吕明等：转炉炼钢的物料结构优化 73 2.3煤气量分析 反应，加强熔池搅拌，改善反应的动力学条件：另外，采 转炉煤气是转炉炼钢过程的主要副产物，其物理 用全石灰石节约了煅烧石灰的能耗，可降低生产成本， 热可用于预热回收蒸汽，化学热可用于钢包烘烤等二 具有较好的经济效益和环境效益 次燃烧，因此具有较高的附加值和利用价值.统计对 3 比不同物料结构的煤气量如图3所示 结论 190 本文研究了不同配料结构、不同石灰石比例对钢 185 铁料消耗、氧气消耗以及煤气产生量的影响，取得了以 180 下研究结果： 175 方案4（块矿） (1)当采用铁水作为原料、渣钢和块矿作为冷却 170 方案3（废钢+磁因 剂时，平均钢铁料消耗为1072.07kg1,钢铁料消耗 16 方案2（渣钢+磁选） 最低；当采用铁水和废钢作为原料，配有磁选渣铁时， 16 方案1（渣钢+块矿） 平均钢铁料消耗最高，为1092.91kg1. 155 (2)随着石灰石加入量的增加，钢铁料消耗增加， 150 氧耗略有降低，吨钢煤气产生量增加：同时，加入块矿 145 0102030405060708090100 可以降低氧气消耗量. 石灰石比例质量分数% (3)在本文的研究条件下，最优的物料结构为采 图3不同物料结构的煤气量对比 Fig.3 Comparison of converter gas volume at different material struc- 用铁水作为原料，配有渣钢和块矿的治炼模式，钢铁料 tures 消耗最低，可以大幅度降低生产成本 对比四组不同配料结构对煤气量的影响，发现加 参考文献 入块矿的方案4煤气量最高，达到170.06Nm3t,主 Wang Y Z,Li C Z.Questions and Answcers of Converter Steelmak- 要是由于方案4吨钢消耗的铁水量较大，铁水中的碳 ing.1st Ed.Beijing:Metallurgical Industry Press,2003 元素较多，碳氧化产生C0和C02,因此煤气量增加. (王雅贞，李承祚.转炉炼钢问答.1版.北京：治金工业出版 对比每组中不同石灰石比例对煤气量的影响，发 社，2003) 现随着石灰石比例的增加，吨钢煤气产生量也会随之 [2]Wang S Z,Li W S,Lv Y.Control and preventive measures for preventing splash in the steelmaking in Angang.Henan Metall. 增大，方案4中的石灰石加入比例从0增加至100% 2009,17(4):32 时，煤气量增加了26.77Nm3t1.在炼钢过程中，加入 (王三忠，李文山，吕亚.转炉炼钢喷溅的控制及预防措施 的石灰石在炼钢温度下迅速分解为Ca0和CO2,Ca0 河南治金，2009,17(4)：32) 参与炼钢过程造渣形成低熔点复杂氧化物，分解出的 B] Deng T F,Nortier P,Mattias E,et al.Limestone dissolution in C02一部分作为弱氧化剂参与铁水元素的氧化反应生 converter slag at 1873 K.Metall.Mater.Trans.B,2013,44 成C0,一部分直接进入炉气中，会增加吨钢煤气量. (1):98 2.4转炉炼钢的最优物料结构分析 [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. 基于以上分析，发现在本文的研究条件下，最优的 Iron Steel Res Int,2010.17(s2):23 物料结构应选取方案1，即采用铁水作为原料、配有渣 [5] Tian ZG,Tang W,Pan X Q.Application analysis of substituting 钢和块矿的治炼模式，钢铁料消耗最低，可以大幅度降 limestone for some limes in BOF.Met Mater Metall Eng,2012, 低生产成本.渣钢是一种回收再利用资源，含有渣钢 40(3):31 的配料也可以降低生产成本.块矿属于炼钢过程中的 (田志国，汤伟，潘锡泉.氧气转炉采用石灰石替代部分石灰 冷却剂、化渣剂和氧化剂，可以起到平衡富余热量、促 治炼的应用分析.金属材料与治金工程，2012,40(3)：31) 进化渣和降低氧耗的作用. 6]Qin D P,Yang J P,Wei S H,et al.Analysis and process prac- tice on steelmaking technology of 100t top-blown oxygen converter 方案4中采用全石灰石治炼可以降低氧耗，提高 by limestone for slag making.Spec Steel,2014,35(5):34 吨钢煤气量，回收的煤气可以发电，也可降低生产成 (秦登平，杨建平，危尚好，等.100：顶吹氧气转炉石灰石造 本.由于石灰石分解产生C02,C02也可和熔池中的C 渣炼钢技术的分析和工艺实践.特殊钢，2014,35(5)：34)吕 明等: 转炉炼钢的物料结构优化 2. 