石灰石在轉(zhuǎn)爐煉鋼中的應(yīng)用

魏寶森

（本鋼板材股份有限公司 煉鋼廠，遼寧 本溪 117000）

石灰石在轉(zhuǎn)爐煉鋼中的應(yīng)用

魏寶森

（本鋼板材股份有限公司 煉鋼廠，遼寧 本溪 117000）

分析了石灰石加入轉(zhuǎn)爐后熱分解反應(yīng)過程中的能量消耗和特性以及分解過程中的渣化反應(yīng).闡述了石灰石應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐煉鋼的優(yōu)越性:既可以部分替代石灰減少對石灰的消耗，同時還可以平衡轉(zhuǎn)爐富裕熱量，減少其他降溫料的使用量，為煉鋼生產(chǎn)節(jié)約了成本，創(chuàng)造了更大的利潤空間.

轉(zhuǎn)爐煉鋼;石灰石;煉鋼成本

節(jié)能降耗已成為當前鋼鐵企業(yè)普遍關(guān)注的重要課題之一，如何在煉鋼生產(chǎn)中既滿足冶煉工藝需求同時又降低煉鋼成本事關(guān)企業(yè)發(fā)展的經(jīng)濟命脈.2011年，本鋼煉鋼廠開始將石灰石應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)中，以代替部分石灰造渣，平衡轉(zhuǎn)爐富裕熱量，減少其他降溫料消耗.這種節(jié)能減排技術(shù)，取得了一定成功，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益.

1 石灰石應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐煉鋼中的理論依據(jù)

1.1 石灰石部分替代石灰的應(yīng)用

現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐煉鋼中普遍采用石灰作為造渣材料，而石灰則是由石灰石煅燒而來的，在新技術(shù)中，在轉(zhuǎn)爐內(nèi)直接加入石灰石相當于將石灰石的煅燒過程放在了轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)集中進行［1］，其反應(yīng)式如下:

開吹后轉(zhuǎn)爐內(nèi)熔池溫度一般在1 300～14 00℃之間，石灰石在加入轉(zhuǎn)爐后瞬間承受1 300～1 400℃的高溫，由碳酸鈣的分解反應(yīng)式可知，急劇升溫后將促使石灰石表面碳酸鈣的分解激烈進行.原本在爐外需要煅燒3～5 h的石灰石分解反應(yīng)，在轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)由于內(nèi)外表面巨大的溫度差，使石灰石煅燒成為石灰的速度急劇加快［2］.

另外，由于石灰石分解會生成大量的CO2氣體，CO2氣體的逸出會在石灰石煅燒生成的石灰表面形成諸多氣孔，石灰高氣孔率的形成會更有效地促進石灰的快速熔化［2］，有利于高堿度轉(zhuǎn)爐熔渣的快速形成.在現(xiàn)代煉鋼生產(chǎn)中影響轉(zhuǎn)爐前期石灰熔解的主要因素是由于吹煉初期Si、Mn的快速氧化所生產(chǎn)的SiO2與石灰中CaO在其表面形成高熔點（2 130℃）物質(zhì)2CaO·SiO2進而影響石灰的熔解速度.而采用石灰石作為造渣材料由于煅燒反應(yīng)不斷生成的CO2氣體的逸出，可有效地限制SiO2進入石灰內(nèi)部，避免了2CaO·SiO2的生成，從而有利于石灰的熔解.CO2氣體的排出以及石灰的快速熔解是相互促進的.從化學反應(yīng)動力學角度分析，CO2的排出和石灰熔解促進了石灰石煅燒反應(yīng)的進行.因此在保證了轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)溫度的前提下，石灰石的熱分解及熔解速度并不低于石灰在爐內(nèi)的熔解速度［3］.

1.2 石灰石作為降溫料應(yīng)用

當前鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)中，普遍存在著降溫材料成本高昂且原料短缺問題.如何開發(fā)出新的、價格低廉且具良好降溫效果的新材料，成為降低煉鋼成本的又一重要課題.石灰石加入轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)后可發(fā)生受熱分解反應(yīng)，所生成的CO2還可以發(fā)生對C的氧化反應(yīng).其反應(yīng)式如下:

這兩個反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)，都需要消耗大量熱能，故轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)中使用石灰石不僅可部分替代石灰提供轉(zhuǎn)爐所需堿度要求，同時還可平衡轉(zhuǎn)爐富裕的熱量作為降溫料使用.從而減少其他金屬降溫料的消耗，解決降溫材料成本高昂原料短缺問題，為企業(yè)降低煉鋼成本.

