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钢渣对承钢烧结过程的影响
毕业设计说明书（论文）中文摘要
转炉钢渣包括炼钢过程中造渣、喷溅物、清理钢包、铁包以及中间包的粘渣、钢包铸铁等物质，承钢钢渣的CaO和MgO含量都比较高，同时SiO2含量和P含量也比较高，钢渣的矿物组成主要由铁酸钙、铁方镁石和硅酸二钙组成、含有少量的、金属铁。
钢渣的表面比较粗糙，反应性比较高，表面张力和接触角在烧结熔剂中最小，亲水性比较好。
选取不同的钢渣配比进行烧结机工业性试验，系统地研究烧结混合料中钢渣配比对承钢烧结混合料制粒过程、烧结矿冶金性能的影响规律，从中可以看出：
烧结以钢渣代替石灰石后，烧结混合料的粒度组成得到比较明显的改善。
烧结混合料中钢渣配比的增加后，有利于烧结过程中低熔点液相的形成，增加烧结矿中铁酸钙的含量，从而提高烧结成品率和改善烧结矿机械强度，烧结矿的粒度组成得到改善，烧结矿的低温还原粉化性能和还原性能都得到改善。
当烧结混合料中钢渣配比处在比较低的条件下增加钢渣配比，垂直烧结速度和烧结机利用系数都有所提高，但过高的钢渣配比却会对垂直烧结速度和烧结机利用系数的提高带来不利的影响，同时烧结矿中P含量也随之提高，从而增加铁水中的P含量，给炼钢脱P带来十分不利的影响。
根据承钢炼钢工艺过程对铁水中P含量的要求和承钢高炉目前的炉料结构特征，从提高烧结机利用系数的角度出发，烧结混合料中钢渣配比不宜超过5%。
关键词：
钢渣；承钢钒钛；液相
目录
引 言1
第1章文献综述2
1.1钢渣综合利用的意义2
1.2钢渣综合利用的形式2
1.3承钢烧结利用钢渣的现状2
1.3.1承钢钢渣概述2
1.3.2承钢钢渣利用现状3
1.4配加钢渣对烧结工艺的影响3
1.5承钢烧结矿的特征4
1.5.1承钢烧结工艺概述4
1.5.2SiO2含量4
1.5.3TiO2含量4
1.5.4烧结矿冶金性能5
1.6小结5
第2章钢渣对承钢烧结过程的影响6
2.1研究方法6
2.2钢渣配比对承钢烧结混合料粒度组成的影响6
2.2.1承钢烧结混匀制粒系统的现状6
2.2.2钢渣配比对承钢烧结混五皮带烧结混合料粒度组成的影响7
2.2.3钢渣配比对承钢烧结混九皮带烧结混合料粒度组成的影响9
2.2.4钢渣配比对承钢烧结泥辊布料器烧结混合料粒度组成的影响11
2.2.5小结13
2.3钢渣配比对承钢烧结矿冶金性能的影响13
2.3.1钢渣配比对承钢烧结矿转鼓指数的影响13
2.3.2钢渣配比对承钢烧结矿粒度组成的影响15
2.3.3钢渣配比对承钢烧结矿低温还原粉化性能（RDI+3.15指标）的影响19
2.3.4钢渣配比对承钢烧结矿还原性能的影响21
2.3.5小结22
2.6承钢烧结钢渣配比的优化选择23
结论24
参考文献24
前 言
2008年，我国粗钢的产量约为7亿吨，产生钢渣为8000万吨左右，钢渣利用率大约为10%左右。
按照承钢公司每年钢水产量800万吨，吨钢产渣100kg进行计算，承钢公司每年钢渣的产量达到80万t左右。
因此提高钢渣的综合利用率，实现“零排放”是钢铁行业十分紧迫的任务。
国内许多钢铁公司对钢渣的综合利用进行了大量研究，烧结配用钢渣在许多钢铁公司已经实行的工业化大生产，实际生产的效果比较良好，但是每个钢铁公司配加钢渣的情况又略有不同。
济钢、涟钢等钢铁公司配加钢渣比例大多处在3%至5%左右，一般情况不会超过7%。
承钢烧结矿第一个特点是TiO2含量比较高，多数条件下TiO2含量处在1.9%左右。
