CN115011752A - 一种转炉采用石灰石炼钢控制炉渣碱度的方法 - Google Patents

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Abstract

一种转炉采用石灰石炼钢控制炉渣碱度的方法，属于转炉炼钢技术领域。其先根据公式S=C×W×60/28×{1‑[B+（W‑D）/0.1%×N]}×R计算出需要加入的纯石灰总重量S，入炉石灰与石灰石的重量配比以2/3为基准，并根据石灰、石灰石中CaO的含量计算出入炉石灰、石灰石的基准重量，再跟据入炉铁水温度、铁水中硅的重量含量确定入炉石灰、石灰石的实际重量。本发明将炉渣碱度控制在目标值R±0.15范围的比例达到92%以上，具有减少二氧化碳排放、降低成本以及准确控制炉渣碱度的优势。

Description

一种转炉采用石灰石炼钢控制炉渣碱度的方法
技术领域
本发明属于转炉炼钢技术领域，具体涉及一种转炉采用石灰石炼钢控制炉渣碱度的方法。
背景技术
转炉炼钢是目前世界上钢铁冶金的主流生产工艺，而铁水是转炉冶炼的主要原料，铁水的温度、成分对转炉的生产操作具有重要的影响。由于目前钢铁企业矿石原料的变化以及高炉生产操作的差异，使得高炉生产的铁水温度、硅含量等波动较大，铁水硅含量的不稳定性将给转炉的过程控制及冶炼效果带来不利的影响。
转炉炼钢所使用的石灰是通过煅烧石灰石产生的，在白灰窑的生产过程中，通过窑内的煤气燃烧提供热量，将石灰石升温到分解温度以上，在煅烧过程中会产生大量的粉尘和二氧化碳气体。燃烧后石灰冷却至室温，通过皮带运输到转炉炉顶料仓待用。因此有些钢铁企业开始使用石灰石进行炼钢，石灰石直接加入到转炉内进行炼钢，石灰石分解吸收转炉冶炼前期多余的热量，石灰石受热分解产生的氧化钙参与造渣脱磷。这样不仅提高了石灰石的使用效率，而且减少能源的浪费，减少了二氧化碳气体以及粉尘的产生，有益于环境的保护。
在转炉冶炼过程中，铁水中硅会氧化放热，是主要的化学反应热来源。铁水中合适的硅含量对转炉温度的控制，炉渣碱度以及渣量的控制都是有益的，但是如果冶炼的铁水硅含量较高，转炉冶炼前期，硅元素大量氧化放热使钢水温度上升，同时生成二氧化硅，导致转炉的初渣碱度降低。转炉吹炼前期低碱度和较高温度对钢水脱磷十分不利，为了达到合适的脱磷效果，需要加入合适的石灰，控制炉渣碱度在3.5左右，因此石灰的加入量很难准确把握，而且导致转炉操作困难。
转炉采用石灰石作为渣剂进行炼钢，石灰石在转炉内会发生分解反应生产二氧化碳气体，导致炉内二氧化碳气体量增多。硅在高温还原条件下存在还原和迁移的能力，这对转炉炉渣碱度的控制具有重要的意义。铁水中的硅在炉内的主要反应如下式所示：
[Si] +O2（g）=SiO2（s） （1）
CaCO3=CaO+CO2 （g） （2）
C+CO2(g)=2CO(g) （3）
SiO2+CO=SiO（g）+CO2（g） （4）
SiO2+2C+ CO2(g)=SiO（g）+3CO（g） （5）
通过上述反应，石灰石分解产生的二氧化碳与钢水中的碳反应形成一氧化碳，一氧化碳还原炉渣中的二氧化硅生成一氧化硅气体，一氧化硅气体随着烟气排除，从而使炉渣中的硅含量降低，导致终渣碱度的升高，渣况不稳定，炉渣粘度上升喷溅严重。因此，在转炉采用石灰石冶炼时，需要通过调节石灰石以及石灰的加入量来保证合适的终渣碱度。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种转炉采用石灰石炼钢控制炉渣碱度的方法。本发明采用如下技术方案：
一种转炉采用石灰石炼钢控制炉渣碱度的方法，包括以下步骤：
（1）根据公式S=C×W×60/28×{1-[B+（W-D）/0.1%×N]}×R计算入炉折算石灰量S，单位kg；
入炉折算石灰量S指将石灰石、石灰折算成纯石灰后，需要加入的纯石灰总重量；
