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(duì)比分析了廢鋼比20%以上條件下，不同石灰石加入量對(duì)終點(diǎn)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(jié)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(shí)際情況，在廢鋼比達(dá)23%情況下，石灰石平均加入量10 ～ 12 kg /t，能保證熱平衡穩(wěn)定、爐況穩(wěn)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(guān)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(zhuǎn)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(huán)保壓力巨大、煉鋼成本高等是鋼鐵企業(yè)的面臨的難題。近年來(lái)，鞍鋼、邯鋼、寶鋼湛江等各大鋼廠均試驗(yàn)過(guò)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(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，日照鋼鐵有限公司在轉(zhuǎn)爐廢鋼比20% 的條件下對(duì)石灰石替代石灰的工藝展開(kāi)研究。

1 石灰石替代石灰造渣的可行性及優(yōu)點(diǎn)

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

與現(xiàn)行煅燒石灰的過(guò)程不同，石灰石進(jìn)入轉(zhuǎn)爐后是一個(gè)急速升溫煅燒的過(guò)程。熱力學(xué)分析結(jié)果表明: CaCO₃的分解趨勢(shì)隨環(huán)境溫度和PCO₂ /Pθ 而變化。CaCO₃的分解溫度與氣氛中CO₂分壓的關(guān)系。 

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

1． 1 鐵水具備煅燒石灰石的條件

供給轉(zhuǎn)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(zhuǎn)爐內(nèi)，前期熔化部分廢鋼溫降50 ～ 80 ℃。但經(jīng)過(guò)吹煉升溫后把石灰石加入爐內(nèi)，石灰石在轉(zhuǎn)爐內(nèi)發(fā)生爆裂反應(yīng)，投入轉(zhuǎn)爐內(nèi)的石灰石在1 300 ～ 1 400 ℃的P CO₂分解壓是1 000 ℃時(shí)的13 ～ 14 倍，分解壓高標(biāo)志著分解速度快，即在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)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(fā)生上述重復(fù)反應(yīng)，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(yīng)等。所以，石灰石加入爐內(nèi)更容易熔化造渣。

1． 2 直接采用石灰石造渣的優(yōu)點(diǎn)

( 1) 減少了環(huán)保壓力?？梢韵鄬?duì)減少石灰石在回轉(zhuǎn)窯或套筒窯燒制過(guò)程中產(chǎn)生大量的氣體和灰塵問(wèn)題。

( 2) 提高了利用率。可減少石灰在運(yùn)輸過(guò)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(nèi)直接分解形成的大量CO₂和鐵水中的碳發(fā)生反應(yīng)，即:

C + CO₂ = 2CO。

( 4) 減少造渣物料加入量，相應(yīng)降低輔料成本。

2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)原則: 保證廢鋼比在20% 以上、保證熱量平衡、保證終點(diǎn)成分穩(wěn)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(jīng)過(guò)論證后開(kāi)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(jìn)行試驗(yàn)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(kāi)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?cái)嚢枇Α｜c(diǎn)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(jù)實(shí)際情況每次不少于6 kg /t 陸續(xù)加入剩余量，確保11 min 全部加完，嚴(yán)禁動(dòng)態(tài)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(yàn)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(jù)理論計(jì)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(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)結(jié)果看出，隨著石灰石加入量的增加，轉(zhuǎn)爐石灰消耗逐步降低，終點(diǎn)磷逐步降低、金屬化球團(tuán)量逐步降低、總供氧時(shí)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(yán)重。 

( 1) 鐵水［P］含量相似，隨著石灰石加入量的升高，終點(diǎn)［P］出現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)。這是因?yàn)椋沂跔t內(nèi)、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(yīng); 石灰石分解、在短時(shí)間內(nèi)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(chǎn)生大量的CO₂氣體，使?fàn)t內(nèi)獲得了較好的動(dòng)力學(xué)條件，加快成渣速率，更有利于去磷。常規(guī)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(nèi)，快速炸裂，在生成石灰的同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的CO₂氣體，CO₂在轉(zhuǎn)爐煉鋼初期是氧化性氣體，可以和鐵水中各元素發(fā)生氧化反應(yīng)，其主要反應(yīng)方程式如下:

( 3) 隨著石灰石加入量增加，其他物料相應(yīng)減少，終點(diǎn)溫度雖有變化，但整體終點(diǎn)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(shì)，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(yàn)階段輕燒鎂球加入不足，通過(guò)理論計(jì)算，為保證渣中MgO含量≥7%，每增加3 kg /t 石灰石用量，需相應(yīng)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(yīng)減少，轉(zhuǎn)爐爐況明顯變差，尤其是三角區(qū)和耳軸兩側(cè)。

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(dǎo)致。

( 5) 石灰石溫降情況通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合分析對(duì)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(guò)對(duì)比折算出，在轉(zhuǎn)爐中，1 t石灰石溫降相當(dāng)于1． 5 ～ 2． 5 t 廢鋼。

4 對(duì)干法除塵影響

干法除塵相對(duì)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(yōu)勢(shì)。但對(duì)煉鋼工藝而言，在操作不當(dāng)時(shí)會(huì)引起干法除塵泄爆問(wèn)題，被迫導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)短時(shí)間內(nèi)停產(chǎn)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(yàn)過(guò)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(huì)出現(xiàn)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(shì)，O₂含量隨著吹煉時(shí)間逐步降低。

對(duì)使用石灰石從源頭把關(guān)，均采用干燥物料，在試驗(yàn)過(guò)程未出現(xiàn)上述引起泄爆條件的因素。

5 應(yīng)用情況

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合實(shí)際情況，穩(wěn)定爐況為前提，繼續(xù)提高廢鋼比增效為目標(biāo)。后續(xù)通過(guò)優(yōu)化，廢鋼比提高至23%的基礎(chǔ)上，推廣并實(shí)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(jù)熱量調(diào)整。實(shí)際運(yùn)行以來(lái)，綜合降本約3 元/t。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)日照某轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)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(jié)論。

( 1) 石灰石可以替代石灰在轉(zhuǎn)爐上使用，且脫磷效果優(yōu)于石灰。

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

( 3) 1 t 石灰石的溫降效果相當(dāng)于1． 5 ～ 2． 5 t廢鋼。

( 4) 石灰石加入量的多少，對(duì)整體供氧時(shí)間影響不大，對(duì)節(jié)奏無(wú)明顯影響。

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

( 6) 在轉(zhuǎn)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(duì)爐況影響大。

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