轉爐應用石灰石煉鋼技術實踐

刁興武， 王大博

(西林鋼鐵集團有限公司， 黑龍江 伊春 153025)

隨著長流程鋼鐵企業降成本需要，對鐵水成分控制要求逐漸向低硅鐵水控制發展，但對于轉爐低硅鐵冶煉技術存在諸多不利因素，轉爐粘氧槍，粘爐口嚴重，嚴重影響轉爐生產節奏。為此煉鋼總廠通過實際探索，在低硅鐵水使用灰石冶煉，嚴格控制前期溫度，控制爐渣堿度，中期加入燒結礦等冷料進行優化。根據轉爐煉鋼熱平衡計算，利用石灰石代替冷料，造渣料達到轉爐熱平衡。利用轉爐自身的熱量使石灰石在爐內進行分解再參與反應，達到替代石灰的作用。

(1)解決了轉爐煉鋼中熱平衡的問題。可以用碳酸鎂，碳酸鈣分解帶走熱量來滿足熱平衡的問題，可以大大減少廢鋼的產生，降低了采購成本及鋼材的成本。

(2)如果熱量還存在富余，可以加大鐵礦石的用量，錳礦的用量，可以大大降低鋼鐵料消耗。直接從礦石變成了鋼。從錳礦變成了合金。工序成本沒有了，成本可以進一步降低。

1 石灰石代替石灰煉鋼技術原理：

(1)大氣條件下碳酸鈣約420℃就可以分解，820℃即可完全分解，而化渣卻發生在1 200℃以上，因此碳酸鈣的分解與化渣早晚無關。只要保證爐溫，石灰石的外圈會瞬間分解成石灰與渣反應，初生石灰活性最大，化渣時間會縮短。

(2)煉鋼是一個氧化熔煉的過程，生產中需強制供氧吹煉。石灰石中CaCO3含有44%質量的CO2，在煉鋼前期，這部分CO2分解出來后可以與Fe、[Si]、[Mn]、[C]等發生氧化反應，對煉鋼過程強化冶煉減少氧氣消耗是有利的。但是(完全燒成的)石灰中已沒有CO2，不具有氧化性，因此煉鋼過程中直接加入具有氧化性的石灰石造渣，更符合煉鋼原理要求。同時由于分解放出的二氧化碳在爐內大大減低了氧氣的分壓，形成了轉爐內軟吹的條件，更能促進前期渣早化。

(3)石灰石塊受熱煅燒成石灰塊是一個由表及里的過程，首先在其表層發生碳酸鈣分解反應生成石灰，然后一圈圈地向里面發展，一般可以用“未反應核模型”來解釋。當石灰石塊加入轉爐之后，在吹氧攪拌條件下其與熔渣可充分接觸，其表層轉變成石灰后，會馬上與周圍的熔渣發生反應而脫落，燒成石灰和化渣脫落方向一致，這一過程的模型可稱為“表層脫落型未反應核模型”

(4)石灰石直接與爐渣接觸，可以認為在其表面層中CO2逸出的同時，就發生了石灰的化渣反應，因此參與反應的石灰都具有高氣孔率、高活性。石灰一層層地生成，一層層地反應溶入爐渣，煅燒反應層的移動方向與化渣反應層的移動方向一致，因此在保證爐內溫度的條件下，石灰石化渣的速度應不低于石灰的化渣速度。石灰石上新生成的石灰表面層可以快速地消失，讓內部石灰石的表面裸露出來，也可以使向石灰石內部的傳熱加快。因此從動力學角度看，石灰石在轉爐內的煅燒造渣過程，實際上是煅燒、化渣同時進行的過程。現在煉鋼生產前期石灰化渣的過程中，常常因為渣中SiO2浸入石灰內部生成高熔點的2CaO·SiO2而影響快速化渣，而在加入石灰石的條件下，由于碳酸鈣一層層地分解且有CO2逸出，則有可能限制SiO2浸入石灰石內部，避免高熔點2CaO·SiO2的生成，從而有利于化渣。