TiO2的熔化温度比较高，在正常的烧结温度下基本上不能产生液相，通过固相反应合成的钙钛矿强度很差，硬而脆，给烧结钢渣配加造成了更多的不确定因素。
承钢烧结矿第二个特点是烧结矿中SiO2含量低，多数条件下SiO2含量处在4.5%左右，给烧结混合料制粒和烧结过程造成更多的影响。
承钢所产钢渣的特点是CaO和MgO含量都比较高，同时含有比较高的TiO2含量。
本文结合承钢的具体情况，通过实验室试验检测承钢钢渣的物理和化学性质，分析钢渣配加对承钢烧结过程和烧结矿冶金性能的影响。
选取不同的钢渣配比进行烧结机工业试验，系统地研究烧结混合料中钢渣配比对烧结混合料制粒过程、烧结工艺过程和烧结矿冶金性能的影响规律，确定承钢烧结工艺过程适宜的钢渣配比。
第1章文献综述
1.1钢渣综合利用的意义
进入“十二五”时期，国家对经济和环境等都有新的规划，钢铁联合企业可持续发展及绿色制造是钢铁工业发展的必然趋势。
可持续发展及绿色制造实际上就是把生产过程中产生的副产品和废弃物循环利用或在生产过程中消化掉，争取在工业制造流程中实现“零”排放和清洁生产。
废水、废气、废渣作为钢铁企业的三废近几年以来一直受到广泛的重视，国内外钢铁企业针对钢铁工业的三废综合利用有很多流程。
通过对钢渣的综合利用可使钢铁工业生产联系更加紧密，促进钢铁企业与其它产业的渗透和联系。
另外，钢渣的综合利用还可以丰富钢铁企业的产品种类使企业市场竟争力增强，钢渣的综合利用在经济效益、环境保护、可持续发展中都将体现出非常重要的意义。
1.2钢渣综合利用的形式
随着钢铁生产技术的不断发展，造成了大量的钢渣被弃置而堆积，这不仅占用了大量的土地，而且严重污染环境。
为了钢铁工业的可持续发展，世界各国有关的研究机构早在20世纪初就开始了钢渣综合利用价值的研究[1]。
虽然我国现代钢铁工业的起步比较慢，但在钢渣综合利用领域却不断创新，早在20世纪60年代便开始了该领域的研究，以原冶金部冶金建筑总院为首的科研院所为钢渣综合利用的研究和技术推广做出了巨大的贡献[2]，取得了巨大的社会效益和经济效益。
目前，国内的钢渣综合利用主要有以下几种形式[3-18]：
（1）回收钢渣中的废钢铁
（2）钢渣用于水泥生产
（3）钢渣用于生产钢渣砖或砌块
（4）钢渣用于筑路材料、工程回填和地基处理
（5）钢渣用于酸性土壤改良剂
（6）钢渣制备微晶玻璃等陶瓷产品
（7）钢渣用于烧结矿的熔剂
1.3承钢烧结利用钢渣的现状
1.3.1承钢钢渣概述
承钢由于具有独特的资源优势，烧结用铁矿粉以钒钛磁铁矿为主，承钢的钢铁生产工艺流程与常规钢厂普通冶炼工艺流程有所不同，从含铁原料到烧结矿，再到铁水都含有一定数量的钒钛氧化物。
在炼钢过程中实行先提钒、后炼钢的工艺，即将含钒铁水先兑入提钒用转炉，加入适量的造渣剂，在一定的吹炼工艺条件下促使钢水中的V元素氧化到炉渣中，然后进行倒渣出钢，倒出来的炉渣为钒渣，这种钒渣供给钒制品厂作提钒工序的原料。
对剩下的半钢继续加入适量的造渣剂进行炼钢，再次倒渣为炼钢终渣，也就是所谓的钢渣。
半钢炼钢存在着酸性成渣物质比较少，热量不足等诸多不利因素，渣系组成也不太合理，钢渣的性质和其他钢铁企业的钢渣有所不同。
1.3.2承钢钢渣利用现状
承钢年产钢为800万吨左右，年产钢渣为100万吨左右。
承钢烧结在多数条件下都不配加钢渣，只是偶尔在混匀矿中配加钢渣，而且钢渣的配比变化非常大。
烧结利用钢渣的比例比较低，大多数钢渣用于筑路材料、工程回填和地基处理，部分钢渣外排堆放，总体经济效益比较差。
考虑到资源的综合利用和降低铁水成本的因素，承钢通过生产实践找出钢渣在承钢钒钛矿中配加的合理配比，使承钢资源综合利用最大化，效益最大化是非常必要的。
