转炉利用石灰石造渣炼钢的试验研究

工程科学学报，第38卷，增刊1：7882,2016年6月 Chinese Journal of Engineering,Vol.38,Suppl.1:78-82,June 2016 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2016.s1.014:http://journals.ustb.edu.cn 转炉利用石灰石造渣炼钢的试验研究 路文刚四，朱荣，于灏 北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:lwgxt@126.com 摘要基于对石灰石分解机理的分析，研究了炼钢过程中利用石灰石代替石灰进行造渣时炉内富余热量的变化，发现当采 用全部石灰进行冶炼时，铁水加入比（质量分数）可达到86.1%左右，随着石灰石加入量的增加，废钢比降低，吨钢富余热量 减少，石灰加入量降低.若全部采用石灰石进行造渣，铁水比最高可达到97.0%.在此基础上，利用601转炉研究了炼钢过程 采用石灰石完全代替石灰进行造渣炼钢的治金效果.实验发现：与采用石灰造渣炼钢相比，当采用石灰石进行造渣炼钢时， 吹炼至4min时的炉渣TFe质量分数为21.87%，碱度为1.22；随着吹炼时间增加，炉渣TFe含量降低，碱度上升至3.0以上. 炼钢过程脱磷更加稳定且脱磷率提高了2.6%：平均终渣碱度为3.52，能满足治炼的脱磷要求：渣量大幅度降低，从而降低了 钢铁料消耗：吹炼时间略有延长，终点熔池温度基本保持不变.研究结果为调整炉料结构、降低生产成本提供了新的方法和 思路。 关键词转炉炼钢：造渣：石灰石：脱磷 分类号TF729.5 Research on slagging by limestone during BOF steelmaking process LU Wen-gang,ZHU Rong,YU Hao School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:lwgxt@126.com ABSTRACT On the basis of analysis of limestone decomposing and slagging mechanism,the changing of surplus heat was studied using limestone instead of lime as the slagging agent during steelmaking process,which indicates that hot metal added ratio can reach approximate 86.1%if using lime entirely.If limestone is applied in the steelmaking process to replace all limes for slagging,the hot metal ratio can reach up to 97.0%.On this basis,the metallurgical results of using limestone instead of lime for slagging in 60t con- verter were studied.The results show that the content of TFe in slag is 21.87%at 4 min and the basicity is 1.22 using limestone for slagging.With the blowing time increasing,the content of TFe reduces while the basicity increases to more than 3.0.Besides,the de- phosphorization process is much more stable and the dephosphorization ratio increases by 2.6%,and the average basicity of slag in the end is 3.52,meeting the demand of dephosphorization.Since the slag amount substantially reduces,which results in the decline of the consumption of steel material.The blowing time is prolonged and the temperature of liquid steel is kept constant.Furthermore,the re- sults also provide a new method and concept for optimizing the charging material structure and reducing the production cost KEY WORDS converter steelmaking;slagging:limestone:dephosphorization 转炉炼钢通常采用石灰作为造渣原料，完成炼钢煤做燃料，因此，经过煅烧的石灰中硫含量较高：且生 过程造渣脱磷的主要目的.石灰是在石灰窑中将石灰 成的石灰容易吸水，石灰的活性度难以保证：同时煅烧 石进行高温煅烧获得的，由于石灰窑多数采用焦炭和 石灰的炉窑排出大量的粉尘，造成环境污染.转炉炼 收稿日期：20160106 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51334001)

