0 引言

炼钢脱硫渣是指铁水在进入转炉前进行预脱硫处理过程中产生的废渣。目前，由于我国钢渣产量大，在炼钢过程中得到的脱硫渣铁及CaO含量高，渣中硫含量影响了脱硫渣的利用效率，因此，如何高效地实现脱硫渣综合利用成为各钢铁企业迫切需要解决的问题之一^[1-4]。为了解决上述问题，国内外学者进行了相关研究。为了有效促进KR（Kambara Reactor)脱硫渣在钢铁冶炼工艺的资源化利用，研究者针对当前KR脱硫渣综合利用存在的问题，通过总结有关CaS氧化过程的热力学和动力学研究现状，探究了将KR脱硫渣中硫转化成为SO₂的有利条件，得到了实现KR脱硫渣中的硫脱出的控制参数条件，通过动力学分析明确了在气-固反应、气-液反应过程中的扩散控制机理^[5-7]。为解决转炉回收利用脱硫渣铁，提高金属铁收得率，降低炼钢成本，研究者系统研究了3种不同工艺：铁水脱硫转炉不配加脱硫渣（正常冶炼工艺）；铁水脱硫后转炉配加脱硫渣；铁水不脱硫，转炉配加脱硫渣（优化工艺）。结果表明：硫渣平均增硫为0.013 6%，转炉出钢硫质量分数高，LF精炼需要深脱硫处理，通过对比分析，得到了脱硫渣中回收金属铁、提高收得率的控制参数，但冶炼时间延长^[8-11]。

通过上述研究表明，脱硫渣的利用还有待提高和改善^[12-14]，国内某钢厂为了充分利用脱硫渣中的有效资源，降低了炼钢成本，使脱硫渣得到了有效利用。根据企业目前冶炼原料条件和工艺水平，对脱硫渣进行了首次焖渣、二次焖渣及脱硫渣铁有效回收利用实验研究，针对“结红块”“结大砣”“黏罐底”以及脱硫渣铁回收率较低等现象，通过优化工艺方案，提出了有效的解决措施，从而达到提高脱硫渣的综合回收利用效率，实现降低冶炼成本的目的。

1 脱硫焖渣工艺研究 1.1 脱硫焖渣工艺现状

某公司处理脱硫渣时，主要利用脱硫渣中CaO含量高、膨胀率大的特点，采用“带罐打水”处理工艺（即将扒渣后的脱硫渣罐通过天车吊运至冷却位，移动脱硫带罐打水罩车至渣罐上方进行打水作业，过程中产生的蒸气和烟尘通过排气罩进行收集，以减少环境污染），完成脱硫渣降温、渣铁分离。每罐脱硫渣罐可装4~5包脱硫渣，分2次打水，第1次打水2~3 h，流量为5 m³/h，焖渣6 h；第2次打水1.5~2.5 h，流量为4 m³/h，焖渣8 h。焖渣完成后用天车吊运脱硫渣罐至脱硫泼渣池进行倒渣操作，带罐打水焖渣结束，焖渣周期为20 h。按照上述工艺进行实验，出现的异常情况如表 1所列。

1.1.1 打水异常现象分析

某公司脱硫采用KR脱硫工艺，KR脱硫渣主要成分为CaO，含量一般为65%~70%，脱硫渣在打水焖渣过程中，CaO水解粉化成细小粉末与水混合后，得到Ca（OH）₂和CaO的混合物，此混合物比较黏稠、致密，致使水不易向下渗透，即使延长打水焖渣时间和增加打水量，水渗透的深度也有限。由于脱硫渣不能完全被水浸透，因此，会出现脱硫渣焖不透的情况，当热态脱硫渣未被及时冷却，就会出现“结红块”现象；若脱硫渣与水接触不充分而未被粉化，就会出现“结大砣”现象；罐底脱硫渣与水接触不充分而未发生膨胀，就会出现“黏罐底”现象。综上所述，由于脱硫渣未与水充分接触，造成脱硫渣未被焖透，致使上述异常情况发生。

