謝基表，閆海龍，鮑生科，劉守杰，王哲

( 日照鋼鐵控股集團有限公司ESP 制造部，山東日照276800)

摘要: 介紹了日照鋼鐵有限公司采用石灰石替代石灰直接造渣煉鋼工藝研究的情況。對比分析了廢鋼比20%以上條件下，不同石灰石加入量對終點磷含量、煤氣回收量、終渣堿、終渣MgO 含量、爐況、石灰石溫降以及干法除塵的影響。研究結果表明: 在特定條件下，完全可以采用石灰石替代石灰直接造渣煉鋼。但考慮實際情況，在廢鋼比達23%情況下，石灰石平均加入量10 ～ 12 kg /t，能保證熱平衡穩定、爐況穩定、脫磷率由86． 6%提高至87． 7%、煤氣回收量由137． 9 m³ /t 提高156． 8 m³ /t、綜合成本噸鋼降低3 元以上。

關鍵詞: 石灰石; 廢鋼比; 造渣; 脫磷率; LG 煤氣回收; 降本

0 引言

石灰是轉爐煉鋼的主要造渣劑，它是由石灰石在一定條件下燒制而成。石灰石資源日益緊張、環保壓力巨大、煉鋼成本高等是鋼鐵企業的面臨的難題。近年來，鞍鋼、邯鋼、寶鋼湛江等各大鋼廠均試驗過石灰石造渣工藝，并取得了一定成果。在借鑒其他鋼廠成熟經驗的基礎上，日照鋼鐵有限公司在轉爐廢鋼比20% 的條件下對石灰石替代石灰的工藝展開研究。

1 石灰石替代石灰造渣的可行性及優點

石灰石是生產石灰的主要原料，其主要成分是CaCO₃，正常生產工藝是在回轉窯或套筒窯內在通過煤或煤氣等外部熱源加熱至1 050 ～ 1 150 ℃煅燒而成。

與現行煅燒石灰的過程不同，石灰石進入轉爐后是一個急速升溫煅燒的過程。熱力學分析結果表明: CaCO₃的分解趨勢隨環境溫度和PCO₂ /Pθ 而變化。CaCO₃的分解溫度與氣氛中CO₂分壓的關系如圖1 所示。

石灰石直接加入轉爐內，首先鐵水自身物理熱滿足其形成條件，爐內條件能滿足石灰石快速分解成為石灰和產生大量氣體，即在相對條件下，不但滿足轉爐造渣脫磷的條件，而且大量氣體的形成改善了動力學條件，更好地彌補了轉爐前期動力學不足的缺點。

1． 1 鐵水具備煅燒石灰石的條件

供給轉爐的鐵水溫度在1 300 ～ 1 340 ℃之間，雖然廢鋼比在20% 以上，鐵水兌入轉爐內，前期熔化部分廢鋼溫降50 ～ 80 ℃。但經過吹煉升溫后把石灰石加入爐內，石灰石在轉爐內發生爆裂反應，投入轉爐內的石灰石在1 300 ～ 1 400 ℃的P CO₂分解壓是1 000 ℃時的13 ～ 14 倍，分解壓高標志著分解速度快，即在相對短的時間內集中釋放大量CO₂氣體，必然引起石灰石爆裂出許多小塊石灰石。小塊石灰石更容易吸熱升溫發生上述重復反應，最終得到分散在渣中的小塊或顆粒狀石灰。小塊或顆粒狀石灰的比表面積大，更有利于爐渣的滲透、反應等。所以，石灰石加入爐內更容易熔化造渣。

1． 2 直接采用石灰石造渣的優點

( 1) 減少了環保壓力。可以相對減少石灰石在回轉窯或套筒窯燒制過程中產生大量的氣體和灰塵問題。

( 2) 提高了利用率。可減少石灰在運輸過程中的粉化和吸潮情況。

( 3) 提高了煤氣回收量。石灰石在爐內直接分解形成的大量CO₂和鐵水中的碳發生反應，即:

C + CO₂ = 2CO。

( 4) 減少造渣物料加入量，相應降低輔料成本。

2 試驗方案

試驗原則: 保證廢鋼比在20% 以上、保證熱量平衡、保證終點成分穩定性且脫磷率有明顯提高。

為了確定合理加入量，日照鋼鐵在2017 年6 月份經過論證后開展了直接采用石灰石替代石灰造渣的工作。制定了4 種方案，石灰石加入量分別為: 10kg /t、20 kg /t、30 kg /t、40 kg /t 進行試驗摸索。石灰石造渣，為保證石灰石能夠在廢鋼比20%的條件下具備良好的化渣、脫磷效果。氧槍整體槍位采用“低→高→低”模式，開吹槍位較正常低10cm，氧氣壓力不變，低槍位增加氧氣射流的沖擊深度，加大熔池攪拌力。點火正常吹煉1． 5 ～ 2 min后，第一批料加入10 kg /t 及以上石灰石，中期根據實際情況每次不少于6 kg /t 陸續加入剩余量，確保11 min 全部加完，嚴禁動態加入石灰石。