工程科学学报，第 38 卷，增刊 1: 78--82，2016 年 6 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 38，Suppl． 1: 78--82，June 2016 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2016． s1． 014; http: / /journals． ustb． edu． cn 转炉利用石灰石造渣炼钢的试验研究 路文刚，朱 荣，于 灏 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083  通信作者，E-mail: lwgxt@ 126． com 摘 要 基于对石灰石分解机理的分析，研究了炼钢过程中利用石灰石代替石灰进行造渣时炉内富余热量的变化，发现当采 用全部石灰进行冶炼时，铁水加入比( 质量分数) 可达到 86. 1% 左右，随着石灰石加入量的增加，废钢比降低，吨钢富余热量 减少，石灰加入量降低． 若全部采用石灰石进行造渣，铁水比最高可达到 97. 0% ． 在此基础上，利用 60 t 转炉研究了炼钢过程 采用石灰石完全代替石灰进行造渣炼钢的冶金效果． 实验发现: 与采用石灰造渣炼钢相比，当采用石灰石进行造渣炼钢时， 吹炼至 4 min 时的炉渣 TFe 质量分数为 21. 87% ，碱度为 1. 22; 随着吹炼时间增加，炉渣 TFe 含量降低，碱度上升至 3. 0 以上． 炼钢过程脱磷更加稳定且脱磷率提高了 2. 6% ; 平均终渣碱度为 3. 52，能满足冶炼的脱磷要求; 渣量大幅度降低，从而降低了 钢铁料消耗; 吹炼时间略有延长，终点熔池温度基本保持不变． 研究结果为调整炉料结构、降低生产成本提供了新的方法和 思路． 关键词 转炉炼钢; 造渣; 石灰石; 脱磷 分类号 TF729. 5 Ｒesearch on slagging by limestone during BOF steelmaking process LU Wen-gang ，ZHU Ｒong，YU Hao School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: lwgxt@ 126． com ABSTＲACT On the basis of analysis of limestone decomposing and slagging mechanism，the changing of surplus heat was studied using limestone instead of lime as the slagging agent during steelmaking process，which indicates that hot metal added ratio can reach approximate 86. 1% if using lime entirely． If limestone is applied in the steelmaking process to replace all limes for slagging，the hot metal ratio can reach up to 97. 0% ． On this basis，the metallurgical results of using limestone instead of lime for slagging in 60 t con￾verter were studied． The results show that the content of TFe in slag is 21. 87% at 4 min and the basicity is 1. 22 using limestone for slagging． With the blowing time increasing，the content of TFe reduces while the basicity increases to more than 3. 0． Besides，the de￾phosphorization process is much more stable and the dephosphorization ratio increases by 2. 6% ，and the average basicity of slag in the end is 3. 52，meeting the demand of dephosphorization． Since the slag amount substantially reduces，which results in the decline of the consumption of steel material． The blowing time is prolonged and the temperature of liquid steel is kept constant． Furthermore，the re￾sults also provide a new method and concept for optimizing the charging material structure and reducing the production cost． KEY WOＲDS converter steelmaking; slagging; limestone; dephosphorization 收稿日期: 2016--01--06 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51334001) 转炉炼钢通常采用石灰作为造渣原料，完成炼钢 过程造渣脱磷的主要目的． 石灰是在石灰窑中将石灰 石进行高温煅烧获得的，由于石灰窑多数采用焦炭和 煤做燃料，因此，经过煅烧的石灰中硫含量较高; 且生 成的石灰容易吸水，石灰的活性度难以保证; 同时煅烧 石灰的炉窑排出大量的粉尘，造成环境污染． 转炉炼