(5)利用碳酸鈣碳酸鎂的分解帶走熱量達到低溫快速成渣目的。從而達到去磷的先決條件。

2 基本流程說明

(1)鐵水條件

CSiMnPS4.2～5.00.15～0.300.15～0.30<0.12<0.05

鐵水溫度≥1 250℃

(2)轉爐對鐵水成分及溫度及時了解，要求每爐測鐵水溫度取樣分析，轉爐渣料根據鐵水成分及溫度情況及時調整，渣料分二批料加入，要求前期加入總量的2/3，其余渣料在吹煉6分鐘前加完。

(3)終點判斷 吹煉700s時將煙罩抬起，觀察火焰情況，在煙氣分析CO質量分數開始下降時準備起槍，當CO達到30%、終點碳含量在0.1%左右時起槍取樣。

3 轉爐工藝操作要點

3.1 裝入制度

(1)裝入順序：先加廢鋼，后兌鐵水。

(2)裝入量：采用定量裝入，入爐鐵水計量誤差范圍不超過±500Kg。全鐵90t，鐵水+廢鋼=100t。其加入量根據鐵水條件和熱平衡來控制。

(3)遇下述情形之一時，不加廢鋼：

1)開新爐前三爐采用全鐵水冶煉，裝入量控制在90t。

2)當有回爐鋼水、補爐第一爐或熱停爐時間大于3h時，不加廢鋼。

3.2 供氧制度

采用恒壓變槍制度。

3.3 造渣制度

(1)槍位控制

開吹槍位為1.4m，比石灰煉鋼開吹槍位高100mm，過程槍位與石灰煉鋼相同。前期開吹可將流量控制在17 500m3/h加入第一批后降低流量至在19 000m3/h，槍位提高至1.6m，促進前期化渣。中期可視渣化情況調整槍位或流量，減緩冶煉速度，保證穩定升溫。

(2)造渣料加入方式

①正常情況下，在開吹后即加入石灰石總量的30%～50%以及部分白云石等輔料，遇鐵水溫度低時，先低槍位點火，等爐口碳焰出現后再加入；

②剩余的石灰石在吹煉過程中根據化渣情況分批加入，在吹煉到六分鐘時全部加完；

③當熔池溫度偏高或爐渣返干時，可加入適量的燒結礦或污泥球降溫或化渣，單批量≤100kg；

④石灰石不得作為冷卻劑使用；

⑤正常情況下，所有輔料在終點前1.5min加完，當終點磷或硫成分偏高需補加石灰石處理時，應補吹15s以上；

⑥根據爐況侵蝕情況(大面與爐底)可在兌鐵前鋪入爐內1～1.5t石灰石，開吹時加入剩余造渣料。

(3) 終渣及濺渣護爐

終渣堿度控制2.5-3，MgO=8%～12%，∑FeO≤15%；

相同堿度，比石灰煉鋼終渣渣量較少，操作槍位與濺渣時間根據觀察爐口濺渣情況適當調整。

表1 石灰石加入量

表2 燒結礦或污泥球加入量

表3 各因素對爐內鋼水溫度的影響參考表

4 結論

使用石灰石煉鋼主要技術指標完成情況

(1)轉爐經驗判斷終點命中率≥80%一倒脫磷率≥85%

(2)爐渣堿度2.3～3.0鋼鐵料消耗≤1 059kg/t

(3)灰石消耗≤65kg/t

通過轉爐高效化低成本潔凈鋼生產技術應用， 造渣材料消耗，鋼鐵料消耗及氧氣消耗，均不同程度降低，降低了轉爐的加工成本。同時，轉爐一倒脫磷率，終點命中率均大幅度提高，轉爐冶煉周期縮短，生產率提高，使轉爐冶煉控制水平得到有效提高。該技術對于低硅鐵水冶煉，廢鋼供應不足條件下具有良好的熱平衡調節效果。