鋁渣及鋁灰在鋼鐵工業(yè)中的使用方法

①熔鐵脫硫

大型高爐的生產(chǎn)必須進(jìn)行熔鐵的脫硫。代表性的技術(shù)就是碳化物脫硫。碳化物的使用非常麻煩，價(jià)格昂貴，所以，作為替代物質(zhì)，開發(fā)出了石灰（CaO/氧化鈣）噴射脫硫。

在石灰微型粉末的噴射過程中，盡管成本低廉，但是，與碳化物相比，脫硫率不高，處理時(shí)間增加了 1倍。

其主要原因是：脫硫通過 CaO+S←→CaS+O 進(jìn)行，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，但是此時(shí)多出

1 個(gè)游離的 O，所以如果能去除游離的 O，則反應(yīng)可以大大縮短時(shí)間繼續(xù)進(jìn)行。為此有人曾經(jīng)主張使用價(jià)格昂貴而且危險(xiǎn)的金屬鋁粉，但是，在豐田哲夫先生的建議使用了鋁渣。由此誕生了氧化鈣+鋁(殘?jiān)?脫硫的工藝技術(shù)。在該技術(shù)中，鋁渣作為冶金冶煉的功能劑，在使用領(lǐng)域具有重要意義，作為鋁渣的噴射，對(duì)電爐煉鋼產(chǎn)生了巨大的影響。

圖 1：氧化鈣+鋁(殘?jiān)?脫硫示意圖

在儲(chǔ)物漏斗中，將各材料從下部混合并吹入混鐵車內(nèi)的熔鐵中進(jìn)行脫硫。通常，使用了碳化鈣（CaC2）與碳酸鈣（CaCO2）的混合物（8:2）。即使在現(xiàn)在，在含有極低硫的鋼的熔化、制造中，也在使用該混合物。最近，替代鋁渣 30，使用更為廉價(jià)的鋁渣 15（鋁含量大概15%）。技術(shù)效果如表1所示。

表1：脫硫效果 脫硫劑特性

轉(zhuǎn)爐冶煉中的熔鐵階段，實(shí)施脫硅（Si）、脫磷（P）、脫硫(S)處理。硅、磷因氧化被除去，同時(shí)，碳（C）也被氧化，生成一氧化碳等氣體。由于該氣體的存在，熔渣起泡，從容器中溢出，妨礙作業(yè)。在轉(zhuǎn)爐工藝中，氧氣吹煉引起脫碳，同時(shí)也生成一氧化碳?xì)怏w引起熔渣起泡，狀況劇烈時(shí)，會(huì)發(fā)生熔渣的噴射。這個(gè)好比，在煮面條時(shí)，開水起泡，在將要溢出時(shí)一旦加入少許涼水，該現(xiàn)象就消失了?？傊?，如果加入冷卻劑物質(zhì)即可，但是，不能隨便添加。冷卻劑物質(zhì)不能低于溶液的溫度，不能影響鋼的成分。截止 1960年代，原木被大量用于轉(zhuǎn)爐，但是，考慮到資源問題，將木屑固化后的木棒被取而代之，之后，逐漸使用造紙殘?jiān)墓袒铩X渣的固化物等。在殘?jiān)?，金屬鋁的含量比較大，促進(jìn)還原的氛圍，妨礙磷處理，所以，鋁含量在 5%以下的物質(zhì)比較理想。在某個(gè)煉鐵公司，這些抑制劑每個(gè)月會(huì)用到數(shù)百到數(shù)千噸，日本全國(guó)每月將使用 3000噸左右。

在還原冶煉中，金屬鋁（骰子形、圓塊形等）被大量使用，除此以外，也使用鋁渣，被加入到轉(zhuǎn)爐、鋼包、鋼包精煉爐等。

將鋁渣用于熔鐵脫氧時(shí)，如果采用噴射以外的方法，要求考慮到不易飛散的尺寸和重量。所以，在該領(lǐng)域使用時(shí)需要壓制成形品。

在鋼鐵方面，鋁渣被大量使用，與使用金屬鋁塊相比，其凈含量的價(jià)格在后者的一半以下，這被視為主要原因。也就是說，若每公斤金屬鋁塊的價(jià)格為 100時(shí)，對(duì)于鋁渣，比如含30%大概每公斤是 10，即使換算（×3.3）為 100%的鋁，價(jià)格非常低廉。相反，有報(bào)告指出， 對(duì)于殘?jiān)械牡ǖX），通過熔鐵脫氧，氮向鋼內(nèi)轉(zhuǎn)移，損害鋼的品質(zhì)，不用于低氮鋼， 該領(lǐng)域的使用量發(fā)生了變化，并不穩(wěn)定。在氧化冶煉期間，氮發(fā)生分解，無不良影響。所以， 在鋼鐵中使用殘?jiān)鼤r(shí)，預(yù)備處理工藝、熔化期間、氧化冶煉期間不受影響。

