生輔料在轉爐冶煉中的實際應用

樊 賽 唐旭陽

（河北鋼鐵集團邯鋼公司）

關鍵字 石灰石 生白云石 熱量 輔料消耗

0 前言

當前鋼鐵行業(yè)受各方面影響，鋼材庫存大，資源飽和，下游加工廠使用量少，原材料價格上漲，鋼廠生產成本高，毛利低，加上隨著全球化發(fā)展，鋼鐵市場競爭日益激烈，面對這一系列困難，怎樣降低生產成本，增加企業(yè)效益，提高企業(yè)競爭力，是鋼廠的重中之重。

轉爐冶煉作為煉鋼廠的第一道工序，也是降成本的大頭，占煉鋼成本的80%，降低轉爐成本，將大幅度降低生產成本。目前,一煉鋼入爐鐵水W（Si）平均為0.35%，平均溫度1 343 ℃，鐵水平均裝入量為130 t，而廢鋼資源緊缺，主要依靠自產廢鋼及少部分外購廢鋼，平均廢鋼裝入量為15 t。廢鋼比低，勢必會造成熱量富余，需加入大量輔料來調整過程溫度才可達到熱平衡，增加了輔料的消耗。若把這部分富余的熱量有效利用起來，則可以大大降低成本。將石灰石、生白云石煅燒的過程由轉爐外移至轉爐內，可以充分利用轉爐富余的熱量，實現轉爐冶煉過程熱平衡，同時還能夠降低輔料的消耗成本。

1 理論分析

轉爐冶煉加入的輔料主要是石灰、輕燒白云石。石灰主要用作造渣劑：在爐內形成低密度的CaSiO3溶體，溶體覆蓋在鋼液表面防止過度氧化、減少燒損，同時將鋼水中的硫、磷等有害物質去除，提高鋼的質量［1］。

石灰石根據煅燒程度的不同可以分為生燒石灰，過燒石灰、輕（軟）燒石灰，石灰石在高溫煅燒分解后活性度較高，在1 100 ℃左右就可以獲得晶粒小、氣孔率高，體積密度小、反應能力高的軟燒石灰或活性石灰。

輕燒白云石的主要成分是CaO和MgO，熔點比石灰低，屬于鎂制造渣劑，配加部分白云石造渣，可以減少爐襯中的MgO向爐渣中轉移，加速石灰熔化，促進前期化渣，減輕爐渣對爐襯的侵蝕，延長爐襯壽命。生白云石的主成分是CaCO3和MgCO3［2］，其在1 000 ℃左右高溫能分解成CaO和MgO，吸收大量熱，同時產生大量CO2。

石灰石的分解機理:

生白云石分解機理（生白云石早分解過程中吸收大量的熱）：

CaCO3和MgCO3的分解溫度分別為910 ℃和640 ℃，均低于轉爐內的鐵水溫度，由式（1）和式（2）可知，生白加入爐內可立即發(fā)生分解反應并生成CO2。轉爐冶煉過程中鐵水的表面溫度高達1 100 ℃，火點區(qū)域溫度高達3 000 ℃，分解生成的CO2氣體瞬間膨脹4 000倍以上，推動生成的CaO和MgO飛到渣中，由于CO2的逸出，使新生成的輕燒白云石呈多孔細晶狀，提高了成渣速度［3］。

分解生成CO2作用：在前期渣的形成過程中，由于石灰石及生白云石分解生成的CO2氣體彌散在初期渣中，CO2與鋼中各元素反應均生成CO，有利于初期泡沫渣的形成，并增大了氣-熔渣-金屬的界面，強化熔池攪拌，改善了鋼渣反應動力學條件，減少了終點鋼液過氧化，加快了爐內的化學反應速度，有利于前期脫磷反應的進行。

2 實際效果

目前，對一煉鋼廠使用的石灰石和石灰、生白云石和輕燒白云石分別進行取樣對比，結果分別見表1和見表2。

表1 石灰石與石灰成分、活性度、灼堿對比

表2 生白云石與輕燒白云石成分、灼堿對比

從表1可以看出，石灰石的CaO含量的平均值要比石灰低38.09%，硫含量相差不多。 由計算可知1.73 t石灰石約折算成1 t石灰。

從表2可以看出，生白云石中的CaO的含量要比輕燒白云石的低21.97%，生白云石中的MgO含量要比輕燒白云石的低13.945%。由計算可知1.7 t生白云石約折算成1 t輕燒白云石。

