连铸大包浇余直接循环利用的可行性分析

连铸大包浇余直接循环利用的可行性分析

大包浇余热态下直接回收利用对于节能降耗、环境改善、实现资源循环利用意义重大。本文从大包浇余的回收工艺流程、成分组成、回收过程控制以及对钢水洁净度和冶炼成本的影响等方面进行了分析。分析认为：大包浇余可以作为一种精炼合成渣进行循环利用，较为合理的浇余回收量为钢水量在7.0-9.0kg/t钢以下，回收渣量在12.0kg/t钢以下为宜，此时，可节约LF精炼石灰用量约4.0-5.0kg/t钢，平均降低钢铁科消耗3.0-5.0kg/t钢，节约综合吨钢生产成本8.0-15.0元。大包浇余主要由少量残余钢水、精炼还原渣及少量残余覆盖剂组成。传统的渣处理方法较多，但对钢包精炼渣的处理难度还是比较大，所以钢厂一般直接把大包浇余倒入渣罐运输至厂外，原因在于精炼渣为还原性渣，在高温时为块状，温度降到200℃以下就粉化了。并且该粉状物体不润湿，很难进行打水处理，其运输和使用都比较困难，对环境污染很大。若采用将大包浇余在热态下直接回收至LF炉则是一个节能、高效、低成本且对环境相对友好的资源综合回收方法，但是大包浇余直接回收会对工艺流程、生产节奏、大包周转、钢水质量和冶炼成本带来影响。本文从以上方面对大包浇余直接回收进行了可行性分析。1浇余回收工艺流程在考虑设计浇余回收的工艺流程时，考虑了四处浇余回收工序点（见图1），主要是在保证钢水精炼质量的前提下，实现浇余回收作业的灵活性和可操作性，避免浇余回收期间长时间占用天车或增加备用钢包。

2浇余热态回收的可行性分析2.1浇余产生原因及浇余量由于大包下渣至中间包内会对钢水洁净度产生较大影响，同时流入中间包内的还原性精炼终渣对中间包内衬、塞棒等耐材造成侵蚀，且浮在中间包内钢水表面的精炼终渣易结块粘死塞棒，严重影响浇注的正常进行，故在浇钢生产时需要严格控制大包下渣。但是在大包浇注末期，钢水易出现涡流卷渣现象。为控制这一现象，钢厂一般采用适当留钢操作，以控制大包下渣，因此形成大包浇余。浇余主要由残余钢水和精炼渣构成，其中残余钢水量一般在300-1500kg，精炼渣一般在1200-2500kg之间（钢包公称容量150t）。浇余回收可有效降低钢铁料消耗及热能损失，对于节能降耗、环境保护、资源循环利用意义重大，符合国家清洁生产的指导方向。2.2浇余中炉渣与LF精炼终渣成分对比大包浇余中的渣为LF精炼终渣和大包覆盖剂残留物混合而成，随机抽取10炉低合金钢种大包浇余，大包浇余渣成分分析见表1。之后又随机抽取10炉低合金钢种LF精炼终渣进行渣样分析，结果见表2。

对比表1和表2发现，大包浇余（中炉）渣w（TFe+MnO）%平均为1.64（正常情况下波动值在1.5%-2.5%），w（SiO2）%平均为12.96，比LF精炼终渣中w（TFe+MnO）%和w（SiO2）%分别高出0.67和1.21。这说明，大包浇余中的炉渣受大包覆盖剂、钢包内衬及外界大气环境的影响，其还原性略有降低，W（SiO2）含量略有升高，从而使大包浇余中的炉渣碱度（R）比LF精炼终渣（R）略有降低。但总体来说，大包浇余（内所含炉）渣和LF精炼终渣成分差别不大，完全可以作为一种LF精炼合成渣进行循环使用。2.3对LF精炼造渣的影响热态下的大包浇余含有大量的物理热，大包浇余中的炉渣有一定的还原性，对快速化渣、精炼成渣及炉渣脱氧有利。快速制造还原性白渣可有效缩短精炼的冶炼周期，同时能促进夹杂物快速上浮。大包浇余一般回收至转炉出钢前后，对转炉一次脱氧产物可起到渣洗作用，有利于一次脱氧夹杂物的上浮去除。将30炉在出钢钢包内加入浇余钢水与未加入浇余钢水进行对比，发现其成渣速度缩短了3-5min，成品[S]均控制到了0.010%以下。炉渣碱度（R）与渣量是保证脱硫、夹杂物去除、固磷、固硅的必要条件。由表1可知，大包浇余内的炉渣具备一定的碱度，可以作为较好的合成渣使用。由于大包浇余的加入，LF精炼重新造新渣量可以适当减少，一般只需加入少量的石灰和改质剂（即：含单质铝WAl≥20%，WAl2O3：30%-45%，wCaO：15%-30%的一种转炉终渣脱氧性材料）即可满足，石灰用量吨钢可节省2.0-4.0kg，改质剂用量可节省0.3-0.5kg/t钢。2.4对钢水成分的影响浇余回收对钢水成分的影响主要体现在回磷、回硅、回锰及对钢中气体控制方面。对普碳钢和低合金钢种而言，少量的回硅、回锰对钢种成分控制影响不大，反而有利于降低合金消耗。因此，浇余回收对钢水成分的最主要影响，表现在回磷和对钢中气体的控制。如在表1中炉号20所对应的炉渣成分w（P2O5）为0.144%，其主要原因为本炉钢出钢下渣造成LF精炼终渣w（P2O5）较高，此时需要高碱度（R）渣固磷。若此包浇余直接回收至出钢钢包，在低碱度还原性气氛下极易出现回磷现象。因此浇余回收需要制定一套科学、合理的运行制度。此外在浇余回收时需考虑炉渣卷入气体，因浇余回收一般要求在精炼前期或转炉出钢时回入，此时钢水中[S]、[O]含量较高，[S]、[O]均为钢液的表面活性物质，在一定程度上可以抑制气体的溶入。随机在15炉转炉出钢后加入大包浇余的钢水中取气体样30组（注：在大包浇余回入前后各取一组试样）。试样制备规格：μ5mm×6mm棒样，采用EMGE-800W/SP氧氮氢分析仪将分析结果平均后对比，结果见表3。