路文刚等：转炉利用石灰石造渣炼钢的试验研究 ·79 钢过程吨钢的石灰消耗大约为30~70kg.尽管如此， 表1石灰石和石灰主要成分（质量分数） 转炉炼钢反应的脱磷效率一般在40%~609%Ⅲ，表明 Table 1 Main compositions of limestone and lime % 终点炉渣仍具有较高的脱磷能力.若采用活性度更 材料 Cao Mgo Si0, C02 高、更易成渣的石灰，能在保证治炼脱磷效果的条件下 石灰石 44.6 9.16 0.52 34.6 降低炼钢渣量，降低炉渣铁损. 石灰 0 10.00 1.20 石灰的煅烧过程一般需要4h左右，在加热过程 中耗散了大量的热.生成的石灰在加入炼钢炉之前先 可达到86.1%，随着石灰石加入量的增加，由于石灰 冷却至常温，进入转炉后重新加热至炼钢温度而浪费 石分解过程需要吸收一定的热量，吨钢富余热量减少 热能.因此，若能把煅烧石灰的过程放在转炉里进行， 当吨钢采用30kg石灰石时，铁水比最多为89.6%.因 能在非常短的时间内烧成石灰，过程耗热接近于石灰 此，在炼钢过程中，可以通过加入不同比例的石灰石来 石升温和CaCO,分解所需能量的理论值，且石灰不需 调整炼钢的富余热量，根据炉料的市场价格和原料要 经过降温浪费能量、 求，优化炉料结构 若在转炉治炼过程中利用石灰石代替石灰进行造 250000 225000 渣炼钢，钢铁企业可取消石灰煅烧工序或减小石灰生 ·0kg石灰石 200000 10kg石灰石 产规模，减少环境污染并降低生产成本.有关石灰石 。15kg石灰石 175000 -20kg石灰石 应用于炼钢过程的研究中，Deng等人网研究了炼钢温 150000 ←30kg石灰石 度下石灰石的分解，并认为石灰石表层生成致密的 125000 10000 Ca0会阻碍石灰石的熔解，但此研究并未考虑渣中 75000 MnO、FeO及炉渣流动性等对CaO溶解的影响.Li等 50000 A 人田发现石灰石可以代替石灰造渣炼钢，并能降低烟 25000 尘，提高烟气中C0含量.但有关吹炼过程炉渣及钢液 0 25000 的变化很少有人研究 8687888990919293949596979899100 铁水比（质量分数）厚 本文基于对石灰石分解造渣机理的分析，研究了 图1不同石灰石加入量时吨钢富余热量的变化 石灰石代替石灰进行炼钢时富余热量的变化规律，并 Fig.I Change of surplus heat per ton steel with different limestone 利用601转炉研究了炼钢过程采用石灰石完全代替石 amounts 灰进行造渣炼钢的冶金效果 研究了炼钢过程采用全部石灰石进行造渣时富余 1理论分析 热量的变化，如图2所示.发现当采用石灰石进行造 1.1石灰石造渣机理 渣时，铁水比最高可达到97.0%，当采用全铁水进行 CaC03在900~1200K时分解反应的吉布斯自 治炼时，吨钢富余热量仅为46500kJ.因此，石灰石的 由能4： 加入为转炉全铁水炼钢提供了可能 CaCO,=CO,+Ca0, 50000 △G=169120-144.6T,J/mol. (1) 40000 由式(1)可知，CaC0,的分解温度为896℃.因此， 在转炉炼钢过程中，炼钢温度远高于CaC0,的分解温 30000 度.当石灰石代替石灰加入转炉中时，立刻从表及里 20000 急剧升温，其中CaCO,很快开始分解，产生活性CaO, 10 此时的CaO气孔率高，很容易和渣中的SiO2、Fe0、 0 MO、Mg0等形成转炉炼钢的初期炉渣，有利于高碱度 转炉炉渣的快速形成，促进炼钢前期脱磷反应进行回， -10000 同时分解产生的C0,可与铁水中各元素发生反应，强 -20000 96 97 98 99 100 化熔池搅拌，促进脱磷反应进行-).石灰石和石灰的 铁水比（质量分数）/% 主要化学成分见表1. 图2采用石灰石治炼时富余热量的变化 1.2富余热量分析 Fig.2 Change of surplus heat per ton steel using limestone 采用物料及能量分析模型研究了吨钢加入不同比 1.3石灰消耗 例石灰石条件下富余热量的变化规律，如图1所示 研究了吨钢加入不同比例石灰石条件下石灰加入 当采用全部石灰进行治炼时，铁水加入比（质量分数） 量的变化，如图3所示.当采用石灰进行炼钢时，吨钢

