转炉炼钢使用石灰石造渣的合理性和可行性

2019-03-03任云婵

冶金与材料 2019年2期

任云婵

（河钢宣钢一钢轧厂，河北张家口 075100）

1 炼钢渣中石灰的作用和基本要求

1.1 炼钢渣中石灰的作用

在炼钢工作开始后，要结合实际应用要求和管控要点完善相应工作，确保能提升不同物质的应用价值和综合水平。最关键的是，要在氧气转炉炼钢的过程中集中对各个物质进行综合监督，尤其是铁水中的硒元素、锰元素以及磷元素等都会被氧气直接作用形成对应的氧化物，这些氧化物本身就呈现出微酸性，因此，此时加入微碱性的物质就能进行化学中和。生石灰是较为廉价且来源广泛的碱性物质，其中氧化钙的含量超过90%，因此，炼钢沼渣材料中生石灰不可获取。而对于钢水物质而言，尤其要减少磷元素和硫元素，以避免对环境造成严重的危害，就会借助碱性的氧化钙完成对应的反应，保证氧化钙和五氧化二磷能形成化学反应生成复合氧化物被有效保留在钢渣中。

另外，钢水中还存在硫元素和氧化钙形成硫化钙的情况，为了有效完善脱磷和脱硫处理，石灰的加入量要得到有效的约束和控制，一般保证氧化钙和二氧化硅的比例在3.0～3.5之间即可。

1.2 炼钢渣中石灰应用的基本要求

在早期的炼钢管理工作中，一般会选取一些竖窑中煅烧工艺残留的石灰作为处理药品，但是，因为竖窑本身存在气流分布不均匀的问题，这就是的局部温度会出现增高的现象，最关键的是，欠烧和过烧问题都较为严重。要想从根本上保证石灰石能充分分解，就要结合煅烧工艺进行综合处理，有效保证石灰的活性和成渣效率。基于此，从上世纪70年代开始，平炉炼钢工艺逐渐没落，利用氧气顶吹转炉炼钢法处理方式能有效替代传统工艺体系，且能有效缩短原有平炉法炼钢的时间。在技术不断发展的背景下，对石灰成渣的速度及反应活性就提出了更高的要求，尤其是活性石灰的应用。

相关研究人员对实际应用过程进行了集中分析，判定石灰的活性与石灰石煅烧温度之间有着较为紧密的联系，在活性石灰生产的过程中，石灰石在700～900℃间进行预热处理，然后集中利用1100～1200℃的温度环境完成快速煅烧，具体时间要结合设备进行判定。目前，多数处理方式都会采取回转窑或者是套筒窑进行，保证了产量的基础上也对质量予以良好的约束和管理。

结合我国冶金行业管理制度和相关要求可知，在冶金石灰管理项目中，要依据相关标准进行质量监管，达到一级标准的石灰活性度要控制在320mL以上，并且活性度能有效反映石灰在熔渣中的快速溶解能力。需要指出的是，相关人员不能借助简单的方式直接对社会熔渣中的融化能力进行测定和分析，工业上一般会利用测定石灰在水中消化速度的方式完成相应的工作。基于此，多数操作处理部门会借助冶金石灰物理检验方法进行综合监督和管理，也就是说，要完善对应的石灰物理检验操作，才能投入使用，具体的操作流程如下：①保证新烧石灰破碎筛分过程中，能对1～5mm的试样进行筛分控制，取50g；②向其最终加入2000nL水，并且添加酚酞试剂，完成对应的消化处理工作；③利用浓度为4N的稀盐酸溶液进行处理，在39～41℃的环境中进行连续滴定处理；④滴定过程一般为10min，消耗的稀盐酸要按照毫升数进行综合监管，有效对活性度指标数值予以系统化判定。依据相应试验完成后可获得活性石灰，其中氧化钙的晶粒较为细小，并且因为二氧化碳会从石灰石晶体结构中逸出，因此会留下较多的微气孔，无论是气孔率还是比表面积都能满足相应的应用要求。

值得一提的是，较好的活性石灰要满足具体参数要求，首先，体积密度要在1.5～1.7g/cm3。其次，气孔率要在50%以上。再次，比表面积要在1.5～2.0m2/kg，且结晶较为细小。最后，活性度要在300mL以上。

2 转炉炼钢使用石灰石造渣的合理性和可行性

在全面分析了转炉炼钢使用石灰石造渣要求和具体应用要点后，就要结合实际工艺流程判定相应理论推导过程的合理性和实际操作的可行性，从而实现技术的大范围推广，提升相应工序的时效性，真正发挥技术优势的同时，提升炼钢工作的环保价值和经济效益。

一般而言，借助石灰石代替活性石灰进行炼钢和传统的工艺存在较大的差异，这种操作机制中要求石灰是能瞬时进入到1350～1500℃的环境中，就会马上形成升温分解，转变为石灰形态。

（1）在应用石灰石替代石灰的过程中，煅烧过程就已经转移到了转炉设备中，形成碳酸钙分解为氧化钙和二氧化碳。石灰石加入转炉煅烧过程需要较高的热量，因此，炉内的热平衡就会受到影响，石灰石的额外热量不仅涉及石灰石升温过程中吸收的热量，也包括石灰石分级过程中吸收的热量，而在现代化的氧气转炉设备中，本身就是负能炼钢，这就使得热量较为富余，这部分能量正适宜抵消石灰石代替石灰进行炼钢造成的额外热量支出，能有效提升相应的处理工序和管理效率。最关键的是，吸热比值能被控制在一定的数据范围内，提升了操作工序的合理性和综合价值。基于此，石灰石的分解反应较为关键，本身会产生较多的二氧化碳，能有效助力逸出过程形成石灰表面的气孔，对于后续形成熔渣具有较为突出的作用，所以在转炉炼钢工序中应用石灰石代替石灰具有一定的合理性。

（2）在转炉出钢的过程中，主要是借助余热进行石灰石煅烧，活性度能维持在320mL以上，这就使得相应物质的质量标准能满足要求。并且在1200～1500℃石灰石的转化率本身就会随着温度升高而升高，煅烧时间的增长必然会增加转化率，甚至趋近100%。因此，转炉炼钢使用石灰石造渣能在减少降温材料使用量的同时，保证脱磷效果满足安全管理的标准要求，整体管控结构较为便利，也能维护产量和基础质量，转炉炼钢使用石灰石造渣具有可行性。