石灰石在转炉炼钢中的应用

魏宝森

（本钢板材股份有限公司 炼钢厂，辽宁 本溪 117000）

石灰石在转炉炼钢中的应用

魏宝森

（本钢板材股份有限公司 炼钢厂，辽宁 本溪 117000）

分析了石灰石加入转炉后热分解反应过程中的能量消耗和特性以及分解过程中的渣化反应.阐述了石灰石应用于转炉炼钢的优越性:既可以部分替代石灰减少对石灰的消耗，同时还可以平衡转炉富裕热量，减少其他降温料的使用量，为炼钢生产节约了成本，创造了更大的利润空间.

转炉炼钢;石灰石;炼钢成本

节能降耗已成为当前钢铁企业普遍关注的重要课题之一，如何在炼钢生产中既满足冶炼工艺需求同时又降低炼钢成本事关企业发展的经济命脉.2011年，本钢炼钢厂开始将石灰石应用于转炉炼钢生产中，以代替部分石灰造渣，平衡转炉富裕热量，减少其他降温料消耗.这种节能减排技术，取得了一定成功，为企业创造了可观的经济效益.

1 石灰石应用于转炉炼钢中的理论依据

1.1 石灰石部分替代石灰的应用

现代转炉炼钢中普遍采用石灰作为造渣材料，而石灰则是由石灰石煅烧而来的，在新技术中，在转炉内直接加入石灰石相当于将石灰石的煅烧过程放在了转炉炉内集中进行［1］，其反应式如下:

开吹后转炉内熔池温度一般在1 300～14 00℃之间，石灰石在加入转炉后瞬间承受1 300～1 400℃的高温，由碳酸钙的分解反应式可知，急剧升温后将促使石灰石表面碳酸钙的分解激烈进行.原本在炉外需要煅烧3～5 h的石灰石分解反应，在转炉炉内由于内外表面巨大的温度差，使石灰石煅烧成为石灰的速度急剧加快［2］.

另外，由于石灰石分解会生成大量的CO2气体，CO2气体的逸出会在石灰石煅烧生成的石灰表面形成诸多气孔，石灰高气孔率的形成会更有效地促进石灰的快速熔化［2］，有利于高碱度转炉熔渣的快速形成.在现代炼钢生产中影响转炉前期石灰熔解的主要因素是由于吹炼初期Si、Mn的快速氧化所生产的SiO2与石灰中CaO在其表面形成高熔点（2 130℃）物质2CaO·SiO2进而影响石灰的熔解速度.而采用石灰石作为造渣材料由于煅烧反应不断生成的CO2气体的逸出，可有效地限制SiO2进入石灰内部，避免了2CaO·SiO2的生成，从而有利于石灰的熔解.CO2气体的排出以及石灰的快速熔解是相互促进的.从化学反应动力学角度分析，CO2的排出和石灰熔解促进了石灰石煅烧反应的进行.因此在保证了转炉炉内温度的前提下，石灰石的热分解及熔解速度并不低于石灰在炉内的熔解速度［3］.

1.2 石灰石作为降温料应用

当前钢铁企业生产中，普遍存在着降温材料成本高昂且原料短缺问题.如何开发出新的、价格低廉且具良好降温效果的新材料，成为降低炼钢成本的又一重要课题.石灰石加入转炉炉内后可发生受热分解反应，所生成的CO2还可以发生对C的氧化反应.其反应式如下:

这两个反应均为吸热反应，都需要消耗大量热能，故转炉炼钢生产中使用石灰石不仅可部分替代石灰提供转炉所需碱度要求，同时还可平衡转炉富裕的热量作为降温料使用.从而减少其他金属降温料的消耗，解决降温材料成本高昂原料短缺问题，为企业降低炼钢成本.

2 石灰石在转炉炼钢中的应用

本钢炼钢厂所用石灰石均为自产优质石灰石矿，粒度均匀，一般为15～60 mm，物料干燥且无杂质.其具体理化成分见表1.

表1 石灰石的化学成分（质量分数）Table 1 The chem ical composition of the limestone（m ass fraction） %

在炼钢生产中，转炉开吹后，采用高枪位加速渣中氧化铁的生成确保炉内着火充分，观察炉口火焰判断炉内着火情况，确认充分着火后加入提前称重准备好的石灰石3 t，同时加入轻烧白云石和部分石灰以及适量的化渣剂.调整氧枪枪位促进转炉初期渣的快速生成，视铁水成分及炉内反应情况加入第二批石灰.根据炉内反应情况及时合理地控制氧枪枪位，保证氧气射流对熔池的搅拌能力.同时密切观察炉口火焰情况，并根据生产经验合理配加降温材料，一般反应稳定时可加入石灰石作为降温材料控制温度;当炉内出现返干时则禁止加入石灰石降温，而应加入铁矿石、铁皮球等金属降温料，在降温的同时促进化渣，保证化好过程渣，减少过程返干时间，从而确保熔池温度以及脱碳速度得以均衡平稳地进行.根据炉口火焰判断炉内反映情况，利用先进的副枪技术，测取过程和终点温度及成分并取样进行化学分析后出钢.