需要指出的是：在不同钢种系列、不同炉次间的大包浇余回收需考虑回收钢水量所引起的钢液组分的变化。一般回收的钢水量在20kg/t钢以下影响不大，如含有特殊组分或特殊钢种除外，如对[Cu]、[Ni]等有明确要求的。2.5对钢水洁净度的影响在浇余回收过程中，不应忽略对钢水二次氧化的影响。其影响的大小主要决定于：回收浇余炉次LF精炼终渣的还原性、碱度、大包浇余量、连铸的浇钢周期，以及浇余回收位置及操作等。如控制不当会使加入浇余炉次中的夹杂物增加，若LF精炼炉的终渣还原性较弱（W（TFe+MnO）%＞4.0）、碱度偏低（R=CaO/SiO2＜3.0）、且渣量偏大（M＞2000kg，：转炉公称容量为150t），那么此类浇余回收后的钢水二次氧化程度较重，T[O]波动值最大可达100×10-6。LF精炼后易造成连铸塞棒上升，同时造成钢水回磷明显。为控制浇余回收对钢水造成的二次氧化，生产实践表明，LF精炼终渣W（TFe+MnO）%＜1.5，R=CaO/SiO2＞4.5，残钢+渣量（M）＜2500kg。浇余回收至LF精炼造渣期之前，此时钢中T[O]、[N]、[H]可得到有效控制，数据见表3。连铸塞棒位置可得到稳定控制，统计了200炉加入浇余的钢水塞棒控制情况，结果见图2。塞棒受控率（±3mm以内）可达95%以上。

2.6对生产成本的影响浇余回收对生产成本的影响需从多方面进行综合考虑。例如：进行浇余回收时，生产节奏需做相应调整，这将会造成一定的工序能耗；浇余回收量会对“精炼电耗与造渣成本产生影响；含铁物质回收量直接影响钢铁料的消耗指标等。以下主要从工序能耗、LF精炼电耗、造渣成本、钢铁料消耗方面说明浇余回收对生产成本的影响。（1）工序能耗浇余回收不应以牺牲LF精炼工序时间为前提，故转炉需提前装铁。实践证明，公称容量150-200t的转炉提前5-6min装铁，即可满足回收浇余的工艺时间。这就意味着要提前5-6min出钢，需考虑5-6min时间内的钢包温降造成的工序能耗。此处造成的钢包温降可从两方面进行补偿，一是提高出钢温度，二是LF精炼加热补偿。本文以采取LF精炼加热补偿的策略来核算工序能耗及成本，以安钢转炉出钢量160t为计算依据，5-6min时间内的钢包正常温降为2-3℃/t钢，增加LF吨钢电耗成本约0.70元。此外，要求浇余回收工序点的灵活性与可操作性，有时因出现连铸大包回转台下包时间与转炉出钢时间的时间差，尽量避免增加备用钢包，以节省钢包的耐材与烘烤成本。（2）LF精炼电耗与造渣成本无论是从钢水洁。净度还是从LF精炼成本上，都存在一个合理的浇余回收量。对LF精炼成本的影响存在两面性。一方面，回收的钢水温度与残渣温度均低于精炼温度，需要在LF精炼阶段进行温度补偿；另一方面，热态浇余所带的残渣易于在精炼前期形成埋弧渣，提高电极的加热效率，同时可大量节省造渣料。而且，热态下的残渣因带有一定热值，还可节省电能及电极消耗等。仅从LF精炼电耗讲，在出钢温度一定时，大包浇余回收与否对电耗影响不大，低合金钢种基本在25-30kWh/t钢。实践表明，较合理的浇余回收量为：回收钢水量7.0-9.0kg/t钢以下，回收渣量不宜超过12.0kg/t钢。LF的造渣成本主要体现在石灰用量上，浇余回收后将由以前的6.0-9.0kg/t钢降到2.0-4.0kg/t钢。精炼一级优质石灰按每吨400元计算，吨钢便可节约1.5-2.0元。（3）钢铁料消耗钢铁料消耗与回收浇余的钢量有直接关系，不宜以单包为单位计算降低的钢铁料消耗量，这与连铸大包浇余的控制水平有关。以安钢150t钢包的回收大包浇余控制水平为例，吨钢可降低钢铁料消耗平均在3.0-5.0kg之间，节约生产成本8.0元以上，可节约综合生产成本吨钢在8-15元。3浇余热态回收存在的问题目前，国内大包浇余热态下直接回收利用的厂家不多。理论指导经验不足，有些技术性问题尚待研究。比如：不同钢种间的浇余回收、有真空处理工艺的浇余回收、跨浇次间的浇余回收、多炉次浇余的连续回收，以及浇余回收后产量与质量问题等。4结论通过以上分析认为，连铸大包浇余的直接回收利用是可行的，符合国家发展政策、对环境相对友好的资源回收处理方法。（1）对比浇余中炉渣成分与LF精炼终渣成分发现：大包浇余中炉渣W（TFe+MnO）%一般在1.5%-2.5%之间，比LF精炼终渣中W（TFe+MnO）%略高；同时碱度比LF精炼终渣碱度略低，这主要与外界