轉爐復吹與石灰石造渣行為控制技術研究

付 博

（唐山中厚板公司，河北 唐山 063000）

鋼鐵企業(yè)是典型的重工業(yè)生產企業(yè)也是能源高耗企業(yè)，同時在生產過程中會伴隨產生大量的粉塵和CO2排放。目前世界鋼鐵工業(yè)CO2的年排放量約30 億噸左右，占全球CO2總排放量的15%，而我國的鋼鐵生產CO2排放量占世界鋼鐵排放總量的50%左右，已經嚴重超標，是典型的重污染企業(yè)。伴隨鋼鐵冶金工業(yè)的生產，鋼鐵企業(yè)噸鋼綜合能耗達619 噸標準煤，CO2排放總量達5.65 億噸。CO2是鋼鐵工業(yè)的主要污染排放物，如何實現將CO2直接消耗于煉鋼工藝中，將其變廢為寶進行資源優(yōu)化，是目前鋼鐵工業(yè)領域研究的重要課題。

在傳統(tǒng)的煉鋼過程中，石灰石分解并分解為煅燒石灰，并沖走了大量的CO2。在轉爐煉鋼過程中添加石灰時，石灰會吸收大量的物理熱量并升高溫度，直到達到煉鋼溫度，可見這種公益模式存在著大量的能源浪費。我公司原有煉鋼工藝，噸鋼消耗斷燒石灰約50Kg，現使用石灰石代替石灰進行轉爐煉鋼，噸鋼消耗石灰石量約21Kg，這樣的工藝模式有效的降低了CO2排放，同時在整個生產過程中，造渣工藝行為也發(fā)生了根本性的轉變，實現了快速完成煅燒化渣的過程，通過120 噸轉爐采用復吹石灰石代替斷燒石灰的模式進行生產實踐對比，取得更為良好的效果。

1 石灰石分解研究

為了進一步了解石灰石在轉爐造渣中的分解過程，對石灰石煅燒工藝數據進行了研究，從而進一步研究石灰石在不同溫度下的分解特性，以便充分了解，在轉爐煉鋼中石灰石分解過程，具體數據如表1 所示。

表1 石灰石煅燒實驗數據

2 石灰石造渣行為控制技術

2.1 石灰石代替石灰熱量計算

轉爐煉鋼每噸鋼投加50Kg 煅燒石灰、150Kg 廢鋼，煅燒石灰約含CaO 90%左右，計算時按純CaO 考慮，石灰石以純CaCO3考慮。煅燒石灰石的主要反應為：CaCO3=CaO+CO2。采用石灰石代替煅燒石灰吹煉鐵水后，放熱比低于原有的傳統(tǒng)煅燒石灰和廢鋼投加轉爐煉鋼工藝模式，因此這種轉爐工藝模式的轉變，可以保證在演練過程中熱量是足夠的。

2.2 轉爐采用石灰石造渣過程

轉爐煉鋼是鐵水的氧化脫碳過程，脫磷和結渣過程在初始轉化階段就完成了。煉鋼中的脫磷過程在低溫和高堿度條件下進行。當前，當轉爐初始階段的轉爐溫度較低時，在煉鋼過程中會添加石灰。所得爐渣具有較高的堿度。煅燒石灰可以吸收空氣中的水和CO2，將煅燒石灰放入轉爐后，這部分水和CO2將經歷吸熱過程，這相當于二次煅燒。此過程消耗大量熱能，如果在轉爐煉鋼過程中直接添加石灰石，則整個焙燒過程可以快速完成，二氧化碳和石灰被分解，不僅增加了轉爐煉鋼初期的氧氣供應，而且能夠取得更為理想的煉鋼效果。

2.3 石灰石代替石灰轉爐煉鋼應用效果

由于在120 噸轉爐中使用石灰石代替石灰皂渣的工業(yè)實踐，只要轉爐冶煉和回火的預進料系統(tǒng)保持不變并且增加向轉爐供氧，從石灰石和鐵元素分解的CO2就會被氧化。熔融過程在2～3分鐘內完成時，會產生許多氣泡并溢出?？梢缘贸鼋Y論，在轉爐中形成了大量的FeO。如果僅使用煅燒石灰，則難以實現這種熔化效果。

