輔料在轉爐煉鋼中的應用
——以活性石灰為例

陳 超

（鋼城集團涼山瑞海實業有限公司冶金材料分公司，四川 涼山 615023）

在轉爐煉鋼過程中，礦渣材料的溶解速度將會直接影響到成渣的速度，冶煉的時間和成分的穩定性。這需要使用具有良好活性，穩定化學成分組成，低雜質含量（特別是S和P含量）和各種顆粒狀的石灰，所以說，活性石灰不僅給鋼鐵生產帶來了益處，并大大加大了轉爐煉鋼的動力，據相關資料分析，這種話顆粒狀的石灰和生活中普通石灰進行比較，要她比普通石灰轉爐吹煉的時間縮短將近百分之10，鋼水收率也大大提高百分之1，而在石灰消耗上也降低到百分之30以下，大大減少了螢石量，甚至減少了原料產生得廢料，在對比中明顯提高百分之2.5。所以當下更多的人選冶金石灰[1]。

1 活性石灰的研究

1.1 活性石灰石概述

由于其高反應性，活化石灰可以在短時間內快速完全地與鋼水相溶。在煉鋼過程中，不同物質在鋼水中反應將會產生有害物質，即鋼渣。為了確保鋼的質量，需要進行除渣這個工序。將石灰石作為造渣劑添加到鋼水中具有比硅酸鹽或螢石更顯著的效果。然而，這個方案有一個缺陷，即石灰石在高溫的條件下易于發生分解反應，需要大量的熱量，延遲了爐渣的形成。由于鋼水快速冷卻，碳酸鈣的分解反應吸收大量的熱量并延遲結渣時間，因此當爐渣開始啟動時，熱量供應不足。這不僅延長了煉鋼時間，而且增加了原料的消耗，并且還降低了造渣的質量。因此，已經提出首先將石灰石煅燒成石灰后，再用于煉鋼[2]。

1.2 活性石灰的物化性質

所謂的活性石灰具有晶粒細，孔隙率高，體積密度小，比表面積大，反應活性強，顆粒呈現均勻狀態，雜質較少，這使活性石灰具有強度優勢。活性石灰活性高，活性水平如表1所示。

表1 石灰的活性水平

活性石灰活性好，他的脫磷還有脫硫效果就更佳所有說，活性石灰是轉爐煉鋼的主要成渣材。小顆粒活性石灰具有大孔隙率，比表面積大，鋼渣與石灰相比，其擴散速率較高，轉爐在對鋼材料進行冶煉時，其所用時間較短，CaO必須在短時間內（約10min～15min）化渣，鋼材料冶煉過程當中，脫硫與脫磷的共同特點是高堿度，由于爐渣，活性石灰很快，冶煉爐渣的堿度得到提升，磷、硫存在石灰中的含量較少（一般小于0.03%）。所以它是良好的煉鋼材料。同時它的除磷、除硫的效果可達到90%以上，相比與普通的石灰高出10%；其特點是減少石灰量的增加，并產生出多余的鋼渣，這從而可以提高鋼水的產量，減少熱的損失，增加廢鋼比；除此之外，這種石灰還可減少飛濺，降低吹損率（1%～3%），從而提高鋼水質量；另外，它還可減少襯里侵蝕并增加爐齡。所以世界很多發達國家都在使用活性石灰在練鋼。而這一項技術也將成為技術政策[3,4]。

2 活性石灰的煅燒

2.1 石灰的生產機理

金屬冶煉過程中石灰是必備的生產原料，而加熱過程中石灰會分解為CaO和CO2作為主要的生產要素。石灰的礦物組成成分、煅燒工藝、內部活性物質三者之間存在一定關聯，石灰會形成兩種不同的狀態，組合是氧化鈣和游離式氧化鈣，其中對游離式氧化也分兩種來區別，活性氧化鈣與非活性氧化鈣，石灰活性的主要影響來源于活性游離氧化鈣。進過煅燒后的礦物質會經歷一個降解為晶格過程，這個過程及其復雜的。在石灰石加熱到一定的熱度的會發生以下的反應：

