CN112430708B - 一种连铸不锈钢液态铸余渣的回收利用方法 - Google Patents

一种连铸不锈钢液态铸余渣的回收利用方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于钢铁冶金技术领域，特别涉及一种连铸不锈钢液态铸余渣的回收利用方法。该方法包括两种方式，方式①：将所述液态铸余渣直接兑入AOD炉进行双渣冶炼，所述AOD炉已兑入热铁水，所述液态铸余渣在冶炼至0～25min之间兑入，所述液态铸余渣兑入量为20～40kg/t钢；或者，方式②：用铁水罐承接所述液态铸余渣后，将热铁水和所述液态铸余渣一起兑入AOD炉进行双渣冶炼，所述液态铸余渣兑入量为35～45kg/t钢。本发明的回收利用方法能够：提高钢水收得率，节省冶炼成本；减少钢渣处理厂钢渣量，节省运转成本；减少钢渣处理厂废钢量，节省冶炼成本；弥补加石灰带来的温降损失，提高冶炼时效。

Description

一种连铸不锈钢液态铸余渣的回收利用方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，特别涉及一种连铸不锈钢液态铸余渣的回收利用方法。
背景技术
随着科技水平的不断进步，钢铁冶炼的工艺也在逐步改进。目前成熟的钢铁冶炼工艺主要包括四大阶段，即炼铁、炼钢、铸造、轧钢。炼钢阶段可采用转炉工艺或者电炉工艺，其中，转炉工艺无需燃料加热，能耗相对较低，普遍应用于炼钢。普通钢材(普钢)的冶炼工艺一般为：EF/BF(电炉/高炉，炼铁、熔钢)→脱硫站→扒渣站→CL(转炉，炼钢)→LF(精炼)→CC(连铸)。不锈钢的冶炼工艺一般为：EF/BF(高炉，炼铁)→AOD(精炼)→LF(精炼)→CC(连铸)。AOD炉为最常用的精炼炉，不锈钢精炼炉中约有70％为AOD炉。
连铸钢水浇铸结束后，在钢水包内一般会残余一部分钢水浇余，钢水浇余由铸余渣、残余钢水及少量覆盖剂组成。对于其中的铸余渣，传统的渣处理方法一般是直接通过渣车运输至渣处理厂处理，但铸余渣多为还原性渣，在高温时呈粘稠状液态，温度降至200℃以下就粉末化了，而粉状的铸余渣浸润性差，易扬尘，造成环境污染，不符合“清洁生产”的理念。鉴于铸余渣具有较好的还原性、温度较高，且具有较强的脱硫能力(符合钢水深度脱硫的要求)，存在返回利用的价值。
在钢铁冶炼过程中存在多个生产节点，铸余渣的返回节点的确定直接影响铸余渣返回利用效果。在返回利用过程中，安全、稳定的生产节奏和通畅的物流是前提，同时要综合考虑铸余渣返回作业的灵活性、可操作性、避免长时间占用天车或增加备用钢包。由于钢包浇注结束与转炉出钢时间节点难免存在偏差，很难将铸余渣的返回利用作业固定在某一特定生产节点。从炼钢流程看，铸余渣的返回可选节点有：返回铁水包、返回转炉、返回精炼炉。
铸余渣返回精炼炉能够节省部分造渣成本、降低能源消耗，国内部分厂家已开始尝试将铸余渣直接返回LF精炼炉循环利用。但是，返回量、返回节点、时间的控制仍是难点。
授权公告号为CN109609721B的中国发明专利公开了一种转炉循环利用钢包热态铸余渣的方法。该方法包括如下步骤：热铁水→铁水预脱硫→铁水扒渣→(将液态铸余渣倒入至通过前面步骤处理后的铁水罐内)→转炉，重复上述过程，实现铸余渣的回收利用。