在国家提出节能减排的大环境下，对资源的二次利用显得尤为突出，解决钢渣外排堆放占用土地污染周围环境以及资源浪费的问题，做到经济和环保效益的双赢。
因此提高钢渣综合利用率，实现“零排放”是钢铁行业十分紧迫的任务，也是承钢实现节能减排的重要措施。
1.4配加钢渣对烧结工艺的影响
烧结混合料中配入一定比例的钢渣，对烧结工艺的影响主要体现在以下几个方面：
1）有利于烧结生产过程中液体粘结相的生成，改善烧结矿机械强度，提高烧结成品率[19]。
2）降低烧结固体燃料消耗。
3）降低烧结生产成本。
4）烧结矿中P含量和铁水中P含量都会升高，给炼钢工艺过程会带来不利的影响。
当烧结钢渣配比不太高时P的循环富集不会影响炼钢工艺的操作制度，即炼钢渣量能够保持不变，对炼钢的的冶炼操作和原料消耗无明显的影响。
随着钢渣循环使用次数的增加，钢渣中的P含量将会上升，但富集到一定程度后P含量不会再上升[20]。
1.5承钢烧结矿的特征
钒钛磁铁矿为世界提供了98%的钒资源，而钒又是重要的战略资源，在国家战略发展中具有重要的意义。
钒主要被用于钢铁行业，在航空、航天、化工领域也被广泛运用。
钢材中添加了钒，可以提高钢材的韧性、延展性、耐磨和耐腐蚀性能，最主要的特点是能够提高钢材的机械强度。
承德地区已探明的钒钛磁铁矿资源总共有3.6亿吨，折合成五氧化二钒有48万吨，承德地区的钒钛磁铁矿资源储量占到了全国的40%左右。
1.5.1承钢烧结工艺概述
承钢公司炼铁厂拥有高炉7座，总容积达到10190m3；生产供高炉用烧结矿的烧结机6台，总有效烧结面积为1530m2。
承钢烧结机的负压处在15kpa左右，国内的其它厂家的负压大多处在12kpa左右。
由于承钢烧结机负压比较高，漏风率也比较高，造成了烧结机的利用系数比较低。
现以承钢2号烧结机为例来介绍承钢烧结工艺，承钢2号烧结机的有效烧结面积为360m2，采用鼓风环冷，成品筛分系统实行炉料分级入炉，配料系统采用电子称量系统，稳定原燃料配比。
承钢2号烧结机的的混料系统采用一混、二混两段式混合的同时，增加一台二次混合机，两台二混采取并列式布局，混合料从一混出来后采用分料装置调整每台二混的入料量。
并列式二混提高了制粒效果。
但由于烧结钒钛磁铁矿精粉，料层透气性与其他企业还存在比较在的差距。
1.5.2SiO2含量
承钢烧结矿的第一个特点是烧结矿的SiO2含量比较低，这对烧结矿质量具有不利的影响。
本钢、上钢、包钢等对高碱度烧结矿的研究结果说明，为保证烧结矿具有较好的转鼓指数，烧结矿中的SiO2含量必须大于5%。
由于承钢钒钛磁铁精粉的SiO2含量比较低，不得不采用普通铁精粉替代部分钒钛磁铁精粉，提高烧结矿的SiO2含量。
1.5.3TiO2含量
承钢钒钛烧结矿的最大特点就是含有比较高TiO2，TiO2对烧结生产过程的不利影响不可忽视。
TiO2的熔化温度比较高，在烧结温度条件下基本上不能产生液相，在1420℃通过固相反应合成的钙钛矿强度很差，硬而脆，从而导致钒钛烧结矿的粘结相数量比较少。
钒钛烧结矿粘结相中主要矿物是钛赤铁矿，其次是钛磁铁矿和钙钛矿，而铁酸钙和硅酸盐都比较少，这就促使钒钛烧结矿的转鼓指数比普通烧结矿要低。
1.5.4烧结矿冶金性能
承钢钒钛烧结矿的转鼓指数比较低，抗磨指数比较高，烧结矿机械强度比较差，产生的粉末比较多。
产生这种现象的原因主要有两个：
一是承钢钒钛烧结矿中的粘结相数量比较少。
二是承钢钒钛烧结矿中的粘结相的强度比较低，主要粘结相钙钛铁矿是一种硬而脆的物质，高强度的铁酸钙和硅酸盐数量又相当少，自然机械强度也就比较差。
钒钛烧结矿的还原性能比普通烧结矿要好，这是因为钒钛烧结矿中FeO含量比较低，难还原的硅酸铁含量比较低，烧结矿氧化度高。
