1. 前言
资源综合利用是国民经济和社会发展的长远战略方针,以清洁生产为中心发展循环经济,实现可持续发展是冶金工业的必然选择。重视二次资源的开发利用,对冶金工业的资源化利用技术提出了更为科学的发展观。资源化技术是实现二次资源综合利用的有效途径,宝钢湛江钢铁有限公司(以下简称湛江钢铁)根据自身特点,有效地利用先进的处理工艺,多样化的处理方式,丰富和发展了资源的综合利用 [1]。
炼钢产生的副产品主要为渣钢、渣铁、OG泥等,均含有较高的Fe、C,可再次回收利用。二次资源经专业部门加工后,将含铁量较高的副产品处理为合适的成分和粒度,送炼钢厂再次入炉使用。
2. 渣钢渣铁利用现状
渣钢渣铁处理方式
渣钢包括转炉渣和大包铸余渣。转炉渣为转炉出钢后或者溅渣护炉后,留在转炉中的渣子以及冶炼过程中喷溅出掉在炉下的渣子总和,转炉渣主要成分见表1。大包铸余渣是预留在钢包底部的余钢,浇铸结束进行排渣处理时,基本形成大“渣钢砣” [2],由于钢水经过脱氧,所以铸余渣的成分与转炉渣不同。铸余渣含铁量最高,基本上都是未浇完的钢水。钢厂一般采用氧切割锤击和爆破锤击等离线加工处理铸余渣,并进一步破碎分割,回收渣钢资源。
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Table 1. Main chemical composition of converter slag (%)
表1. 转炉渣主要化学成分(%)
渣铁主要包括预处理过程中所扒掉的脱硫渣,脱硫渣中S含量较高,Fe含量比渣钢大,且硬度大,不易破碎 [2],脱硫渣主要成分见表2。
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Table 2. Main chemical composition of desulfurization slag (%)
表2. 脱硫渣主要化学成分(%)
湛江钢铁炼钢厂转炉产生的渣钢与KR产生的渣铁委外负责处理,较大的大坨渣钢渣铁在落锤间处理,经过处理后的渣钢渣铁送废钢配料间进行配料,经废钢料槽送至转炉使用。湛江钢铁渣钢共有两种处理方法,一种为滚筒(50%的转炉渣),见图1,一种为热闷(50%的转炉渣),见图2。
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Figure 1. Schematic diagram of roller treatment
图1. 滚筒处理示意图
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Figure 2. Schematic diagram of heat stuffy treatment
图2. 热闷处理示意图
滚筒法是在引进俄罗斯渣处理专利的基础上,湛江钢铁将其从实验室技术逐步开发为工业生产实用技术。其主要原理为在渣处理过程中,渣液和位于旋转容器内部的金属体接触,渣液发生急剧冷却,接触面由液态过渡到可塑态,然后变为固态,发生渣层的凝固过程。凝固速度取决于渣液的导热速度和接触面变换的频度。在渣凝固层达到一定厚度时,金属体促使其断裂,并将其从相互作业区清除掉,形成一定粒度的炉渣。在渣液到达旋转容器中的金属体上时,金属体在容器中由于容器的运动而不断的破碎,这时小的渣粒坠落到球体之间,采用专门的设备将其清除。滚筒法流程短,生产能力高,处理后的渣钢粒度均匀,品质稳定。
热闷法为转炉出渣时,由渣罐台车将渣罐运至转炉炉下,将渣倒在渣罐中,渣罐用吊车放在平板车上,渣罐由平板车运至钢渣处理车间后,用吊车吊起,移至热闷装置上方,倾翻渣罐,将热熔钢渣倒在热闷装置内。每次倒渣后都需要进行喷水冷却,在高温的钢渣表面喷水,并通过挖掘机翻动,使钢渣急冷固化,为下次倒渣做准备,待一个热闷装置转满一定钢渣后,启动翻转盖,盖在热闷装置上,进入热闷工序。盖上热闷装置后先预热,然后开始打水进行热闷,整个热闷过程打水数次。脱硫渣采用带罐打水冷却法处理。冷却后吊至翻渣区翻渣淋水,在用电磁吸盘将渣铁块吸出放置指定位置集中存放。
渣钢平均每炉产生34.92吨,经处理后平均产生合格渣钢约3.5吨,返回部分炉次使用,每炉约5.67吨,具体处理前渣钢量见表3,使用量见表4。
处理完合格渣钢含钢量 ≥ 80%,合格渣铁含铁量 ≥ 80%。
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Table 3. Iron production of slag and steel slag in the third quarter of 2019
表3. 2019三季度渣钢渣铁产生量
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Table 4. Consumption amount of slag steel slag iron in the third quarter of 2019