该铸余渣的回收利用方法存在以下4点不足：(1)该工艺采用装有铁水的铁水罐承接铸余渣，存在安全隐患，尤其是高氧化性的铸余渣与铁水混冲，会发生剧烈的碳氧反应，甚至会产生喷爆；(2)该工艺必须要先经过钢水接受跨，再进入铁水接受跨，最后兑入转炉冶炼，中途要经过两次铁水罐运转，产生两个缺陷，其一增加了天车使用频率，必然影响到炼钢车间的正常生产节奏；其二增加了周转次数，也就是过程时间延长，有一定程度的热损；(3)该工艺未考虑到生产期间的突发情况，在做完铸余渣混冲步骤后，如有转炉、天车故障等特殊情况下，势必增加了铸余渣在铁水罐内的停留时间，长时间停留会导致铸余渣温降严重，甚至凝固，此时再进行倒入转炉的步骤会存在很大的安全隐患，在转炉兑铁过程中，由于铸余渣凝固的原因，在铁水表面形成一层不同程度的结壳，因此铁水不会马上流出，而是先要冲破结壳，这个过程中会造成铁水冲出兑铁范围，造成人员或设备烧损；(4)该方法有一定的局限性，即铸余渣必须与铁水一起兑入转炉后，才能进行冶炼操作。
目前的铸余渣返回利用主要是返回LF精炼炉或者返回转炉，这些对普钢的生产有普适性，但对于采用AOD工艺的不锈钢，由于工艺流程不同，返回节点的确定没有可比性。鉴于不锈钢的广泛应用带来的铸余渣越来越多，亟需一种针对连铸不锈钢液态铸余渣的有效回收利用方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中不锈钢液态铸余渣回收利用存在铸余渣、铸余钢及自身余热无法利用的不足，而提出一种连铸不锈钢液态铸余渣的回收利用方法，能够大幅降低不锈钢冶炼成本及不锈钢液态铸余渣的外运处理成本，并且减少AOD炉冶炼的热能损失，提高冶炼效率。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种连铸不锈钢液态铸余渣的回收利用方法，包括以下步骤：
方式①：将所述液态铸余渣直接兑入AOD炉进行双渣冶炼，所述AOD炉已兑入热铁水，所述液态铸余渣在冶炼至0～25min之间兑入，兑入量为20～40kg/t钢；
或者，方式②：用铁水罐承接所述液态铸余渣后，将热铁水和所述液态铸余渣一起兑入AOD炉进行双渣冶炼，铸余渣兑入量为35～45kg/t钢。
优选地，所述方式①中，冶炼至0～5min之间兑入液态铸余渣20～40kg/t钢，不加石灰，冶炼至6～25min之间加入石灰10～30kg/t钢。
优选地，所述方式①中，冶炼至0～5min之间加入石灰10～30kg/t钢，冶炼至6～25min之间兑入液态铸余渣20～40kg/t钢。
优选地，冶炼至30～35min，控制温度在1500～1600℃，钢渣流动性0.1～0.4Pa·s，进行扒渣操作。
优选地，所述方式②中，冶炼至6～25min之间加入石灰10～20kg/t钢。
优选地，所述方式②中，冶炼至30～35min，控制温度在1500～1600℃，钢渣流动性0.1～0.4Pa·s，进行扒渣操作。
优选地，所述方式②中，所述液态铸余渣兑入量为40kg/t钢。
优选地，在方式①、方式②中，扒渣操作前控制碱度R不低于1.5。
优选地，扒渣操作前还原1min，炉子摇平、镇静，使钢珠充分下沉后再扒渣。
优选地，所述石灰的品味及活性度要求为：CaO≥90％，活性度≥320mL。
优选地，所述回收利用方法中石灰的总加入量为66.66～100kg/t钢，耗氧量为62.66～80Nm3/t钢。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
(1)本公司炼钢年设计产能为210万t，每年精炼工艺下的液态铸余渣量在5～14万t之间，采取部分液态铸余渣的返回利用工艺，每年可节约精炼造渣量2～5万t，可大大降低冶炼成本及液态铸余渣的外运处理成本，有利于节能环保，对低成本运行及清洁生产的意义明显；