在还原过程中，由于Fe2O3还原成Fe3O4过程中会发生晶型转变，晶型转变中会引起微裂纹，改善了还原过程中还原气体的扩散条件[21]。
钒钛烧结矿的低温还原粉化率（RDI）比普通烧结矿要高。
钒钛烧结矿的高温冶金性能一般比普通烧结矿好，因为钒钛烧结矿含有大量的高熔点矿物。
1.6小结
钢渣的综合利用具有很大的社会价值，同时也是钢铁工业实现绿色制造、“零”排放的一种途径。
目前，钢铁行业正处于困难时期，谁能降低原料成本和提高产品的附加值，就能在提高自身在危机面前的免疫力。
承钢具有独特的资源优势，钢渣在烧结工序中的利用，也是承钢实现绿色生产流程的一部分，承钢在烧结中配加钢渣还处于起步阶段。
确定钢渣在烧结工序中配加的各项合理参数，稳定生产，提高承钢烧结矿的产质量，是一项意义深远的工作。
第2章钢渣对承钢烧结过程的影响
2.1研究方法
烧结生产是连续性非常强的工业生产过程，生产过程稳定是烧结生产的基础。
因此，对于钢渣对承钢烧结过程影响规律的研究，不能以反复的实验作为研究手段，必须在保证烧结生产正常和设备允许的前提条件下进行，详细制定试验计划与方案，慎重研究，比较长期的观察统计各项参数的变化，全面分析钢渣对承钢烧结过程影响规律。
为了寻求承钢钒钛矿烧结比较适宜的钢渣配比，选取不同的钢渣配比进行烧结机工业试验，系统地研究烧结混合料中钢渣配比对承钢烧结混合料制粒过程、烧结工艺过程和烧结矿冶金性能的影响规律。
利用承钢2号烧结机进行钢渣对承钢烧结过程影响的工业性试验，烧结机工业试验以南山混合料为主要原料，南山混合料的配比和主要化学成分控制值分别见表1和表2所示。
烧结料层厚度控制为700mm，烧结点火温度控制为1150℃，烧结矿二元碱度控制为1.9，烧结混合料中钢渣配比分别控制为0%、1%、2%、3%、4%、5%和6%。
表1南山混合料配比（%）
原料品种
高品钒粉
黑山钒粉
杂料
澳矿粉
混料配比
35
34
11
20
表2南山混合料主要化学成分（%）
品名
TFe
SiO2
V2O5
含量
60.3
3.4
0.50
2.2钢渣配比对承钢烧结混合料粒度组成的影响
2.2.1承钢烧结混匀制粒系统的现状
承钢2号360m2烧结机采用一混和二混两段式混合工艺，但在二混工艺中增加了一台混料机，两台二混混料机采取并列式布制，具体的分布示意图见图1所示，承钢2号360m2烧结机混料系统的设备参数和工艺参数见表3和表4所示。
烧结混合料从一混混料机出来后采用分料装置调整每台二混混料机入料量，这样能够有效地降低二混混料机的填充率，增加了烧结混合料的混料时间，从而改善烧结混合料的混匀和制粒效果。
为考查钢渣配比对承钢烧结混合料粒度组成的影响规律，试验分别选取混五皮带（二次混料机B出口皮带）、混九皮带（二次混料机A出口皮带）和泥辊布料器的烧结混合料进行粒度测定。
表3二号烧结机混料系统的设备参数
设备名称
一次混料机
二次混料机A
二次混料机B
滚筒长度/mm
滚筒直径/mm
安装倾角/°
处理量/t/h
14000
3800
2.8
920
18000
4200
2.3
600
18000
4300
2.3
600
表4二号烧结机混料系统的工艺参数
设备名称
一次混料机
二次混料机A
二次混料机B
制粒时间/min
填充率/%
转速/r/min
水分平均值/%
2.1
15.0
6.0
7.0
3.4
12.8
7.5
7.8
3.4
12.8
7.5
7.8
图1承钢烧结混匀制粒系统示意图
2.2.2钢渣配比对承钢烧结混五皮带烧结混合料粒度组成的影响
