一种转炉循环利用钢包热态铸余渣的方法与流程

本发明属于钢铁冶金技术领域，特别是涉及一种转炉循环利用钢包热态铸余渣的方法。

背景技术：

钢水浇铸完毕后残留在钢包中的物质统称为铸余渣。

现有技术中，通常将铸余渣直接翻入渣罐内，打水冷却至室温后，进行渣钢分离，大块渣钢分拣出来返回炼钢工序进行二次冶炼；分离出来钢渣进行磁选，磁选出来钢渣同样进入炼钢工序作为冶炼的金属材料使用，剩余尾渣留存待用。

但是，上述方法存在的局限性，冷却、破碎、钢渣分离、磁选等处理的周期长，在冷却过程中需要喷洒大量水，且没有有效利用渣中热能，造成能源的浪费。同时，处理现场容易产生大量的蒸汽和粉尘，严重影响周围环境。此外，由于处理后的尾渣中不仅污染环境、占用大量土地，且含有大量游离氧化钙和游离氧化镁，无法得到很好的利用。

目前，部分钢厂将经过lf精炼工序的铸余渣循环翻入准备再次进入lf精炼工序的钢水罐内，然后进入lf精炼工序进行生产，这样不仅可以将剩余的钢水充分利用，还能够利用高碱度炉渣替代部分lf炉工艺造渣材料，节省部分熔剂成本。但是，上述方法，需要加强钢水罐净空的控制精度，为回收的钢渣留存一定的空间和容积，并且，对于精炼工艺种类多的钢厂，适用性不强，铸余渣的利用率不高，生产组织、炼钢冶炼、生产节奏控制都需要特殊设置，无法形成常态化有序管理和推广。同时，由于铸余渣硫容量接近饱和，限制了lf精炼工序进一步脱硫，且铸余渣积累到一定程度必然产生废弃现象。

或者，部分钢厂将铸余渣作为转炉半钢冶炼助熔剂，但是，由于半钢冶炼仍需要配加酸性造渣剂进行造渣，且半钢冶炼本身热量不足，加入的冷态助熔剂和造渣剂熔化吸热，加剧了冶炼钢水过氧化，钢铁料消耗高，钢中氧化物夹杂增加。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种转炉循环利用钢包热态铸余渣的方法，解决现有技术中铸余渣及其自身余热无法有效利用的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种转炉循环利用钢包热态铸余渣的方法，包括如下步骤：将钢水浇铸完毕后残留在钢包中的热态铸余渣返回转炉炼钢工序进行循环回收利用；热态铸余渣的碱度为6～8。

在一种可能的设计中，上述方法包括如下步骤：

步骤1：转炉出钢后，将转炉渣在转炉内进行溅渣，转炉渣溅干全部留在转炉内，位于转炉的炉底和炉衬；

步骤2：在铁水罐中对铁水脱硫预处理后进行扒渣操作，将热态铸余渣与扒渣后的铁水混合兑入转炉，进行转炉冶炼。

在一种可能的设计中，步骤1中，在转炉出钢后、溅渣之前，向转炉渣中加入镁球，镁球与钢的质量比为2.0～4.2kg/t。

在一种可能的设计中，镁球的化学组成质量百分比包括：mgo≥70％，cao≤1.5％，sio2≤5％，烧失量≤25％，镁球的粒径为20～60mm。

在一种可能的设计中，溅渣时间为3～5min。

在一种可能的设计中，步骤2包括如下步骤：在铁水罐中对铁水脱硫预处理后进行扒渣操作；将铁水罐运至炉后钢水接受跨，将装有热态铸余渣的钢包吊运至铁水罐的进料口处并倒入铁水表面，再把铁水罐车运送回铁水接受跨，将铁水兑入转炉进行转炉冶炼。

