学文网摘 要：张钢炼钢厂根据铁钢平衡及冶炼条件变化，本着降低生产成本的要求，对转炉配吃高炉烧结矿返矿进行可行性分析研究，通过有针对性的调整转炉炉料结构，减少废钢用量，优化工艺操作，在生产中取得了良好的实用效果。
关键词：转炉 高炉 烧结矿 废钢
1. 前言
张钢炼钢厂现有两座120吨顶底复吹转炉，其中1#转炉2009年5月投产，2#转炉2011年3月投产。目前主要冶炼HRB335系列钢种和Q235钢种直接去连铸，有时冶炼45#钢以及20#钢进精炼炉精炼之后去连铸。
2#转炉投产后，张钢炼铁厂现在仅有的一座1350m3高炉所生产的铁水不够两座转炉同时使用，炼钢厂转炉所用铁水由1350m3高炉铁水和外购铁水两部分组成。两条线生产时，炼铁厂高炉铁水一罐到底兑入转炉，铁水温度一般在1400℃以上，铁水含硅量一般在0.4-0.7%范围。外购铁水由汽车小罐运至混铁炉区域后折入铁包兑入转炉，一般三罐或四罐折够一包铁水。外购铁水从不同厂家购进，温度一般在1200-1280℃范围，成分波动较大。
转炉两条线生产时，即使有外购铁水，铁水供应还是比较紧张，有时是来一包干一包。经常是转炉开吹后还不知道下一包铁水是炼铁厂过来的还是外购的，废钢不好准备，准备少了，如果是炼铁厂铁水，温度不好控制，准备多了，外购铁水又拉不起温度来，过氧化拉温对炉况不利。另外，外购铁水经常硅低硫高，转炉冶炼过程中化渣困难，对转炉脱磷脱硫不利。
高炉炼铁生产为了保证料柱的透气性，要求入炉矿石的最小粒度要大于5mm，因此要对入炉料进行筛料处理。高炉烧结矿返矿是烧结矿经过筛选后的筛下料，张钢的一般处理方法是返回烧结工序混入精矿粉内重新进行烧结。根据相关文献，烧结环节返矿加入量不宜超过30%，否则由于料层透气性过好导致垂直烧结速度过快高温保温时间不够产生不了足够的液相，急冷后烧结矿很脆转鼓指数下降。张钢烧结环节烧结矿返矿配比在40―50%范围，烧结矿质量受到很大影响，粉化严重。烧结矿转鼓指数低又会导致产生更多的返矿，形成恶性循环。因此烧结配料环节急需减少返矿用量，而大量的富余返矿如何处理成了一个问题。
针对上述情况，转炉开始进行配吃高炉烧结矿返矿的实验，减少废钢用量，通过烧结矿调温和化渣，取得了良好的效果。
2. 高炉烧结矿返矿特性分析
2.1. 宏观分析
烧结矿是熟料，其氧化能力约为之前所用铁球矿的70%，和之前所用球团矿相当。烧结矿进入转炉后不但可以起到化渣和冷却的作用，还能提高钢水收到率和节约氧气、石灰。烧结矿主要作为高炉炼铁原料使用，由于经过加工，与矿石相比成本相对较高。但如果将烧结矿返矿作为转炉炼钢的冷却剂和化渣剂，与返矿重新进入烧结环节相比能够降低生产成本。
2.2.化学成分组成
张钢烧结矿返矿含铁品位在55%左右，CaO含量在11%左右，SiO2含量在6%左右，碱度约为1.8左右。随机抽检的高炉烧结矿返矿化学成分如表1所示：
3. 转炉配吃高炉烧结矿返矿的可行性分析
3.1. 高炉烧结矿返矿的冶金特性分析
高炉烧结矿返矿主要是由含铁矿物及脉石矿物组成的液相粘结在一起的多种矿物的复合体，一般情况下，高碱度烧结矿在1200℃-1500℃之间发生软化熔融。另外，经过烧结和筛分工艺后烧结矿返矿的化学成分和物理性能稳定，粒度均匀比表面积大，有良好的还原性和软熔性。因此，在转炉炼钢冶炼条件下，配吃高炉烧结矿返矿其冶金特性优于铁矿石和污泥球。
3.2. 转炉冶炼条件变化