C为转炉的公称容量，单位kg；
W为铁水中硅的重量含量，单位%；
B为脱硅基数，取定值15%；
D为铁水中硅的基准重量含量，取定值0.3%；
N是脱硅系数，取定值2.2%；
R为炉渣碱度的目标值；
（2）入炉石灰与石灰石的重量配比以2/3为基准，并根据石灰、石灰石中CaO的含量计算出入炉石灰、石灰石的基准重量；跟据入炉铁水温度、铁水中硅的重量含量确定入炉石灰、石灰石的实际重量：
以铁水中硅的基准重量含量0.30%，入炉铁水基准温度1300℃为基础，铁水中硅的重量含量每增加0.01%或入炉铁水温度每增加1℃，入炉石灰石的实际重量在基准重量的基础上增加20kg以替代相应的石灰量；铁水中硅的重量含量每降低0.01%或入炉铁水温度每降低1℃，入炉石灰石的实际重量在基准重量的基础上减少20kg并增加相应的石灰量；
（3）在吹炼2～6min之内将石灰石分批加入，转炉开吹采用高枪位操作，冶炼中后期不再采用石灰石调整炉渣碱度。
转炉冶炼使用的铁水中硅的重量含量为0.30～0.65%。
所述步骤（3）中，转炉内温度≥1350℃后分批加入石灰石，每批次石灰石的加入量为石灰石总重量的10～100%；转炉开吹采用高枪位操作，供氧强度为3～4Nm3/min·t钢。
所述方法将炉渣碱度控制在目标值R±0.15范围的比例≥92%。
本方法在吹炼2～6min之内将石灰石分批集中加入，目的是避开吹炼开始硅锰氧化期和吹炼中期炉渣返干阶段。通过炉内的高温环境，保证石灰石快速反应，石灰石分解产生的二氧化碳的重量≥8kg/t，炉内形成稳定高浓度的二氧化碳氛围，为炉内脱硅反应及逸出创造反应条件。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：（1）采用石灰石直接炼钢，减少石灰石的煅烧，减少粉尘和温室气体二氧化碳的排放，节约能源，保护环境，并且石灰石炼钢可以使吨钢的成本降低2～6元。（2）能够适应宽范围变化的铁水硅成分，可以准确的控制炉渣碱度，保证炉渣脱硫、脱磷的稳定性。（3）由于SiO的气化，碱度一定时，炉渣所需的石灰总量减少，能够较好的应用于高硅铁水，在保证炉渣碱度稳定的前提下，减少所需石灰折算的总量，减少炉渣总的重量。
具体实施方式
本方法所用的石灰石、石灰的技术指标要求如下：
石灰石中CaO≥51wt%，SiO2≤2.5wt%，粒度为20～40mm；
石灰中CaO≥85wt%，SiO2≤3.5wt%，MgO≤5wt%，S≤0.1wt%，粒度为30～70mm。
实施例1
本实施例采用公称容量60t的转炉冶炼，冶炼使用的铁水中硅的重量含量为0.3%，铁水温度为1300℃。具体工艺步骤如下：
（1）炉渣碱度的目标值R为3.3，B为脱硅基数，取定值15%；D为铁水中硅的基准重量含量，取定值0.3%；N是脱硅系数，取定值2.2%。根据公式S=C×W×60/28×{1-[B+（W-D）/0.1%×N]}×R计算出入炉折算石灰量（即需要加入的纯石灰总重量）S为1082kg。
（2）入炉石灰与石灰石的重量配比以2/3为基准，石灰中CaO含量为85%，石灰石中CaO含量为51%，据此计算出入炉石灰的基准重量为670kg，石灰石的基准重量为1005kg。因铁水中硅的重量含量为0.3%，铁水温度为1300℃，入炉石灰、石灰石的基准重量即为实际重量。
（3）转炉装料后，转炉开吹采用高枪位操作，供氧强度为4Nm3/min·t钢，在吹炼2min之后，观察火焰炉内达到1350℃之后，将石灰石分3批次加入炉内，每批次石灰石加入重量占石灰石总重量的比例分别是50%、30%、20%，6min内将石灰石全部加完，第2、3批次石灰石配加一定的石灰，冶炼中后期将剩余的石灰加入炉内。