1.1.2 工艺改进方案

鉴于上述打水异常现象的产生，通过多次现场试验，对原有方案进行了改进，具体改进方案如表 2所列，脱硫焖渣工艺优化流程如图 1所示。

1.1.3 改进后脱硫渣罐焖渣效果

1）“结红块”情况。工艺方案改进后，某年1—12月份对“结红块”情况进行统计，统计结果如图 2所示。由图 2可知，工艺优化后，脱硫渣“结红块”比例呈逐步降低的趋势，9—12月“结红块”的比例降至1%以下，效果明显。

2）“结大砣”情况。工艺方案改进后，某年1—12月份对“结大砣”情况进行统计，统计结果如图 3所示。由图 3可以看出，工艺优化后，随着单罐渣量的减少，脱硫渣浸泡现象大幅提高，打水不透的问题大幅改观，结块现象明显减少，工艺控制比较稳定，“结大砣”比例降至1%以下。

3）“黏罐底”情况。工艺方案改进后，某年1—12月份对“黏罐底”情况进行统计，统计结果如图 4所示。由图 4可知，优化工艺后，通过采取降低渣罐中脱硫渣装入量和打水流量等措施，脱硫渣“黏罐底”现象得到明显改善，11月份“黏罐底”比例最低，在带罐打水过程中“黏罐底”的比例依然较高，后续还需继续改进工艺，降低“黏罐底”的比例。

4）脱硫带罐打水焖渣综合合格率。对上述3项指标进行综合考量，按月份进行统计，统计结果如图 5所示。由图 5可知，工艺优化后，脱硫渣带罐打水综合合格率可以达到80%，满足脱硫渣处理的要求。

5）脱硫渣焖渣打水周期以及带罐打水比例。图 6和图 7分别为对脱硫渣带罐打水周期及打水比例的统计。通过减少渣罐装渣量，缩短打水时间和焖渣时间，使脱硫渣带罐打水焖渣周期大大缩短，由20 h降低到14 h以内，大大提高脱硫渣带罐打水效率，使脱硫渣带罐打水比例达到99%以上，为正常生产创造了条件。

通过对脱硫渣焖渣量、打水时间、打水周期等环节的调整，脱硫带罐打水焖渣工作已经取得了初步成效，焖渣效果改善明显，为脱硫泼渣池二次焖渣打下了良好的基础。

1.2 脱硫渣二次焖渣

脱硫渣带罐打水焖渣后，还会出现一些红渣、大块等脱硫渣，因脱硫渣含水量太高，不宜直接上生产线，需要在泼渣池中再次焖渣，将脱硫红渣、大块等脱硫渣焖透，再经过一定时间的晾晒，待含水量达到要求后，才上生产线进行后续工序。

装入焖透的脱硫渣渣罐通过荷载100 t的天车倒入泼渣池中，泼渣池装满后，根据脱硫渣的红块、大块、温度及含水量等情况，再打水焖渣，打水时间为0.5 h，焖渣时间为10 h。脱硫渣经一次焖渣后含水量较高，为18.0%~20.9%。经泼渣池二次焖渣后，脱硫渣含水量小于10%，达到上生产线的要求，能够进行后续工序处理。

1.3 脱硫渣上生产线处理工艺

脱硫渣经带罐打水焖渣、二次焖渣操作，使脱硫渣达到上生产线要求。脱硫渣上线目的是提高脱硫渣中渣铁的回收率，最大限度利用收得的渣铁，以获得较好的经济效益，减少资源浪费。为了提高脱硫渣铁的回收率，采取以下改进措施：