在一种可能的设计中，步骤2中，扒渣后，铁水罐预留的净空高度＞300mm。

在一种可能的设计中，步骤2中，采用单渣或双渣工艺进行转炉冶炼。

在一种可能的设计中，步骤2中，采用单渣工艺进行转炉冶炼，在冶炼过程中石灰的加入方式为：在冶炼前期的0～3min，不加入石灰；3min至一次倒炉，分3～5批次加入石灰，每批次的石灰加入量为5～15kg/t钢；一次倒炉之后，补入的石灰加入量为5～10kg/t钢。

在一种可能的设计中，步骤2中，采用双渣工艺进行转炉冶炼，在冶炼过程中石灰的加入方式为：在冶炼前期的0～3min，不加入石灰；3min至中间倒渣，加入一批次石灰，石灰的加入量为5～15kg/t钢；中间倒渣至一次倒炉，分2～4批次加入石灰，每批次的石灰加入量为5～15kg/t钢，一次倒炉之后，补入的石灰加入量为5～10kg/t钢。

与现有技术相比，本发明有益效果如下：

a)本发明提供的转炉循环利用钢包热态铸余渣的方法，节能、环保、有效、稳定地利用液态连铸的铸余渣实现了铸余渣热态循环利用，能够降低钢铁料消耗，有效利用炉渣显热，提高冶炼效率，降低炼钢生产成本，提高钢水质量、环保效益明显。

b)本发明提供的转炉循环利用钢包热态铸余渣的方法，铸余渣主要包括回收的钢水、余渣以及余渣表面的碳化稻壳层，其中，回收的钢水约占整体重量40～50％；余渣约占整体重量的35～45％，主要化学成分为cao、al2o3、mgo、p2o5和sio2等，一般具有精炼能力；碳化稻壳层约占整体重量的5～10％。通过循环利用钢包热态铸余渣，将热态铸余渣中重量占40～50％的钢水回收利用，降低了钢铁料消耗，降低了生产成本。热态铸余渣的渣温可达1000℃以上，具有较高的显热，可有效的利用炉渣显热，减小转炉炼钢工序中氧气消耗，并且，碳化稻壳中的主要成分固定炭经过燃烧有补热作用有利于转炉快速升温化渣，热态铸余渣属于预熔渣，提高前期化渣效率。热态铸余渣中的p2o5和sio2均被部分还原，且炉渣具有高碱度、高磷容，可减少石灰消耗并有利于转炉内脱磷，同时铸余渣含有的al2o3，有利于冶炼前期快速成渣，铸余渣中的feo含量低一般在0.05％～0.17％之间，碱度一般在6～8，同时铸余渣可增大渣量这些条件均有利于促进脱硫反应的进行。同时，上述方法基本实现了钢包热态铸余渣的全循环利用，铸余渣中游离氧化钙和游离氧化镁与铁水中硅经过氧化生成的sio2反应生成硅酸钙和钙镁橄榄石等造渣材料，减轻了废渣排放环境压力和处理费用，环保效益明显。

c)本发明提供的转炉循环利用钢包热态铸余渣的方法，由于铸余渣的碱度(一般为6～8)通常高于转炉冶炼的碱度(2.8～3.5左右)，高碱度的铸余渣有利于转炉的脱磷率和脱硫率的提高；其次，铸余渣为预熔渣，在冶炼前期可快速成渣脱除铁水中的[p]和[s]；同时，热态铸余渣的循环利用增大了转炉造渣渣量，亦有利于转炉脱磷率和脱硫率的提高。

d)现有技术中，将铸余渣返回lf精炼工序，lf精炼工序有底搅和电极加热过程，对钢水罐的净空控制精度要严格控制防止钢水溢出和保持后续浇筑稳定。而本发明将铸余渣返回转炉炼钢工序，铁水罐没有底吹搅拌，对铁水罐的净空控制要求相对有所降低。

e)本发明提供的转炉循环利用钢包热态铸余渣的方法，仅是改变了铸余渣的循环利用方式，对现有装备不需要进行改造，具有较好的市场应用前景。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1是本发明的转炉循环利用钢包热态铸余渣的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本发明提供了一种转炉循环利用钢包热态铸余渣的方法，参见图1，包括如下步骤：将钢水浇铸完毕后残留在钢包中的热态铸余渣返回转炉炼钢工序进行循环回收利用；热态铸余渣成分的质量百分比包括：回收的钢水40～50％、余渣35～45％以及余渣表面的碳化稻壳层5～10％；热态铸余渣的碱度为6～8。

