转炉应用石灰石炼钢技术实践

刁兴武， 王大博

(西林钢铁集团有限公司， 黑龙江 伊春 153025)

随着长流程钢铁企业降成本需要，对铁水成分控制要求逐渐向低硅铁水控制发展，但对于转炉低硅铁冶炼技术存在诸多不利因素，转炉粘氧枪，粘炉口严重，严重影响转炉生产节奏。为此炼钢总厂通过实际探索，在低硅铁水使用灰石冶炼，严格控制前期温度，控制炉渣碱度，中期加入烧结矿等冷料进行优化。根据转炉炼钢热平衡计算，利用石灰石代替冷料，造渣料达到转炉热平衡。利用转炉自身的热量使石灰石在炉内进行分解再参与反应，达到替代石灰的作用。

(1)解决了转炉炼钢中热平衡的问题。可以用碳酸镁，碳酸钙分解带走热量来满足热平衡的问题，可以大大减少废钢的产生，降低了采购成本及钢材的成本。

(2)如果热量还存在富余，可以加大铁矿石的用量，锰矿的用量，可以大大降低钢铁料消耗。直接从矿石变成了钢。从锰矿变成了合金。工序成本没有了，成本可以进一步降低。

1 石灰石代替石灰炼钢技术原理：

(1)大气条件下碳酸钙约420℃就可以分解，820℃即可完全分解，而化渣却发生在1 200℃以上，因此碳酸钙的分解与化渣早晚无关。只要保证炉温，石灰石的外圈会瞬间分解成石灰与渣反应，初生石灰活性最大，化渣时间会缩短。

(2)炼钢是一个氧化熔炼的过程，生产中需强制供氧吹炼。石灰石中CaCO3含有44%质量的CO2，在炼钢前期，这部分CO2分解出来后可以与Fe、[Si]、[Mn]、[C]等发生氧化反应，对炼钢过程强化冶炼减少氧气消耗是有利的。但是(完全烧成的)石灰中已没有CO2，不具有氧化性，因此炼钢过程中直接加入具有氧化性的石灰石造渣，更符合炼钢原理要求。同时由于分解放出的二氧化碳在炉内大大减低了氧气的分压，形成了转炉内软吹的条件，更能促进前期渣早化。

(3)石灰石块受热煅烧成石灰块是一个由表及里的过程，首先在其表层发生碳酸钙分解反应生成石灰，然后一圈圈地向里面发展，一般可以用“未反应核模型”来解释。当石灰石块加入转炉之后，在吹氧搅拌条件下其与熔渣可充分接触，其表层转变成石灰后，会马上与周围的熔渣发生反应而脱落，烧成石灰和化渣脱落方向一致，这一过程的模型可称为“表层脱落型未反应核模型”

(4)石灰石直接与炉渣接触，可以认为在其表面层中CO2逸出的同时，就发生了石灰的化渣反应，因此参与反应的石灰都具有高气孔率、高活性。石灰一层层地生成，一层层地反应溶入炉渣，煅烧反应层的移动方向与化渣反应层的移动方向一致，因此在保证炉内温度的条件下，石灰石化渣的速度应不低于石灰的化渣速度。石灰石上新生成的石灰表面层可以快速地消失，让内部石灰石的表面裸露出来，也可以使向石灰石内部的传热加快。因此从动力学角度看，石灰石在转炉内的煅烧造渣过程，实际上是煅烧、化渣同时进行的过程。现在炼钢生产前期石灰化渣的过程中，常常因为渣中SiO2浸入石灰内部生成高熔点的2CaO·SiO2而影响快速化渣，而在加入石灰石的条件下，由于碳酸钙一层层地分解且有CO2逸出，则有可能限制SiO2浸入石灰石内部，避免高熔点2CaO·SiO2的生成，从而有利于化渣。

(5)利用碳酸钙碳酸镁的分解带走热量达到低温快速成渣目的。从而达到去磷的先决条件。

2 基本流程说明

(1)铁水条件

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

铁水温度≥1 250℃

(2)转炉对铁水成分及温度及时了解，要求每炉测铁水温度取样分析，转炉渣料根据铁水成分及温度情况及时调整，渣料分二批料加入，要求前期加入总量的2/3，其余渣料在吹炼6分钟前加完。

(3)终点判断 吹炼700s时将烟罩抬起，观察火焰情况，在烟气分析CO质量分数开始下降时准备起枪，当CO达到30%、终点碳含量在0.1%左右时起枪取样。

3 转炉工艺操作要点

3.1 装入制度

(1)装入顺序：先加废钢，后兑铁水。

(2)装入量：采用定量装入，入炉铁水计量误差范围不超过±500Kg。全铁90t，铁水+废钢=100t。其加入量根据铁水条件和热平衡来控制。

(3)遇下述情形之一时，不加废钢：

1)开新炉前三炉采用全铁水冶炼，装入量控制在90t。

2)当有回炉钢水、补炉第一炉或热停炉时间大于3h时，不加废钢。

3.2 供氧制度

采用恒压变枪制度。

3.3 造渣制度

(1)枪位控制

开吹枪位为1.4m，比石灰炼钢开吹枪位高100mm，过程枪位与石灰炼钢相同。前期开吹可将流量控制在17 500m3/h加入第一批后降低流量至在19 000m3/h，枪位提高至1.6m，促进前期化渣。中期可视渣化情况调整枪位或流量，减缓冶炼速度，保证稳定升温。

(2)造渣料加入方式

①正常情况下，在开吹后即加入石灰石总量的30%～50%以及部分白云石等辅料，遇铁水温度低时，先低枪位点火，等炉口碳焰出现后再加入；

②剩余的石灰石在吹炼过程中根据化渣情况分批加入，在吹炼到六分钟时全部加完；

③当熔池温度偏高或炉渣返干时，可加入适量的烧结矿或污泥球降温或化渣，单批量≤100kg；

④石灰石不得作为冷却剂使用；

⑤正常情况下，所有辅料在终点前1.5min加完，当终点磷或硫成分偏高需补加石灰石处理时，应补吹15s以上；

⑥根据炉况侵蚀情况(大面与炉底)可在兑铁前铺入炉内1～1.5t石灰石，开吹时加入剩余造渣料。

(3) 终渣及溅渣护炉

终渣碱度控制2.5-3，MgO=8%～12%，∑FeO≤15%；

相同碱度，比石灰炼钢终渣渣量较少，操作枪位与溅渣时间根据观察炉口溅渣情况适当调整。

表1 石灰石加入量

表2 烧结矿或污泥球加入量

表3 各因素对炉内钢水温度的影响参考表

4 结论

使用石灰石炼钢主要技术指标完成情况

(1)转炉经验判断终点命中率≥80%一倒脱磷率≥85%

(2)炉渣碱度2.3～3.0钢铁料消耗≤1 059kg/t

(3)灰石消耗≤65kg/t

通过转炉高效化低成本洁净钢生产技术应用， 造渣材料消耗，钢铁料消耗及氧气消耗，均不同程度降低，降低了转炉的加工成本。同时，转炉一倒脱磷率，终点命中率均大幅度提高，转炉冶炼周期缩短，生产率提高，使转炉冶炼控制水平得到有效提高。该技术对于低硅铁水冶炼，废钢供应不足条件下具有良好的热平衡调节效果。