路文刚等: 转炉利用石灰石造渣炼钢的试验研究 钢过程吨钢的石灰消耗大约为 30 ～ 70 kg． 尽管如此， 转炉炼钢反应的脱磷效率一般在 40% ～ 60%［1］，表明 终点炉渣仍具有较高的脱磷能力． 若采用活性度更 高、更易成渣的石灰，能在保证冶炼脱磷效果的条件下 降低炼钢渣量，降低炉渣铁损． 石灰的煅烧过程一般需要 4 h 左右，在加热过程 中耗散了大量的热． 生成的石灰在加入炼钢炉之前先 冷却至常温，进入转炉后重新加热至炼钢温度而浪费 热能． 因此，若能把煅烧石灰的过程放在转炉里进行， 能在非常短的时间内烧成石灰，过程耗热接近于石灰 石升温和 CaCO3分解所需能量的理论值，且石灰不需 经过降温浪费能量． 若在转炉冶炼过程中利用石灰石代替石灰进行造 渣炼钢，钢铁企业可取消石灰煅烧工序或减小石灰生 产规模，减少环境污染并降低生产成本． 有关石灰石 应用于炼钢过程的研究中，Deng 等人［2］研究了炼钢温 度下石灰石的分解，并认为石灰石表层生成致密的 CaO 会阻碍石灰石的熔解，但此研究并未考虑渣中 MnO、FeO 及炉渣流动性等对 CaO 溶解的影响． Li 等 人［3］发现石灰石可以代替石灰造渣炼钢，并能降低烟 尘，提高烟气中 CO 含量． 但有关吹炼过程炉渣及钢液 的变化很少有人研究． 本文基于对石灰石分解造渣机理的分析，研究了 石灰石代替石灰进行炼钢时富余热量的变化规律，并 利用 60 t 转炉研究了炼钢过程采用石灰石完全代替石 灰进行造渣炼钢的冶金效果． 1 理论分析 1. 1 石灰石造渣机理 CaCO3在 900 ～ 1200 K 时分 解 反 应 的 吉 布 斯 自 由能［4--5］: CaCO3 = CO2 + CaO， ΔGθ = 169120 － 144. 6T，J /mol． ( 1) 由式( 1) 可知，CaCO3的分解温度为 896 ℃ ． 因此， 在转炉炼钢过程中，炼钢温度远高于 CaCO3的分解温 度． 当石灰石代替石灰加入转炉中时，立刻从表及里 急剧升温，其中 CaCO3很快开始分解，产生活性 CaO， 此时的 CaO 气 孔 率 高，很容易和渣中的 SiO2、FeO、 MnO、MgO 等形成转炉炼钢的初期炉渣，有利于高碱度 转炉炉渣的快速形成，促进炼钢前期脱磷反应进行［5］． 同时分解产生的 CO2可与铁水中各元素发生反应，强 化熔池搅拌，促进脱磷反应进行［6--7］． 石灰石和石灰的 主要化学成分见表 1． 1. 2 富余热量分析 采用物料及能量分析模型研究了吨钢加入不同比 例石灰石条件下富余热量的变化规律，如图 1 所示． 当采用全部石灰进行冶炼时，铁水加入比( 质量分数) 表 1 石灰石和石灰主要成分( 质量分数) Table 1 Main compositions of limestone and lime % 材料 CaO MgO SiO2 CO2 石灰石 44. 6 9. 16 0. 52 34. 6 石灰 80 10. 00 1. 20 " 可达到 86. 1% ，随着石灰石加入量的增加，由于石灰 石分解过程需要吸收一定的热量，吨钢富余热量减少． 当吨钢采用 30 kg 石灰石时，铁水比最多为 89. 6% ． 因 此，在炼钢过程中，可以通过加入不同比例的石灰石来 调整炼钢的富余热量，根据炉料的市场价格和原料要 求，优化炉料结构． 图 1 不同石灰石加入量时吨钢富余热量的变化 Fig． 1 Change of surplus heat per ton steel with different limestone amounts 研究了炼钢过程采用全部石灰石进行造渣时富余 热量的变化，如图 2 所示． 发现当采用石灰石进行造 渣时，铁水比最高可达到 97. 0% ，当采用全铁水进行 冶炼时，吨钢富余热量仅为 46500 kJ． 因此，石灰石的 加入为转炉全铁水炼钢提供了可能． 图 2 采用石灰石冶炼时富余热量的变化 Fig． 2 Change of surplus heat per ton steel using limestone 1. 3 石灰消耗 研究了吨钢加入不同比例石灰石条件下石灰加入 量的变化，如图 3 所示． 当采用石灰进行炼钢时，吨钢 · 97 ·

·80… 工程科学学报，第38卷，增刊1 石灰加入量约为44kg.随着石灰石加入量的增加，石 2.1.4取样方案 灰石在炼钢炉内分解可产生Ca0,因此，石灰加入量减 冶炼过程中分别对吹炼4、7min和吹炼终点取金 小.当吨钢石灰石加入量为30kg时，石灰加入量降低 属样和渣样进行分析，并测量治炼过程熔池温度 至26kg. 2.2冶金效果分析 6 本文利用石灰石进行了19炉造渣炼钢试验，并对 52 比了常规工艺的29炉的相关试验数据，分析了采用两 48 20kg -30kg石灰石 种工艺治炼时脱磷效果、石灰及石灰石消耗、炉渣成分 44 和吹炼时间的变化 40 2.2.1吹炼过程金属液和炉渣的变化 36 图4为不同吹炼阶段炉渣成分的变化，当吹炼进 32 行至4min时，由于吹炼前期两种工艺均采用高枪位操 作，因此，炉渣中F0含量急刷升高，采用石灰和石灰 24 石造渣时炉渣TFe质量分数分别为19.56%和 20 10099989796959493929190898887 21.87%,保证了治炼前期炉渣的泡沫化圆，利于前期 铁水比（质量分数）% 脱磷.随着脱碳反应的剧烈进行，当吹炼至7min时， 图3不同石灰石加入量时石灰消耗的变化 炉渣TFe急剧下降；吹炼终点炉渣中TFe质量分数上 Fig.3 Change of lime consumption with different limestone addition 升至约16%. amounts 当吹炼至4min时，由于加入的石灰石还未完全分 解，炉渣碱度仅为1.22，低于采用石灰治炼时的碱度 2工业试验研究 (1.51).随着脱碳反应进行，熔池温度升高，石灰石几 2.1试验方案 乎完全分解，当治炼进行到7min时，炉渣碱度均为 2.1.1供氧控制 3.2左右. 采用恒压变枪操作，枪位控制采用“高一低一高一 30 低”的吹炼模式.正常吹炼氧压0.75~0.95MPa,氧气 石灰石 204 目石灰 流量为10000-12500Nm3h,基本枪位为0.9~1.1m, 化渣枪位1.3~1.5m,终点降低枪位至0.9~1.0m 0 2.1.2造渣控制 兑铁前将少量石灰石铺在转炉炉底，防止兑铁时 造成炉底冲刷，同时利于前期化渣：吹炼前期，石灰石 盈石 加入总量的1/2，高镁石加入总量的1/2，根据炉渣发 泡情况前期加入200~500kg矿石，以保证2~3min成 渣.