钢液合成渣处理

所谓渣洗，就是用合成渣或预熔渣来处理钢液的一种炉外处理方法，是获得洁净钢的最简便的精炼手段。

世界上最早的渣洗料为法国人Perirn1933年开发出来的。其工作原理是把预先在化渣炉中熔化好的一定组分的炉渣倒入盛钢桶内，吊运至转炉出钢位，然后正常操作出钢，利用出钢过程钢液的冲击，使钢渣乳化，创造良好的条件，使钢中非金属夹杂物及硫的脱除达到最好的效果，同时改善钢中夹杂物的形态。

至20世纪50年代，渣洗精炼在前苏联得到了广泛的应用及发展，当时渣中主要组分及其含量为CaO：50-60%，Al2O3：30-40%，Fe2O3≤0.5%，SiO2≤3.0%，但是由于该渣系在反应过程中会产生大量的点状夹杂物，这种夹杂物容易滞留在钢液中从而影响钢的洁净度，所以发展比较缓慢。

到了60年代，中国上钢五厂采用渣洗工艺对轴承钢的冶炼开启了中国渣洗精炼工艺的发展历程。

随着后来低硫钢，超低硫钢以及耐HIC管线钢等钢种需求量的增加，如何冶炼出含硫量更低的钢种逐渐引起的冶金工作者的重视，发现采用罐内合成渣洗,尤其是固体渣在罐内精炼钢液是适应范围广、简单易行、经济有效 。

渣洗料的组分通常包括：基础渣料，脱硫剂，发泡剂，还原剂和助熔剂。

生产中采用的渣洗料主要有石灰-高铝熟料（主要成分为CaO-Al2O3）渣系、石灰-氟化钙（主要成分为CaO-CaF2）渣系和石灰-高铝熟料-氟化钙（CaO-Al2O3-CaF2）渣系。

石灰-氟化钙渣系成渣速度快且有良好的脱硫效果，但是对于包衬侵蚀严重，会造成钢包使用寿命的降低。其次，石灰-氟化钙渣系埋弧效果差，也会造成一定的环境污染；石灰-高铝熟料渣系使用Al2O3部分或者全部代替氟化钙后，既能达到良好的脱硫效果，又降低了对环境的污染，另外此渣系虽在防止包衬的侵蚀方面及埋弧操作方面有所改进，但是其成渣速度及精炼效果受到了一定的影响，所以发展前景也不是很好。

国际比较流行的渣系为CaO-Al2O3-CaF2渣系，该渣系通过将活性石灰、高铝熟料及萤石按照一定的比例配置，可满足大部分钢种的冶炼要求。

根据炼钢工艺分，国际上比较常用的渣洗方法主要有三种，即同炉渣洗、异炉渣洗和混合炼钢三种。

（1）同炉渣洗精炼法：就是在电炉冶炼快到达终点时把渣洗料加入电炉内熔化，待其完全熔化后把渣洗料和钢液同时倒入钢包中进行一系列反应的渣洗精炼方法。

山东莱钢在20世纪90年代曾使用此法进行电炉炼钢，实践表明，采用同炉渣洗进行碳素钢、合金结构钢的生产时，平均冶炼时间可减少30min，吨钢平均电耗下降10kW·h，炉衬寿命提高20%。

（2）异炉渣洗精炼法：是最有代表性的一种渣洗精炼法，其具体做法为在选择一座容量较小的电炉改装成化渣炉，先用该化渣炉把渣洗料完全熔化混匀后倒出冷却，然后粉碎成需要的粒度，待炼钢炉出钢时，随着钢流一起加入到钢包中进行渣洗精炼的一种精炼方法。实际生产中应用异炉渣洗较多，通常所说的渣洗也指异炉渣洗。

（3）混合炼钢法：就是先在大容量的炼钢炉中按普碳钢的标准把冶炼钢种冶炼成半成品钢液，然后根据钢中需要和炼钢炉中钢液量来计算所需要的铁合金量和渣洗料用量，然后把所需要的铁合金和渣洗料加入到另一座容量较小的电弧炉中熔化，待其完全熔化混匀后倒入到钢包中，然后大容量的炼钢炉出钢把钢水倒入到盛有熔融铁合金和渣洗料的钢包中，使钢液和熔渣及合金完全碰撞、混冲及反应，最终得到目标钢种所需要的成分。

