增刊1 年武等：氧气转炉采用石灰石造渣炼钢铁水中硅挥发的分析 ·125· C0+1/202=C02, 参考文献 △G=-278628+83.762T,Jmol-1.(14) [1]Li H.Qu Y.A Technique on Limestone Instead of lime for Slagging lgPo.=2g2e-29108.821T+8.75.(15) in BOF Steelmaking Process.China Patent,CN101525678.2009- 09-09 Pco (李宏，曲英.一种在氧气顶吹转炉中用石灰石代替石灰造渣 根据式(15)估算可以得出，对Pco/pco,取102~ 炼钢的方法.中国专利，CN101525678.20090999) 10°，在1400-2300K范围内，P0,≈10-5-10-数 22]Li H.A technique on limestone addition instead of lime for energy- 量级 saving and emission reduction in BOF steelmaking.Met World, 2010(4):6 4 与铁水中S]挥发量的比较 (李宏.氧气转炉用石灰石代替石灰造渣炼钢节能减排技术 金属世界，2010(4)：6) 铁水中Si]约有20%~30%挥发，应该认为是 B]Li H,Qu Y.Discussion on limestone addition instead of lime for 生成了Si0之故.铁水面上的气相主要由C0和 energy-saving and emission reduction in the BOF steelmaking. Si0构成，Pso和总压之比应该正比于Si0气体量与 China Metall,2010,20(9):45 气相总量之比，即Pso=Si0体积/气相总体积，因此 (李宏，曲英.氧气转炉用石灰石代替石灰造渣炼钢节能减排 初探.中国治金，2010,20(9)：45) 可根据开吹前2min内铁水表面的气体总体积和 4]Li H,Guo L F,Li Z O,et al.Research of low-carbon mode and Pso,估算出前2min内气相中的Si0体积.设前 on limestone addition instead of lime in the BOF steelmaking.I 2min内气相中的Si0体积为Qso,前2min内气相 Iron Steel Res Int,2010,17 (Suppl 2):23 总体积为Q,可以列出方程： 5] Wang X L.Ferrous Metallurgy (Ironmaking Part).2nd Ed.Bei- Qso=Q×Pso· (16) jing:Metallurgical Industry Press,2009 (王筱留.钢铁治金学（炼铁部分）.2版.北京：治金工业出 一般情况下每吨钢转炉吹氧速率约为4m3/ 版社，2009) min,在开吹后的4~5min内都要高枪位操作，根据 [6] Deng S Q.The research of silicon reduction in blast furnace.fron- 文献2]估计，在开吹后的2min内约有3/4的02 making,1983(3):17 用于氧化Fe、[Si]、Mn]元素，因此在石灰造渣条 (邓守强.高炉内硅还原研究.炼铁，1983(3)：17) 件下铁水面上形成的C0仅有约2m3/min.根据本 Tokuda M,Tsuchiya N,Ohtani M.Thermodynamical considera- tions on the transfer of Si in blast furnace.Tetsu-to-Hlagane, 文第1节的分析，加入石灰石造渣时铁水面上最多 1972,58(2):219 可比石灰造渣多出C0约10m3/min,则前2min内 (德田昌則，槌谷暢男，大谷正康.高炉内DS移行亿闋寸石 气相总体积Q约为24m3,气体量约相当于石灰造 熱力学的考察.铁上解，1972,58(2)：219) 渣时的6倍左右.设开吹时铁水S]的质量分数为 [8] Li H,Feng J,Li YQ,et al.Thermodynamic analysis of limestone 0.4%,其中的25%挥发，生成的Si0质量即有1.6 decomposition and CO2 oxidation effect in the early stage of BOF steelmaking.J Unir Sci Technol Beijing,2011,33(Suppl):83 kg,换算成气体量Qso,为0.81m3.当Q=24m3时， (李宏，冯佳，李永卿，等.转炉炼钢前期石灰石分解及C02 Pso≈0.81/24=0.034.