为减少炼钢过程烟尘的产生，中期加料须采取少 批量、多批次加入，石灰石等散状料每批控制在200~ 7 13 300kg.最后一批料要求在拉碳前1min加完.根据铁 治炼时间min 图4不同吹炼阶段炉渣TF和碱度变化 水成分和炉渣发泡情况，吨钢石灰石加入量为60~70 Fig.4 Changes of TFe and basicity of slag at different blowing stages kg,视温度和化渣情况加入少量矿石进行调节. 2.1.3温度控制 图5为不同吹炼阶段熔池温度和脱磷率的变化， 吹炼过程的温度控制本着“前期温度不过低，中 当吹炼进行至4min时，由于吹炼前期加入石灰石分解 期温度不过高”的原则进行操作.治炼温度过高，带 需要吸收大量热量，熔池温度为1354℃，低于采用石 来许多弊病，主要有以下弊病：(1)难化渣.温度过 灰治炼时的熔池温度(1373℃)：随着吹炼的进行，脱碳反 高，脱碳反应更为激烈，致使渣中F0保持很低水 应大量的放热使熔池温度急刷上升至1500℃左右. 平，使石灰石熔解更加困难，甚致出现严重“返干” 由于治炼前期石灰石分解需要一定的时间，因此， (2)炉衬侵蚀严重.炉温升高，炉衬软化趋势大，冲 前期碱度较低，脱磷率也仅为48.3%，低于采用石灰 击侵蚀更加容易.(3)末期去磷困难。脱磷反应对温 炼钢时的脱磷率，随着石灰石的完全分解，大量的活性 度的敏感性较强，虽然末期渣的碱度高，但高温下磷 石灰造渣，促进了脱磷反应进行，在7min时，脱磷率提 的分配比下降，致使钢液中的含磷量较难降到要求 高至74.7%，终点脱磷率为86.9%，高于传统工艺采 以下 用石灰炼钢的脱磷率

工程科学学报，第 38 卷，增刊 1 石灰加入量约为 44 kg． 随着石灰石加入量的增加，石 灰石在炼钢炉内分解可产生 CaO，因此，石灰加入量减 小． 当吨钢石灰石加入量为 30 kg 时，石灰加入量降低 至 26 kg． 图 3 不同石灰石加入量时石灰消耗的变化 Fig． 3 Change of lime consumption with different limestone addition amounts 2 工业试验研究 2. 1 试验方案 2. 1. 1 供氧控制 采用恒压变枪操作，枪位控制采用“高--低--高-- 低”的吹炼模式． 正常吹炼氧压 0. 75 ～ 0. 95 MPa，氧气 流量为 10000 ～ 12500 Nm3 ·h － 1，基本枪位为 0. 9 ～ 1. 1 m， 化渣枪位 1. 3 ～ 1. 5 m，终点降低枪位至 0. 9 ～ 1. 0 m． 2. 1. 2 造渣控制 兑铁前将少量石灰石铺在转炉炉底，防止兑铁时 造成炉底冲刷，同时利于前期化渣; 吹炼前期，石灰石 加入总量的 1 /2，高镁石加入总量的 1 /2，根据炉渣发 泡情况前期加入 200 ～ 500 kg 矿石，以保证 2 ～ 3 min 成 渣． 为减少炼钢过程烟尘的产生，中期加料须采取少 批量、多批次加入，石灰石等散状料每批控制在 200 ～ 300 kg． 最后一批料要求在拉碳前 1 min 加完． 根据铁 水成分和炉渣发泡情况，吨钢石灰石加入量为 60 ～ 70 kg，视温度和化渣情况加入少量矿石进行调节． 2. 1. 3 温度控制 吹炼过程的温度控制本着“前期温度不过低，中 期温度不过高”的原则进行操作． 冶炼温度过高，带 来许多弊病，主要有以下弊病: ( 1) 难化渣． 温度过 高，脱碳反 应 更 为 激 烈，致 使 渣 中 FeO 保 持 很 低 水 平，使石灰石熔解更加困难，甚致出现严重“返干”． ( 2) 炉衬侵蚀严重． 炉温升高，炉衬软化趋势大，冲 击侵蚀更加容易． ( 3) 末期去磷困难． 脱磷反应对温 度的敏感性较强，虽然末期渣的碱度高，但高温下磷 的分配比下降，致使钢液中的含磷量较难降到要求 以下． 2. 1. 4 取样方案 冶炼过程中分别对吹炼 4、7 min 和吹炼终点取金 属样和渣样进行分析，并测量冶炼过程熔池温度． 2. 2 冶金效果分析 本文利用石灰石进行了 19 炉造渣炼钢试验，并对 比了常规工艺的 29 炉的相关试验数据，分析了采用两 种工艺冶炼时脱磷效果、石灰及石灰石消耗、炉渣成分 和吹炼时间的变化． 2. 2. 1 吹炼过程金属液和炉渣的变化 图 4 为不同吹炼阶段炉渣成分的变化，当吹炼进 行至4 min 时，由于吹炼前期两种工艺均采用高枪位操 作，因此，炉渣中 FeO 含量急剧升高，采用石灰和石灰 石造 渣 时 炉 渣 TFe 质 量 分 数 分 别 为 19. 56% 和 21. 87% ，保证了冶炼前期炉渣的泡沫化［8］，利于前期 脱磷． 随着脱碳反应的剧烈进行，当吹炼至 7 min 时， 炉渣 TFe 急剧下降; 吹炼终点炉渣中 TFe 质量分数上 升至约 16% ． 当吹炼至4 min 时，由于加入的石灰石还未完全分 解，炉渣碱度仅为 1. 22，低于采用石灰冶炼时的碱度 ( 1. 51) ． 随着脱碳反应进行，熔池温度升高，石灰石几 乎完全分解，当冶炼进行到 7 min 时，炉渣碱度均为 3. 2 左右． 图 4 不同吹炼阶段炉渣 TFe 和碱度变化 Fig． 4 Changes of TFe and basicity of slag at different blowing stages 图 5 为不同吹炼阶段熔池温度和脱磷率的变化， 当吹炼进行至4 min 时，由于吹炼前期加入石灰石分解 需要吸收大量热量，熔池温度为 1354 ℃，低于采用石 灰冶炼时的熔池温度( 1373 ℃) ; 随着吹炼的进行，脱碳反 应大量的放热使熔池温度急剧上升至1500 ℃左右． 由于冶炼前期石灰石分解需要一定的时间，因此， 前期碱度较低，脱磷率也仅为 48. 3% ，低于采用石灰 炼钢时的脱磷率，随着石灰石的完全分解，大量的活性 石灰造渣，促进了脱磷反应进行，在 7 min 时，脱磷率提 高至 74. 7% ，终点脱磷率为 86. 9% ，高于传统工艺采 用石灰炼钢的脱磷率． · 08 ·