在轉爐煉鋼過程中吹入氧氣與鐵水充分攪拌，鐵水中的碳與氧化物發(fā)生放熱反應，同時產生大量的CO 氣體，傳統(tǒng)煉鋼工藝模式與石灰石代替煅燒石灰煉鋼工藝模式相比，煉鋼過程中CO 濃度變化不大。表2 為轉入應用新工藝模式后，煉鋼終點碳氧積，可以看出石灰石代替斷燒石灰厚大大提升了轉爐煉鋼的鋼水質量和金屬收得率。

表2 轉爐煉鋼終點元素含量（100 爐平均值）

圖1 為采用新工藝模式后，傳統(tǒng)工藝模式中石灰消耗量與轉爐煉鋼爐數之間關系圖，可以看出采用傳統(tǒng)工藝煉鋼過程中，石灰消耗平均量為每噸，40.85Kg，采用石灰石代替煅燒石灰后噸鋼石灰平均消耗量為19.5Kg，噸鋼節(jié)約石灰21.35Kg。

圖1 新工藝與常規(guī)工藝過程石灰消耗分布

圖2 為采用新工藝模式后，轉爐煉鋼過程中石灰石消耗正態(tài)分布圖。可以看出新工藝模式，石灰石消耗量噸鋼20.41Kg，與傳統(tǒng)工藝模式相比，采用該工藝模式后降低煅燒石灰用量高達50%。

圖2 新工藝過程石灰石消耗分布

圖3 為采用新工藝模式后與常規(guī)生產過程中生白云石消耗量正態(tài)分布圖，從圖中可以看出新工藝模式生白云石消耗平均為噸鋼20.41Kg，原工藝模式中升白銀時消耗量為噸鋼11.02Kg。

圖3 新工藝與常規(guī)工藝過程生白云石消耗分布

圖4 為生產實踐統(tǒng)計，轉爐煉鋼過程中添加造渣料，冷卻料投入量。原工藝模式下噸鋼平均渣量為100.06Kg，采用新工藝模式后，噸鋼平均新生成渣量80.35Kg。噸鋼降低20.25Kg，渣量降低約20%。

圖4 新工藝與常規(guī)工藝過程渣量分布

3 轉爐煉鋼CO2利用技術

采用石灰石造渣煉鋼技術后可增大CO2回收量，回收的CO2在煉鋼工藝過程中循環(huán)使用，代替氮氣作為轉爐濺渣護爐的氣源。在轉爐煉鋼完成后，投入一定的添加劑及焦煤粉，以便提升爐渣的流動性，然后利用CO2取代氮氣，通過氧槍產生射流，吹起爐渣并噴濺到轉爐內表面，采用CO2進行濺渣護爐，在生產實踐中有眾多的優(yōu)點，第一，增強了轉爐煉鋼過程中CO2的回收量并循環(huán)利用。第二，濺渣護爐過程中，CO2與爐渣中的碳發(fā)生反應，生成CO，提升了轉爐煉鋼過程中的煤氣回收量，不但可以有效的降低了CO2的排放，同時分離出來的CO2，還可繼續(xù)用于轉爐生產實踐。

4 結論

為了降低轉爐煉鋼過程中的成本，實現高效清潔的生產工藝體系，進行了轉爐復吹與石灰石造渣行為控制技術的研究，通過大量的生產實踐數據匯總得到以下結論。

（1）通過石灰石煅燒實驗，我們充分了解了石灰石分解過程中溫度與反應時間的關系，為石灰石結渣的生產實踐提供了理論依據。

（2）在生產實踐過程中，轉爐投入一定的石灰石分解產生CO2，CO2與鐵水中的C、Si、Mn 和Fe 等元素發(fā)生反應產生CO。

（3）在轉爐煉鋼過程中投入了一定比例的廢鋼與石灰石，有效地提高了轉爐煤氣回收率和一氧化碳濃度。

（4）通過石灰石代替煅燒石灰，投入轉爐進行造渣的工藝模式，大幅降低了斷燒石灰的使用量，噸鋼節(jié)省石灰消耗量50Kg，有效節(jié)約能源50%。

（5）采用CO2代替氮氣進行濺渣護爐，實現了CO2的循環(huán)利用，降低了CO2排放，終渣中FeO 含量明顯降低。