石灰石在半鋼煉鋼工藝中的應用研究

翁玉娟，王瑞軍，喬國平，韓春良，李彥軍，袁　娜

（河鋼集團承鋼公司長材事業(yè)一部， 河北　承德　067002）

試（實）驗研究

石灰石在半鋼煉鋼工藝中的應用研究

翁玉娟，王瑞軍，喬國平，韓春良，李彥軍，袁娜

（河鋼集團承鋼公司長材事業(yè)一部， 河北承德067002）

通過試驗分析研究石灰石加入轉爐后熱分解反應過程中的特性以及渣化反應。實驗研究結果顯示：石灰石應用于轉爐煉鋼具有顯著的優(yōu)越性，既可以改善半鋼煉鋼的造渣效果，還可以作為造渣料替代部分石灰，減少石灰的消耗，節(jié)約煉鋼成本，同時滿足轉爐冶煉普通鋼種的要求。

石灰石轉爐煉鋼成本造渣

某廠擁有豐富的釩鈦資源，為提取鐵水中的釩元素，采用了雙聯(lián)工藝，即鐵水通過提釩后，用半鋼進行煉鋼。由于鐵水經過提釩工藝后，所產出的半鋼中的錳、硅、鈦等元素含量表現(xiàn)為痕跡，造成煉鋼過程中爐渣酸性氧化物含量減少，導致爐渣堿性升高、流動性差、化渣時間長、渣料消耗高。因此，將石灰石引進半鋼煉鋼工藝中代替部分石灰，用于改善化渣效果，降低渣料消耗。

1　半鋼煉鋼造渣的現(xiàn)狀

1.1鐵水與半鋼成分對比（見表1）

表1　鐵水與半鋼化學成分　%

1.2半鋼煉鋼造渣存在的困難

該廠煉鋼所用的半鋼與鐵水相比，半鋼中的錳、硅、鈦等元素含量極低，導致煉鋼爐渣中酸性氧化物含量偏低，爐渣堿性偏高、流動性差、化渣時間長。為了保證煉鋼的脫磷和脫硫效果，導致渣料消耗偏高。如果對使用的螢石進行化渣，不僅易返干和噴濺，還會嚴重侵蝕爐襯。

2　使用石灰石改善造渣狀況的思路

石灰石被加入轉爐后，在爐溫的作用下得以煅燒，石灰石表面溫度會在瞬間由常溫升至1 100～1 400℃的爐內溫度，而CaCO3的分解溫度為896℃左右，急劇升溫后表面層中的CaCO3會迅速分解，生成CaO和CO2[1]，CO2氣體逸出，使得爐內熔渣泡沫化程度提高，有利于增加石灰與熔渣反應的表面積。同時，由于CO2氣體的逸出，使得煅燒所生成的石灰形成了許多氣孔，氣孔的形成可促進石灰的快速熔化，有利于爐渣的快速形成。另外，因為熱傳遞是在石灰石顆粒上由外而內進行的，所以石灰石是由外向里逐層發(fā)生分解反應的。因此，在熱量能夠保證CaCO3分解需要的條件下，在加入轉爐內的石灰石還沒有升溫到化渣溫度之前，與鐵水和爐渣接觸的部分就已經被煅燒成石灰了。所以，石灰石在轉爐內的煅燒造渣過程實際上是煅燒和化渣同時進行的過程[2]。

3　試驗方案與效果分析

3.1試驗方案

在濺渣結束后、兌鐵前預加500 kg石灰石，下槍點火成功后將石灰500 kg、輕燒白云石500 kg、包渣500 kg作為頭批渣料。在吹煉前期，采用高槍位加速氧化鐵的生成。在吹煉過程中根據(jù)化渣情況加入石灰石、石灰、輕燒白云石等渣料，渣料使用總量如表2所示。為使吹煉前期盡快成渣，應及時調整槍位，對熔池充分攪拌，控制熔池溫度均衡上升和脫碳反應穩(wěn)定進行。在吹煉中期應適當提高槍位，避免爐渣返干。到吹煉末期應適當壓低槍位，均勻鋼水溫度和成分，降低終渣中FeO的含量。倒爐后測取終點溫度及成分并取渣樣分析[3]。

表2　造渣料使用總量　kg

3.2試驗效果

3.2.1化渣效果

為了更準確地驗證采用石灰石作為部分造渣料工藝對造渣時間的影響，在試驗的同時，在相同的鐵水條件下也統(tǒng)計了35爐未加石灰石的化渣時間，數(shù)據(jù)對比如圖1所示。

圖1　未加入石灰石和加入石灰石化渣時間對比

由圖1可以看出：加入石灰石的化渣時間與未加入石灰石的相比具有明顯優(yōu)勢，加入石灰石的平均化渣時間為279 s，未加入石灰石的為358 s，采用石灰石作為部分造渣料后化渣時間縮短79 s，對冶煉前期脫磷更為有利。