1、出钢时随钢流加入合成渣6kg /吨钢，精炼石灰5kg/吨钢和萤石0.2kg/吨钢在钢包中冲混。出钢时严格挡渣工艺，尽量减少下渣量。同时，钢包配以大气量进行搅拌。

2、炉后步料器处加入铝粉0.3kg/吨钢。

3、取钢包钢样两个，送一钢样分析成份。

4、钢包到精炼站再加入石灰5kg/吨钢；萤石0.2kg/吨钢，测温，定氧。

5、下电极通电化渣，升温5分钟后视情加入铝粉0.3kg/吨钢；萤石0.3kg/吨钢。促使形成白渣。

6、取钢样分析成份，并取渣样。 7、按0.2kg/吨钢加入矽铁，并喂Si--Ca合金线4.5—7米/吨钢，加入量由终点钢水含碳量而定，一般按1.0—1.5kg/吨钢配加。

利用合成渣与钢水在钢包内混合，去除杂质提高钢质量的一种炉外精炼方法，亦简称为“渣洗”特殊设备。1925年苏联工程师托钦斯基(A．C．ToиHCKи

合成渣的组成及类别 一般合成渣由3部分组成：(1)基本氧化物，如CaO、SiO2、Al2O3；(2)熔剂，如CaF2、MgO、CaCl2、AlF3 ,Na3AlF6 、Na2CO3等；(3)混杂成分：如MnO，FeO，TiO2等。

在各种合成渣成分中，Al2O3是两性氧化物，它与CaO结合成一系列化合物，当Al2O3为40%～45%时，CaO-Al2O3的熔点最低(1396～1525℃)且aCaO最大。Al2O3与钢液间具有高的界面能力，容易从钢水中析出。含Al2O3高的渣甚至以固体形式使用也能清除钢中夹杂物。

渣洗原理利用氧和硫在渣钢间的分配比，将钢中的氧和硫脱出到渣中，高炉渣为基料配制的合成渣对钢液脱氮的效果较好 ：

合成渣中a (FeO) 、a(s)很小，处理过程中进行重新分配使之达到较高值，从而达到去除钢中氧和硫的目的。合成还原渣中CaO、。Al2O3、SiO2等还能够与Si、Al的脱氧产物结合成低熔点的化合物，从而降低了脱氧产物的活度，强化脱氧反应。根据脱氧反应一般式：

式中E为脱氧元素；EmOn为脱氧产物；aEmOn 为脱氧产物的活度；f (E) 、F(O) ，为活度系数。在其他条件不变时，降低脱氧产物活度就能够减少平衡的[O]。当合成渣液滴与非金属夹杂物界面张力σ 渣-夹 比钢水和非金属夹杂物界面张力 σ 钢-夹 小时，即σ 渣-夹 <σ 钢-夹时，合成渣与夹杂物融合并去除到钢水表面，使钢水纯净。合成渣含有氟离子，有利于降低σ 渣-夹，也即有利于去除夹杂物。钢中非金属夹杂物总浓度约可降低50%。

假设乳化渣滴呈小球状颗粒，则

式中R为渣滴半径，若将半径减小n倍(即为R/n)，则F单位将增加n倍。渣滴乳化程度愈高，渣滴数量愈多，F单位值愈大，则反应速度愈快，反应程度愈高。

渣滴半径r最小与钢流落下高度H和界面张力σ 金-渣 的关系可用下式计算：

式中γ金为金属密度，kg/m3；c为金属液中渣滴流线系数。起重要作用的是冲击搅拌功(A1 )，它取决于钢流落下高度、出钢量和钢流流量。可用下式计算搅拌功和搅拌功率：

式中m为钢流重量，kg；m’为钢流流量，kg/s；Hc钢流落下高度，m；9.81为重力加速度，m/s2；τ为出钢时间，s。Hc值与钢包深度和流钢槽口到包底的高度有关。出钢中期，300t炉子搅拌功为25t炉的20倍。显然，钢流量大时，钢流搅拌功足以保证包内合成渣对金属的快速渣洗精炼。但钢水量少时则无此保证。