钢渣配比对承钢烧结混五皮带烧结混合料粒度组成的影响见表9至表10和图4至图5所示，从表5至表6和图2至图3中可以看出：
当烧结混合料中钢渣配比提高时，混五皮带烧结混合料中大于8mm比例和大于3mm比例都有所增加，烧结混合料的粒度组成得到比较明显的改善，从而有利于改善烧结混合料层的透气性。
钢渣的表面比较粗糙，接触角比较小，亲水性比较好，混匀成球性能比较好，从而可以改善烧结混合料的混匀造球过程。
表5钢渣配比对承钢烧结混五皮带烧结混合料中>8mm比例的影响（%）
钢渣配比/%
1
2
3
4
5
6
平均值
0
1
2
3
4
5
6
13.4
17.8
16.8
12.3
13.2
19.6
20.4
15.2
9.5
3.5
6.2
20.6
19.9
19.4
5.5
13.4
20.7
17.4
12.3
17.4
17.3
10.1
18.0
13.7
13.4
15.5
18.5
21.1
11.7
4.1
3.0
7.6
16.3
19.4
20.2
5.1
11.1
16.5
12.5
22.6
17.8
16.4
10.2
12.3
12.4
11.6
16.8
18.8
19.1
图2钢渣配比对承钢烧结混五皮带烧结混合料中>8mm比例的影响
表6钢渣配比对承钢烧结混五皮带烧结混合料中>3mm比例的影响（%）
钢渣配比/%
1
2
3
4
5
6
平均值
0
1
2
3
4
5
6
52.9
45.7
50.1
56.3
52.0
65.3
73.0
64.8
61.6
50.7
49.1
58.4
77.9
72.3
54.4
62.4
63.2
44.5
47.8
65.1
63.6
73.9
75.8
64.8
77.4
65.5
70.8
52.1
58.4
51.3
57.4
68.5
70.2
55.6
60.5
48.7
52.3
61.6
62.9
74.5
63.6
63.5
58.9
58.2
58.0
59.8
61.4
66.4
64.2
图3钢渣配比对承钢烧结混五皮带烧结混合料中>3mm比例的影响
2.2.3钢渣配比对承钢烧结混九皮带烧结混合料粒度组成的影响
钢渣配比对承钢烧结混九皮带烧结混合料粒度组成的影响见表7至表8和图4至图5所示，从表7至表8和图4至图5中可以看出：
当烧结混合料中钢渣配比提高后，混九皮带烧结混合料中大于8mm比例和大于3mm比例都有所增加，烧结混合料的粒度组成得到比较明显的改善，有利于改善烧结混合料层的透气性。
图4钢渣配比对承钢烧结混九皮带混合料中>8mm比例的影响
表7钢渣配比对承钢烧结混九皮带烧结混合料中>8mm比例的影响（%）
钢渣配比/%
1
2
3
4
5
6
平均值
0
1
2
3
4
5
6
11.2
8.9
13.5
7.8
13.2
12.7
9.7
6.5
11.5
6.5
10.4
13.6
12.4
11.4
11.6
7.2
6.8
11.2
7.9
8.1
9.6
12.9
10.5
10.2
11.2
7.8
14.9
11.3
9.2
12.3
10.9
9.7
9.6
6.7
12.3
8.1
9.1
9.3
9.6
14.5
12.6
10.9
9.9
9.9
9.5
10.0
11.1
11.2
10.9
表8钢渣配比对承钢烧结混九皮带烧结混合料中>3mm比例的影响（%）
钢渣配比/%
1
2
3
4
5
6
平均值
0
1
2
3
4
5
6
54.6
60.1
49.0
57.4
64.2
63.2
64.7
53.1
50.4
61.0
64.3
68.6
71.1
67.1
52.4
59.9
52.8
61.3
63.0
60.9