与现有技术相比，本发明提供的转炉循环利用钢包热态铸余渣的方法，节能、环保、有效、稳定地利用液态连铸的铸余渣实现了铸余渣热态循环利用，能够降低钢铁料消耗，有效利用炉渣显热，提高冶炼效率，降低炼钢生产成本，提高钢水质量、环保效益明显。

具体来说，铸余渣主要包括回收的钢水、余渣以及余渣表面的碳化稻壳层，其中，回收的钢水约占整体重量40～50％；余渣约占整体重量的35～45％，主要化学成分为cao、al2o3、mgo、p2o5和sio2等，一般具有精炼能力；碳化稻壳层约占整体重量的5～10％。通过循环利用钢包热态铸余渣，将热态铸余渣中重量占40～50％的钢水回收利用，降低了钢铁料消耗，降低了生产成本。热态铸余渣的渣温可达1000℃以上，具有较高的显热，可有效的利用炉渣显热，减小转炉炼钢工序中氧气消耗，并且，碳化稻壳中的主要成分固定炭经过燃烧有补热作用有利于转炉快速升温化渣，热态铸余渣属于预熔渣，提高前期化渣效率。热态铸余渣中的p2o5和sio2均被部分还原，且炉渣具有高碱度、高磷容，可减少石灰消耗并有利于转炉内脱磷，同时铸余渣含有的al2o3，有利于冶炼前期快速成渣，铸余渣中的feo含量低一般在0.05％～0.17％之间，碱度一般在6～8，同时铸余渣可增大渣量这些条件均有利于促进脱硫反应的进行。同时，上述方法基本实现了钢包热态铸余渣的全循环利用，铸余渣中游离氧化钙和游离氧化镁与铁水中硅经过氧化生成的sio2反应生成硅酸钙和钙镁橄榄石等造渣材料，减轻了废渣排放环境压力和处理费用，环保效益明显。

并且，由于铸余渣的碱度(一般为6～8)通常高于转炉冶炼的碱度(2.8～3.5左右)，高碱度的铸余渣有利于转炉的脱磷率和脱硫率的提高；其次，铸余渣为预熔渣，在冶炼前期可快速成渣脱除铁水中的[p]和[s]；同时，热态铸余渣的循环利用增大了转炉造渣渣量，亦有利于转炉脱磷率和脱硫率的提高。

另外，现有技术中，将铸余渣返回lf精炼工序，lf精炼工序有底搅和电极加热过程，对钢水罐的净空控制精度要严格控制防止钢水溢出和保持后续浇筑稳定。而本发明将铸余渣返回转炉炼钢工序，铁水罐没有底吹搅拌，对铁水罐的净空控制要求相对有所降低。

此外，上述方法仅是改变了铸余渣的循环利用方式，对现有装备不需要进行改造，具有较好的市场应用前景。

具体来说，上述方法包括如下步骤：

步骤1：转炉出钢后，将转炉渣在转炉内进行氮气溅渣，转炉渣溅干全部留在转炉内，位于转炉的炉底和炉衬；

步骤2：采用kr搅拌脱硫的方式在铁水罐中对铁水脱硫预处理后进行扒渣操作，将热态铸余渣与扒渣后的铁水混合兑入转炉，采用“单渣”或“双渣”工艺进行转炉冶炼，需要说明的是，根据不同钢种冶炼工艺要求通过调整冶炼过程中枪位高度、供氧流量、造渣剂加入量、总供氧量等措施以达到冶炼钢种的温度，碳含量，硫含量和磷含量要求。

