轉(zhuǎn)爐復(fù)吹與石灰石造渣行為控制技術(shù)的研究

張利娜，　潘貽芳，　袁章福，　李樹(shù)慶，　任茂勇，　曾加慶，　陳軍偉

（1．北京大學(xué)工學(xué)院北京市固體廢棄物資源化技術(shù)與管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100871；2．天津鋼鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，天津300301；3．鋼鐵研究總院冶金工藝研究所，北京100081）

轉(zhuǎn)爐復(fù)吹與石灰石造渣行為控制技術(shù)的研究

張利娜1，潘貽芳2，袁章福1，李樹(shù)慶2，任茂勇2，曾加慶3，陳軍偉1

（1．北京大學(xué)工學(xué)院北京市固體廢棄物資源化技術(shù)與管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100871；2．天津鋼鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，天津300301；3．鋼鐵研究總院冶金工藝研究所，北京100081）

為了建立適合天津鋼鐵集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱天鋼）特點(diǎn)的低成本、高效化、穩(wěn)定性生產(chǎn)潔凈鋼新工藝體系，進(jìn)行了轉(zhuǎn)爐復(fù)吹與石灰石造渣行為控制技術(shù)的研究．分析了石灰石分解特性以及石灰石代替石灰造渣的可行性并進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)通過(guò)石灰石直接進(jìn)入轉(zhuǎn)爐造渣煉鋼模式取代傳統(tǒng)的 “煅燒石灰-造渣煉鋼”模式，使煅燒石灰的用量在40～50 kg/t鋼基礎(chǔ)上，降低煅燒石灰用量高達(dá)50%以上；采用CO2代替N2用于轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐以及復(fù)吹轉(zhuǎn)爐底吹CO2進(jìn)行攪拌和冶煉技術(shù)，預(yù)計(jì)能夠取得良好的效果．

轉(zhuǎn)爐；煉鋼；石灰石；造渣

0　引　言

鋼鐵工業(yè)是典型的過(guò)程工業(yè)，同時(shí)也是過(guò)程工業(yè)中能耗最高、粉塵污染嚴(yán)重及CO2排放量最大的行業(yè)之一[1]．世界鋼鐵工業(yè)CO2的年排放量近30億t，占全球CO2排放量的10%～15%，而我國(guó)鋼鐵企業(yè)的CO2排放量約占世界鋼鐵的50%左右．全國(guó)重點(diǎn)大中型冶金鋼鐵企業(yè)噸鋼綜合能耗為619．4 t標(biāo)準(zhǔn)煤，CO2產(chǎn)生量為1．57 t/t鋼，每年煉鋼的總能耗達(dá)到2．26億t標(biāo)準(zhǔn)煤，CO2總排放量達(dá)到5．63億t．

結(jié)合當(dāng)今溫室氣體嚴(yán)重影響全球氣溫的現(xiàn)狀，CO2作為主要溫室氣體并且排放量巨大備受重視．鋼鐵工業(yè)排放大量的CO2，如何實(shí)現(xiàn)將CO2溫室氣體應(yīng)用于煉鋼，在煉鋼過(guò)程中直接消化，減少鋼鐵企業(yè)CO2的排放，將其變廢為寶和進(jìn)行資源有效化的利用是現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能環(huán)保的必要手段之一，同時(shí)也是冶金化工領(lǐng)域研究的重要課題．

在轉(zhuǎn)爐煉鋼前，石灰石煅燒分解出CO2成為煅燒石灰，煅燒出爐降溫后送往轉(zhuǎn)爐料倉(cāng)，這一過(guò)程的降溫物理熱不能充分利用．而石灰加入轉(zhuǎn)爐后會(huì)吸收大量的物理熱升溫到煉鋼溫度，因此現(xiàn)行煉鋼煅燒石灰造渣工藝存在著巨大的能量浪費(fèi)[2]．另外，煅燒石灰在降溫轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中會(huì)吸附水發(fā)生水合反應(yīng)，加入轉(zhuǎn)爐后，又需要吸收大量物理熱，發(fā)生二次煅燒，才能參與轉(zhuǎn)爐內(nèi)反應(yīng)[3-5]．