65.6
63.0
65.4
56.9
61.4
66.4
71.6
68.0
59.6
54.6
62.2
65.4
58.6
68.2
66.7
60.3
55.2
69.4
55.7
59.6
67.2
66.7
57.2
57.6
58.6
61.0
63.4
67.0
66.5
图5钢渣配比对承钢烧结混九皮带烧结混合料中>3mm比例的影响
2.2.4钢渣配比对承钢烧结泥辊布料器烧结混合料粒度组成的影响
钢渣配比对承钢烧结泥辊布料器烧结混合料粒度组成的影响见表9至表10和图6至图7所示，从表9至表10和图6至图7中可以看出：
当烧结混合料中钢渣配比提高后，泥辊布料器烧结混合料中>8mm比例和大于3mm比例都有所增加，烧结混合料的粒度组成得到比较明显的改善，有利于改善烧结混合料层的透气性。
表9钢渣配比对承钢烧结泥辊布料器烧结混合料中>8mm比例的影响（%）
钢渣配比/%
1
2
3
4
5
6
平均值
0
1
2
3
4
5
6
8.5
11.4
13.9
7.4
11.5
23.4
10.6
6.1
9.3
5.5
21.1
8.5
16.3
20.8
7.8
8.1
4.6
17.2
11.6
17.5
18.4
5.1
10.2
13.5
8.7
11.3
11.5
16.4
10.2
6.5
7.8
8.9
13.2
12.6
16.1
4.7
7.5
10.5
9.8
12.7
12.2
10.8
7.1
8.8
9.3
12.2
11.5
15.6
15.5
图6钢渣配比对承钢烧结泥辊布料器烧结混合料中>8mm比例的影响
表10钢渣配比对承钢烧结泥辊布料器烧结混合料中>3mm比例的影响（%）
钢渣配比/%
1
2
3
4
5
6
平均
0
1
2
3
4
5
6
59.0
60.4
62.3
58.5
67.9
67.4
68.2
61.9
62.0
65.5
69.4
78.5
70.2
73.4
60.0
66.1
63.8
64.1
69.7
69.0
69.9
65.9
66.8
61.2
67.2
70.5
69.5
72.5
65.1
67.1
62.6
62.5
60.2
68.1
66.1
62.1
58.5
64.6
61.7
59.6
66.0
62.1
62.3
63.5
63.3
63.9
67.7
68.4
68.7
图7钢渣配比对承钢烧结泥辊布料器烧结混合料中>3比例的影响
2.2.5小结
钢渣的表面比较粗糙，接触角比较小，亲水性比较好，混匀成球性能比较好。
当烧结混合料中钢渣配比提高时，承钢烧结混五皮带、混九皮带、泥辊布料器烧结混合料中大于8mm比例和大于3mm比例都有所增加，烧结混合料的粒度组成得到比较明显的改善，从而有利于改善烧结混合料层的透气性，为提高垂直烧结速度和烧结矿产量创造了良好的条件。
2.3钢渣配比对承钢烧结矿冶金性能的影响
2.3.1钢渣配比对承钢烧结矿转鼓指数的影响
钢渣配比对承钢烧结矿转鼓指数的影响见表11和图8所示，从表11和图8
表11钢渣配比对烧结矿转鼓指数（%）的影响
序号
钢渣配比/%
0
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
平均
76.2
76.4
75.9
75.4
76.4
74.8
75.2
74.3
75.6
75.4
76.1
73.9
74.1
76.2
76.4
75.9
76.9
76.4
75.8
76.2
76.6
75.2
7
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