所用铁水的不稳定性对于冶炼过程控制不利，生产中铁水废钢比不好掌握。由于价格高等因素，转炉已经从2011年4月份开始停用球团矿。炼铁厂高炉铁水温度高，冷却料加入量较大，如果单纯用污泥球调温，不能较好地控制熔池快速升温。外购铁水温度低，若废钢用量大提不起温度，不好化渣，影响脱硫脱磷效果，而且后期需要补吹提温，过氧化对炉况不利。在这种情况下，固定废钢加入量，通过调节冷却料用量控制过程温度有利于冶炼操作。废钢量按外购铁水条件准备，如果外购铁水低温低硅高硫，就采用全铁冶炼，去掉量不多的废钢后装入量变化幅度不大，对***位控制影响不大，冶炼时头批料加入适量烧结矿或是污泥球有利于化渣；如果是炼铁厂高炉铁水，温度较高，烧结矿较强的冷却效应也能有效控制熔池升温过快。
3.3. 冶炼过程特点分析
在炼钢温度条件下，加入转炉内的烧结矿返矿可迅速参与转炉造渣并向熔池供氧。
1）转炉冶炼前期是硅锰氧化期，熔池温度一般在1200℃-1400℃范围，此时加入返矿后，一方面返矿本身的矿物组分迅速熔化成渣，而且促使初期渣中FeO含量迅速增加，有利于石灰熔解成流动性相对较好的氧化渣，缩短了成渣时间。对于硅锰氧化期短、初渣过热度低的低硅铁水来说，由于碳氧反应提前，早化渣尤为重要。
2）冶炼中期是碳氧反应激烈进行期，张钢转炉熔池温度一般为1470℃-1650℃，脱碳反应的限制性环节是熔池的供氧强度，此时加入返矿后，其中的Fe2O3几乎全部消耗于碳氧反应，起到了冷却剂和氧化剂的双重作用，能有效缓解中期返干。
3）转炉冶炼后期是终点拉碳期，在张钢目前的生产条件下根据不同钢种要求，一般放钢温度控制在1660℃-1720℃。张钢由于石灰质量差、低温低硅铁水多等原因，经常前期化渣效果不好，影响脱磷效果，后期加入适量烧结矿返矿能增加炉渣氧化性，有利于后期脱磷。脱磷反应方程式为
2[P]+5(FeO)+4(CaO)=(4CaO・P2O5)+5[Fe] 或2[P]+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO・P2O5)+5[Fe]。
综上所述，张钢转炉配吃高炉烧结矿返矿对于转炉冶炼过程中均匀冷却和快速成渣是有利的，转炉配吃高炉烧结矿返矿是完全可行的。
4. 配吃高炉烧结矿返矿情况
4.1. 配吃情况
从2011年6月开始，转炉配吃高炉烧结矿返矿。由于废钢价格上涨、高炉烧结矿返矿大量富余等因素，张钢开始限制废钢用量，每炉最多不能超过6吨，要求多用烧结矿等冷料调温。经过理论计算和实践总结，制定了如表2所示的废钢烧结矿加入量对数表。
4.2. 配吃效果
配吃高炉烧结矿返矿后，转炉化渣情况有了明显好转，钢铁料消耗（kg/t）、氧气消耗(m3/t)、石灰消耗(kg/t)有所下降，如表3所示：
4.3. 存在的问题
转炉配吃高炉烧结矿返矿后，在冶炼操作主要存在以下不足之处。一是外购铁水经常铁渣多，两条线生产时铁水供应紧张，脱硫站来不及扒渣铁水直接兑入转炉，熔池温度上来后烧结矿返矿冷却效果大打折扣，经分析估计是渣层太厚返矿粒度小进入不了钢水内。二是本厂铁水温度经常在1400℃以上，在废钢用量较少的情况下，熔池温度升高后需要加入的冷却料较多，加入较多的烧结矿返矿后***位不好控制，特别是碳氧激励反应的中期，稍有不慎就会喷溅。三是冶炼HRB335系列钢种时出钢温度高，配吃烧结矿返矿后拉碳倒炉时经常渣氧化性强渣发泡不好倒炉，多次倒炉影响工序作业时间。
5. 结语
1）高炉烧结矿返矿是一种反应性良好且具有一定碱度的低熔点含铁熟料，物理化学性能稳定，粒度小反应速度快，冶金特性优于矿石和污泥球。
2）高炉烧结矿返矿杂质少，磷硫含量低，加入炉内促进化渣，提高脱磷脱硫效果。
3）配吃高炉烧结矿返矿能够降低钢铁料、氧气、石灰消耗，降低生产成本。
作者简介：
张兴才，男，1978年生，2002年毕业于贵州工业大学冶金工程专业。现为张店钢铁总厂炼钢厂转炉车间转炉炉长，工程师，从事转炉冶炼工作。
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