轉(zhuǎn)爐復(fù)吹與石灰石造渣行為控制技術(shù)研究

付 博

（唐山中厚板公司，河北 唐山 063000）

鋼鐵企業(yè)是典型的重工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)也是能源高耗企業(yè)，同時(shí)在生產(chǎn)過程中會(huì)伴隨產(chǎn)生大量的粉塵和CO2排放。目前世界鋼鐵工業(yè)CO2的年排放量約30 億噸左右，占全球CO2總排放量的15%，而我國(guó)的鋼鐵生產(chǎn)CO2排放量占世界鋼鐵排放總量的50%左右，已經(jīng)嚴(yán)重超標(biāo)，是典型的重污染企業(yè)。伴隨鋼鐵冶金工業(yè)的生產(chǎn)，鋼鐵企業(yè)噸鋼綜合能耗達(dá)619 噸標(biāo)準(zhǔn)煤，CO2排放總量達(dá)5.65 億噸。CO2是鋼鐵工業(yè)的主要污染排放物，如何實(shí)現(xiàn)將CO2直接消耗于煉鋼工藝中，將其變廢為寶進(jìn)行資源優(yōu)化，是目前鋼鐵工業(yè)領(lǐng)域研究的重要課題。

在傳統(tǒng)的煉鋼過程中，石灰石分解并分解為煅燒石灰，并沖走了大量的CO2。在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中添加石灰時(shí)，石灰會(huì)吸收大量的物理熱量并升高溫度，直到達(dá)到煉鋼溫度，可見這種公益模式存在著大量的能源浪費(fèi)。我公司原有煉鋼工藝，噸鋼消耗斷燒石灰約50Kg，現(xiàn)使用石灰石代替石灰進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煉鋼，噸鋼消耗石灰石量約21Kg，這樣的工藝模式有效的降低了CO2排放，同時(shí)在整個(gè)生產(chǎn)過程中，造渣工藝行為也發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了快速完成煅燒化渣的過程，通過120 噸轉(zhuǎn)爐采用復(fù)吹石灰石代替斷燒石灰的模式進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)踐對(duì)比，取得更為良好的效果。

1 石灰石分解研究

為了進(jìn)一步了解石灰石在轉(zhuǎn)爐造渣中的分解過程，對(duì)石灰石煅燒工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究，從而進(jìn)一步研究石灰石在不同溫度下的分解特性，以便充分了解，在轉(zhuǎn)爐煉鋼中石灰石分解過程，具體數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 石灰石煅燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2 石灰石造渣行為控制技術(shù)

2.1 石灰石代替石灰熱量計(jì)算

轉(zhuǎn)爐煉鋼每噸鋼投加50Kg 煅燒石灰、150Kg 廢鋼，煅燒石灰約含CaO 90%左右，計(jì)算時(shí)按純CaO 考慮，石灰石以純CaCO3考慮。煅燒石灰石的主要反應(yīng)為：CaCO3=CaO+CO2。采用石灰石代替煅燒石灰吹煉鐵水后，放熱比低于原有的傳統(tǒng)煅燒石灰和廢鋼投加轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝模式，因此這種轉(zhuǎn)爐工藝模式的轉(zhuǎn)變，可以保證在演練過程中熱量是足夠的。

2.2 轉(zhuǎn)爐采用石灰石造渣過程

轉(zhuǎn)爐煉鋼是鐵水的氧化脫碳過程，脫磷和結(jié)渣過程在初始轉(zhuǎn)化階段就完成了。煉鋼中的脫磷過程在低溫和高堿度條件下進(jìn)行。當(dāng)前，當(dāng)轉(zhuǎn)爐初始階段的轉(zhuǎn)爐溫度較低時(shí)，在煉鋼過程中會(huì)添加石灰。所得爐渣具有較高的堿度。煅燒石灰可以吸收空氣中的水和CO2，將煅燒石灰放入轉(zhuǎn)爐后，這部分水和CO2將經(jīng)歷吸熱過程，這相當(dāng)于二次煅燒。此過程消耗大量熱能，如果在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中直接添加石灰石，則整個(gè)焙燒過程可以快速完成，二氧化碳和石灰被分解，不僅增加了轉(zhuǎn)爐煉鋼初期的氧氣供應(yīng)，而且能夠取得更為理想的煉鋼效果。

2.3 石灰石代替石灰轉(zhuǎn)爐煉鋼應(yīng)用效果

由于在120 噸轉(zhuǎn)爐中使用石灰石代替石灰皂渣的工業(yè)實(shí)踐，只要轉(zhuǎn)爐冶煉和回火的預(yù)進(jìn)料系統(tǒng)保持不變并且增加向轉(zhuǎn)爐供氧，從石灰石和鐵元素分解的CO2就會(huì)被氧化。熔融過程在2～3分鐘內(nèi)完成時(shí)，會(huì)產(chǎn)生許多氣泡并溢出。可以得出結(jié)論，在轉(zhuǎn)爐中形成了大量的FeO。如果僅使用煅燒石灰，則難以實(shí)現(xiàn)這種熔化效果。