2.2 提高煉鋼用石灰的質量

一是原料和燃料的質量。原材料是煉鋼的基礎，需要選擇優質的礦石和少雜質的燃燒材料。氣體燃料的選擇應關注其熱值和壓力。第二，合理的煅燒系統。石灰石的分解需要根據窯的傳熱速率進行調整。第三，選擇合理的窯類型。企業應根據自己的生產規模、燃料條件、石灰質量要求和投資能力選擇合理的窯爐類型。四是科學管理。與煉鋼相關的一系列環節包括采礦、礦物加工、配料、煅燒、自動化控制和產品檢驗、這些都需要進行科學的管理。

3 石灰預熱熔解成渣機理

3.1 塊狀石灰的成渣機理

將塊狀石灰正常放入爐中，分解成爐渣的步驟為：

（1）常溫石灰塊與爐渣和熔融金屬接觸，形成凝結的爐渣殼；

（2）石灰塊升溫，逐漸熔化掉外面的冷凝殼；

（3）FeO等氧化物開始進入石灰塊的內部；

（4）渣中，石灰塊外層中的CaO或爐渣中的CaO與發生反應，其中一部分形成爐渣，其一部分形成致密的高熔點外層；

（5）FeO溶解掉，并重復步驟3、4、5以逐漸形成熔渣。

3.2 冷凝層的熔化時間

在正常溫度條件下，石灰與爐中的出渣與金屬熔融狀態的溫度差在一千攝氏度。溫度較冷的石灰和初渣觸碰的界面瞬間冷卻，對于石灰的外層形成“爐渣外殼”。但是冷凝爐渣的殼需要較長時間來加熱才能徹底熔化。但是目前，煉鋼廠中，用的石灰渣一般需要一分鐘左右來熔化已經冷凝的爐渣殼，然后才可進行接下來的成渣過程。

3.3 預熱石灰的熔解成渣

石灰料投放到加熱爐中對其進行加熱，充入氮氣同時加入鐵水，在以上填入物沖擊下，石灰塊可以迅速被粉碎，受熱面積得到增加，完成預熱的石灰料進行除渣處理，與此同時鐵水已完全浸入到石灰料的縫隙中，而且開吹之后，快速增加的氧化亞鐵可以更快更完全地滲透到已經破碎的石灰塊毛細紋路中，進一步促進了石灰的熱分解。最后伴隨著吹制的不斷進行，石灰塊的熔化速度大幅增加，預熱過的石灰幾乎都會變成渣。

4 煉鋼對石灰相關生產工藝的要求

（1）活性石灰的活性越高，可以去除的雜質越多。采用低硫石灰石原料和低硫燃料為原料生產低硫石灰產品，可以保證煉鋼制渣過程中硫的去除率始終處于較高水平；

（2）石灰的燃燒應控制在百分之四以下。高灼燒下的損失表明了石灰具有“高燃燒速率”的特點。所以使用這一種石灰，會降低爐子熱效率，使爐渣變得難以掌握和控制；當然大小對石灰塊的熔化速率也有很大的影響。體積太大塊的石灰，其熔化速度就比較慢。就算到達吹煉的終點也不可能完全熔化掉，甚至也不可以及時排掉渣。而且爐氣會容易吸收那些太細的石灰粉。因此石灰的優選塊度為5mm～40mm的范圍；

（3）一定要確保煉鋼用石灰的活性度，盡力達到330ml及以上的水平才可以，而且要控制石灰適量，灼減體積密度、顆粒組成等硬性指標；

（4）塊狀石灰的一般強度就可以滿足汽車倒車的需求。而且在倒轉已經成品的石灰的過程中，應該少用斗式提升機，并在成品的筒倉中加上螺旋滑塊使用，這樣可以有效減少塊狀石灰的損失；

（5）石灰易吸水變質，粉化成氫氧化亞鈣。應盡可能使用新燒石灰，并盡可能密封儲存。成品儲存箱在進出口時應使用密封效果良好的設備。確保活性石灰在貯存過程中吸收更少的水分，提高產品利用率。而對于成品石灰篩下料部分和除塵粉灰的任務，除供應燒結過程外，其余應該采用壓球造粒法充分提高灰分利用率。