步骤1中，在溅渣之前，可以向转炉渣中加入镁球，镁球与钢的质量比为2.0～4.2kg/t，这是因为，热态铸余渣的碱度为6～8，含有较高的al2o3，al2o3的熔点较低，加入镁球能够提高转炉渣的粘度，使其能够更好地附着在转炉的炉底和炉衬，有利于提高溅渣层的耐侵蚀性，有利于维护转炉的炉衬寿命。

为了能够在炉衬上形成有效的炉渣保护层，上述镁球的化学组成质量百分比为：mgo≥70％，cao≤1.5％，sio2≤5％，烧失量≤25％，粒径为20～60mm。针对热态铸余渣的回收利用，在溅渣护炉时增加了镁球的使用量，同时，溅渣时间为3～5min，较常规炉次亦延长了0.5～1min。这样可使炉渣中mgo的含量有所提高，由于mgo是高熔点物质，熔点2800℃，炉渣中mgo含量的提高，使炉渣粘度变大，耐火度提高，使炉渣具有合适的粘度和耐火度，炉渣更容易与炉衬结合在一起，在炉衬上形成有效的炉渣保护层，从而提高炉衬寿命，降低消耗。

为了避免热态铸余渣的加入导致铁水罐内的物质超过铁水罐的安全高度，步骤2中，扒渣后，铁水罐需要预留的净空高度＞300mm。

示例性地，步骤2包括如下步骤：将铁水罐运至炉后钢水接受跨，将装有热态铸余渣的钢包吊运至此并倒入铁水表面，再把铁水罐车运送回铁水接受跨，将铁水兑入转炉需要把热态铸余渣从钢包中倒入铁水罐中，原因是这样才可以进行转炉兑铁操作，操作工序简单方便。

步骤2中，采用“单渣”工艺冶炼时，在冶炼过程中石灰的加入方式为：在冶炼前期的0～3min，不加入石灰；3min至一次倒炉(冶炼过程中测温取样的时间点)，分3～5批次加入石灰，每批次的石灰加入量为5～15kg/t钢；一次倒炉之后，补入的石灰加入量为5～10kg/t钢。

步骤2中，采用“双渣”工艺冶炼时，在冶炼过程中石灰的加入方式为：在冶炼前期的0～3min，不加入石灰；3min至中间倒渣，加入一批次石灰，石灰的加入量为5～15kg/t钢；中间倒渣至一次倒炉，分2～4批次加入石灰，每批次的石灰加入量为5～15kg/t钢，一次倒炉之后，补入的石灰加入量为5～10kg/t钢。

这是因为，热态铸余渣循环利用炉次的炉渣碱度本身较高达6～8，同时渣中含有较高含量al2o3，有利于冶炼前期快速成渣，且自身高温余热促使冶炼前期快速成渣有利于脱磷脱硫，因此相对于常规炉次而言前期可以减少的石灰加入量，且不影响脱磷脱硫效果。一次倒炉后补加石灰5～10kg/t钢，高温下加入石灰，石灰的熔化效率提高，有利于提高炉渣碱度，高效脱磷脱硫，以达到钢种需要的温度，碳含量，硫含量，磷含量范围为基准继续吹炼0.5～1.5min，吹炼采用的气体是氧气，主要的好处是控制适当的供氧量以达到终点成分和温度的要求。

实施例1

采用“单渣”工艺进行钢包热态铸余渣循环利用。

步骤1：采用120吨转炉进行试验，出钢完毕后采用留渣操作，加入平均350kg的镁球，溅渣时间平均3.8min，终渣溅干全部留在转炉内，将装有铸余渣的铁水兑入转炉进行“单渣”工艺操作。

步骤2：铸余渣平均加入量3.4吨，出钢量平均125吨，下枪吹炼渣料开始熔化时，开始少量多批次加入石灰，石灰加入量平均33.41kg/t钢(其中一倒后加入石灰平均950kg)，轻烧白云石13.40kg/t钢，烧结矿5.5kg/t钢，镁球平均10.07kg/t钢。供氧时间平均14.09min(其中一倒后平均供氧时间0.86min)，耗氧量46.43nm³/t，煤气回收95.31nm³/t。冶炼周期为36.9min。