此外，為了解石灰石在煉鋼化渣期間的利用率和效果，對化渣后的鋼渣進行巖相圖分析，如圖2和表3所示。

圖2　化渣后鋼渣巖相圖

表3　巖相圖所用爐渣成分　%

從巖相圖中看出：化渣后的鋼渣中含有大量的低熔點礦相，說明采用石灰石進行造渣處理，石灰石的利用率較高、化渣效果較好，達到了快速化渣的效果。

3.2.2終點效果

轉爐造渣的主要目的是為了除去鋼中的P、S等雜質。因此，冶煉終點的效果成為石灰石能否作為造渣料的重要依據(jù)。為了驗證該工藝冶煉的終點效果，在同期進行了對比試驗分析。在試驗同期共統(tǒng)計116爐未使用石灰石冶煉的終點成分及溫度數(shù)據(jù)，如圖3所示，使用石灰石冶煉的35爐終點成分及溫度數(shù)據(jù)如下頁圖4所示。從圖3、圖4中可以看出：在冶煉終點方面，該工藝的脫P、S的效果和終點溫度控制與正常工藝無明顯異常。

圖3　未加入石灰石終點成分及溫度

對于使用石灰石作為造渣料的效果，還可以從對轉爐終渣成分進行的簡單分析看到，下頁表4給出了未加入石灰石和加入石灰石兩種工藝的終點渣樣成分。

對比兩種工藝后，部分使用石灰石造渣工藝與全石灰造渣工藝相比，爐渣中的CaO含量（質量分數(shù)）下降了2.38%，w（SiO2）上升了1.9%，導致堿度下降了0.98，達到了3.39的水平。石灰石分解后有44%左右的總量降低，減少了爐渣中的CaO含量。由于加入石灰石的收得率比石灰高，也有可能是由于前期 ［Si］在生成SiO2的過程中以SiO的形式隨CO-CO2氣泡逸出，在穿越渣面時沒有被熔渣吸收，導致終渣中SiO2的濃度有所降低。此外，根據(jù)造渣效果和爐渣成分來看，石灰石作為部分造渣料使用，在冶煉過程中沒有出現(xiàn)不良影響。

圖4　加入石灰石終點成分及溫度

表4　未加入石灰石和加入石灰石終點堿度對比

4　經濟效益和社會效益

石灰石作為造渣料被使用后，可以降低煉鋼造渣成本。按照石灰石中CaCO3質量分數(shù)為95%計算，石灰石中CaO質量分數(shù)約為53%，每消耗石灰石10 kg/t相當于消耗石灰5.3 kg/t。根據(jù)目前石灰石與石灰的價格計算，每消耗石灰石10 kg/t可降低渣料成本2.75元/t。

此外，石灰石入爐后會分解出大量的CO2，其中的部分CO2可以參與鐵水反應生成CO，并且隨著其他轉爐煤氣進行回收。因此，將石灰石直接作為造渣料，可以降低石灰石煅燒成石灰時的CO2排量，可實現(xiàn)低碳經濟。[4]

5　結論

1）采用石灰石作為部分造渣料工藝后，化渣時間比未使用石灰石的時間平均縮短79 s，對冶煉前期脫磷更為有利。

2）通過分析試驗結果，發(fā)現(xiàn)石灰石作為部分造渣料被加入轉爐后，終渣成分無明顯異常，冶煉終點鋼水成分較為穩(wěn)定，脫磷、脫硫效果良好。

3）在轉爐使用石灰石作為部分造渣料冶煉時，每消耗石灰石10 kg/t，降低了煉鋼造渣成本2.75元/t，同時降低了石灰焙燒過程中CO2的排放量，提高了轉爐煤氣的回收量，實現(xiàn)了節(jié)能減排的意義。

[1]王鵬飛，張懷軍.石灰石替代石灰煉鋼造渣效果研究[J].包鋼科技，2012，38（4）：30-33.

[2]劉宇，王文科，王鵬，等.轉爐采用石灰石部分代替石灰的冶煉實踐[J].鞍鋼技術，2011（5）：41-44.

[3]翁玉娟，王瑞軍，李彥軍，等.石灰石代替部分石灰的研究與實踐[J].北方釩鈦，2015（1）：24-27.

[4]田志國，湯偉，潘錫泉.氧氣轉爐采用石灰石替代部分石灰冶煉的應用分析[J].金屬材料與冶金工程，2012，40（3）：31-35.

（編輯：胡玉香）

Application of Limestone in Steel Making Process of Semi Steel

WENG Yujuan，WANG Ruijun，QIAO Guoping，HAN Chunliang，LI Yanjun，YUAN Na
（First Part of Long Steels Industry Department，Chengde Iron and Steel Company，Chengde Hebei 067002）

This paper analyzes the properties of limestone added to the converter after thermal decomposition reaction process and the characteristics of the slag reaction by experiment.The results show that the superior of application of limestone in converter steelmaking can improve the effect of semisteel steelmaking and can be a part of slagging，and reduce consumption and cost，at last，it meets the demand of steelmaking.

limestone，steelmaking，cost，slagging

TF71

A

1672-1152（2016）04-0010-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.04.04

行業(yè)縱橫

2016-05-06

翁玉娟（1969—），女，現(xiàn)在河鋼集團承鋼公司長材事業(yè)一部從事技術和管理工作，高級工程師。