合成渣的制备和用法(见表2)一般都是将渣在出钢前或出钢过程中加入钢包内。将一种炼制好的液体渣出到钢包中或将固体合成渣装入钢包中，然后去接钢水，利用钢流落下高度与渣混合(即进行渣洗)达到去除杂质的目的。采用这种方法防止冶炼炉氧化性炉渣落入钢包是十分有效的。图1为用中间罐防止氧化渣进入钢包的处理方法。另一种方法是混合处理法，由化渣炉熔化好的合成渣出在渣包中，在熔炼炉出钢时将渣包中的合成渣同时兑入钢包中进行混合。

《钢渣处理与综合利用》是冶金工业出版社出版的一本图书。

图书简介：钢渣是炼钢工艺过程中产生的功能性副产品，是炼钢工艺过程中的必然产物。本书结合宝钢、鞍钢等钢渣处理与综合利用的研究成果和生产实践，系统阐述了转炉钢渣、电炉钢渣、铁水脱硫渣、精炼炉钢渣、废旧耐火材料等的处理工艺和应用实例，涵盖了钢渣处理和综合利用的基本原理、工艺操作和安全技术等内容，对钢渣处理关键岗位提出了详细的安全操作规程，钢渣重构改质和炼钢除尘灰的处理与综合利用等新理念、新技术代表了钢渣处理与综合利用的前沿水平。本书可供钢渣处理与综合利用领域相关工程技术人员、设计人员、管理人员和教学人员阅读参考。 2100433B

目前国内钢渣主要处理工艺有：热泼法、风淬法、滚筒法、粒化轮法、热闷法。其中热泼法、滚筒法、热闷法最为常用，在此对其工作原理和优缺点进行简单介绍。

热泼法

（1）渣线热泼法

将钢渣倾翻，喷水冷却3～4天后使钢渣大部分自解破碎，运至磁选线处理。此工艺的优点在于对渣的物理状态无特殊要求、操作简单、处理量大。

其缺点为占地面积大、浇水时间长、耗水量大，处理后渣铁分离不好、回收的渣钢含铁品位低、污染环境、钢渣稳定性不好、不利于尾渣的综合利用。

（2）渣跨内箱式热泼法

该工艺的翻渣场地为三面砌筑并镶有钢坯的储渣槽，钢渣罐直接从炼钢车间吊运至渣跨内，翻入槽式箱中，然后浇水冷却。　此工艺的优点在于占地面积比渣线热泼小、对渣的物理状态无特殊要求、处理量大、操作简单、建设费用比热闷装置少。

其缺点为浇水时间24h以上、耗水量大、污染渣跨和炼钢作业区、厂房内蒸汽大、影响作业安全。钢渣稳定性不好、不利于尾渣综合利用。

滚筒法

高温液态钢渣从溜槽流淌下降时，被高压空气击碎，喷至周围的钢挡板后落入下面水池中。此工艺的优点在于流程短、设备体积小、占地少、钢渣稳定性好、渣呈颗粒状、渣铁分离好、渣中f－CaO含量小于4%（质量分数，下同）、便于尾渣在建材行业的应用。

其缺点为对渣的流动性要求较高、必须是液态稀渣、渣处理率较低、仍有大量的干渣排放、处理时操作不当易产生爆炸现象。

热闷法

待熔渣温度自然冷却至300～800℃时，将热态钢渣倾翻至热闷罐中，盖上罐盖密封，待其均热半小时后对钢渣进行间歇式喷水。急冷产生的热应力使钢渣龟裂破碎，同时大量的饱和蒸汽渗入渣中与f－CaO、f－MgO发生水化反应使钢渣局部体积增大从而令其自解粉化。

此工艺的优点在于渣平均温度大于300℃均适用，处理时间 短（10～12h），粉化率高（粒 径20mm以下者达85%），渣铁分离好，渣性能稳定，f－CaO、f－MgO含量小于2%，可用于建材和道路基层材料。

其缺点为需要建固定的封闭式内嵌钢坯的热闷箱及天车厂房、建设投入大、操作程序要求较严格、冬季厂房内会产生少量蒸汽。