石灰石在150t頂底復吹轉爐中的生產應用

2015-08-20 02:14:38吳飛鵬劉廣濤張軍國

冶金與材料 2015年6期

吳飛鵬，劉廣濤，耿偉.張軍國

(河北鋼鐵(集團)唐山分公司熱軋部，河北唐山064200)

2013年底唐鋼熱軋部進行了石灰石替代部分石灰應用于150t轉爐煉鋼的生產試驗，取得了較為顯著的成效。生產實踐表明，轉爐煉鋼前期預加石灰石做造渣原料，可以很快完成煅燒化渣過程，能夠實現降低噸鋼石灰消耗，達到降本增效的目的。

1 石灰石煅燒的理論分析

1.1 石灰石的降溫作用

石灰石加入轉爐爐內后可發(fā)生受熱分解反應，所生成的CO2還可與C發(fā)生氧化反應。反應式如下［1］:

這兩項反應均為吸熱反應，需要消耗大量熱能，因此轉爐煉鋼生產中使用石灰石不僅可部分替代石灰提供終渣所需堿度的要求，同時還可平衡轉爐富余熱量作為降溫材料，石灰石前期加入轉爐，可以有效降低前期鋼水溫度，提高低溫去磷的效果。

1.2 石灰石的造渣作用

文獻［2］表明:將石灰石在高溫下進行急速煅燒模擬，石灰石塊在1 400℃下的分解速度比1 100℃時大很多，5min煅燒分解率達到了73.6%，而1 100℃時的5min煅燒分解率僅為16.1%。這說明溫度高時分解反應進行的趨勢大，且石灰石內外溫差也大，傳熱速率增大，因此可以確定轉爐前期溫度越高石灰石分解速率越快。另外，由于氧槍點火區(qū)域更高，石灰分解速度會更快，同時前期造渣料配加一定量的鐵皮球、礦石含FeO的物質能夠加快石灰的成渣速度。石灰石分解過程會產生大量的CO2氣體，會使得爐內熔渣泡沫化程度提高，加強的鋼水與爐渣的攪拌力，增加了脫磷的動力學條件，有利于前期脫磷。

2 石灰石理化指標

2.1 石灰石的化學指標

轉爐用石灰石塊化學成分應符合表1的規(guī)定。

表1 石灰石塊化學成分

2.2 石灰的物理指標

石灰石粒度要求為5～40mm，＜5mm和＞40mm的不大于5%。石灰石塊中不允許摻有其它雜質，表面不允許沾有大量紅泥等污物。

3 石灰石的生產應用

3.1 石灰石對轉爐溫度的影響

采用石灰石造渣主要目的是降低石灰石消耗，降低冶煉成本。轉爐各種物料的消耗情況如表2，由礦石的消耗看，轉爐熱量非常富余，使用石灰石造渣是完全可行的方案。

表2 轉爐各種物料的消耗

采用石灰石造渣，要求在降低石灰消耗的同時，要求其它物料消耗沒有大的波動。150t轉爐各種物料的降溫的經驗數據如表3，從此表分析得出，加入1t石灰石相當于減少0.4～0.51t礦石。

3.2 石灰石的應用方案

石灰石在轉爐的應用已經是比較成熟的工藝，根據使用目的分為兩種，一種是中后期加入，主要目的是降低轉爐爐內反應溫度;另一種是在前期加入，目的是快速成渣去除雜質，降低石灰消耗。前期加入石灰石，有的鋼廠在加入鐵水前加入爐底，有的鋼廠在開吹后加入。

表3 各種物料的降溫

在石灰石造渣試驗過程中，唐鋼熱軋部確定了石灰石使用量與鋼鐵料消耗的對應關系，具體見圖1，由此圖可以看出，當石灰石消耗大于20 kg/t時，鋼鐵料消耗明顯增加，從成本角度考慮是不經濟的冶煉方案。

圖1 SPHC爐次石灰石消耗與鋼鐵料消耗關系圖

唐鋼熱軋部根據生產實際情況，要求石灰石統一在轉爐開吹后第一批料加入。具體使用方案如下:

表4 石灰石加入量與鐵水硅的關系

3.3 石灰石造渣對冶煉過程及終點渣樣、成分、溫度的影響

3.3.1 基本工藝參數

(1)裝入制度:鐵水150t，廢鋼10t。

(2)造渣制度:采用石灰、輕燒白云石、石灰石、礦石。

(3)供氧制度:氧氣壓力0.8～0.9MPa，氧氣流量30 000NM3/h，槍位1.7～2.5m，氧槍4孔，吹煉時間13～15min。

(4)轉爐終點溫度、成分按照原工藝執(zhí)行。冶煉鋼種SPHC、終點溫度要求大于1 630℃。

3.3.2 石灰石使用對轉爐前期冶煉的影響

使用石灰石爐次與常規(guī)造渣工藝相比，在吹煉初期的4～5min有不同程度涌渣現象，主要原因是由于石灰石加入后，熔池溫度降低，當溫度升高后，并且在加入石灰石后2～3min左右，石灰石分解速率達到最大，此時C－O反應也出于加劇的狀態(tài)，采取提高槍位的操作，給熔池平穩(wěn)升溫的過程，可有效減少涌渣。當石灰石總量較大時，每批次石灰石加入量不宜過大，能夠使石灰石分解氣體產物不過度富集，能夠有效控制涌渣。

3.3.3 石灰石對終點渣成分的影響

對石灰石替代部分石灰的效果，還可以根據轉爐終點渣樣成分進行分析，數據見表5。

從表5可以看出，常規(guī)造渣煉鋼終點渣樣堿度R=3.08，用石灰石替代部分石灰進行造渣煉鋼后的終點渣樣堿度R=3.11，兩種工藝終點渣樣除堿度以外幾乎相當，達到轉爐冶煉爐渣堿度的標準。