天鋼原來(lái)噸鋼使用煅燒石灰40～50 kg，現(xiàn)在使用石灰石21 kg和20 kg煅燒石灰，將石灰石直接進(jìn)轉(zhuǎn)爐造渣的煉鋼模式和原有的“煅燒石灰-造渣煉鋼”模式的CO2排放進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比計(jì)算，得到用石灰石替代1 kg石灰，估計(jì)能夠減排1．2 kg CO2．預(yù)計(jì)該技術(shù)能為鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排帶來(lái)效益．由于氧氣轉(zhuǎn)爐在開(kāi)吹后加入石灰石，隨即在鐵水表面發(fā)生煅燒化渣過(guò)程，與目前石灰造渣煉鋼工藝行為存在較大差異．但是，目前對(duì)石灰石成渣機(jī)理等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題還不清楚，理論研究表明，石灰石代替石灰在煉鋼前期加入轉(zhuǎn)爐做造渣原料，能夠快速完成煅燒化渣的過(guò)程，并且在一定程度上較使用石灰更好[6-7]．

為了建立適合天鋼特點(diǎn)的低成本、高效化、穩(wěn)定性生產(chǎn)潔凈鋼新工藝體系，為生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行、系列品種開(kāi)發(fā)、降低生產(chǎn)成本奠定技術(shù)基礎(chǔ)．本論文在煅燒石灰-氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，在天鋼120 t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐使用石灰石代替煅燒石灰，進(jìn)行了轉(zhuǎn)爐復(fù)吹與石灰石造渣行為控制技術(shù)的研究．

1　石灰石分解研究

為進(jìn)一步了解石灰石在轉(zhuǎn)爐造渣中分解過(guò)程，先對(duì)石灰石煅燒分解進(jìn)行研究．實(shí)驗(yàn)所用的石灰石取自天鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼用石灰石，研究了石灰石在不同溫度下的分解特性．

1.1實(shí)驗(yàn)原料與實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)中使用的加熱裝置是由MTI公司生產(chǎn)的箱式電阻爐．反應(yīng)室中加熱元件為鉬棒，反應(yīng)使用坩堝為剛玉坩堝．首先將取自天鋼的石灰石塊經(jīng)卡尺測(cè)量，并使用切割機(jī)切成大小為11 mm×11 mm×11 mm的立方塊．煅燒前稱量石灰石樣品的質(zhì)量并記錄，然后將石灰石樣品放入剛玉坩堝中．設(shè)定箱式加熱爐的控溫程序，然后將裝有石灰石樣品的剛玉坩堝放入加熱爐中，開(kāi)啟電源．實(shí)驗(yàn)后取出石灰石并稱量重量，根據(jù)失重量計(jì)算石灰石的分解率．按照上述同樣的操作步驟進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，在不同的最高爐溫點(diǎn)控制相同保溫時(shí)間．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示．

表1　石灰石煅燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table1　Experimental data of limestone calcination

1.2石灰石的分解率

根據(jù)表1中石灰石煅燒前后的質(zhì)量計(jì)算所得石灰石在不同溫度下分別煅燒5 min和15 min的分解率如圖1所示．加熱時(shí)間相同時(shí)，石灰石的分解率隨溫度的升高而增加，而且基本呈現(xiàn)線性關(guān)系；而在相同加熱溫度的條件下，石灰石的分解率隨加熱時(shí)間的增加而增加．本實(shí)驗(yàn)石灰石樣品在950℃的溫度下煅燒15 min，石灰石分解接近完全．

圖1　石灰石的分解率隨溫度變化曲線Fig.1　Lim estone decom position rate curve

1.3石灰石煅燒后的微觀形貌

煅燒后的石灰石用環(huán)氧樹(shù)脂鑲樣，固定后用切割機(jī)縱向切樣．然后依次用由粗到細(xì)的砂紙磨樣，保證樣品表面質(zhì)量，打磨較為平整后再用拋光機(jī)拋光．制備好的石灰石樣品經(jīng)噴金處理，用掃描電鏡和能譜分析其界面特征．圖2為石灰石在850℃下煅燒5 min后的掃描電鏡圖片．