路文刚等：转炉利用石灰石造渣炼钢的试验研究 81 1700 铁损和碱度等，结果如表2所示.采用石灰石或石灰 I600 。石灰石 石灰 造渣时均能保证治炼终点炉渣碱度，其中：采用石灰炼 1500 1400 钢时，平均终点炉渣碱度为3.28：采用石灰石炼钢时， 1300 平均终点炉渣碱度为3.52，均能满足一般钢种治炼的 1200 脱磷要求.渣中Mg0是通过加入的高镁石等造渣材 2☑石灰石 料带入的，终渣Mg0质量分数分别为11.88%和 石灰 10.73%,均能满足保护转炉炉衬的要求.同时发现炉 渣铁损提高了0.65%，这是由于分解产生的C0,参与 炼钢熔池反应，应降低供氧强度或减少供氧时间，但治 炼过程中供氧总量略有增加，造成终点时过氧化较为 治炼时可/min 严重，因此，炉渣铁损略有增加 图5不同吹炼阶段熔池温度和脱磷率变化 表2炉渣成分对比（质量分数） Fig.5 Changes of bath temperature and dephosphorization rate at Table2 Comparison of slag composition % different blowing stages 造渣材料 Cao Mgo Si02 2.2.2脱磷率 石灰石 16.19 11.88 3.28 图6为两种工艺条件下脱磷率分布图.从图中可 石灰 16.84 10.73 3.52 以看出，采用石灰造渣炼钢时，脱磷率集中分布在 观察治炼过程中炉渣变化可知，反应前期出现溢 78%~90%,平均脱磷率为84.3%：当采用石灰石代 渣现象稍有增加，供氧时间略有增加，氧耗量有所增 替石灰进行造渣炼钢时，脱磷率集中在82%~92%， 大，且终渣泡沫化程度普遍较高.判断是石灰石在炉 平均脱磷率为86.9%，脱磷率提高了2.6%.同时，分 内受热分解过程中生成大量C0,气体，C0,气体的逸出 析图中的脱磷率也可看出，采用石灰石作为造渣材料 使熔渣泡沫化程度增大，故吹炼过程中易出现溢渣 时，炼钢过程的脱磷稳定性增加 现象. 100 2.2.4辅料消耗 96 石灰 石灰石 ·石灰石 92 ● 当治炼过程采用石灰石完全代替石灰造渣时，石 881 灰石消耗60.1kgL,可代替石灰加入量49.3kgL.吨 钢高镁石的加入量基本不变，均为35kg1,由于采用石 80 灰炼钢过程中富余热量较多，因此采用了少量烧结矿 76 石灰 调节熔池温度.根据表1的原料成分，采用石灰石进 行炼钢，仅相当于加入了石灰33.9kgL.与传统采用 68 石灰炼钢相比，采用石灰石炼钢带入的Ca0总量降低 64 了11.7kgL,相当于石灰量减少了15.4kgL.使得炼 606246810216182022426280 钢过程总渣量降低，从而降低炉渣中总铁损失，降低钢 治炼炉次炉 图6两种造渣治炼工艺脱磷率分布 铁料消耗. Fig.6 Distribution of dephosphorization rate with two kinds of smel- 2.2.5吹炼时间 ting processes 图7为两种治炼工艺的吹炼时间分布.从图中可 以看出，采用石灰石炼钢时，吹炼时间略有增加，但不 采用石灰石代替石灰进行造渣炼钢能在治炼过程 明显.采用石灰造渣炼钢时，平均吹炼时间为13.3 中提高脱磷率主要有以下三方面原因：(1)石灰石吸 min.当采用石灰石进行炼钢时，由于加入的石灰石在 热分解会使所处局部位置的温度降低，有利于吹炼初 吹炼前期不断分解为Ca0,需要一定的分解时间，因此 期脱磷反应的进行：(2)石灰石分解产生的石灰具有 吹炼时间增加至13.6min. 很大的活性，利于脱磷期成渣，炉渣乳化性能和流动性 2.2.6终点钢液温度 能增加，有利于钢渣反应脱磷：(3)碳酸钙分解产生的 由于转炉炼钢中后期可根据加入冷却剂和供氧对 C0,参与铁水中各元素反应减少放热量，也能改善钢 终点温度进行调节，同时在石灰石炼钢时减少了矿石 渣界面反应的动力学条件，有利于熔池脱磷 的加入量，因此，采用石灰和石灰石造渣炼钢时，转炉 2.2.3炉渣成分 熔池终点平均温度分别为1646和1647℃，不影响治 对两种治炼工艺的终点炉渣进行取样，分析炉渣 炼终点控制

路文刚等: 转炉利用石灰石造渣炼钢的试验研究 图 5 不同吹炼阶段熔池温度和脱磷率变化 Fig． 5 Changes of bath temperature and dephosphorization rate at different blowing stages 2. 2. 2 脱磷率 图 6 为两种工艺条件下脱磷率分布图． 从图中可 以看出，采 用 石 灰 造 渣 炼 钢 时，脱磷率集中分布在 78% ～ 90% ，平均脱磷率为 84. 3% ; 当采用石灰石代 替石灰进行造渣炼钢时，脱磷率集中在 82% ～ 92% ， 平均脱磷率为 86. 9% ，脱磷率提高了 2. 6% ． 同时，分 析图中的脱磷率也可看出，采用石灰石作为造渣材料 时，炼钢过程的脱磷稳定性增加． 图 6 两种造渣冶炼工艺脱磷率分布 Fig． 