1）控制脱硫渣含水量。脱硫渣带罐打水焖渣后，含水量非常高，不能满足直接上生产线要求，通过二次焖渣、晾晒，可控制脱硫渣含水量，达到脱硫渣上生产线处理的基本条件。

2）设备改造。即使脱硫渣含水量达到上生产线处理的要求，但脱硫渣粉末多，渣黏稠，极易堵塞下料口、振动筛、料仓等设备。在生产试验中，在翻条筛、下料口等易堵部位增加了振给电机。对下料口进行改造，降低下料口支撑，使下料口的角度由30°增加到60°，并对原来的混凝土料仓增加钢制内衬，增加脱硫渣的下料角度。

3）控制脱硫渣上料速度。为了避免脱硫渣堵塞设备，需要控制脱硫渣上料速度。在生产线上料口的底部增加可调节的插板，可根据脱硫渣的粒度和含水量情况，调整插板开度，以实现控制脱硫渣上料速度，大大降低了堵料事故的发生。

通过以上改进措施，实现了脱硫渣100%上生产线处理。

2 脱硫渣铁回收利用研究 2.1 提高脱硫渣铁回收率的措施

为提高脱硫渣铁的回收率，主要采取如下措施：脱硫线翻条筛改造、脱硫线除铁器调整、生产线托辊改造等。提高脱硫渣铁回收率采取的具体措施如图 8所示。

2.1.1 脱硫线翻条筛改造

钢渣车间脱硫生产线棒条筛设备本身无倾翻功能，为满足脱硫渣上线后能将棒条筛上的大块渣从棒条筛上移除的要求，需用铲车将翻条筛一端挑起，从而使翻条筛上的大块渣滚落。因铲车高度有限，棒条筛不能得到充分翻转，大块渣亦不能全部从翻条筛上滚落，棒条筛上仍有部分残留渣存在，这将严重影响脱硫生产线的工作效率；铲车装料完毕，还需辅助完成翻条筛的翻渣作业，这也限制了脱硫生产线效率的提高。另外，由于铲车挑动翻条筛时不能准确定位挑动位置，对翻条筛的使用寿命有较大影响，长期使用翻条筛易发生变形，甚至被损坏。

根据上述情况，对翻条筛增设翻转功能。传动系统由2套5 t卷扬机、2组滑轮组构成，分别由2根直径为21 mm的钢丝绳牵引。2套卷扬机安放在翻条筛顶部的传动平台上，平台由支架支撑，并与平衡配重钢坯刚性连接。传动系统设有上、下限位，由1套电器系统控制。经上述改造后，翻条筛自身能完成翻转作业，无需使用铲车辅助翻转，脱硫线生产作业率提高5%，翻条筛使用寿命明显提升，由12个月提高到18个月以上。

2.1.2 脱硫线除铁器调整

除铁器是影响脱硫线作业效率较为关键的环节，关系着脱硫渣渣铁的筛选效率。原脱硫线1^#除铁器中心位置在皮带中心，除铁器从脱硫渣中吸出的渣铁，有20%左右落入皮带上，随脱硫渣外排，影响渣铁回收效率。更换新的除铁器后，将除铁器的安装位置向渣铁下料口方向平移150 mm，确保除铁器所选渣铁全部被甩入下料槽，并被收集到脱硫渣铁池。除铁器只能磁选皮带上脱硫渣表层30 mm左右的渣铁，底层的渣铁却无法完全回收。为提高渣铁回收率，脱硫渣经1^#皮带转2^#皮带在下料口处自由下落，完成一次脱硫渣翻转，再经振动筛筛分，50~250 mm直径的大块脱硫渣经破碎机一次破碎后汇聚到4^#皮带处，通过对安装在4^#皮带处的2#除铁器高度进行调整（据料面由200 mm降为150 mm），从而提高磁场强度和除铁器回收效率。

2.1.3 生产线托辊改造

皮带上脱硫渣的厚度是影响除铁效果的另一个因素。将除铁器下方的3节U型普碳钢托辊，更换成1节水平不锈钢长托辊。确保将U型托辊皮带150°夹角变成180°平角，增加脱硫渣在除铁器下方的平铺面积，确保脱硫渣松散；使用不锈钢长托辊，消除托辊磁化，降低对除铁器除铁效果的影响。

