李士靖，李明軍，王建峰

（山東鋼鐵萊蕪分公司煉鋼廠，山東濟南 271126）

1 前 言

煉鋼工序出鋼過程需要消耗增碳劑以調(diào)整鋼液的成分，保證產(chǎn)品質(zhì)量性能。目前生產(chǎn)需要消耗增碳劑1～2 kg/t，由于生產(chǎn)廠家原料價格和電費成本的提高，增碳劑采購價格居高不下，增加劑價格5.4元/t，攤薄了產(chǎn)品效益。經(jīng)過查閱資料，有少量企業(yè)的煉鋼工序利用焦粉替代增碳劑，以降低產(chǎn)品成本。

山東鋼鐵萊蕪分公司（簡稱萊鋼）焦化廠每年生產(chǎn)焦炭320 余萬t，因工藝產(chǎn)生的除塵焦粉3.6 萬t，顆粒度小于3 mm。除塵焦粉主要用于燒結(jié)、回配煤煉焦和高爐煉鐵。有關(guān)研究表明，回配煤煉焦合適配比1%左右［1］，煉焦不能完全消納自己產(chǎn)生的除塵焦粉。而用于高爐煉鐵，由于顆粒細小粉面率高，損失較大，因此目前除塵焦粉主要利用方式是混合焦炭或無煙煤用于燒結(jié)工藝。為了持續(xù)降低生產(chǎn)成本，從焦化廠調(diào)撥除塵焦粉，試驗除塵焦粉替代增碳劑生產(chǎn)的可行性。

2 工業(yè)生產(chǎn)試驗

2.1 工業(yè)試驗生產(chǎn)線概況

萊鋼煉鋼廠有2 套機械攪拌鐵水脫硫裝置，2座120 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐，2座120 tLF，2臺10機10流小方坯連鑄機及其配套的輔助設(shè)施。主要產(chǎn)品HRB400、HRB500 系列鋼種軋制螺紋鋼，規(guī)格在Φ 50 mm 以下。主要工藝流程：KR 脫硫→頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→LF（吹氬）→連鑄。

2.2 試驗方案

2.2.1 試驗原料

試驗用的除塵焦粉來自焦化廠干熄焦工藝產(chǎn)生-儲存在焦粉倉內(nèi)的原料，內(nèi)部調(diào)撥用于試驗，由負壓罐車運輸至儲存卸料倉加工處理，包裝成標(biāo)準(zhǔn)小袋后利用。除塵焦粉和碳粉的物化指標(biāo)見表1。由表1 可知，除塵焦粉的固定碳含量86.26%，含碳量較高；有害元素硫的含量為1.16%，比煅煤增碳劑高0.83%；揮發(fā)分1.5%，煅煤增碳劑相當(dāng)；灰分12.17%，比煅煤增碳劑高3.67%；水分1.15%，比煅煤增碳劑高0.76%，而且除塵焦粉的顆粒度明顯比增碳劑更細小。

表1 物料的物化性質(zhì)及含水率

2.2.2 試驗方法

煉鋼使用增碳劑的固定碳要求高，灰分、揮發(fā)分和硫、磷、氮等雜質(zhì)含量要求低，且干燥、干凈，粒度要求1～5 mm［2］，粒度適中，粒度太細小容易燒損，粒度太粗加入鋼包后浮在鋼液表面，不容易被鋼水吸收［3］。由于除塵焦粉的碳含量比煅煤增碳劑低，而硫、灰分等雜質(zhì)含量較高。為防止試驗除塵焦粉替代增碳劑對生產(chǎn)管控和產(chǎn)品質(zhì)量造成較大波動，要求只在生產(chǎn)螺紋鋼筋產(chǎn)品系列時，轉(zhuǎn)爐放鋼過程中試驗利用除塵焦粉增碳，出鋼至1/4 時先加入脫氧劑，依次加入除塵焦粉和增碳劑，且每爐次利用除塵焦粉100 kg。碳元素的回收率按90%計算，目標(biāo)碳0.05%，每爐次仍需額外增碳使用原來煅煤增碳劑，記錄試驗數(shù)據(jù)，驗證除塵焦粉增碳效果，檢查試驗產(chǎn)品質(zhì)量。

3 試驗結(jié)果與分析

（1）跟蹤7 d 寫實試驗481 爐次，生產(chǎn)期間過程管控平穩(wěn)。根據(jù)成品碳回歸分析，測算了除塵焦粉試驗增碳實際碳元素的回收率，如表2 所示，碳元素的平均回收率87.30%，回收率的中位數(shù)86.53%。表2數(shù)據(jù)顯示：分位數(shù)達90%的碳元素回收率高于82.60%，分位數(shù)達75%以上的碳元素回收率高于84.90%，說明回收率相對穩(wěn)定，回收率相對穩(wěn)定，對操作人員使用影響不大，而且經(jīng)過LF工藝處理，也降低了試驗對生產(chǎn)波動的影響。