(2)本发明能够完全回收液态铸余渣内的铸余钢，提升了钢水收得率，降低生产成本，同时也降低了铸余钢的筛分、返回二次使用的成本。
(3)本发明能够利用液态铸余渣替代部分造渣材料(如原材料石灰)使用，从而降低造渣材料的使用量，解决了目前的冶炼生产中造渣材料无法减量的不足，同时降低了冶炼的生产成本；
(4)液态铸余渣本身处于高温状态，包含较多的热量，传统的渣处理方法需要对其冷却降温，不仅浪费了液态铸余渣本身的热量，而且增加了冷却的成本，本发明将钢包内的液态铸余渣直接回收利用，能够有效利用其所含热量。
附图说明
图1为本发明的连铸不锈钢液态铸余渣的回收利用方法的工艺示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在具体实施例之前，对无液态铸余渣回收利用时的不锈钢AOD炉的基本工艺流程进行简要说明。
在无液态铸余渣回收利用时，一般的，采用双渣工艺的AOD炉冶炼的基本步骤如下表1所示。双渣工艺，即流两次渣：第一次为氧化前期，通常叫扒渣(碱度大概在1.5左右)，大概在30～35min进行，因为在前期加入大量的高碳铬铁(含3-5％左右的硅)，钢渣中有大量的二氧化硅生成，会侵蚀炉衬，所以为了减少侵蚀就要提高碱度，必须加入大量的石灰。而利用液态铸余渣就是为了提高碱度(本身铸余渣碱度2.0左右)，以达到降低石灰消耗的目的。
以70t的AOD炉为例，总时长为100min。作为对比，45t的转炉冶炼周期大概为20min，70t的转炉冶炼周期大概为30min。
表1 无液态铸余渣返回利用时AOD炉冶炼的基本步骤
操作项目 时长(min) 冶炼摘要(石灰加入量为大致数据)
出钢 冶炼前准备工作
兑热铁水 0 按75t出钢量兑入热铁水
取样、测温 1～2 兑热铁水完成之后，摇平炉子取样测温
加石灰 3 加石灰40kg/t钢
加铬铁合金 10～20 加铬铁合金
扒渣 30～35 扒渣量＞70％
加石灰 40 扒完渣，加石灰40kg/t钢
加石灰 60～65 加石灰20kg/t钢
还原 75～80 加入还原所需的合金及CaF<sub>2</sub>
流渣 85～95 取样分析，出渣
微调成分 90～100
出钢 100
发明人在开展液态铸余渣的回收利用实验时，对于要回收利用的连铸不锈钢液态铸余渣的成分进行了分析，汇总如下表2所示。
表2 液态铸余渣中各组分的重量占比(％)
Figure BDA0002787710180000061
注：表中未列出的组分为P2O5、TiO2、SO3等微量组分。
通过对液态铸余渣组分的分析可知，液态铸余渣中，CaO 55.40～63.23％，MgO3.64～6.30％，SiO2 28.94～33.47％，FeO 0.26～0.35％，Cr2O3 0.30～0.36％，MnO 0.00～0.97％，Al2O3 1.94～4.61％，且液态铸余渣的碱度为1.83～2.34。不锈钢冶炼产生的液态铸余渣渣系为CaO-CaF2渣系，该渣系具有很强的脱氧、脱硫能力。脱氧能力原理：AOD炉冶炼分为氧化期和还原期两个阶段(氧化期是通过吹入氧气加速合金的融化过程，还原期是通过加入硅将钢渣中合金氧化物进行还原)，液态铸余渣即为还原期产生的精炼渣(通常称为碱性白渣)，它的主要功能是扩散脱氧，扩散脱氧的基本原理是在一定的温度下，钢液和钢渣氧的浓度比是一个常数，用脱氧剂(硅铁、硅钙等)将渣中的氧脱掉，渣中氧浓度下降，为保持平衡常数不变，钢中氧不断向渣中扩散，从而达到脱氧目的。脱硫原理：该渣系在1500℃下的硫容量高达0.03％，该渣系中CaF2的主要作用是改善渣的流动性，降低渣的熔点，增大脱硫产物的扩散速度，改善脱硫动力学条件，因该渣系中CaO＞55％，CaO是碱性氧化物，对脱硫起主要作用，反应式为2CaO+2SO2+O2＝2CaSO4。