冶炼完成后，取转炉渣样进行荧光检测，成分为：TFe：18.39%，SiO2：12.47%，CaO：41.94%，MgO：5.67%，Al2O3：2.42%，TiO2：0.71%，MnO：5.3%，P2O5：3.056%，CaF2：1.41%；实际碱度R2：3.36，满足目标值3.3±0.15的要求，说明本方法控制炉渣碱度有效。
实施例2
本实施例采用公称容量100t的转炉冶炼，冶炼使用的铁水中硅的重量含量为0.4%，铁水温度为1310℃。具体工艺步骤如下：
（1）炉渣碱度的目标值R为3.5，B为脱硅基数，取定值15%；D为铁水中硅的基准重量含量，取定值0.3%；N是脱硅系数，取定值2.2%。根据公式S=C×W×60/28×{1-[B+（W-D）/0.1%×N]}×R计算出入炉折算石灰量（即需要加入的纯石灰总重量）S为2484kg。
（2）入炉石灰与石灰石的重量配比以2/3为基准，石灰中CaO含量为87%，石灰石中CaO含量为53%，据此计算出入炉石灰的基准重量为1492kg，石灰石的基准重量为2238kg。入炉铁水温度较基准温度高出了10℃，铁水中硅的重量含量较基准重量含量高出了0.1%，因此，入炉石灰石的实际重量在基准重量的基础上增加400kg，相应的石灰的实际重量减少240kg。故石灰加入量1252kg，石灰石加入量为2638kg，石灰与石灰石入炉比例为0.47。
（3）转炉装料后，转炉开吹采用高枪位操作，供氧强度为3.5Nm3/min·t钢，在吹炼2min之后，观察火焰炉内达到1350℃之后，将石灰石分3批次加入炉内，每批次石灰石加入重量占石灰石总重量的比例分别是40%、40%、20%，6min内将石灰石全部加完，每批次石灰石都配加一定的石灰，冶炼中后期将剩余的石灰加入炉内。
冶炼完成后，取转炉渣样进行荧光检测，成分为：TFe：17.09%，SiO2：12.91%，CaO：44.29%，MgO：4.67%，Al2O3：2.24%，TiO2：0.76%，MnO：5.46%，P2O5：3.51%，CaF2：1.53%；实际碱度R2：3.43，满足目标值3.5±0.15的要求，说明本方法控制炉渣碱度有效。
实施例3
本实施例采用公称容量120t的转炉冶炼，冶炼使用的铁水中硅的重量含量为0.5%，铁水温度为1305℃。具体工艺步骤如下：
（1）炉渣碱度的目标值R为3.2，B为脱硅基数，取定值15%；D为铁水中硅的基准重量含量，取定值0.3%；N是脱硅系数，取定值2.2%。根据公式S=C×W×60/28×{1-[B+（W-D）/0.1%×N]}×R计算出入炉折算石灰量（即需要加入的纯石灰总重量）S为3316kg。
（2）入炉石灰与石灰石的重量配比以2/3为基准，石灰中CaO含量为85%，石灰石中CaO含量为51%，据此计算出入炉石灰的基准重量为2053kg，石灰石的基准重量为3080kg。入炉铁水温度较基准温度高出了5℃，铁水中硅的重量含量较基准重量含量高出了0.2%，因此，入炉石灰石的实际重量在基准重量的基础上增加500kg，相应的石灰的实际重量减少300kg。故石灰加入量1753kg，石灰石加入量为3580kg，石灰与石灰石入炉比例为0.49。
（3）转炉装料后，转炉开吹采用高枪位操作，供氧强度为3.3Nm3/min·t钢，在吹炼2min之后，观察火焰炉内达到1350℃之后，将石灰石分3批次加入炉内，每批次石灰石加入重量占石灰石总重量的比例分别是30%、50%、20%，6min内将石灰石全部加完，第1、3批次石灰石配加一定的石灰，冶炼中后期将剩余的石灰加入炉内。
冶炼完成后，取转炉渣样进行荧光检测，成分为：TFe：13.74%，SiO2：14.98%，CaO：47.62%，MgO：6.02%，Al2O3：3.02%，TiO2：0.85%，MnO：5.51%，P2O5：4.19%，CaF2：1.33%；实际碱度R2：3.18，满足目标值3.2±0.15的要求，说明本方法控制炉渣碱度有效。
实施例4