3 煤气量分析 转炉煤气是转炉炼钢过程的主要副产物，其物理 热可用于预热回收蒸汽，化学热可用于钢包烘烤等二 次燃烧，因此具有较高的附加值和利用价值． 统计对 比不同物料结构的煤气量如图 3 所示． 图 3 不同物料结构的煤气量对比 Fig． 3 Comparison of converter gas volume at different material struc￾tures 对比四组不同配料结构对煤气量的影响，发现加 入块矿的方案 4 煤气量最高，达到 170. 06 Nm3 ·t － 1，主 要是由于方案 4 吨钢消耗的铁水量较大，铁水中的碳 元素较多，碳氧化产生 CO 和 CO2，因此煤气量增加． 对比每组中不同石灰石比例对煤气量的影响，发 现随着石灰石比例的增加，吨钢煤气产生量也会随之 增大，方案 4 中的石灰石加入比例从 0 增加至 100% 时，煤气量增加了 26. 77 Nm3 ·t － 1 ． 在炼钢过程中，加入 的石灰石在炼钢温度下迅速分解为 CaO 和 CO2，CaO 参与炼钢过程造渣形成低熔点复杂氧化物，分解出的 CO2一部分作为弱氧化剂参与铁水元素的氧化反应生 成 CO，一部分直接进入炉气中，会增加吨钢煤气量． 2. 4 转炉炼钢的最优物料结构分析 基于以上分析，发现在本文的研究条件下，最优的 物料结构应选取方案 1，即采用铁水作为原料、配有渣 钢和块矿的冶炼模式，钢铁料消耗最低，可以大幅度降 低生产成本． 渣钢是一种回收再利用资源，含有渣钢 的配料也可以降低生产成本． 块矿属于炼钢过程中的 冷却剂、化渣剂和氧化剂，可以起到平衡富余热量、促 进化渣和降低氧耗的作用． 方案 4 中采用全石灰石冶炼可以降低氧耗，提高 吨钢煤气量，回收的煤气可以发电，也可降低生产成 本． 由于石灰石分解产生 CO2，CO2也可和熔池中的 C 反应，加强熔池搅拌，改善反应的动力学条件; 另外，采 用全石灰石节约了煅烧石灰的能耗，可降低生产成本， 具有较好的经济效益和环境效益． 3 结论 本文研究了不同配料结构、不同石灰石比例对钢 铁料消耗、氧气消耗以及煤气产生量的影响，取得了以 下研究结果: ( 1) 当采用铁水作为原料、渣钢和块矿作为冷却 剂时，平均钢铁料消耗为 1072. 07 kg·t － 1，钢铁料消耗 最低; 当采用铁水和废钢作为原料，配有磁选渣铁时， 平均钢铁料消耗最高，为 1092. 91 kg·t － 1 ． ( 2) 随着石灰石加入量的增加，钢铁料消耗增加， 氧耗略有降低，吨钢煤气产生量增加; 同时，加入块矿 可以降低氧气消耗量． ( 3) 在本文的研究条件下，最优的物料结构为采 用铁水作为原料，配有渣钢和块矿的冶炼模式，钢铁料 消耗最低，可以大幅度降低生产成本． 参 考 文 献 ［1］ Wang Y Z，Li C Z． Questions and Answers of Converter Steelmak￾ing． 1st Ed． Beijing: Metallurgical Industry Press，2003 ( 王雅贞，李承祚． 转炉炼钢问答． 1 版． 北京: 冶金工业出版 社，2003) ［2］ Wang S Z，Li W S，Lv Y． Control and preventive measures for preventing splash in the steelmaking in Angang． Henan Metall． ， 2009，17( 4) : 32 ( 王三忠，李文山，吕亚． 转炉炼钢喷溅的控制及预防措施． 河南冶金，2009，17( 4) : 32) ［3］ Deng T F，Nortier P，Mattias E，et al． Limestone dissolution in converter slag at 1873 K． Metall． Mater． Trans． B，2013，44 ( 1) : 98 ［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( s2) : 23 ［5］ Tian Z G，Tang W，Pan X Q． Application analysis of substituting limestone for some limes in BOF． Met Mater Metall Eng，2012， 40( 3) : 31 ( 田志国，汤伟，潘锡泉． 氧气转炉采用石灰石替代部分石灰 冶炼的应用分析． 金属材料与冶金工程，2012，40( 3) : 31) ［6］ Qin D P，Yang J P，Wei S H，et al． Analysis and process prac￾tice on steelmaking technology of 100 t top-blown oxygen converter by limestone for slag making． Spec Steel，2014，35( 5) : 34 ( 秦登平，杨建平，危尚好，等． 100 t 顶吹氧气转炉石灰石造 渣炼钢技术的分析和工艺实践． 特殊钢，2014，35( 5) : 34) · 37 ·