与同时进行的42炉未采用铸余渣热态循环利用方法的炉次进行比较(如表1所示可知)，整体成本吨钢可节约39.43元/t钢。液态铸余渣回收受生产节奏限制，所以也按照每天回收约10罐计算，则可节省成本：30×12×10×125×39.43＝1774.35万元/年。

表1“单渣”试验炉次有无采用循环利用铸余渣对成本的影响

实施例2

采用“双渣”工艺进行热态铸余渣循环利用。

步骤1：采用120吨转炉进行试验，出钢完毕后采用留渣操作，加入平均320kg的镁球，溅渣时间平均3.5min，终渣溅干全部留在转炉内，将装有铸余渣的铁水兑入转炉进行“双渣”工艺操作。

步骤2：铸余渣平均加入量3.3吨，出钢量平均125.1吨，下枪吹炼渣料开始熔化时，开始少量多批次加入石灰，石灰加入量平均28.99kg/t钢(其中一倒后加入石灰平均850kg)，轻烧白云石13.69kg/t钢，烧结矿9.35kg/t钢，镁球平均7.12kg/t钢。供氧时间平均14.56min(其中一倒后平均供氧时间1.05min)，耗氧量46.1nm³/t，煤气回收86.45nm³/t。冶炼周期为41.3min。

与同时进行的36炉未采用铸余渣热态循环利用方法的炉次进行比较(如表2所示可知)，整体成本吨钢可节约22.02元/t钢。液态铸余渣回收受生产节奏限制，所以按照每天回收约10罐计算，则可节省成本：30×12×10×125.1×22.02＝991.69万元/月。

表2“双渣”试验炉次有未采用循环利用铸余渣对成本的影响

实施例3

采用“单渣”工艺进行钢包热态铸余渣循环利用。

步骤1：采用120吨转炉进行试验，出钢完毕后采用留渣操作，加入250kg(即2kg/t钢)的镁球，溅渣时间3min，终渣溅干全部留在转炉内，将装有铸余渣的铁水兑入转炉进行“单渣”工艺操作。

步骤2：铸余渣加入量4吨，出钢量125吨，下枪吹炼渣料开始熔化时，开始少量多批次加入石灰，石灰加入量44kg/t钢(其中一倒后加入石灰625kg，即5kg/t钢)，轻烧白云石12kg/t钢，烧结矿8.1kg/t钢，镁球平均9.05kg/t钢。供氧时间平均14.9min(其中一倒后供氧时间0.5min)，耗氧量45.4nm³/t，煤气回收96.6nm³/t。冶炼周期为37.5min。

与另一炉未采用铸余渣热态循环利用方法的炉次进行比较(如表3所示可知)，整体成本吨钢可节约34.08元/t钢。

表3“单渣”试验炉次有无采用循环利用铸余渣对成本的影响

实施例4

采用“双渣”工艺进行热态铸余渣循环利用。

步骤1：采用120吨转炉进行试验，出钢完毕后采用留渣操作，加入496kg(即4kg/t钢)的镁球，溅渣时间5min，终渣溅干全部留在转炉内，将装有铸余渣的铁水兑入转炉进行“双渣”工艺操作。

步骤2：铸余渣加入量4吨，出钢量124吨，下枪吹炼渣料开始熔化时，开始少量多批次加入石灰，石灰加入量24.2kg/t钢(其中一倒后加入石灰1240kg，即10kg/t钢)，轻烧白云石17kg/t钢，烧结矿7.5kg/t钢，镁球9.1kg/t钢。供氧时间14.9min(其中一倒后供氧时间1.5min)，耗氧量48.3nm³/t，煤气回收86.8nm³/t。冶炼周期为38.5min。

与同时进行的1炉未采用铸余渣热态循环利用方法的炉次进行比较(如表4所示可知)，整体成本吨钢可节约26.22元/t钢。

表4“双渣”试验炉次有未采用循环利用铸余渣对成本的影响

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。