通过对比性生产实验，在同一炉座上冶炼终点成分相近的30炉普通低碳钢种.铁水与废钢均为定量加入，铁水初始条件相似，并对冶炼终点成分化验分析，所得实验数据见图1，对实验数据统计分析后列于表2.由表2数据可见，石灰石应用于转炉炼钢生产后过程反应平稳，溢渣炉数稍有增加，未出现严重返干及大的喷溅现象.钢水终点化学成分稳定，终点溶渣黏度及钢水中P含量均未发生大的变化.物料方面，加入石灰石后，有效地减少了活性石灰及铁矿石的用量，但供氧时间及氧耗量略有增加.总体来看，石灰石应用于转炉炼钢可以满足冶炼工艺要求，是合理可行的.

表2 石灰石应用前后生产实验数据Table 2 The experimental data of practice before and after the limestone application

3 石灰石应用效果分析与讨论

3.1 对炼钢物料的影响

通过在生产实践中的试验，由表2可看出，在平均加入4.5 t石灰石的基础上，可减少活性石灰用量1.4 t，铁矿石2.8 t.有效地降低了转炉炼钢辅料的消耗.根据实验数据统计分析，计算可知3 t石灰石约合1 t活性石灰，2 t石灰石约合1 t铁矿石的降温值.

另外，石灰石作为降温料的使用必须配加部分可用于化渣的金属降温料，方可保证冶炼过程的化渣效果.反之，则会出现较大较长时间的返干现象.在过程测试后的温度调整，应视化渣效果合理选择.如炉渣较黏则选择加入金属降温料控制温度，这样在控制温度的同时还可以增加渣中FeO含量，促进化渣;如过程化渣良好，则可选择加入石灰石降温，石灰石作为降温材料不含金属元素，在降温的同时可以保证终渣黏度，有利于溅渣护炉效果维护炉况.

图1 石灰石加入前后物料加入数据对比Fig.1 Comparison of the materials before and after the limestone appliation

3.2 对冶金工艺的影响

在生产实践中我们发现，转炉加入石灰石替代部分石灰及降温料后，终渣碱度未发生大的变化，钢水终点成分稳定，脱磷效果良好，但反应前期出现溢渣现象稍有增加，供氧时间有所增长，氧耗量有所增大，且终渣泡沫化程度普遍较高.我们推测，这是由于石灰石在炉内受热分解过程中生成大量CO2气体，CO2气体的逸出使溶渣泡沫化程度增大，故吹炼过程中易出现溢渣现象.对于终点拉碳时，CO2气体逸出所造成的高泡沫化渣使得渣层有所变厚，减弱了氧气射流对铁水的冲击力度，进而影响了脱碳速度，增加了供氧时间和耗氧量.

3.3 对经济效益的影响

根据目前物料市场价格，以及石灰石加入转炉前后所得实验数据表2内容对转炉炼钢成本做以下计算，列于表3.

表3 炼钢成本计算Table 3 Steelmaking cost calculation

由表3可见，每一炉次可节省成本:23.5+499.8－247.5+3 505.6－1 455=2 326.4元.试验中所用180 t转炉平均出钢量为158 t，则吨钢可节约成本为2 326.4÷158=14.72元.本钢炼钢厂年生产能力为1 000万t，则全年可节约成本14 720万元.

4 结论

石灰石加入转炉后的分解反应产生CaO和CO2可部分替代石灰，减少石灰用量，同时还可以平衡铁水的物理热和化学热，减少降温料的使用量.在反应过程中石灰石的熔解速度不低于石灰的熔解速度，石灰石的应用未对冶炼过程造成大的不良影响，满足冶炼要求.同时由于石灰石较石灰和其他金属降温料成本廉价，其大规模使用可为企业节约较大成本，创造出较大经济效益.

［1］李自权，李宏，郭洛方，等.石灰石加入转炉造渣的行为初探［J］.炼钢，2011（2）:33－35.

（LIZi－quan，LIHong，GUO Luo－ fang，et al.Preliminary research on the behavior of limestone charged into converter in the process of making slag［J］.Steel Making，2011（2）:33－35.）

［2］李宏，曲英.氧气转炉炼钢用石灰石代替石灰节能减排初探［J］.中国冶金，2010（9）:45－48.

（LIHong，QU Ying.Discussion on limestone addition instead of lime for energy－saving and emission reduction in BOF steelmaking［J］.China Metallurgy，2010（9）:45 －48.）

［3］刘宇，王文科，王鹏，等.转炉采用石灰石部分替代石灰的冶炼实践［J］.鞍钢技术，2011（5）:41－44.

（Liu Yu，Wang Wenke，Wang Peng，et al.Steel － making operations by substituting limestone for some limes in coverter［J］.Angang Technology，2011（5）:41 －44.）

Limestone in converter steelmaking practice

WEIBao-sen
（Benxi Steel Plate Co.，Ltd.steelmill，Benxi117000，China）

The energy consumption and characteristics of process of the thermal decomposition reaction of the limestone and slag reaction in the converter were analyzed.The superiority of the limestone used in the converter steelmaking was described.As a substitute of part of time，the limestone can notonly reduce the consumption of lime，but also can balance the excrescentheat in the converter.So that it can reduce the usage of the other coolingmaterials and can create a larger profit space.

converter steelmaking;limestone;steelmaking profit

TF 702

A

1671-6620（2012）03-0157-03

2012-05-02.

魏宝森 （1986—），男，助理工程师，E－mail:weibaosen1@163.com.