本实施例采用公称容量100t的转炉冶炼，冶炼使用的铁水中硅的重量含量为0.65%，铁水温度为1325℃。具体工艺步骤如下：
（1）炉渣碱度的目标值R为3.3，B为脱硅基数，取定值15%；D为铁水中硅的基准重量含量，取定值0.3%；N是脱硅系数，取定值2.2%。根据公式S=C×W×60/28×{1-[B+（W-D）/0.1%×N]}×R计算出入炉折算石灰量（即需要加入的纯石灰总重量）S为3553kg。
（2）入炉石灰与石灰石的重量配比以2/3为基准，石灰中CaO含量为85%，石灰石中CaO含量为51%，据此计算出入炉石灰的基准重量为2200kg，石灰石的基准重量为3300kg。入炉铁水温度较基准温度高出了25℃，铁水中硅的重量含量较基准重量含量高出了0.35%，因此，入炉石灰石的实际重量在基准重量的基础上增加1200kg，相应的石灰的实际重量减少720kg。故石灰加入量1480kg，石灰石加入量为4500kg，石灰与石灰石入炉比例为0.33。
（3）转炉装料后，转炉开吹采用高枪位操作，供氧强度为3.8Nm3/min·t钢，在吹炼3min之后，观察火焰炉内达到1350℃之后，将石灰石分3批次加入炉内，每批次石灰石加入重量占石灰石总重量的比例分别是50%、25%、25%，6min内将石灰石全部加完，最后两批次石灰石都配加一定的石灰，冶炼中后期将剩余的石灰加入炉内。
冶炼完成后，取转炉渣样进行荧光检测，成分为：TFe：19.77%，SiO2：12.7%，CaO：41.03%，MgO：4.23%，Al2O3：1.97%，TiO2：0.76%，MnO：4.82%，P2O5：2.09%，CaF2：1.36%；实际碱度R2：3.23，满足目标值3.3±0.15的要求，说明本方法控制炉渣碱度有效。
实施例5
本实施例采用公称容量100t的转炉冶炼，冶炼使用的铁水中硅的重量含量为0.45%，铁水温度为1310℃。具体工艺步骤如下：
（1）炉渣碱度的目标值R为3.2，B为脱硅基数，取定值15%；D为铁水中硅的基准重量含量，取定值0.3%；N是脱硅系数，取定值2.2%。根据公式S=C×W×60/28×{1-[B+（W-D）/0.1%×N]}×R计算出入炉折算石灰量（即需要加入的纯石灰总重量）S为2521kg。
（2）入炉石灰与石灰石的重量配比以2/3为基准，石灰中CaO含量为85%，石灰石中CaO含量为51%，据此计算出入炉石灰的基准重量为1561kg，石灰石的基准重量为2341kg。入炉铁水温度较基准温度高出了10℃，铁水中硅的重量含量较基准重量含量高出了0.15%，因此，入炉石灰石的实际重量在基准重量的基础上增加500kg，相应的石灰的实际重量减少300kg。故石灰加入量1261kg，石灰石加入量为2841kg，石灰与石灰石入炉比例为0.44。
（3）转炉装料后，转炉开吹采用高枪位操作，供氧强度为3.2Nm3/min·t钢，在吹炼2min之后，观察火焰炉内达到1350℃之后，将石灰石分3批次加入炉内，每批次石灰石加入重量占石灰石总重量的比例分别是40%、50%、10%，6min内将石灰石全部加完，前两批次石灰石都配加一定的石灰，冶炼中后期将剩余的石灰加入炉内。
冶炼完成后，取转炉渣样进行荧光检测，成分为：TFe：18.9%，SiO2：12.4%，CaO：41.04%，MgO：5.4%，Al2O3：2.51%，TiO2：0.75%，MnO：5.32%，P2O5：2.92%，CaF2：1.41%；实际碱度R2：3.31，满足目标值3.2±0.15的要求，说明本方法控制炉渣碱度有效。
实施例6
本实施例采用公称容量100t的转炉冶炼，冶炼使用的铁水中硅的重量含量为0.65%，铁水温度为1325℃。具体工艺步骤如下：
