w(S) 在0.025%以下時，直裝工藝增w(S) 為0.011%，若出鐵硫偏高(w(S) ≥0.03%），直裝后會增加轉爐以及LF脫硫負擔。

（4）LF 精煉結束平均w(S) 在0.005%以下，比較精煉工藝數據可得，加入脫硫渣的爐次，白灰鋁礬土等造渣料消耗、電耗都有所增加，精煉周期延長。LF 各項消耗取決于鋼水到站硫質量分數。以工藝3 為基準，工藝1 平均消耗白灰增加396 kg/爐，鋁礬土增加157 kg/爐，電耗增加2 590 kW·h/爐，精煉周期延長8 min ，工藝2 平均消耗白灰增加688 kg/ 爐，鋁礬土增加224 kg/ 爐，電耗增加2 491 kW·h /爐，精煉周期延長7 min。

（5）由于轉爐配脫硫渣鐵后爐內渣量較大，為保穩定生產需采用雙渣操作，轉爐周期延長4～6 min。因此整個冶煉周期需要延長15 min 左右，對煉鋼廠生產效率會造成一定的影響。

（6）對工藝1 與工藝3 進行成本效益對比分析。由于脫硫渣鐵中對于鐵元素的吸收率還存在較大的不穩定，但從實際生產情況來看，加8 t 脫硫渣后冶煉成鋼金屬收得率保守量在4 t 左右。轉爐環節雙渣操作會引起少量成本增加，暫可忽略，主要成本增加體現在LF造渣脫硫，LF脫硫造渣劑的消耗雖有所增加，但都保持在500 kg以內，只有電耗增加明顯。4 t 鋼水按每噸3 000 元考慮，同時節約5 t入爐廢鋼（統料廢鋼1 690元/t），可創造效益20 450元，電耗增加2 590 kW·h/爐，增加電費為3 367 元，造渣料成本增加按1 000 元考慮，從煉鋼到精煉整體分析，配加8 t 脫硫渣鐵可增加效益16 083 元/爐。若采用鐵水直裝工藝，在控制好入爐鐵水硫質量分數的條件下則會進一步降低生產成本。

3 結論

（1）國內目前脫硫渣鐵主要有外賣水泥廠、筑路、電爐調溫劑、燒結加、轉爐配加等途徑，各大鋼廠都有應用，但對于脫硫渣鐵的回收再利用仍存在不足。

（2）遷鋼二煉鋼廠轉爐配加脫硫渣，每爐按8 t控制，鐵的回收保持在4 t以上，轉爐增硫量0.013 6%，可增加效益16 083 元/爐。倒罐出鐵w(S) 在0.03%以下時采用直裝工藝，轉爐出鋼以及精煉到站硫在可控制范圍之內，能進一步降低成本。

（3）配加脫硫渣鐵后LF精煉脫硫負擔重，造渣用白灰鋁礬土消耗增加，電耗增加明顯，均增加電耗在2 500 kW·h/爐左右，精煉周期延長7 min以上。

（4）從整個冶煉周期來看，轉爐雙渣延長周期，總周期需延長15 min 左右，對生產效率有一定的影響。

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