由圖2（a）可以看出，石灰石立方塊由外向里分解，最外面一層偏白的區(qū)域?yàn)槭遥–aO），里面是未分解的石灰石．圖2（b）為未分解石灰石和分解石灰石的界面，石灰和石灰石界面明顯，容易區(qū)分．圖2（c）和圖2（d）分別為石灰石和石灰，可以看出石灰較石灰石而言更為致密．

圖2　石灰石在850℃下煅燒5 m in后的SEM像Fig.2　SEM images of limestone calcined for 5m in at 850℃

2　石灰石造渣行為控制技術(shù)

2.1石灰石代替石灰熱量計(jì)算

天鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼每噸鋼一般加入40～50 kg煅燒石灰、100～150 kg廢鋼，煅燒石灰約含CaO 90%左右，計(jì)算時(shí)按純CaO考慮，石灰石以純CaCO3考慮．煅燒石灰石[8]的主要反應(yīng)為：

其中吸收的熱量包括升溫過(guò)程的物理熱和分解熱2個(gè)部分．由于1．79倍質(zhì)量的CaCO3才能分解生成單位質(zhì)量的CaO，所以為滿足造渣要求，石灰石加入量應(yīng)該為原煅燒石灰加入量的1．79倍．在原加入煅燒石灰和廢鋼模式下，金屬料加入量取1 025 kg/t鋼，而新的石灰石模式使用全鐵水，鐵水量取1 100 kg/t鋼．計(jì)算時(shí)CaO的熱容數(shù)據(jù)由參考文獻(xiàn)[9-10]查到．按照CaO從25℃加熱到轉(zhuǎn)爐煉鋼初期溫度1 400℃，計(jì)算得到這一加熱過(guò)程的吸熱量為1．29×109J．根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)估算，CaCO3升溫到1 400℃所需熱量是CaO升溫到1 400℃所需熱量的2．48倍．

傳統(tǒng)的加入煅燒石灰和廢鋼模式轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)鐵水的放熱比為1，新的石灰石模式吹煉鐵水量較多，放熱比經(jīng)計(jì)算為1 100/（1 025-125）=1．22．計(jì)算時(shí)，天鋼轉(zhuǎn)爐取每噸鋼加入50 kg煅燒石灰，125 kg廢鋼，吸熱量計(jì)算結(jié)果是50 kg CaO/t鋼吸熱量為64．5 kJ，125 kg（廢鋼）/t鋼的吸熱量為71．7 kJ，合計(jì)為136．2 kJ；而50 kg CaCO3/t鋼的吸熱量為160．0 kJ．因此，新的石灰石模式吸熱量與煅燒石灰和廢鋼模式吸熱量的比值為160．0/136．2=1．17，低于2種模式煉鋼的放熱比，因此轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)采用直接加入石灰石吹煉時(shí)爐內(nèi)的熱量是足夠的．

