吳飛鵬，劉廣濤，耿 偉.張軍國(guó)

(河北鋼鐵(集團(tuán))唐山分公司熱軋部，河北 唐山064200)

2013年底唐鋼熱軋部進(jìn)行了石灰石替代部分石灰應(yīng)用于150t轉(zhuǎn)爐煉鋼的生產(chǎn)試驗(yàn)，取得了較為顯著的成效。生產(chǎn)實(shí)踐表明，轉(zhuǎn)爐煉鋼前期預(yù)加石灰石做造渣原料，可以很快完成煅燒化渣過(guò)程，能夠?qū)崿F(xiàn)降低噸鋼石灰消耗，達(dá)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(zhuǎn)爐爐內(nèi)后可發(fā)生受熱分解反應(yīng)，所生成的CO2還可與C發(fā)生氧化反應(yīng)。反應(yīng)式如下［1］:

這兩項(xiàng)反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)，需要消耗大量熱能，因此轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)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(shí)還可平衡轉(zhuǎn)爐富余熱量作為降溫材料，石灰石前期加入轉(zhuǎn)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(xiàn)［2］表明:將石灰石在高溫下進(jìn)行急速煅燒模擬，石灰石塊在1 400℃下的分解速度比1 100℃時(shí)大很多，5min煅燒分解率達(dá)到了73.6%，而1 100℃時(shí)的5min煅燒分解率僅為16.1%。這說(shuō)明溫度高時(shí)分解反應(yīng)進(jìn)行的趨勢(shì)大，且石灰石內(nèi)外溫差也大，傳熱速率增大，因此可以確定轉(zhuǎn)爐前期溫度越高石灰石分解速率越快。另外，由于氧槍點(diǎn)火區(qū)域更高，石灰分解速度會(huì)更快，同時(shí)前期造渣料配加一定量的鐵皮球、礦石含F(xiàn)eO的物質(zhì)能夠加快石灰的成渣速度。石灰石分解過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的CO2氣體，會(huì)使得爐內(nèi)熔渣泡沫化程度提高，加強(qiáng)的鋼水與爐渣的攪拌力，增加了脫磷的動(dòng)力學(xué)條件，有利于前期脫磷。

2 石灰石理化指標(biāo)

2.1 石灰石的化學(xué)指標(biāo)

轉(zhuǎn)爐用石灰石塊化學(xué)成分應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1 石灰石塊化學(xué)成分

2.2 石灰的物理指標(biāo)

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(zhì)，表面不允許沾有大量紅泥等污物。

3 石灰石的生產(chǎn)應(yīng)用

3.1 石灰石對(duì)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)爐各種物料的消耗情況如表2，由礦石的消耗看，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shí)，要求其它物料消耗沒(méi)有大的波動(dòng)。150t轉(zhuǎn)爐各種物料的降溫的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3，從此表分析得出，加入1t石灰石相當(dāng)于減少0.4～0.51t礦石。

3.2 石灰石的應(yīng)用方案

石灰石在轉(zhuǎn)爐的應(yīng)用已經(jīng)是比較成熟的工藝，根據(jù)使用目的分為兩種，一種是中后期加入，主要目的是降低轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)反應(yīng)溫度;另一種是在前期加入，目的是快速成渣去除雜質(zhì)，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(kāi)吹后加入。

表3 各種物料的降溫

在石灰石造渣試驗(yàn)過(guò)程中，唐鋼熱軋部確定了石灰石使用量與鋼鐵料消耗的對(duì)應(yīng)關(guān)系，具體見(jiàn)圖1，由此圖可以看出，當(dāng)石灰石消耗大于20 kg/t時(shí)，鋼鐵料消耗明顯增加，從成本角度考慮是不經(jīng)濟(jì)的冶煉方案。

圖1 SPHC爐次石灰石消耗與鋼鐵料消耗關(guān)系圖

唐鋼熱軋部根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，要求石灰石統(tǒng)一在轉(zhuǎn)爐開(kāi)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(guān)系

3.3 石灰石造渣對(duì)冶煉過(guò)程及終點(diǎn)渣樣、成分、溫度的影響

3.3.1 基本工藝參數(shù)

(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(shí)間13～15min。

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

3.3.2 石灰石使用對(duì)轉(zhuǎn)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(xiàn)象，主要原因是由于石灰石加入后，熔池溫度降低，當(dāng)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(dá)到最大，此時(shí)C－O反應(yīng)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(guò)程，可有效減少涌渣。當(dāng)石灰石總量較大時(shí)，每批次石灰石加入量不宜過(guò)大，能夠使石灰石分解氣體產(chǎn)物不過(guò)度富集，能夠有效控制涌渣。

3.3.3 石灰石對(duì)終點(diǎn)渣成分的影響

對(duì)石灰石替代部分石灰的效果，還可以根據(jù)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)渣樣成分進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

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

表5 未加石灰石和加入石灰石終點(diǎn)渣樣對(duì)比

3.3.4 石灰石對(duì)終點(diǎn)鋼水成分、溫度的影響

從表6可以看出，使用石灰石替代部分石灰造渣，冶煉終點(diǎn)氧位、終點(diǎn)溫度、終點(diǎn)C及P質(zhì)量分?jǐn)?shù)相差不大，說(shuō)明其冶煉效果相當(dāng)。

表6 未加石灰石和加入石灰石終點(diǎn)成分對(duì)比

3.4 鋼鐵料、造渣料消耗對(duì)比情況

表7 未加石灰石和加入石灰石終點(diǎn)成分對(duì)比

由上表可以看出:使用石灰較使用石灰石替代部分石灰造渣，鋼鐵料消耗基本無(wú)變化，石灰消耗降低3.5kg/t，礦石消耗降低2.2kg/t。

3.5 經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)目前物料市場(chǎng)價(jià)格，以及石灰石加入前后熔劑單耗對(duì)比情況(表7)對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼t鋼做以下計(jì)算，列于表8。

表8 煉鋼噸鋼成本計(jì)算表

從表8可以看出，采取石灰石替代部分石灰后噸鋼成本可降低3.0元。唐鋼熱軋部年生產(chǎn)能力為400萬(wàn)t，則全年可節(jié)約生產(chǎn)成本400×3.0=1200萬(wàn)元。

4 結(jié)論

(1)通過(guò)實(shí)踐，采用石灰石基本可以替代常規(guī)工藝中的部分石灰;從終點(diǎn)磷含量的對(duì)比來(lái)看，完全能夠達(dá)到3.0的堿度

(2)利用石灰石替代部分石灰造渣煉鋼，能夠有效降低噸鋼石灰消耗3.5kg/t，礦石消耗降低2.2kg/t，使煉鋼生產(chǎn)成本降低3.0元/t，能夠達(dá)到降低生產(chǎn)成本的預(yù)期目的，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

［1］魏寶森.石灰石在轉(zhuǎn)爐煉鋼中的應(yīng)用［J］.冶金能源，2012，(4):10－14.［2］王常珍.冶金物理化學(xué)研究方法［M］.北京:冶金工業(yè)出版社.2002.