表2 試驗焦粉碳元素的回收率 %

（2）除塵焦粉增碳25%的分位數(shù)偏低84.9%的原因分析：①除塵焦粉顆粒度0.1～0.5 mm，操作人員投入鋼包，一些包裝袋未接觸鋼液提前熔化，部分粉末被熱氣吹走，降低了除塵焦粉利用率，影響增碳效果。②焦粉顆粒細，有些編織袋封口不嚴(yán)，容易撒漏粉末，影響除塵焦粉的利用率。③放鋼終點碳偏低，鋼水氧化性強，脫氧劑加入不足的爐次，容易造成除塵焦粉燒損，增碳不穩(wěn)定，造成碳元素回收率低。所以，解決因除塵焦粉顆粒細小帶來的問題，是提高碳元素回收率的關(guān)鍵，應(yīng)選用外層尼龍編織，內(nèi)層塑料薄膜的雙層包裝袋較為合適，并且封口結(jié)實嚴(yán)密。

（3）除塵焦粉增碳對鋼液溫度的影響與煅煤增碳劑接近，并且鋼液產(chǎn)品經(jīng)過LF處理后，溫度差異對生產(chǎn)沒有影響。

（4）焦粉增碳與煅煤增碳劑相比，加入100 kg除塵焦粉能增加硫0.000 6%，對于普通螺紋鋼種而言可以忽略不計。

（5）每天隨機抽檢5爐次使用除塵焦粉增碳的鋼坯，切割銑平后，用35%的工業(yè)鹽酸水溶液電解腐蝕25 min，試樣取出后用清水清洗腐蝕面并干燥。依照GB/T 226—2015《鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢驗法》，進行低陪檢驗和缺陷檢驗情況。鑄坯坯樣檢測結(jié)果表明，中心偏析、中心疏松、中間裂紋、中心裂紋、角部裂紋、表面裂紋、邊部裂紋、皮下氣泡、夾雜、縮孔都沒有，試驗階段利用除塵焦粉替代增碳劑生產(chǎn)鋼筋對鑄坯質(zhì)量沒有顯著影響。

（6）為了檢查鋼材內(nèi)細小的夾雜和缺陷，抽檢了性能偏低的鋼材進行金相檢驗，依照GB/T 10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定方法》，經(jīng)將金屬試樣進行切割、鑲嵌、磨光、拋光、腐蝕處理后［4］，采用掃描電鏡SEM 進行顯微攝像觀察，選取最嚴(yán)重視場進行評級，見圖1a所示，夾雜物呈現(xiàn)灰黑色，且有明顯的界線，有延展變形，形態(tài)比大于3，最寬處大于9 μm，屬于細系2.0級C類夾雜物形貌；圖1b夾雜物呈黑色顆粒，延軋線聚集排列，形態(tài)比小于3，屬于細系0.5 級C 類夾雜物形貌；硅酸鹽類夾雜屬于內(nèi)生夾雜，主要是由于生產(chǎn)螺紋鋼筋時，采取拉速高生產(chǎn)周期短，精煉時間少、澆鑄時間短，不利用硅酸鹽類夾雜上浮去除。用X 射線能譜儀進行分析夾雜物元素，ImageJ軟件統(tǒng)計分析元素含量，試樣表面有氧化物、硫化物及硅鋁酸鹽類復(fù)合夾雜物，K線譜檢驗夾雜物組成元素見表3所示，利用除塵焦粉代替增碳劑生產(chǎn)螺紋鋼筋，硫化物并沒有明顯增加，硫化物是與鋼水中硫含量成正相關(guān)性，也證明了除塵焦粉并沒有顯著增加鋼水硫含量，與非試驗鋼種相比無明顯差異，觀察試樣其余視場無異常組織，屬于正常的鐵素體+珠光體，無晶粒粗大現(xiàn)象，符合熱軋帶肋鋼筋的國家標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 金相檢驗照片

表3 夾雜物組成元素 %

（7）試驗除塵焦粉增碳的爐次產(chǎn)品，經(jīng)過連鑄—熱軋后，進行力學(xué)性能檢驗，整理241 爐次鋼材力學(xué)性能檢驗數(shù)據(jù)見表4。按照GB/T 1499.2—2018，HRB400 屈服強度標(biāo)準(zhǔn)＞400 MPa，HRB500屈服強度標(biāo)準(zhǔn)＞500 MPa，HRB400抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)＞540 MPa，HRB500抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)＞630 MPa，鋼筋產(chǎn)品力學(xué)性能都符合要求。

表4 HRB400E鋼材力學(xué)性能檢驗

（8）效益測算。萊鋼內(nèi)部調(diào)撥除塵焦粉價格650 元/t，與煅煤增碳劑的價格相比，低2 200 多元，如果每月用除塵焦粉替代增碳劑300 t，每月可以降低工序成本66萬元，噸鋼降低成本2元。

4 結(jié) 語

利用除塵焦粉增碳替代增碳劑試驗7 d，生產(chǎn)管控過程平穩(wěn)，未有較大波動。提高除塵焦粉碳元素的回收率，應(yīng)選用外層尼龍編織，內(nèi)層塑料薄膜的雙層包裝袋并且封口嚴(yán)實。在目前生產(chǎn)線工藝不變的情況下，利用除塵焦粉增碳替代增碳劑生產(chǎn)棒材螺紋鋼系列產(chǎn)品，對產(chǎn)品質(zhì)量沒有顯著的影響。從降本增效角度考慮，廉價的除塵焦粉作為部分增碳劑替代品具有較好的經(jīng)濟性。