2.2轉(zhuǎn)爐采用石灰石造渣過(guò)程

轉(zhuǎn)爐煉鋼是鐵水的氧化脫碳過(guò)程，同時(shí)在吹煉初期完成脫磷造渣，脫磷是在低溫和高堿度及高氧化性的爐渣條件下實(shí)現(xiàn)的．目前的煉鋼方法是在轉(zhuǎn)爐吹煉剛開(kāi)始爐內(nèi)溫度不是很高時(shí)加入石灰，造堿度較高的渣．煅燒石灰能吸收空氣中的水和CO2，這部分吸水和CO2的煅燒石灰投入轉(zhuǎn)爐后又要吸熱分解脫除水和CO2，相當(dāng)于二次煅燒．這一過(guò)程消耗大量的熱能[11-13]．如果在煉鋼時(shí)直接把石灰石加入轉(zhuǎn)爐內(nèi)，石灰石就會(huì)快速完成煅燒過(guò)程，分解出CO2成為石灰，不僅強(qiáng)化了轉(zhuǎn)爐煉鋼初期供氧，而且能取得轉(zhuǎn)爐使用石灰煉鋼的效果．另外，因石灰石在爐內(nèi)吸熱分解，使得鐵液表面溫度較低，這有利于進(jìn)行脫磷反應(yīng)，同時(shí)降低高溫?zé)煔獾姆蹓m量．從冶金熱力學(xué)的角度看，相對(duì)于直接向轉(zhuǎn)爐內(nèi)加入煅燒石灰，改用加入石灰石的方法更為合理．至今氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼選擇石灰而不是選擇石灰石前期造渣的原因可以認(rèn)為是：石灰石的加入還會(huì)因分解吸收爐內(nèi)熱量，使?fàn)t溫難以達(dá)到出鋼溫度，因此造渣采用煅燒石灰．但是，現(xiàn)在采用純氧轉(zhuǎn)爐煉鋼，爐內(nèi)反應(yīng)放熱十分富余，為降低爐溫還需加入廢鋼等冷卻劑[14]，出鋼前也要加入白云石和石灰石再次降溫，由前面計(jì)算可知加入石灰石可以滿足煉鋼所需熱量，所以可以考慮盡可能多使用石灰石代替煅燒石灰加入轉(zhuǎn)爐造渣．

使用煅燒石灰的煉鋼渣化過(guò)程為：首先石灰石在石灰窯中煅燒產(chǎn)生溫度高達(dá)1 200℃左右的高溫煅燒石灰，在這一過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量CO2和粉塵．接下來(lái)高溫的煅燒石灰降溫，這一過(guò)程中部分煅燒石灰會(huì)吸水和CO2，然后低溫的煅燒石灰在轉(zhuǎn)爐煉鋼初期加入爐中造渣．

轉(zhuǎn)爐煉鋼使用石灰石代替煅燒石灰的渣化過(guò)程為：在轉(zhuǎn)爐煉鋼初期直接加入石灰石，石灰石在轉(zhuǎn)爐內(nèi)完成煅燒過(guò)程得到活性石灰，然后石灰再完成造渣過(guò)程．這一過(guò)程相比傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐煉鋼使用煅燒石灰的煉鋼渣化過(guò)程，減少了能源消耗和粉塵及CO2的排放，優(yōu)點(diǎn)顯著．

2.3天鋼石灰石代替石灰轉(zhuǎn)爐煉鋼應(yīng)用效果

在120 t轉(zhuǎn)爐采用石灰石代替石灰造渣工藝進(jìn)行煉鋼試驗(yàn)，取得了一定成果．保持轉(zhuǎn)爐煉鋼吹煉初期時(shí)供氧量不變，石灰石分解出的CO2與鐵液中元素發(fā)生氧化反應(yīng)，起到了提高爐內(nèi)供氧強(qiáng)度的效果[15]．由工業(yè)試驗(yàn)知，轉(zhuǎn)爐在吹煉2～3 min時(shí)就會(huì)產(chǎn)生許多泡沫渣并溢出，因此判斷爐內(nèi)有大量FeO產(chǎn)生，轉(zhuǎn)爐加入煅燒石灰造渣時(shí)難以達(dá)到這樣的效果．

煉鋼時(shí)轉(zhuǎn)爐吹入的氧氣與鐵水充分?jǐn)嚢?，其中鐵水中的碳與鐵的氧化物發(fā)生放熱反應(yīng)，并有大量的CO氣體產(chǎn)生．轉(zhuǎn)爐煤氣在吹煉過(guò)程中從爐口噴出，其中鐵水的含碳量以及吹氧量決定轉(zhuǎn)爐煤氣量的大小．天鋼煉鋼實(shí)際應(yīng)用表明：加入石灰石煉鋼模式與加入煅燒石灰煉鋼模式相比，其轉(zhuǎn)爐煤氣中CO含量基本不發(fā)生變化．分析其原因是在廢鋼入爐前加入的石灰石在轉(zhuǎn)爐高溫作用下發(fā)生分解反應(yīng)，放出CO2氣體．第一批石灰石在兌鐵水之前加入，因此，利用轉(zhuǎn)爐余熱和兌鐵過(guò)程，石灰石已基本分解，但這段時(shí)間不回收轉(zhuǎn)爐煤氣，因此回收的轉(zhuǎn)爐煤氣中CO濃度變化不大．