因此，液态铸余渣不仅温度较高。还具有较好的还原性，且具有较强的脱氧、脱硫能力，存在返回利用的价值。
下面结合具体的实施例对本发明进行详细的说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在不锈钢冶炼过程中，因为AOD炉兑入热铁水的时间与连铸下液态铸余渣的时间不一定同步，所以液态铸余渣返回的节点也有不同，本发明的连铸不锈钢液态铸余渣的回收利用方法的工艺示意图如图1所示，具体的：①当AOD炉出完钢要马上进行兑热铁水冶炼时，连铸还没拉完，需要等到连铸拉完，再将液态铸余渣返回至AOD炉中；②当AOD炉出完钢要马上进行兑热铁水冶炼时，连铸恰好或已经拉完，可以将液态铸余渣收集后直接同热铁水一起兑入AOD炉中。
以下实施例1、实施例2针对上述第①种情况对不锈钢液态铸余渣的回收利用进行详细说明，即将液态铸余渣直接返回AOD炉的工艺进行液态铸余渣回收利用。在此种情况下，AOD炉兑完热铁水后开始冶炼，0～25min内的任意时间段加入石灰10～30kg/t钢进行造渣操作均可。例如，可以在兑入液态铸余渣后加石灰(对应实施例1)，也可以先加石灰再兑入液态铸余渣(对应实施例2)。
实施例3针对上述第②种情况对不锈钢液态铸余渣的回收利用进行详细说明，即将液态铸余渣与热铁水一起兑入AOD炉的工艺进行液态铸余渣回收利用。在此种情况下，在前6min内，由于碱性铸余渣的存在，不需要为了维持碱度额外加入石灰，并且，在冶炼前期由于铁水温度较低，所以尽量减少冷料的加入量，既然已经有铸余渣维持前期碱度，那么剩下的石灰可以等温度有所上升再加入，因此在冶炼的6～25min内加入石灰10～30kg/t钢进行造渣操作，并且此种情况相对第①种情况操作起来比较稳定，在实际操作中，根据行车电子磅显示重量，可以较精准地按40kg/t钢兑入。
对于加入的石灰，品味及活性度要求为：CaO≥90％，活性度≥320mL。
实施例1
本实施例的连铸不锈钢液态铸余渣的回收利用方法，采用70t的AOD炉、双渣工艺进行AOD冶炼，主要包括以下步骤：
AOD炉出钢后，将热铁水兑入AOD炉进行冶炼，在0～5min之间兑入液态铸余渣20～40kg/t钢，期间不加入石灰，根据铁水硅和高铬硅的变化，计算碱度R＝1.5，冶炼至6～25min之间加入石灰10～30kg/t钢，开始插顶枪，快速提升温度，冶炼至30～35min，控制温度在1500～1600℃，钢渣流动性0.1～0.4Pa·s，进行扒渣操作。扒渣前还原1min，炉子摇平后应镇静使钢珠充分下沉后再扒渣，减少钢珠扒出，提高钢水收得率。
本实施例中，液态铸余渣平均加入量为2t，出钢量平均为75t，石灰总加入量平均89.45kg/t钢，耗氧量平均73.38Nm3/t钢，冶炼周期100min。
采用本实施例的液态铸余渣回收利用方法进行冶炼的炉次与同时进行的50炉未采用液态铸余渣回收利用方法的炉次进行对比如下表3所示。
表3 有无采用液态铸余渣回收利用的成本对比
Figure BDA0002787710180000081
注：表中仅为冶炼节省成本，其中不包含铸余渣冷却后转运、处理，铸余钢筛选等成本。
对比上表结果可知，采用本发明的液态铸余渣的回收利用方法进行不锈钢冶炼，AOD炉冶炼的整体成本可节省28.08元/t钢。液态铸余渣回收受部分生产节奏影响及其他因素影响限制，以目前能做到每天回收20炉计算，可节省成本：30×12×20×75×28.08＝1516.32万元/年。
