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1、铁矾土做造渣化渣剂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
2、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B/% 粒度/AL2O3 SiO2 Fe2O3 CaO MgO TiO2 P S mm46.25 27 10.74 6.80 1.90 1.60 0.024 0.057 530铁矾土主要是以 AL2O3SiO2 形式结合的矿物存在，在 950左右受热分解成 -AL2O3和 SiO2 以及其他物质。其中 -AL2O3 是 1 种表面疏松，多细孔结构的比表面大的活性氧化铝。SiO2 具有一定的化渣作用。铁矾土中另一个主要成分是 Fe2O3,具有很强的化渣造渣能力，并且增加了炉渣的氧化特性。1.2 铁矾土对炉渣的
3、熔点和粘度的影响 铁矾土的主要成分 （AL2O3，SiO2,Fe2O3）之和约 84%，向炉渣中加入一定数量铁矾土后，炉渣组成(CaO)-(Al2O3)-(SiO2)和（CaO）- （SiO2)-(Fe2O3) 2 个主要的三元渣系。根据文献2介绍，在 1500时，前一个三元渣系中 （ CaO）约 55%，（SiO2)约38%（上述成分含量和转炉前期末的基本一致），当 (Al2O3)在 5%12%范围，炉渣粘度最低，约 0.3Pas 根据文献3介绍, 此处三元渣系的熔点在 13101400范围。后一个三元渣系，在保证与前者渣系的碱度不变，（TFe ）在 15%20%左右（与现场炉渣含量基本一致
4、）的炉渣熔点在 13001400范围。该处三元渣系的粘度在 0.20.25Pas 程度。1.3 比较铁矾土与萤石对炉渣粘度和熔点的影响 从文献3的炉渣二元相图可知，萤石中的 CaF2 对炉渣中的（CaO）熔点降低，最低达1360；而铁矾土中的(Al2O3)对炉渣中的（CaO）熔点降低，最低达 1395，不如萤石中 CaF2 降低温度幅度大。但是，铁矾土中的 Fe2O3 对炉渣中的（CaO）熔点降低幅度就大多了，最低可降至 11551205的程度。从图 1 所示可知，萤石中的 CaF2 对炉渣中 2（CaO）（SiO2)化合物熔点降低要比(Al2O3)降的多。但是从图也可知，Fe2O3也具有降低
5、 2（CaO ）（SiO2)熔点作用。尤其 F3+离子是炉渣中所有阴阳离子半径最小，其渗透力非常强。不仅对炉渣中（CaO）的渗透融化起作用，对像 2（CaO ） （SiO2)的高熔点复合化合物渗透破坏外壳，乃至融化起着更重要作用。对于多元渣系而言，如分别加入 5%（质量分数）的萤石后者铁矾土后形成（CaO）-（CaF2 ）-（ SiO2)和（CaO）-(Al2O3)- （SiO2）2 组三元渣系从文献3 可知，二者粘度分别为 0.230.29Pas,0.250.30Pas,差别不大。1.4 铁矾土造渣剂对脱S,脱 P的影响 如前面所述，铁矾土具有促进炉渣中（CaO），2（CaO），（SiO2)
6、等快速熔化的助熔剂作用，造成具有一定流动性和碱度以及氧化性的炉渣，对脱S,脱P 有积极作用。加入铁矾土造渣剂后，炉渣中除了能够形成上述 2 个三元渣系之外，还可以形成（CaO）- (Al2O3)- （Fe2O3 ）三元渣系。上述的（CaO ）-(Al2O3)- （SiO2 ）三元渣系具有很强的脱硫能力。根据文献6 报导（ CaO）- (Al2O3)- （Fe2O3）三元渣系脱P 能力也很强，具有与萤石造渣剂的脱P的相同能力。1.5 铁矾土和萤石中的主要成分挥发特性比较 根据文献7报导，转炉内氧气流股冲出区的火焰温度高达 20002600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
7、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）+2AlF3 (4)5(CaF2)+V2O5=5（CaO）+2VF5 (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
8、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 （Si ）/% 铁矾土加入量/kg0.3 10000.30.4 8000.50.6 500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
9、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 1/22/3,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 B/% 名称 量/kg Al2O3 F （CaO） （SiO2) (MgO) Fe2O3 FeO萤石 400
10、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 （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 0.6（TFe）下降 1.66%程度，但是 (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
11、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 B/% 每吨铁造渣剂加入量/kg 终点钢液中（B ）/%Si S P 活性石灰 轻烧白云石 萤石 铁矾土 C S P0.40 0.024 0.05 44.25 22.66 780 0.050.11 0.0170 0.0
12、100.42 0.023 0.05 57.02 20.74 400 0.050.11 0.0167 0.0092.4 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 （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 CaF
13、2 对炉衬的严重浸蚀作用。根据文献3报导，用含(Al2O3)的炉渣对镁质耐火材料湿润角很小，约在 30 左右。根据文献2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