天鋼轉(zhuǎn)爐開(kāi)吹時(shí)噸鋼分別加入8 kg、25 kg和42 kg石灰石進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)的結(jié)果表明：吹煉初期爐次50～150 s時(shí)間段內(nèi)，加入石灰石8 kg/t鋼與25 kg/t鋼和42 kg/t鋼相比，轉(zhuǎn)爐煤氣中CO的濃度明顯更高．在高溫鍛燒時(shí)，石灰石由外向內(nèi)發(fā)生分解反應(yīng)，由于加入大量的石灰石，石灰石最外層分解產(chǎn)生的CaO濃度較高，降低了石灰石的分解速度．加入石灰石8 kg/t鋼與25 kg/t鋼和42 kg/t鋼相比，前者石灰石外部CaO濃度更高，所以8 kg/t鋼的石灰石在吹煉50～150 s時(shí)會(huì)產(chǎn)生更多的CO2，相當(dāng)于提供了產(chǎn)生CO的碳源，從而使得CO有一定的含量．吹煉中期爐次300～500 s時(shí)間段內(nèi)，加入石灰石42 kg/t鋼與25 kg/t鋼和8 kg/t鋼相比，前者爐內(nèi)CO濃度更高．因?yàn)樵谶@段時(shí)間產(chǎn)生的石灰已參與造渣成為液態(tài)，這就促進(jìn)了石灰石的進(jìn)一步分解并產(chǎn)生更多的CO2，進(jìn)而與鐵水中的碳發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生CO，所以吹煉中期石灰石含量越高，CO濃度也越高．吹煉后期爐次500～800 s時(shí)間段內(nèi)，石灰石已基本完全分解，這時(shí)CO的濃度主要取決于鋼水中C含量并保持在一定范圍．

表2為天鋼轉(zhuǎn)爐應(yīng)用新工藝前后轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)的碳氧積，可以看出應(yīng)用新工藝后碳氧積下降，提高了鋼水質(zhì)量和合金及金屬的收得率．

表2　轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)元素含量（100爐平均值）Table 2　Elem ent contents of BOF endpoint（averagevalue of 100 furnace）

圖3為新工藝試驗(yàn)爐次與常規(guī)過(guò)程石灰消耗的關(guān)系圖．可以看出，常規(guī)工藝過(guò)程石灰消耗平均40.85 kg/t鋼，新工藝過(guò)程石灰消耗平均19.50 kg/t鋼.新工藝過(guò)程石灰消耗量較常規(guī)工藝降低21.35 kg/t鋼.

圖3　新工藝與常規(guī)工藝過(guò)程石灰消耗分布Fig.3　Distribution of lim e consum p tion during new technology and conventional technology

圖4為新工藝試驗(yàn)爐次過(guò)程石灰石消耗量的正態(tài)分布圖.可以看出，新工藝試驗(yàn)石灰石消耗平均20.41 kg/t鋼.天鋼原來(lái)噸鋼使用煅燒石灰41 kg左右，現(xiàn)在使用石灰石21 kg左右和20 kg左右煅燒石灰，降低煅燒石灰用量高達(dá)50%左右.將石灰石直接進(jìn)轉(zhuǎn)爐造渣的煉鋼模式和原有的“煅燒石灰-造渣煉鋼”模式的CO2排放進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比計(jì)算，得到用石灰石替代1 kg石灰，能夠減排1.2 kg CO2.

圖4　新工藝過(guò)程石灰石消耗分布Fig.4　Distribution of lim estone consum ption during new technology

圖5為新工藝試驗(yàn)爐次與常規(guī)工藝過(guò)程生白云石消耗量的正態(tài)分布圖.可以看出，新工藝試驗(yàn)生白云石消耗平均20.41 kg/t鋼；常規(guī)工藝生白云石消耗平均11.02 kg/t鋼.

