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本钢石灰石在转炉炼钢中的应用(上)


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,用以代替部分石灰造渣,起到了平衡转炉富裕热量,减少其他降温料消耗作用,并取得了一定成功,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,可以在转炉内直接加入石灰石,这相当于将石灰石的煅烧过程放到了转炉炉内集中进行,其反应式如下:
 
CaCO3→CaO+CO2
 
ΔG0= 169120-144.6T,J/mol
 
开吹后转炉内熔池温度一般在1300-1400℃之间,石灰石在加入转炉后瞬间承受1300-1400℃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3-5h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。
 
另外,由于石灰石分解会生成大量的CO2气体,会使得炉内熔渣泡沫化程度提高,有利于增加石灰与熔渣反应的表面积,同时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,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化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物质2CaO•SiO2,进而影响石灰的熔化速度。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,可有效限制SiO2进入石灰内部,避免了高熔点物质2CaO•SiO2的生成,从而有利于石灰的熔化。CO2气体的排出以及石灰的快速熔化是相互促进的,从化学反应动力学角度分析,这两种生成物的排出和熔化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,石灰石的热分解熔化速度并不低于石灰在炉内的熔化速度。
 
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CO2还可以发生对C的氧化反应。其反应式如下:
 
CaCO3→CaO+CO2
 
CO2+[C]→2CO
 
这两项反应均为吸热反应,均需要消耗大量热能,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具体应用实践
 
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15-60mm,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
%
CaO+MgO MgO SiO2 S P H2O
≥52 ≤3 ≤3 ≤0.03 ≤0.03 ≤2.0

 
在炼钢生产中,转炉开吹后,采用高枪位加速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3t,同时加入轻烧白云石和部分石灰以及适量的化渣剂。调整氧枪位置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位置,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应情况,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。
 
通过对比性生产试验,在同一座炉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,所得实验数据做统计分析后列于表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,终点溶渣粘度及钢水中P含量均未发生大的变化。物料方面,加入石灰石后,有效的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。
 


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