炉内加入一定数量的萤石作为化渣造渣剂，这是国内外钢厂常规操作工艺，萤石中主要的成分是CaF2,能够加速炉渣快速熔化。但是，在高温和炉渣的作用下，萤石中的CaF2部分变成挥发物，他不仅对设备，人身有腐蚀作用，同时随着转炉污水外溢对环境和农作物造成严重破坏。清洁生产时21世纪钢铁工业可持续发展的方向，应该研究替代萤石的造渣剂。鞍山钢铁公司第二炼钢厂180t复吹转炉选择了铁矾土造渣剂。虽然铁矾土造渣剂在过去平炉炼钢曾用过，但是转炉炼钢应用它作为造渣剂的报导未曾见过。
1无氟造渣剂———铁矾土化渣造渣
1.1铁矾土化学成分
考虑到铁矾土中主要成分及其含量对炉渣性质的影响，根据参考文献[1]报导应用效果，选择了化学成分如表1所示的铁矾土造渣剂。
表1 铁矾土理化指标
ωB/%——————————————————————————— ———— 粒度/
AL2O3 SiO2 Fe2O3 CaO MgO TiO2 P S mm
46.25 27 10.74 6.80 1.90 1.60 0.024 0.057 5~30
根据文献报导，转炉内氧气流股冲出区的火焰温度高达2000~2600℃程度，不仅金属中各成分要挥发，金属表面的炉渣各成分也不同程度被挥发。加入萤石造渣剂时，其主要成分CaF2一部分在炉内高温和炉渣作用下，会发生如下反应：
（CaF2）+{H2O}=（CaO）+{HF} (1)
2(CaF2)+{ SiO2}=2（CaO）+(SiF4) (2)
(CaF2)+{MgO}=（CaO）+{MgF2} (3)
3(CaF2)+ (Al2O3)=3（CaO）+2{AlF3} (4)
5(CaF2)+{V2O5}=5（CaO）+2{VF5} (5)
上述反应产物均为气相氟化物，随着烟尘进入除尘系统。由此看来，萤石中的CaF2虽然是一个化渣能力很强的造渣剂，但是在炉渣中不稳定，逐渐减少，持续时间不长。而铁矾土中的Al2O3，Fe2O3, SiO2等成分相对比较稳定存在于渣中，操作工艺易掌握
综上分析。铁矾土具有较强的降低炉渣熔点和粘度的能力，即化渣造渣能力。同时避免像萤石中的CaF2变成气相氟化物的污染危害。因此，选择铁矾土作为造渣剂是合理的。
2铁矾土造渣剂应用实践效果
2.1 加入铁矾土造渣剂操作工艺
根据工业实践可知，铁矾土造渣剂加入量受铁水中的[Si]含量影响，经过工业试验总结，如表2所示。
表2 铁矾土造渣剂加入量与铁水中的[Si]含量关系
铁水中ω（Si）/% 铁矾土加入量/kg
<0.3 1000
0.3~0.4 800
0.5~0.6 500
注：表中为180t复吹转炉工业试验取得的数据
虽然铁矾土中的SiO2对前期化渣有利，但是为了保证炉渣中有一定的碱度，因此以铁水中的[Si]含量确定铁矾土的加入量，如表2所示。在吹炼过程中分2批加入，第一批在前期加入量占总加入量的1/2~2/3,余下为中期加入量。冶炼中，高碳钢时，可以适当多加，而且前期加入更多一些，目的是控制前期升温速度和促进快速造渣剂[P]。冶炼中期加入铁矾土造渣剂可以缓解炉渣“返干”而引起喷溅产生。
2.2加入铁矾土造渣剂的炉渣成分变化
分别加入铁矾土和萤石造渣剂，终点炉渣成分统计平均值如表3所示
表3 分别加入铁矾土和萤石造渣剂的中渣成
造渣剂 加入 ωB/%
名称 量/kg Al2O3 F— （CaO）
（SiO2) (MgO) Fe2O3 FeO
萤