1980 年代，制鐵和冶煉的功能被細(xì)化，鋼包冶煉（LF）得到開發(fā)，在發(fā)達(dá)國(guó)家，該鋼包冶煉被引進(jìn)到電爐企業(yè)。在該鋼包冶煉中，具有將殘?jiān)鳛檠趸X進(jìn)行使用的特征。在90年代，開始使用含氮量較低的殘?jiān)８鶕?jù)該方法，將 100目以下的低級(jí)殘?jiān)龀汕驙罨蛘邎A盤狀，燒制 4-6小時(shí)，將氮含量控制在 0.5%以下，再用于鋼包冶煉工藝中，將該燒制物從上部投入，經(jīng)底部的吹氣口，將氬氣和氧化鈣粉末加入熔鐵中。憑借熔鐵的熱量，兩者融合以后生成鋁酸鈣（CA）。

①氧化冶煉期間使用

二十世紀(jì)八十年代，在日本國(guó)內(nèi)，電爐的作業(yè)技術(shù)取得了巨大進(jìn)步，生產(chǎn)能力顯著提高， 有的企業(yè)在單位時(shí)間內(nèi)的煉鋼產(chǎn)量達(dá)到了 170-180t/h。其特征是大量使用氧氣以后，發(fā)生過氧化實(shí)施碳噴射。在該時(shí)期，鋁渣在氧化冶煉期間內(nèi)通過吹入法（鋁渣噴射）被投入使用。

鋁渣噴射技術(shù)在 1983年確立，其成果由日本鋼鐵協(xié)會(huì)電爐分會(huì)發(fā)表。由于熔鐵中磷的成分上升、熔渣成分發(fā)生變化，導(dǎo)致電爐維護(hù)劑的標(biāo)準(zhǔn)用量上升，但是，優(yōu)點(diǎn)十分明顯，大多數(shù)電爐企業(yè)都引進(jìn)了該技術(shù)。在該時(shí)期，鋁渣的需求供不應(yīng)求。

在還原初期投入石灰以后，與合金鐵同時(shí)，按照標(biāo)準(zhǔn)加入鋁渣約 2kg，接通可輸入的最大電流，時(shí)間為 1-2分鐘，在熔鐵之前，將生成的熔渣放入鋼包，然后，一旦放入熔鐵，熔渣和熔鐵的攪拌效率更高，瞬間實(shí)現(xiàn)了還原期的冶煉，則出鐵冶煉成為可能。

從分析結(jié)果來看，通常，對(duì)于普通的鋼，可以采用該冶煉方法，通過使用鋁渣，在日本普通的冶鐵中，實(shí)際上，還原期的時(shí)間可以說為“0”，鋁渣能極大地促進(jìn)生成能力的提高。為了將該成果向發(fā)展中國(guó)家的電爐煉鋼中普及，1985年以后，中國(guó)的電爐工廠還保留著每天 24小時(shí) 3班倒的習(xí)慣，生產(chǎn)效率極低。在豐田哲夫先生的指導(dǎo)下 1987-1992年，使用鋁渣縮短了還原期，取得的成果是，電力標(biāo)準(zhǔn)降低了 296KWH/t，同時(shí)，大幅度縮短了時(shí)間。

1993 年以后，主要在中國(guó)的電爐煉鋼過程中普及鋁渣技術(shù)。中國(guó)的電爐作業(yè)得到了改善，但是，仍處于日本 20 多年前的水平。在中國(guó)冶金工業(yè)部主辦的兩次“中日電爐實(shí)用技術(shù)交流會(huì)”上，對(duì)鋁渣的效果進(jìn)行了說明，在被指定的 6 家電爐工廠中，進(jìn)行了實(shí)際試驗(yàn)。在還原期的時(shí)間方面，將 20 分鐘縮短為 10 分鐘，將 10 分鐘縮短為5 分鐘。

通過引進(jìn)連續(xù)鑄造，發(fā)熱保溫劑完成了其使命，但是，即使在發(fā)達(dá)國(guó)家，該保溫劑的用量也比較少，對(duì)于連續(xù)鑄造中無法鑄造的鋼種，該保溫劑還發(fā)揮著一些作用。在連續(xù)鑄造比例較低的發(fā)展中國(guó)家，該材料仍是不可或缺的。在發(fā)熱保溫劑中，其成分的 80%左右是鋁渣粉末，在鋁渣粉末中添加氧化鐵和干燥的木屑等，混合后即可制作成功。

對(duì)于通過大量能源和人工所得到的鋼產(chǎn)品的成品率，即使稍微得到提高，對(duì)企業(yè)改善收益也具有重要的作用。與發(fā)展中國(guó)家正在使用的保溫劑（稻殼做成的隔熱型產(chǎn)品）相比，成品率存在著 2-3%的差。所以，在發(fā)展中國(guó)家，估計(jì)發(fā)熱保溫劑的作用最少可以持續(xù) 10年。

鋁渣除了在煉鋼工藝中直接使用以外，最近，作為資源再生尤其是金屬的還原劑，其作用非常大。最新的成果顯示，通常，可以分解處理含有 0.22～43ng-TEQ/g、平均值為 2ng～TEQ/g 的電爐煉鋼粉塵中的二惡英。根據(jù)氟元素制度，作為氟化鈣（螢石）的替代物質(zhì)，人。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。