2 石灰石在轉(zhuǎn)爐煉鋼中的應(yīng)用

本鋼煉鋼廠所用石灰石均為自產(chǎn)優(yōu)質(zhì)石灰石礦，粒度均勻，一般為15～60 mm，物料干燥且無雜質(zhì).其具體理化成分見表1.

表1 石灰石的化學成分（質(zhì)量分數(shù)）Table 1 The chem ical composition of the limestone（m ass fraction） %

在煉鋼生產(chǎn)中，轉(zhuǎn)爐開吹后，采用高槍位加速渣中氧化鐵的生成確保爐內(nèi)著火充分，觀察爐口火焰判斷爐內(nèi)著火情況，確認充分著火后加入提前稱重準備好的石灰石3 t，同時加入輕燒白云石和部分石灰以及適量的化渣劑.調(diào)整氧槍槍位促進轉(zhuǎn)爐初期渣的快速生成，視鐵水成分及爐內(nèi)反應(yīng)情況加入第二批石灰.根據(jù)爐內(nèi)反應(yīng)情況及時合理地控制氧槍槍位，保證氧氣射流對熔池的攪拌能力.同時密切觀察爐口火焰情況，并根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗合理配加降溫材料，一般反應(yīng)穩(wěn)定時可加入石灰石作為降溫材料控制溫度;當爐內(nèi)出現(xiàn)返干時則禁止加入石灰石降溫，而應(yīng)加入鐵礦石、鐵皮球等金屬降溫料，在降溫的同時促進化渣，保證化好過程渣，減少過程返干時間，從而確保熔池溫度以及脫碳速度得以均衡平穩(wěn)地進行.根據(jù)爐口火焰判斷爐內(nèi)反映情況，利用先進的副槍技術(shù)，測取過程和終點溫度及成分并取樣進行化學分析后出鋼.

通過對比性生產(chǎn)實驗，在同一爐座上冶煉終點成分相近的30爐普通低碳鋼種.鐵水與廢鋼均為定量加入，鐵水初始條件相似，并對冶煉終點成分化驗分析，所得實驗數(shù)據(jù)見圖1，對實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析后列于表2.由表2數(shù)據(jù)可見，石灰石應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)后過程反應(yīng)平穩(wěn)，溢渣爐數(shù)稍有增加，未出現(xiàn)嚴重返干及大的噴濺現(xiàn)象.鋼水終點化學成分穩(wěn)定，終點溶渣黏度及鋼水中P含量均未發(fā)生大的變化.物料方面，加入石灰石后，有效地減少了活性石灰及鐵礦石的用量，但供氧時間及氧耗量略有增加.總體來看，石灰石應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐煉鋼可以滿足冶煉工藝要求，是合理可行的.

表2 石灰石應(yīng)用前后生產(chǎn)實驗數(shù)據(jù)Table 2 The experimental data of practice before and after the limestone application

3 石灰石應(yīng)用效果分析與討論

3.1 對煉鋼物料的影響

通過在生產(chǎn)實踐中的試驗，由表2可看出，在平均加入4.5 t石灰石的基礎(chǔ)上，可減少活性石灰用量1.4 t，鐵礦石2.8 t.有效地降低了轉(zhuǎn)爐煉鋼輔料的消耗.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，計算可知3 t石灰石約合1 t活性石灰，2 t石灰石約合1 t鐵礦石的降溫值.

另外，石灰石作為降溫料的使用必須配加部分可用于化渣的金屬降溫料，方可保證冶煉過程的化渣效果.反之，則會出現(xiàn)較大較長時間的返干現(xiàn)象.在過程測試后的溫度調(diào)整，應(yīng)視化渣效果合理選擇.如爐渣較黏則選擇加入金屬降溫料控制溫度，這樣在控制溫度的同時還可以增加渣中FeO含量，促進化渣;如過程化渣良好，則可選擇加入石灰石降溫，石灰石作為降溫材料不含金屬元素，在降溫的同時可以保證終渣黏度，有利于濺渣護爐效果維護爐況.