在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中吹入氧氣與鐵水充分?jǐn)嚢瑁F水中的碳與氧化物發(fā)生放熱反應(yīng)，同時(shí)產(chǎn)生大量的CO 氣體，傳統(tǒng)煉鋼工藝模式與石灰石代替煅燒石灰煉鋼工藝模式相比，煉鋼過程中CO 濃度變化不大。表2 為轉(zhuǎn)入應(yīng)用新工藝模式后，煉鋼終點(diǎn)碳氧積，可以看出石灰石代替斷燒石灰厚大大提升了轉(zhuǎn)爐煉鋼的鋼水質(zhì)量和金屬收得率。

表2 轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)元素含量（100 爐平均值）

圖1 為采用新工藝模式后，傳統(tǒng)工藝模式中石灰消耗量與轉(zhuǎn)爐煉鋼爐數(shù)之間關(guān)系圖，可以看出采用傳統(tǒng)工藝煉鋼過程中，石灰消耗平均量為每噸，40.85Kg，采用石灰石代替煅燒石灰后噸鋼石灰平均消耗量為19.5Kg，噸鋼節(jié)約石灰21.35Kg。

圖1 新工藝與常規(guī)工藝過程石灰消耗分布

圖2 為采用新工藝模式后，轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中石灰石消耗正態(tài)分布圖。可以看出新工藝模式，石灰石消耗量噸鋼20.41Kg，與傳統(tǒng)工藝模式相比，采用該工藝模式后降低煅燒石灰用量高達(dá)50%。

圖2 新工藝過程石灰石消耗分布

圖3 為采用新工藝模式后與常規(guī)生產(chǎn)過程中生白云石消耗量正態(tài)分布圖，從圖中可以看出新工藝模式生白云石消耗平均為噸鋼20.41Kg，原工藝模式中升白銀時(shí)消耗量為噸鋼11.02Kg。

圖3 新工藝與常規(guī)工藝過程生白云石消耗分布

圖4 為生產(chǎn)實(shí)踐統(tǒng)計(jì)，轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中添加造渣料，冷卻料投入量。原工藝模式下噸鋼平均渣量為100.06Kg，采用新工藝模式后，噸鋼平均新生成渣量80.35Kg。噸鋼降低20.25Kg，渣量降低約20%。

圖4 新工藝與常規(guī)工藝過程渣量分布

3 轉(zhuǎn)爐煉鋼CO2利用技術(shù)

采用石灰石造渣煉鋼技術(shù)后可增大CO2回收量，回收的CO2在煉鋼工藝過程中循環(huán)使用，代替氮?dú)庾鳛檗D(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐的氣源。在轉(zhuǎn)爐煉鋼完成后，投入一定的添加劑及焦煤粉，以便提升爐渣的流動(dòng)性，然后利用CO2取代氮?dú)猓ㄟ^氧槍產(chǎn)生射流，吹起爐渣并噴濺到轉(zhuǎn)爐內(nèi)表面，采用CO2進(jìn)行濺渣護(hù)爐，在生產(chǎn)實(shí)踐中有眾多的優(yōu)點(diǎn)，第一，增強(qiáng)了轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中CO2的回收量并循環(huán)利用。第二，濺渣護(hù)爐過程中，CO2與爐渣中的碳發(fā)生反應(yīng)，生成CO，提升了轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中的煤氣回收量，不但可以有效的降低了CO2的排放，同時(shí)分離出來的CO2，還可繼續(xù)用于轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)實(shí)踐。

4 結(jié)論

為了降低轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中的成本，實(shí)現(xiàn)高效清潔的生產(chǎn)工藝體系，進(jìn)行了轉(zhuǎn)爐復(fù)吹與石灰石造渣行為控制技術(shù)的研究，通過大量的生產(chǎn)實(shí)踐數(shù)據(jù)匯總得到以下結(jié)論。

（1）通過石灰石煅燒實(shí)驗(yàn)，我們充分了解了石灰石分解過程中溫度與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系，為石灰石結(jié)渣的生產(chǎn)實(shí)踐提供了理論依據(jù)。

（2）在生產(chǎn)實(shí)踐過程中，轉(zhuǎn)爐投入一定的石灰石分解產(chǎn)生CO2，CO2與鐵水中的C、Si、Mn 和Fe 等元素發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生CO。

（3）在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中投入了一定比例的廢鋼與石灰石，有效地提高了轉(zhuǎn)爐煤氣回收率和一氧化碳濃度。

（4）通過石灰石代替煅燒石灰，投入轉(zhuǎn)爐進(jìn)行造渣的工藝模式，大幅降低了斷燒石灰的使用量，噸鋼節(jié)省石灰消耗量50Kg，有效節(jié)約能源50%。

（5）采用CO2代替氮?dú)膺M(jìn)行濺渣護(hù)爐，實(shí)現(xiàn)了CO2的循環(huán)利用，降低了CO2排放，終渣中FeO 含量明顯降低。