取冶煉時石灰石、生白云石代替石灰、輕燒白云石前的渣樣與代替后的渣樣進行對比，結果見表3。

表3 渣樣對比

分別取20爐全用石灰、輕燒白云石的爐次及20爐利用石灰石、生白云石代替部分石灰、輕燒的爐次，對比其終點磷含量，如圖1所示。

從表3和圖1可以看出，使用石灰石、生白云石代替部分石灰及輕燒白云石后渣中的全鐵、氧化鎂和堿度相差不大；生輔料代替部分熟料之后的終點磷含量相差不大，完全可以達到去磷的效果。

利用測厚儀對轉爐爐襯進行測厚，對生輔料代替部分熟輔料前和代替后的爐況進行對比，結果如圖2所示。

從圖2可以看出，使用石灰石、生白云石代替部分石灰及輕燒白云石后，爐襯沒有明顯吃損，說明代替后可達到維護爐況的效果。

根據實際對比可知輔料與廢鋼的冷卻效應換算值，具體見表4。

圖2 生輔料代替部分熟輔料前后對比

表4 冷卻效應對比

由成分比較可以發(fā)現900 kg生白云石可代替500 kg輕燒白云石，廢鋼從25 ℃到1 680 ℃吸收的熱量為1 445 kJ/kg，生白云石在煉鋼過程中的物理和化學反應吸收的熱量為3543 kJ/kg,假設廢鋼的冷卻效應為1，那么生白云石的冷卻效應為2.5，即每爐加900 kg生白云石代替500 kg輕燒白云石，則可同時減少2.2 t廢鋼，而假設廢鋼在1 400 ℃熔化，廢鋼升溫和熔化的吸熱值與CaCO3的升溫分解吸熱值相比，1 kg廢鋼僅相當于0.385 kg石灰石的吸收熱水平，石灰石在轉爐內分解成石灰，CaCO3升溫分解成1 kg CaO的吸熱量，約是原來轉爐冶煉使用1 kg CaCO3升溫所吸收熱量的4.46倍。石灰石升溫比分解使用更多的熱量，轉爐熱量用于分解石灰石部分不會大幅降低熔池溫度，相反可以大幅減少冷卻廢鋼的使用量［4］。

3 使用石灰石，生白云石的優(yōu)點

（1）采用石灰石、生白云石代替部分白灰及輕燒白云石，可充分利用轉爐內的余熱，把石灰石及生白云石直接分解為石灰、輕燒白云石和CO2，不會產生影響鋼水質量的有害雜質，并且降溫效果穩(wěn)定，溫變波動小，降低了石灰及輕燒白云石的消耗成本，解決了廢鋼緊張的問題，大大降低了煉鋼成本；產生的氣體能夠加強熔池攪拌能力，改善鋼渣反應動力學條件，減少終點鋼液過氧化，加快了爐內的化學反應速度，有利于前期脫磷反應的進行，去氣去夾雜效果更好。

（2）該工藝操作簡便，減輕了石灰石，生白煅燒流程的勞動強度，不需增添其他設備和材料。實踐表明，石灰石及生白云石的價格便宜，物料易于存放，使用過程中的反應特性有利于復吹轉爐的冶煉，

（3）經濟效益明顯。石灰石平均價格33 元/t，石灰191 元/t，生白85 元/t、輕燒白云石350 元/t，按照1.73 t石灰石生產1 t石灰，1.7 t生白云石生產1 t輕燒白云石折算，石灰價格高出石灰石133.91 元/t，輕燒高出生白205.5 元/t，利用石灰石、生白云石代替部分石灰與輕燒白云石，噸鋼可節(jié)省石灰15 kg，輕燒白云石10 kg，多消耗石灰石25.9 kg，生白云石17 kg,由此可分別計算出石灰成本降低了2.01元/t，輕燒白云石成本降低了2.055 元/t，總共可降低成本4.065 元/t。

4 結論

（1）在一煉鋼現有的廢鋼資源和鐵水條件下，轉爐熱量有很大富余，石灰石和生白云石可在轉爐內充分煅燒，不會影響轉爐造渣效果。

（2）使用石灰石，生白云石代替部分石灰、輕燒白云石后，渣樣TFe為15.07，MgO為8.1，堿度為3.0，與全部用石灰、輕燒做輔料的渣成分相差不大，完全可達到轉爐脫磷、維護爐況的效果。

（3）石灰石、生白云石在爐內煅燒后生產的CO和CO2氣體可加強攪拌熔池，可進一步促進磷、夾雜物的去除。

（4）采用石灰石、生白代替部分石灰、輕燒白云石，可節(jié)省白灰、輕燒白云石的用量，降低轉爐輔料成本4.065元/t，一煉鋼年產量約200萬t，一年可節(jié)省成本約813萬元。