圖1 石灰石加入前后物料加入數(shù)據(jù)對比Fig.1 Comparison of the materials before and after the limestone appliation

3.2 對冶金工藝的影響

在生產(chǎn)實踐中我們發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)爐加入石灰石替代部分石灰及降溫料后，終渣堿度未發(fā)生大的變化，鋼水終點成分穩(wěn)定，脫磷效果良好，但反應(yīng)前期出現(xiàn)溢渣現(xiàn)象稍有增加，供氧時間有所增長，氧耗量有所增大，且終渣泡沫化程度普遍較高.我們推測，這是由于石灰石在爐內(nèi)受熱分解過程中生成大量CO2氣體，CO2氣體的逸出使溶渣泡沫化程度增大，故吹煉過程中易出現(xiàn)溢渣現(xiàn)象.對于終點拉碳時，CO2氣體逸出所造成的高泡沫化渣使得渣層有所變厚，減弱了氧氣射流對鐵水的沖擊力度，進而影響了脫碳速度，增加了供氧時間和耗氧量.

3.3 對經(jīng)濟效益的影響

根據(jù)目前物料市場價格，以及石灰石加入轉(zhuǎn)爐前后所得實驗數(shù)據(jù)表2內(nèi)容對轉(zhuǎn)爐煉鋼成本做以下計算，列于表3.

表3 煉鋼成本計算Table 3 Steelmaking cost calculation

由表3可見，每一爐次可節(jié)省成本:23.5+499.8－247.5+3 505.6－1 455=2 326.4元.試驗中所用180 t轉(zhuǎn)爐平均出鋼量為158 t，則噸鋼可節(jié)約成本為2 326.4÷158=14.72元.本鋼煉鋼廠年生產(chǎn)能力為1 000萬t，則全年可節(jié)約成本14 720萬元.

4 結(jié)論

石灰石加入轉(zhuǎn)爐后的分解反應(yīng)產(chǎn)生CaO和CO2可部分替代石灰，減少石灰用量，同時還可以平衡鐵水的物理熱和化學熱，減少降溫料的使用量.在反應(yīng)過程中石灰石的熔解速度不低于石灰的熔解速度，石灰石的應(yīng)用未對冶煉過程造成大的不良影響，滿足冶煉要求.同時由于石灰石較石灰和其他金屬降溫料成本廉價，其大規(guī)模使用可為企業(yè)節(jié)約較大成本，創(chuàng)造出較大經(jīng)濟效益.

［1］李自權(quán)，李宏，郭洛方，等.石灰石加入轉(zhuǎn)爐造渣的行為初探［J］.煉鋼，2011（2）:33－35.

（LIZi－quan，LIHong，GUO Luo－ fang，et al.Preliminary research on the behavior of limestone charged into converter in the process of making slag［J］.Steel Making，2011（2）:33－35.）

［2］李宏，曲英.氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼用石灰石代替石灰節(jié)能減排初探［J］.中國冶金，2010（9）:45－48.

（LIHong，QU Ying.Discussion on limestone addition instead of lime for energy－saving and emission reduction in BOF steelmaking［J］.China Metallurgy，2010（9）:45 －48.）

［3］劉宇，王文科，王鵬，等.轉(zhuǎn)爐采用石灰石部分替代石灰的冶煉實踐［J］.鞍鋼技術(shù)，2011（5）:41－44.

（Liu Yu，Wang Wenke，Wang Peng，et al.Steel － making operations by substituting limestone for some limes in coverter［J］.Angang Technology，2011（5）:41 －44.）

Limestone in converter steelmaking practice

WEIBao-sen
（Benxi Steel Plate Co.，Ltd.steelmill，Benxi117000，China）

The energy consumption and characteristics of process of the thermal decomposition reaction of the limestone and slag reaction in the converter were analyzed.The superiority of the limestone used in the converter steelmaking was described.As a substitute of part of time，the limestone can notonly reduce the consumption of lime，but also can balance the excrescentheat in the converter.So that it can reduce the usage of the other coolingmaterials and can create a larger profit space.

converter steelmaking;limestone;steelmaking profit

TF 702

A

1671-6620（2012）03-0157-03

2012-05-02.

魏寶森 （1986—），男，助理工程師，E－mail:weibaosen1@163.com.