圖5　新工藝與常規(guī)工藝過(guò)程生白云石消耗分布Fig.5　Distribution of dolom ite consum p tion during new technology and conventional technology

新生成渣量主要統(tǒng)計(jì)爐次新添加的造渣料、元素反應(yīng)、冷卻料帶入量.圖6為工藝過(guò)程爐次新生成渣量正態(tài)分布圖.可以看出，常規(guī)工藝物料平衡計(jì)算得新生成平均渣量為100.60 kg/t鋼；新工藝試驗(yàn)爐次新生成渣量平均80.35 kg/t鋼.新工藝噸鋼渣量平均降低20.25 kg/t鋼，渣量降低20.13%.

圖6　新工藝與常規(guī)工藝過(guò)程渣量分布Fig.6　Distribution of converter slag during new technology and conventional technology

3　轉(zhuǎn)爐煉鋼CO2利用技術(shù)

3.1CO2代替N2用于轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐

天鋼采用石灰石造渣煉鋼技術(shù)后可回收大量的CO2，回收的CO2可在轉(zhuǎn)爐車(chē)間內(nèi)循環(huán)使用.提出利用CO2代替N2作為轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐的氣源[16]，在轉(zhuǎn)爐出鋼后，向轉(zhuǎn)爐中渣中加入一定量的添加劑以及煤粉或焦炭粉，增強(qiáng)高溫熔渣的流動(dòng)性，然后用CO2取代N2通過(guò)氧槍產(chǎn)生射流吹起熔渣，并噴濺到轉(zhuǎn)爐內(nèi)壁表面，熔融的爐渣黏附在內(nèi)壁，冷卻后與轉(zhuǎn)爐內(nèi)壁耐火材料形成熔點(diǎn)較高的濺渣層．采用CO2進(jìn)行濺渣護(hù)爐有很多優(yōu)點(diǎn)，一方面回收了轉(zhuǎn)爐煤氣并實(shí)現(xiàn)了CO2循環(huán)利用；另一方面濺渣護(hù)爐過(guò)程中，CO2會(huì)與高溫熔融爐渣中的碳反應(yīng)生成CO，可以同時(shí)回收轉(zhuǎn)爐煤氣中的CO和CO2，分離出CO2又可繼續(xù)用于濺渣護(hù)爐，降低了煉鋼過(guò)程中CO2的排放[17]．

3.2復(fù)吹轉(zhuǎn)爐底吹CO2進(jìn)行攪拌和冶煉

轉(zhuǎn)爐復(fù)吹是20世紀(jì)80年代興起的一項(xiàng)煉鋼技術(shù)，是現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐煉鋼新工藝（鐵水預(yù)處理+復(fù)吹轉(zhuǎn)爐+爐外精煉）的一個(gè)重要組成部分，是開(kāi)發(fā)品種、提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的一個(gè)重要手段．頂?shù)讖?fù)合氧氣吹煉轉(zhuǎn)爐不僅強(qiáng)化了氧氣與轉(zhuǎn)爐內(nèi)鋼液的攪拌，而且增強(qiáng)了金屬和轉(zhuǎn)爐渣間的反應(yīng)平衡，對(duì)金屬的脫碳和渣的脫氧有好處，可以提高金屬收得率．

天鋼利用CO2代替Ar進(jìn)行轉(zhuǎn)爐底吹工藝[18-19]，由于底吹CO2會(huì)發(fā)生CO2＋C＝2CO反應(yīng)，氣體分子體積增加1倍，可顯著強(qiáng)化熔池?cái)嚢瑁D(zhuǎn)爐煉鋼初期爐內(nèi)溫度較低，在進(jìn)行底吹CO2熱態(tài)試驗(yàn)時(shí)硅、錳元素被優(yōu)先氧化；在轉(zhuǎn)爐煉鋼中期，爐內(nèi)脫碳速度最高，此時(shí)底吹的CO2主要與鐵水中碳反應(yīng)，完成煉鋼的脫碳反應(yīng)．采用底吹CO2技術(shù)相比底吹其他氣體，熔池脫碳速率更大；在轉(zhuǎn)爐煉鋼末期，底吹的CO2則主要與熔池中的Fe元素發(fā)生反應(yīng)．