（1）炉渣碱度的目标值R为3.5，B为脱硅基数，取定值15%；D为铁水中硅的基准重量含量，取定值0.3%；N是脱硅系数，取定值2.2%。根据公式S=C×W×60/28×{1-[B+（W-D）/0.1%×N]}×R计算出入炉折算石灰量（即需要加入的纯石灰总重量）S为3768kg。
（2）入炉石灰与石灰石的重量配比以2/3为基准，石灰中CaO含量为85%，石灰石中CaO含量为51%，据此计算出入炉石灰的基准重量为2333kg，石灰石的基准重量为3500kg。入炉铁水温度较基准温度高出了25℃，铁水中硅的重量含量较基准重量含量高出了0.35%，因此，入炉石灰石的实际重量在基准重量的基础上增加1200kg，相应的石灰的实际重量减少720kg。故石灰加入量1613kg，石灰石加入量为4700kg，石灰与石灰石入炉比例为0.34。
（3）转炉装料后，转炉开吹采用高枪位操作，供氧强度为3.8Nm3/min·t钢，在吹炼3min之后，观察火焰炉内达到1350℃之后，将石灰石1批次加入炉内，石灰石加入完成后，后续补加一定量的石灰，冶炼中后期将剩余的石灰加入炉内。
冶炼完成后，取转炉渣样进行荧光检测，成分为：TFe：19.77%，SiO2：12.7%，CaO：41.03%，MgO：4.23%，Al2O3：1.97%，TiO2：0.76%，MnO：4.82%，P2O5：2.09%，CaF2：1.36%；实际碱度R2：3.23，满足目标值3.3±0.15的要求，说明本方法控制炉渣碱度有效。
据统计，某钢厂500炉次的数据，本方法将炉渣碱度控制在目标值R±0.15范围的比例为92.26%。

Claims (6)

1.一种转炉采用石灰石炼钢控制炉渣碱度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）根据公式S=C×W×60/28×{1-[B+（W-D）/0.1%×N]}×R计算入炉折算石灰量S，单位kg；
入炉折算石灰量S指将石灰石、石灰折算成纯石灰后，需要加入的纯石灰总重量；
C为转炉的公称容量，单位kg；
W为铁水中硅的重量含量，单位%；
B为脱硅基数，取定值15%；
D为铁水中硅的基准重量含量，取定值0.3%；
N是脱硅系数，取定值2.2%；
R为炉渣碱度的目标值；
（2）入炉石灰与石灰石的重量配比以2/3为基准，并根据石灰、石灰石中CaO的含量计算出入炉石灰、石灰石的基准重量，再跟据入炉铁水温度、铁水中硅的重量含量确定入炉石灰、石灰石的实际重量：
以铁水中硅的基准重量含量0.30%，入炉铁水基准温度1300℃为基础，铁水中硅的重量含量每增加0.01%或入炉铁水温度每增加1℃，入炉石灰石的实际重量在基准重量的基础上增加20kg以替代相应的石灰量；铁水中硅的重量含量每降低0.01%或入炉铁水温度每降低1℃，入炉石灰石的实际重量在基准重量的基础上减少20kg并增加相应的石灰量；
（3）在吹炼2～6min之内将石灰石分批加入，转炉开吹采用高枪位操作，冶炼中后期不再采用石灰石调整炉渣碱度。
2.根据权利要求1所述的转炉采用石灰石炼钢控制炉渣碱度的方法，其特征在于：转炉冶炼使用的铁水中硅的重量含量为0.30～0.65%。
3.根据权利要求2所述的转炉采用石灰石炼钢控制炉渣碱度的方法，其特征在于：所述步骤（3）中，每批次石灰石的加入量为石灰石总重量的10～100%。
4.根据权利要求3所述的转炉采用石灰石炼钢控制炉渣碱度的方法，其特征在于：所述步骤（3）中，转炉内温度≥1350℃后分批加入石灰石。
5.根据权利要求4所述的转炉采用石灰石炼钢控制炉渣碱度的方法，其特征在于：所述步骤（3）中，转炉开吹采用高枪位操作，供氧强度为3～4Nm3/min·t钢。
6.根据权利要求1-5任一项所述的转炉采用石灰石炼钢控制炉渣碱度的方法，其特征在于：所述方法将炉渣碱度控制在目标值R±0.15范围的比例≥92%。
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