6 Distribution of dephosphorization rate with two kinds of smel￾ting processes 采用石灰石代替石灰进行造渣炼钢能在冶炼过程 中提高脱磷率主要有以下三方面原因: ( 1) 石灰石吸 热分解会使所处局部位置的温度降低，有利于吹炼初 期脱磷反应的进行; ( 2) 石灰石分解产生的石灰具有 很大的活性，利于脱磷期成渣，炉渣乳化性能和流动性 能增加，有利于钢渣反应脱磷; ( 3) 碳酸钙分解产生的 CO2参与铁水中各元素反应减少放热量，也能改善钢 渣界面反应的动力学条件，有利于熔池脱磷． 2. 2. 3 炉渣成分 对两种冶炼工艺的终点炉渣进行取样，分析炉渣 铁损和碱度等，结果如表 2 所示． 采用石灰石或石灰 造渣时均能保证冶炼终点炉渣碱度，其中: 采用石灰炼 钢时，平均终点炉渣碱度为 3. 28; 采用石灰石炼钢时， 平均终点炉渣碱度为 3. 52，均能满足一般钢种冶炼的 脱磷要求． 渣中 MgO 是通过加入的高镁石等造渣材 料带 入 的，终 渣 MgO 质 量 分 数 分 别 为 11. 88% 和 10. 73% ，均能满足保护转炉炉衬的要求． 同时发现炉 渣铁损提高了 0. 65% ，这是由于分解产生的 CO2参与 炼钢熔池反应，应降低供氧强度或减少供氧时间，但冶 炼过程中供氧总量略有增加，造成终点时过氧化较为 严重，因此，炉渣铁损略有增加． 表 2 炉渣成分对比( 质量分数) Table 2 Comparison of slag composition % 造渣材料 CaO MgO SiO2 石灰石 16. 19 11. 88 3. 28 石灰 16. 84 10. 73 3. 52 观察冶炼过程中炉渣变化可知，反应前期出现溢 渣现象稍有增加，供氧时间略有增加，氧耗量有所增 大，且终渣泡沫化程度普遍较高． 判断是石灰石在炉 内受热分解过程中生成大量 CO2气体，CO2气体的逸出 使熔渣泡沫化程度增大，故吹炼过程中易出现溢渣 现象． 2. 2. 4 辅料消耗 当冶炼过程采用石灰石完全代替石灰造渣时，石 灰石消耗 60. 1 kg /t，可代替石灰加入量 49. 3 kg /t． 吨 钢高镁石的加入量基本不变，均为35 kg /t，由于采用石 灰炼钢过程中富余热量较多，因此采用了少量烧结矿 调节熔池温度． 根据表 1 的原料成分，采用石灰石进 行炼钢，仅相当于加入了石灰 33. 9 kg /t． 与传统采用 石灰炼钢相比，采用石灰石炼钢带入的 CaO 总量降低 了 11. 7 kg /t，相当于石灰量减少了 15. 4 kg /t． 使得炼 钢过程总渣量降低，从而降低炉渣中总铁损失，降低钢 铁料消耗． 2. 2. 5 吹炼时间 图 7 为两种冶炼工艺的吹炼时间分布． 从图中可 以看出，采用石灰石炼钢时，吹炼时间略有增加，但不 明显． 采用石灰造渣炼 钢 时，平均吹炼时间为 13. 3 min． 当采用石灰石进行炼钢时，由于加入的石灰石在 吹炼前期不断分解为 CaO，需要一定的分解时间，因此 吹炼时间增加至 13. 6 min． 2. 2. 6 终点钢液温度 由于转炉炼钢中后期可根据加入冷却剂和供氧对 终点温度进行调节，同时在石灰石炼钢时减少了矿石 的加入量，因此，采用石灰和石灰石造渣炼钢时，转炉 熔池终点平均温度分别为 1646 和 1647 ℃，不影响冶 炼终点控制． · 18 ·

·82· 工程科学学报，第38卷，增刊1 17 采用石灰石炼钢时，平均终点炉渣碱度为3.52，均能 16 石灰石 满足治炼的脱磷要求.炉渣中T℉e含量略有增加，但 15 炉渣量大幅度降低，钢铁料消耗降低 14 (5)采用石灰石进行造渣炼钢时，吹炼时间略有 13 延长，终点熔池温度基本保持不变 参考文献 石灰 10 [Somnath B,Ashok K L,Seshadri S,et al.Change in phosphorus 9 partition during blowing ina commercial BOF.IS/J Int,2007,47 (5):766 024681012141618202224262830 Deng T F,Patrice N.Mattias E,et al.Limestone dissolution in 冶炼炉次炉 converter slag at 1873 K.MMTB,2013,44(1)98 图7吹炼时间分布 B]Li H,Guo L F,Li Z Q,et al.Research of low-carbon mode and Fig.7 Distribution of blowing time on limestone addition instead of lime in the BOF steelmaking.J Iron Steel Res Int,2010,17(s2):23 3结论 [4]Tian ZG,Tang W,Pan X Q.Application analysis of bubstituting limestone for some limes in BOF.Met Mater Metall Eng,2012, (1)当采用全部石灰进行治炼时，铁水加入比可 40(3):31. 达到86.1%，随着石灰石加入量的增加，吨钢富余热 [5]Li H,Feng J,Li YQ,et al.Thermodynamic analysis of lime- 量减少，石灰加入量降低.若全部采用石灰石进行造 stone decomposition and COoxidation effect in the early stage of BOF steelmaking.J Univ Sci Technol Beijing,2011,33(s1)83 渣，铁水比最高可达到97.0%，有利于炉料结构的 (李宏，冯佳，李永卿，等.