采用底吹工藝也會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)爐終渣有一定的影響，在穩(wěn)定的鐵水條件及鐵水中碳含量相同的情況下，采用新的直線型底吹流量模式后，熔池內(nèi)攪拌充分且均勻、化渣速度快、渣況也較好，操作相對(duì)穩(wěn)定．采用新工藝后轉(zhuǎn)爐終渣FeO含量明顯降低，而且FeO含量更加穩(wěn)定．

4　結(jié)　論

為了建立適合天鋼特點(diǎn)的低成本、高效化、穩(wěn)定性生產(chǎn)潔凈鋼新工藝體系，進(jìn)行了轉(zhuǎn)爐復(fù)吹與石灰石造渣行為控制技術(shù)的研究．

1）通過(guò)石灰石煅燒實(shí)驗(yàn)，得到石灰石分解率隨反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系，為研究石灰石造渣奠定基礎(chǔ)．

2）石灰石造渣實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加入爐內(nèi)的石灰石分解產(chǎn)生CO2，CO2氣體會(huì)與鐵水中的C、Si、Mn和Fe等發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生CO；

3）煉鋼過(guò)程中，在廢鋼前加入石灰石，煉鋼完成后轉(zhuǎn)爐煤氣中的CO濃度與加入煅燒石灰煉鋼后CO濃度相比變化不明顯；在吹煉過(guò)程中加入石灰石可以增加轉(zhuǎn)爐煤氣中CO濃度；

4）通過(guò)石灰石直接進(jìn)入轉(zhuǎn)爐造渣模式取代傳統(tǒng)的“煅燒石灰造渣煉鋼”模式的研發(fā)，使煅燒石灰的用量在40～50 kg/t鋼基礎(chǔ)上，降低煅燒石灰用量大于50%；

5）采用CO2代替N2進(jìn)行濺渣護(hù)爐，可以實(shí)現(xiàn)CO2循環(huán)利用并回收煤氣，降低CO2的排放．采用復(fù)吹轉(zhuǎn)爐新工藝，終渣FeO含量明顯降低．

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Technology of converter blow ing and using lim estone for slagging

ZHANG Lina1，PAN Yifang2，YUAN Zhangfu1，LIShuqing2，RENM aoyong2，ZENG Jiaqing3，CHEN Junwei1
（1．Beijing Key Laboratory for Solid Waste Utilization and Management，College of Engineering，Peking University，Beijing 100871，China；2．Technology Center of Tianjin Iron and Steel Group Co．Ltd．，Tianjin 300301，China；3．Metallurgical Technology Institute，Central Iron and Steel Research Institute，Beijing 100081，China）

In order to establish the new technology system of low cost，high efficiency and stable characteristics for producing clean steel，technology of converter blowing and using limestone for slagging was researched．Decomposition characteristics of limestone and feasibility of using limestone instead of lime for slagging were analyzed．Experiments were conducted．It is found that adding limestone directly into converter to replace the traditional“burnt lime-slagging and steelmaking”can reducemore than 50%of the amount of burnt lime，based on that the amount of the burnt lime ranges from 40 to 50 kg of per ton of steel．The technology of using CO2instead of N2for converter slag splashing and bottom blowing CO2for stirring and smelting will achieve good results．

converter；steelmaking；limestone；slagging

TF713

A

10．13264/j．cnki．ysjskx．2015．03．003

2015-06-02

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51174008）；國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）項(xiàng)目（2013AA065105）

張利娜（1992-），女，碩士研究生，從事能源與資源工程領(lǐng)域的研究，E-mail:zhanglina920712@163．com．

袁章福（1963-），男，教授，博導(dǎo)，主要從事能源與資源環(huán)境工程領(lǐng)域的研究，E-mail:zfyuan@pku．edu．cn．