表4. 2019三季度渣钢渣铁使用量
3. 使用效果
3.1. 渣钢渣铁使用情况对成品硫含量的影响
渣钢铁使用及效果评价,见表5。
从表5可以看出成品目标硫为80 < [S] ≤ 100时,渣铁使用量为3.52吨/炉,渣钢使用量为7.36吨/炉,而成品硫实绩为70.32 ppm;成品目标硫为100 < [S] ≤ 120时,渣铁使用量为9.03吨/炉,渣钢使用量为8.26吨/炉,渣钢渣铁总计使用量为17.29吨/炉,而成品硫实绩为83.30 ppm;最大目标成分 > 120 ppm时,渣铁使用量为12.54吨/炉,渣钢为7.72吨/炉,渣钢渣铁总计使用为20.26吨/炉,而转炉出来实绩成品硫为112.78 ppm。炉次成分合格,表明目前使用渣钢渣铁的方式是可靠的,渣钢渣铁的使用未对硫的控制造成主要影响,同时也说明湛江炼钢产生的渣钢渣铁含硫量较低。
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Table 5. Evaluation of slag steel slag iron use effect in the third quarter of 2019
表5. 2019三季度渣钢渣铁使用效果评价
3.2. 对钢铁料消耗指标的影响
钢铁料消耗指标是衡量转炉生产成本的重要指标之一,由于渣钢渣铁含铁量较正常废钢偏低,只有80%左右的金属铁 [3] [4] [5],因此钢铁料消耗指标会随着渣钢渣铁使用量的增加而上升,见图3。由图3可以看出,钢铁料消耗指标和渣钢铁单耗呈正比例关系,对比未使用渣铁的炉次,若每炉加入10吨渣钢铁,按渣钢铁收得率为60%计算,影响钢铁料消耗上升12 kg/t。
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Figure 3. Evaluation of slag steel slag iron use effect in the third quarter of 2019
图3. 2019三季度渣钢渣铁使用效果评价
3.3. 对出钢量的影响
与对钢铁料消耗影响类似,由于渣钢铁含铁量低,加入转炉后进入渣中的部分较普通废钢要多,故为保证出钢量稳定,加入渣钢铁的炉次废钢总量较未加渣钢铁炉次平均高出7吨/炉,加渣钢铁炉次平均出钢量为353.6吨,不加渣钢铁炉次平均出钢量为353.5吨,加渣钢铁炉次与不加渣钢铁炉次出钢量相差0.1吨/炉,对出钢量影响较小,见表6。
3.4. 对辅料消耗的影响
废钢中加入渣钢铁后,可带入部分渣料,取代熔剂的作用,减少了辅料的加入,同时带入较多的FeO,促进石灰轻烧快速熔化,加速造渣过程,提高效率。以SPHC为例,使用渣钢铁的炉次平均石灰轻烧单耗为47.0 kg/t,未使用渣钢铁的炉次石灰轻烧单耗为47.3 kg/t,使用渣钢铁炉次比未使用炉次降低0.3 kg/t,见表7。
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Table 6. Comparison of secondary scrap and output of slag and non-slag steel furnaces in the third quarter of 2019
表6. 2019三季度加渣钢铁和不加渣钢铁炉次废钢量和出钢量对比
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Table 7. Comparison of unit consumption of slag-adding steel and non-slag-adding steel furnace light lime burning in the third quarter of 2019
表7. 2019三季度加渣钢铁和不加渣钢铁炉次石灰轻烧单耗对比
3.5. 渣钢渣铁对成本的影响
按湛江钢铁9月渣钢铁单价为747.76元/吨,而重废价格为1969.65元/吨,则渣钢渣铁代替重废使用的经济效益为:目前湛江渣钢铁炉用量为5.67吨,炉容量为350 t,节约吨钢成本 = 5.67 × (1969.65 − 747.76)/350 = 19.79元/吨钢。
4. 结语
渣钢渣铁使用吨钢效益较大。目前钢铁行业形势急转直下,钢材价格下降较多,加大渣钢渣铁二次资源的使用是降本增效的有效途径。
渣钢平均每炉产生34.92吨,经处理后平均产生合格渣钢约3.5吨,返回部分炉次使用,每炉约5.67吨。
针对不同成品S含量的要求,加入不同比例渣钢铁后,炉次成分合格,表明目前使用渣钢渣铁的方式是可靠的,渣钢渣铁的使用未对硫的控制造成主要影响,同时也说明湛江炼钢产生的渣钢渣铁含硫量较低。
使用渣钢渣铁后的废钢加工成本较不使用时吨钢降低19.79元,对降低成本有益。