转炉炼钢前期石灰石分解及C0氧 优化. 化作用的热力学分析.北京科技大学学报，2011,33(s1): (2)采用石灰石造渣炼钢时，吹炼至4min的炉渣 83) T℉e质量分数为21.87%，碱度为1.22，熔池温度为 [6]Lv M.Zhu R,Wei X Y,et al.Research on top and bottom mixed 1354℃，脱磷率为48.3%：随着吹炼时间增加，炉渣 blowing CO2 in converter steelmaking process.Steel Res Int, TFe含量急剧降低，碱度上升至3.0以上. 2012,83(1):11 (3)与采用石灰造渣炼钢相比，当采用石灰石进 7]Lv M,Zhu R,Bi X R,et al.Fundamental research on dephos- phorization of BOF by COMI steelmaking process.Iron Steel, 行造渣炼钢时，平均脱磷率从84.3%提高到86.9%， 2011,46(8):31 脱磷率提高了2.6%，且炼钢过程的脱磷更加稳定. [8]Sungmo J.Richard J.Fruchan.Foaming characteristics of BOF (4)采用石灰炼钢时，平均终点炉渣碱度为3.28； slag=.Jnt,2000,40(4):348

工程科学学报，第 38 卷，增刊 1 图 7 吹炼时间分布 Fig． 7 Distribution of blowing time 3 结论 ( 1) 当采用全部石灰进行冶炼时，铁水加入比可 达到 86. 1% ，随着石灰石加入量的增加，吨钢富余热 量减少，石灰加入量降低． 若全部采用石灰石进行造 渣，铁水比最高可达到 97. 0% ，有 利 于 炉 料 结 构 的 优化． ( 2) 采用石灰石造渣炼钢时，吹炼至 4 min 的炉渣 TFe 质量分数为 21. 87% ，碱 度 为 1. 22，熔 池 温 度 为 1354 ℃，脱磷率为 48. 3% ; 随着吹炼时间增加，炉渣 TFe 含量急剧降低，碱度上升至 3. 0 以上． ( 3) 与采用石灰造渣炼钢相比，当采用石灰石进 行造渣炼钢时，平均脱磷率从 84. 3% 提高到 86. 9% ， 脱磷率提高了 2. 6% ，且炼钢过程的脱磷更加稳定． ( 4) 采用石灰炼钢时，平均终点炉渣碱度为 3. 28; 采用石灰石炼钢时，平均终点炉渣碱度为 3. 52，均能 满足冶炼的脱磷要求． 炉渣中 TFe 含量略有增加，但 炉渣量大幅度降低，钢铁料消耗降低． ( 5) 采用石灰石进行造渣炼钢时，吹炼时间略有 延长，终点熔池温度基本保持不变． 参 考 文 献 ［1］ Somnath B，Ashok K L，Seshadri S，et al． Change in phosphorus partition during blowing ina commercial BOF． ISIJ Int，2007，47 ( 5) : 766 ［2］ Deng T F，Patrice N，Mattias E，et al． Limestone dissolution in converter slag at 1873 K． MMTB，2013，44( 1) : 98 ［3］ Li H，Guo L F，Li Z Q，et al． Ｒesearch of low-carbon mode and on limestone addition instead of lime in the BOF steelmaking． J Iron Steel Ｒes Int，2010，17( s2) : 23 ［4］ Tian Z G，Tang W，Pan X Q． Application analysis of bubstituting limestone for some limes in BOF． Met Mater Metall Eng，2012， 40( 3) : 31． ［5］ Li H，Feng J，Li Y Q，et al． Thermodynamic analysis of lime￾stone decomposition and CO2 oxidation effect in the early stage of BOF steelmaking． J Univ Sci Technol Beijing，2011，33( s1) : 83 ( 李宏，冯佳，李永卿，等． 转炉炼钢前期石灰石分解及 CO2 氧 化作用的热力学分析． 北京科技大学学报，2011，33 ( s1) : 83) ［6］ Lv M，Zhu Ｒ，Wei X Y，et al． Ｒesearch on top and bottom mixed blowing CO2 in converter steelmaking process． Steel Ｒes Int， 2012，83( 1) : 11 ［7］ Lv M，Zhu Ｒ，Bi X Ｒ，et al． Fundamental research on dephos￾phorization of BOF by COMI steelmaking process． Iron Steel， 2011，46( 8) : 31 ［8］ Sungmo J，Ｒichard J，Fruehan． Foaming characteristics of BOF slags． ISIJ Int，2000，40( 4) : 348 · 28 ·