通过以上措施改进，脱硫尾渣铁含量达到2.61%~3.39%，平均值为3.17%，实现了脱硫尾渣铁含量小于3.5%的目标。

2.2 渣铁分级回收利用

脱硫渣铁中的有害元素主要是硫，某公司脱硫渣铁的回收利用在KR脱硫之前的环节中。由于KR脱硫采用的高效脱硫技术，成本低，脱硫效果好，因此，脱硫渣铁对炼钢工艺环节的影响可以忽略不计。为保证脱硫渣铁回收利用，某公司通过新增振动筛设备，实现脱硫渣铁按照颗粒度分为小于10 mm、10~40 mm、大于40 mm共3个级别。

2.2.1 粒度小于10 mm脱硫渣铁

粒度小于10 mm脱硫渣铁金属含量为42.7%，供烧结料场配料使用。受烧结料场配料作业要求影响，小于10 mm脱硫渣铁中不能出现大于10 mm的颗粒物，但由于脱硫渣铁自身特殊的性质，直径小于10 mm的薄片状渣铁往往可以从振动筛筛网的间隙中漏入筛下物，造成混料。为解决这一问题，将原设计10 mm的振动筛筛网变更为8 mm间距的振动筛筛网，确保了脱硫渣铁作为烧结料使用的质量。某年1—8月份脱硫10 mm以下渣铁外排（烧结）统计结果如图 9所示。

2.2.2 粒度10~40 mm渣铁

粒度为10~40 mm渣铁金属含量为48.9%，由炼钢部回收。目前，10~40 mm渣铁采用人工装袋，返回炼钢部，回收后的渣铁及高炉出铁后所加渣铁的熔化情况如图 10和图 11所示。在300 t铁包兑铁结束后，返回铁厂装铁前的环节，利用天车加入铁包，每包加入量为3 t。通过实际运行检验，脱硫渣铁在铁水中吸收效果良好，不影响铁包包龄。由于KR脱硫效率非常高，对铁水硫含量没有影响。因采用人工装包的方式，回收率较低，对渣铁利用环节影响较大，10~40 mm渣铁炼钢回收统计如图 12所示。

2.2.3 粒度大于40 mm的渣铁

粒度大于40 mm的渣铁金属含量为61.2%，运往渣铁料场备用。图 13为粒度大于40 mm脱硫渣铁统计。大规格渣铁，金属品位较高，极具回收利用价值。

2.2.4 脱硫渣铁综合回收率

对8月份脱硫渣处理情况进行统计，统计结果如表 3所列。

由表 3可以看出，8月份回收渣铁2 465.0 t，外排尾渣中金属铁含量为376.6 t，脱硫渣铁综合回收率为：2 465.0/（2 465.0+376.6）×100%=86.7%。

2.2.5 脱硫渣铁回收利用率

对不同粒度的脱硫渣铁回收情况进行统计，统计结果如图 14所示。由图 14可知，脱硫渣铁炼钢回收比例为14.6%，烧结回收利用比例为19.8%，渣铁综合回收利用率为34.4%。

目前，某公司采用“地坪筛卸料、大倾角上料、平皮带投料”的设计理念，通过皮带直接将脱硫渣铁投入铁包，脱硫渣铁在炼钢系统回收利用的比例达70%以上，达到国内领先水平。

3 结论

1）经过设备改造、工艺优化改进，某公司脱硫渣实现100%上线处理，并消除了脱硫渣头，真正实现全部上线处理。

2）通过开发脱硫焖渣技术，消除了脱硫渣头，改善作业环境，而且脱硫渣实现直接上线处理，节省倒运环节，降低运输成本。

3）开发铁水包加脱硫渣铁工艺，使脱硫渣铁回收利用率达到34%以上，初步实现脱硫渣铁回收利用，减少资源浪费，脱硫渣加工处理后，尾渣金属铁含量达到3.17%，实现尾渣金属铁含量＜3.5%的目标。