石 400 0.60 0.06 48.50 15.50 9.72 4.53 15.00
铁矾土
780 4.76 0.1 45.58 17.96 12.82 4.79 12.64
由表3数据可知，加入铁矾土造渣剂的炉渣中ω（F—）远远低于加萤石造渣剂，下降了83%程度。因此可以预想由于F—或者氟化物对人体或者对设备的腐蚀作用将会大大减轻。虽然炉渣碱度下降0.6ω（TFe）下降1.66%程度，但是ω(Al2O3)却增加4.16%程度，经过生产应用实践证明上述表3中加入铁矾土造渣剂的终渣成分满足了冶炼工艺中化渣造渣的目的。
2.3加入铁矾土造渣剂对脱[S],脱[P]的影响
分别加铁矾土和萤石造渣剂，终点钢液中的[C],[S],[P]的含量统计平均值如表4所示。从表4数据可知，对于铁水中的[S],[P]含量不太高的条件下，对比加入萤石造渣剂，虽然加入铁矾土造渣剂的炉次活性石灰加入量减少了22.4%，轻烧白云石多加9.3%，炉渣碱度保持在2.5以上，但是从表4中的终点钢液中的[S],[P]含量来看，二者脱[S],脱[P]效果基本相同。
表4 分别加入铁矾土和萤石造渣剂的终点钢液中的[C],[S],[P]含量
铁水ωB/% 每吨铁造渣剂加入量/kg 终点钢液中（ωB）/%
[Si] [S] [P] 活性石灰 轻烧白云石 萤石 铁矾土 [C] [S] [P]
0.40 0.024 0.05 44.25 22.66 — 780 0.05~0.11 0.0170 0.010
0.42 0.023 0.05 57.02 20.74 400 — 0.05~0.11 0.0167 0.009
2.4加入铁矾土造渣剂转炉污水中的F—含量大幅度下降
如表3所示，加入萤石造渣剂炉渣中ω（F—）比加入铁矾土造渣剂增加了83%程度。其中一部分挥发为气相并随着烟尘进入除尘系统，遇到了水蒸汽或者水生成了强酸HF溶解在污水中。采用铁矾土造渣剂后，转炉污水中F—含量由原来的应用萤石造渣剂的100.99mg/L下降到4.55mg/L.转炉污水中F—含量大大下降，则避免了对环境，农作物的危害。
2.5采用铁矾土造渣剂有利于提高转炉炉衬寿命
应用铁矾土造渣剂可以避免萤石中的CaF2对炉衬的严重浸蚀作用。根据文献报导，用含(Al2O3)的炉渣对镁质耐火材料湿润角很小，约在30 º左右。根据文献报导，(Al2O3)在炉渣中石以“网络”形式，并且以“短渣”特征存在。因此，含有(Al2O3)的炉渣，在溅渣护炉时很容易牢固粘贴在炉衬上。采用铁矾土造渣剂以后，转炉寿命由原来平均7000多炉次提高到9000多炉次。
综上所述，复吹转炉应用铁矾土造渣剂工艺可行，已在鞍钢2个钢厂应用；同时每吨钢成本降低约3.43元；避免对人体和设备腐蚀以及环境，农作物污染。另外，铁矾土资源丰富。
3结论
采用铁矾土替代萤石造渣工艺生产实践表明：
（1）铁矾土可以替代萤石造渣剂，完全满足冶炼过程化渣造渣工艺需要。
（2）应用铁矾土替代萤石造渣，对终点钢液中的[S],[P]含量影响甚微。
（3）采用铁矾土造渣剂，终渣中的ω（F—）下降83%程度；转炉污水ω（F—）下降95%程度，符合环保规定。
（4）每吨钢造渣剂成本下降3.43元，铁矾土资源丰富。
淄博鼎霖治金辅料有限公司(http://www.zbdlyj.com)主要产品有铁矾土，及其他辅料：化渣剂，无氟化渣剂，化渣剂消泡剂、调渣剂。 |