由此可知Pso的大致数值， 氧化作用的热力学分析.北京科技大学学报，2011,33（增刊 与前几节的计算大致吻合.当然石灰石的加入时机 1):83) 对此有影响，这里就不一一表述 Dong D X,Feng J,Nian W,et al.Experimental study on using limestone instead of lime for slagging in 60 t converter.China Met- 5结论 all,2013,23(11):58 (董大西，冯佳，年武，等.石钢601转炉采用石灰石替代石 (1)标准状态下，CO,与铁水中的[C]、Mn]、 灰造渣炼钢试验.中国治金，2013,23(11)：58) Fe()及Si]生成Si02(I)的反应都可自发进行，与 [10]Ji C L,Qi G J.Activity coefficient of silicon and its interaction P]的反应难以进行，而与Si]生成Si0(g)的反应 coefficients in Fe-C-Si melt at 1773K.Trans Jpn Inst Met,1985, 26(11):832 只在接近火点区的高温条件下才有可能进行. 01] Guo HJ.Metallurgical Physical Chemistry Course.Beijing:Met- (2)温度从1400K升高到2300K,使得Si0 allurgical Industry Press,2006 稳定存在的Pco/Pco,可以逐渐降低，该气氛条件相 (郭汉杰.治金物理化学教程.北京：治金工业出版社， 当于p0,在10-5~10-B数量级，且随温度升高而 2006) 增大. [12]Mantani S.Ironmaking and Steelmaking.LI H translated.Bei- jing:Metallurgical Industry Press,2001 (3)如果石灰石在2min内加入，生成Si0挥发 (万谷志郎.钢铁治炼.李宏译.北京：治金工业出版社， 时的Pso大致在10-2数量级. 2001)增刊 1 年 武等: 氧气转炉采用石灰石造渣炼钢铁水中硅挥发的分析 CO + 1 /2O2 = CO2， ΔGθ = － 278628 + 83. 762T，J·mol － 1 ． ( 14) lg pO2 = 2lg pCO2 pCO － 29108. 82 /T + 8. 75． ( 15) 根据式( 15) 估算可以得出，对 pCO /pCO2取 102 ～ 103 ，在 1400 ～ 2300 K 范围内，pO2 ≈10 － 25 ～ 10 － 13 数 量级． 4 与铁水中［Si］挥发量的比较 铁水中［Si］约有 20% ～ 30% 挥发，应该认为是 生成了 SiO 之故． 铁水面上的气相主要由 CO 和 SiO 构成，pSiO和总压之比应该正比于 SiO 气体量与 气相总量之比，即 pSiO = SiO 体积/气相总体积，因此 可根据开吹前 2 min 内铁水表面的气体总体积和 pSiO，估算出前 2 min 内气相中 的 SiO 体 积． 设 前 2 min 内气相中的 SiO 体积为 QSiO，前 2 min 内气相 总体积为 Q，可以列出方程: QSiO = Q × pSiO． ( 16) 一般情况下每吨钢转炉吹氧速率约为 4 m3 / min，在开吹后的 4 ～ 5 min 内都要高枪位操作，根据 文献［12］估计，在开吹后的 2 min 内约有 3 /4 的 O2 用于氧化 Fe、［Si］、［Mn］元素，因此在石灰造渣条 件下铁水面上形成的 CO 仅有约 2 m3 /min． 根据本 文第 1 节的分析，加入石灰石造渣时铁水面上最多 可比石灰造渣多出 CO 约 10 m3 /min，则前 2 min 内 气相总体积 Q 约为 24 m3 ，气体量约相当于石灰造 渣时的 6 倍左右． 设开吹时铁水［Si］的质量分数为 0. 4% ，其中的 25% 挥发，生成的 SiO 质量即有 1. 6 kg，换算成气体量 QSiO，为 0. 81 m3 ． 当 Q = 24 m3 时， pSiO≈0. 81 /24 = 0. 034． 由此可知 pSiO的大致数值， 与前几节的计算大致吻合． 当然石灰石的加入时机 对此有影响，这里就不一一表述． 5 结论 ( 1) 标准状态下，CO2与铁水中的［C］、［Mn］、 Fe( l) 及［Si］生成 SiO2 ( l) 的反应都可自发进行，与 ［P］的反应难以进行，而与［Si］生成 SiO( g) 的反应 只在接近火点区的高温条件下才有可能进行． ( 2) 温度从 1400 K 升 高 到 2300 K，使 得 SiO 稳定存在的 pCO /pCO2可以逐渐降低，该气氛条件相 当于 pO2在 10 － 25 ～ 10 － 13 数量级，且随温度升高而 增大． ( 3) 如果石灰石在 2 min 内加入，生成 SiO 挥发 时的 pSiO大致在 10 － 2 数量级． 