為保證石灰石能夠起到快速化渣和熔化的消耗，試驗石灰石粒度選擇為20 ～ 40 mm。

為保證渣中堿度≥3． 2 和MgO≥7%，根據理論計算，暫定輕燒白云石加入量10 ～ 14 kg /t，鎂球加入量2 ～ 3 kg /t。

3 試驗結果與分析

試驗結果見表1。由表1 可以看出，隨著石灰石加入量的增加，轉爐石灰消耗逐步降低，終點磷逐步降低、金屬化球團量逐步降低、總供氧時間相似，脫磷率明顯升高，煤氣回收量明顯升高，但熔池及耳軸部位侵蝕明顯嚴重。

由表1 可以看出:

( 1) 鐵水［P］含量相似，隨著石灰石加入量的升高，終點［P］出現逐漸下降趨勢。這是因為，石灰石在爐內、高溫、高壓條件下快速炸裂、分解成小塊的石灰，更有利于爐渣的滲透、反應; 石灰石分解、在短時間內吸收大量的熱、符合低溫脫磷條件，高的廢鋼比，前期吸熱降低了熔池溫度，提高前期成渣速度;石灰石炸裂分解、瞬間產生大量的CO₂氣體，使爐內獲得了較好的動力學條件，加快成渣速率，更有利于去磷。常規石灰脫磷率為86． 6%，不同加入量的石灰石脫磷率均在87%以上，如圖2 所示。

( 2) 隨著石灰石加入量的升高，煤氣回收量升高明顯。其主要原因: 石灰石加入爐內，快速炸裂，在生成石灰的同時，會產生大量的CO₂氣體，CO₂在轉爐煉鋼初期是氧化性氣體，可以和鐵水中各元素發生氧化反應，其主要反應方程式如下:

( 3) 隨著石灰石加入量增加，其他物料相應減少，終點溫度雖有變化，但整體終點溫度均在1 620℃以上，能夠滿足后道工序需求。但隨著石灰石加入量的增加，終渣TFe 有明顯升高趨勢，且終渣堿度逐漸降低、渣中MgO 含量逐漸降低。其主要原因: 一是含CaO 和MgO 物料銳減; 二是試驗階段輕燒鎂球加入不足，通過理論計算，為保證渣中MgO含量≥7%，每增加3 kg /t 石灰石用量，需相應增加0． 3 ～ 0． 5 kg /t 鎂球用量。

( 4) 隨著石灰石加入量增加，其他物料相應減少，轉爐爐況明顯變差，尤其是三角區和耳軸兩側。

其主要原因: 大量的CO₂氣體沖刷、終渣TFe 升高、渣中MgO 降低。高氧化性爐渣濺渣效果差等因素導致。

( 5) 石灰石溫降情況通過試驗數據綜合分析對比，考慮鐵水溫度、成分、鐵水重量、廢鋼重量及其他各種輔料的溫降情況，通過對比折算出，在轉爐中，1 t石灰石溫降相當于1． 5 ～ 2． 5 t 廢鋼。

4 對干法除塵影響

干法除塵相對濕法除塵工藝而言，具備除塵效率高、耗能低、占地面積小等優勢。但對煉鋼工藝而言，在操作不當時會引起干法除塵泄爆問題，被迫導致現場短時間內停產處理。引起泄爆的原因主要有以下3 方面:

( 1) CO ＞ 9%且O2 ＞ 6%。

( 2) CO + 2H₂ ＞ 12%且O₂ ＞ 3%。

( 3) H₂ ＞ 5%且O₂ ＞ 4%。

在本次試驗過程中，石灰石主要集中在前期加入，加入后從煤氣回收曲線觀察、CO₂會出現短暫的上升由18%→25%，隨后下降至15% ～18%且CO 曲線呈逐步升高趨勢，O₂含量隨著吹煉時間逐步降低。

對使用石灰石從源頭把關，均采用干燥物料，在試驗過程未出現上述引起泄爆條件的因素。

5 應用情況

根據試驗結果并結合實際情況，穩定爐況為前提，繼續提高廢鋼比增效為目標。后續通過優化，廢鋼比提高至23%的基礎上，推廣并實施每爐石灰石加入量10 ～ 12 kg /t，石灰加入量不大于25 kg /t，鎂球加入量不小于2． 5 kg /t，其他物料根據熱量調整。實際運行以來，綜合降本約3 元/t。

6 結論

通過對日照某轉爐冶煉過程中脫磷率、煤氣量增加、終渣堿度、MgO、爐況影響及石灰石溫降等方面分析，得出以下結論。

( 1) 石灰石可以替代石灰在轉爐上使用，且脫磷效果優于石灰。

( 2) 通過優化，石灰石可以在廢鋼比達23% 的情況下加入10 ～ 12 kg /t，且能保證爐況、終點溫度滿足要求。

( 3) 1 t 石灰石的溫降效果相當于1． 5 ～ 2． 5 t廢鋼。

( 4) 石灰石加入量的多少，對整體供氧時間影響不大，對節奏無明顯影響。

( 5) 石灰石加入量的增加，煤氣回收明顯升高，可達156 m3 /t，且對干法除塵泄爆無影響。

( 6) 在轉爐上，石灰石加入量＞ 30 kg /t，雖然脫磷效果明顯。煤氣回收量增加較多，但對爐況影響大。

參考文獻

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