实施例2
本实施例的连铸不锈钢液态铸余渣的回收利用方法，采用70t的AOD炉、双渣工艺进行AOD冶炼，主要包括以下步骤：
AOD炉出钢后，将热铁水兑入AOD炉进行冶炼，在0～5min之间加入石灰10～30kg/t钢，在冶炼的6～25min之间兑入液态铸余渣20～40kg/t钢，冶炼至30～35min，控制温度在1500～1600℃，钢渣流动性0.1～0.4Pa·s，进行扒渣操作。扒渣前还原1min，炉子摇平后应镇静使钢珠充分下沉后再扒渣，减少钢珠扒出，提高钢水收得率。
本实施例中，液态铸余渣平均加入量为2t，出钢量平均为75t，石灰总加入量平均92.33kg/t钢，耗氧量75.69Nm3/t钢，冶炼周期100min。
采用本实施例的液态铸余渣回收利用方法进行冶炼的炉次与同时进行的50炉未采用液态铸余渣回收利用方法的炉次进行对比如下表4所示。
表4 有无采用液态铸余渣回收利用的成本对比
Figure BDA0002787710180000091
注：表中仅为冶炼节省成本，其中不包含铸余渣冷却后转运、处理，铸余钢筛选等成本。
对比上表结果可知，采用本发明的液态铸余渣的回收利用方法进行不锈钢冶炼，AOD炉冶炼的整体成本可节省21.97元/t钢。液态铸余渣回收受部分生产节奏影响及其他因素影响限制，以目前能做到每天回收20炉计算，可节省成本：30×12×20×75×21.97＝1186.38万元/年。
实施例3
本实施例的连铸不锈钢液态铸余渣的回收利用方法，采用70t的AOD炉、双渣工艺进行AOD冶炼，主要包括以下步骤：
用铁水罐承接液态铸余渣，将热铁水与液态铸余渣按40kg/t钢一起兑入AOD炉进行冶炼。冶炼时，根据铁水硅和高铬硅的变化，计算碱度R＝1.5，冶炼至6～25min之间加入石灰10～20kg/t钢，开始插顶枪，快速提升温度，冶炼至35～40min，控制温度在1500～1600℃，钢渣流动性0.1～0.4Pa·s，进行扒渣操作。扒渣前还原1min，炉子摇平后应镇静使钢珠充分下沉后再扒渣，减少钢珠扒出，提高钢水收得率。
本实施例中，液态铸余渣平均加入量为3t，出钢量平均为75t，石灰总加入量平均75.32kg/t钢，耗氧量70.83Nm3/t钢，冶炼周期100min。
采用本实施例的液态铸余渣回收利用方法进行冶炼的炉次与同时进行的80炉未采用液态铸余渣回收利用方法的炉次进行对比如下表5所示。
表5 有无采用液态铸余渣回收利用的成本对比
Figure BDA0002787710180000101
注：表中仅为冶炼节省成本，其中不包含铸余渣冷却后转运、处理，铸余钢筛选等成本。
对比上表结果可知，采用本发明的液态铸余渣的回收利用方法进行不锈钢冶炼，AOD炉冶炼的整体成本可节省33.99元/t钢。液态铸余渣回收受部分生产节奏影响及其他因素影响限制，以目前能做到每天回收20炉计算，可节省成本：30×12×20×75×33.99＝1835.46万元/年。
本发明的连铸不锈钢液态铸余渣的回收利用方法，方式①直接将液态铸余渣倒入AOD炉进行冶炼，节省了天车、罐车等周转频率，一次到位，并且将过程热损降到最低，实现了液态铸余渣余热利用最大化；与液态铸余渣返回至转炉的工艺相比，由于转炉的冶炼周期较短(70t转炉，30min)，必须在热铁水兑入转炉前将液态铸余渣兑入转炉，或是和热铁水一起兑入转炉，但AOD炉的冶炼周期在100min分钟左右，液态铸余渣的加入时机没有局限性，在AOD炉冶炼的前30min钟内的任何时段均能进行液态铸余渣倒入操作，有效缓解了生产节奏，更加有利于生产节奏的把控；由于不锈钢AOD工艺要在冶炼末期进行脱氧精炼环境，即还原期，AOD工艺的钢水氧含量＜30ppm，所以AOD铸余渣的氧含量较低，而转炉是高碱度铸余渣，势必氧含量高于AOD铸余渣，即AOD工艺的液态铸余渣为低碱度还原性渣，不存在碳氧反应的安全隐患，因此在方式②中，液态铸余渣可同热铁水一起兑入AOD炉冶炼。