参 考 文 献 ［1］ Li H，Qu Y． A Technique on Limestone Instead of lime for Slagging in BOF Steelmaking Process． China Patent，CN101525678． 2009- 09-09 ( 李宏，曲英． 一种在氧气顶吹转炉中用石灰石代替石灰造渣 炼钢的方法． 中国专利，CN101525678． 2009-09-09) ［2］ Li H． A technique on limestone addition instead of lime for energy￾saving and emission reduction in BOF steelmaking． Met World， 2010( 4) : 6 ( 李宏． 氧气转炉用石灰石代替石灰造渣炼钢节能减排技术． 金属世界，2010( 4) : 6) ［3］ Li H，Qu Y． Discussion on limestone addition instead of lime for energy-saving and emission reduction in the BOF steelmaking． China Metall，2010，20( 9) : 45 ( 李宏，曲英． 氧气转炉用石灰石代替石灰造渣炼钢节能减排 初探． 中国冶金，2010，20( 9) : 45) ［4］ 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( Suppl 2) : 23 ［5］ Wang X L． Ferrous Metallurgy ( Ironmaking Part) ． 2nd Ed． Bei￾jing: Metallurgical Industry Press，2009 ( 王筱留． 钢铁冶金学( 炼铁部分) ． 2 版． 北京: 冶金工业出 版社，2009) ［6］ Deng S Q． The research of silicon reduction in blast furnace． Iron￾making，1983( 3) : 17 ( 邓守强． 高炉内硅还原研究． 炼铁，1983( 3) : 17) ［7］ Tokuda M，Tsuchiya N，Ohtani M． Thermodynamical considera￾tions on the transfer of Si in blast furnace． Tetsu-to-Hagane， 1972，58( 2) : 219 ( 徳田昌則，槌谷暢男，大谷正康． 高炉内のSi 移行に関する 熱力学的考察． 鉄と鋼，1972，58( 2) : 219) ［8］ Li H，Feng J，Li Y Q，et al． Thermodynamic analysis of limestone decomposition and CO2 oxidation effect in the early stage of BOF steelmaking． J Univ Sci Technol Beijing，2011，33( Suppl) : 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( 增刊 1) : 83) ［9］ Dong D X，Feng J，Nian W，et al． Experimental study on using limestone instead of lime for slagging in 60 t converter． China Met￾all，2013，23( 11) : 58 ( 董大西，冯佳，年武，等． 石钢 60 t 转炉采用石灰石替代石 灰造渣炼钢试验． 中国冶金，2013，23( 11) : 58) ［10］ Ji C L，Qi G J． Activity coefficient of silicon and its interaction coefficients in Fe-C-Si melt at 1773K． Trans Jpn Inst Met，1985， 26( 11) : 832 ［11］ Guo H J． Metallurgical Physical Chemistry Course． Beijing: Met￾allurgical Industry Press，2006 ( 郭 汉 杰． 冶金物理化学教程． 北 京: 冶 金 工 业 出 版 社， 2006) ［12］ Mantani S． Ironmaking and Steelmaking． LI H translated． Bei￾jing: Metallurgical Industry Press，2001 ( 万谷志郎． 钢铁冶炼． 李宏译． 北京: 冶金工业出版社， 2001) ·125·