综上所述，本发明具有如下优点：
1、提高钢水收得率，节省冶炼成本。
2、减少钢渣处理厂钢渣量，节省运转成本。
3、减少钢渣处理厂废钢量，节省冶炼成本。
4、弥补加石灰带来的温降损失，提高冶炼时效。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种连铸不锈钢液态铸余渣的回收利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
方式①：将所述液态铸余渣直接兑入AOD炉进行双渣冶炼，所述AOD炉已兑入热铁水，所述液态铸余渣在冶炼至0～25min之间兑入，所述液态铸余渣兑入量为20～40kg/t钢；所述方式①中，冶炼至30～35min，控制温度在1500～1600℃，钢渣流动性0.1～0.4Pa·s，进行扒渣操作；
或者，方式②：用铁水罐承接所述液态铸余渣后，将热铁水和所述液态铸余渣一起兑入AOD炉进行双渣冶炼，所述液态铸余渣兑入量为35～45kg/t钢；所述方式②中，冶炼至30～35min，控制温度在1500～1600℃，钢渣流动性0.1～0.4Pa·s，进行扒渣操作；
液态铸余渣中，CaO 55.40～63.23％，MgO 3.64～6.30％，SiO2 28.94～33.47％，FeO0.26～0.35％，Cr2O3 0.30～0.36％，MnO 0.00～0.97％，Al2O3 1.94～4.61％，且液态铸余渣的碱度为1.83～2.34。
2.根据权利要求1所述的连铸不锈钢液态铸余渣的回收利用方法，其特征在于，所述方式①中，冶炼至0～5min之间兑入液态铸余渣20～40kg/t钢，不加石灰，冶炼至6～25min之间加入石灰10～30kg/t钢。
3.根据权利要求1所述的连铸不锈钢液态铸余渣的回收利用方法，其特征在于，所述方式①中，冶炼至0～5min之间加入石灰10～30kg/t钢，冶炼至6～25min之间兑入液态铸余渣20～40kg/t钢。
4.根据权利要求1所述的连铸不锈钢液态铸余渣的回收利用方法，其特征在于，所述方式②中，冶炼至6～25min之间加入石灰10～20kg/t钢。
5.根据权利要求4所述的连铸不锈钢液态铸余渣的回收利用方法，其特征在于，所述方式②中，所述液态铸余渣兑入量为40kg/t钢。
6.根据权利要求1所述的连铸不锈钢液态铸余渣的回收利用方法，其特征在于，扒渣操作前控制碱度R不低于1.5。
7.根据权利要求6所述的连铸不锈钢液态铸余渣的回收利用方法，其特征在于，扒渣操作前还原1min，炉子摇平、镇静，使钢珠充分下沉后再扒渣。
8.根据权利要求2-4中任一项所述的连铸不锈钢液态铸余渣的回收利用方法，其特征在于，所述石灰的品味及活性度要求为：CaO≥90％，活性度≥320mL。
9.根据权利要求8所述的连铸不锈钢液态铸余渣的回收利用方法，其特征在于，所述回收利用方法中石灰的总加入量为66.66～100kg/t钢，耗氧量为62.66～80Nm3/t钢。
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