转炉吹炼初期石灰石分解与成渣动力学的研究

发布时间：2020-10-09 21:30

　　采用石灰石替代石灰直接应用于转炉造渣炼钢,不仅可避免石灰煅烧所造成的能源消耗和环境污染,还可解决因烧成石灰潮解粉化所导致的冶金效果降低等问题,具有较好的工业应用前景。但与转炉石灰造渣炼钢法相比,“转炉采用石灰石替代石灰造渣炼钢”工艺在其工业应用探索阶段尚存在需要阐明的相关科学问题。本文针对转炉采用石灰石替代石灰造渣炼钢工艺特点,对转炉采用石灰石造渣炼钢工艺进行了物料平衡与热平衡计算。同时,采用高温实验方法并结合扫描电镜和能谱分析等检测手段,考察了转炉吹炼初期条件下的熔渣温度和熔渣碱度对石灰石分解与成渣动力学的影响规律,探讨了转炉条件下石灰石分解与溶解成渣过程的限制性环节以及分解与成渣机制,所得结论如下。转炉采用石灰石替代石灰造渣炼钢工艺的物料平衡和热平衡计算结果表明,随石灰石替代比增加,吨钢冷却料用量减少,铁水加入量增加,氧气消耗量略微增加,炉渣成分基本保持不变。同时,炉气产生量增加,炉气中CO所占比例增加,炉气热值提高。1kg石灰石可以提供0.077kg的氧且其冷却效果与1.21kg的废钢相当。转炉吹炼初期条件下,温度对熔渣中石灰石分解速率影响较大,石灰石分解速率随温度升高而增大,而熔渣碱度对石灰石分解过程影响不明显。本实验不同温度和熔渣碱度条件下,反应时间小于90s时石灰石试样中心均存在着未分解的CaCO3区域。石灰石的分解与成渣过程中,在熔渣与分解所生成石灰层界面之间形成一CaO-FeO反应层。对于相同的熔渣碱度和反应时间而言,温度越高,CaO-FeO反应层越宽,所生成石灰溶解也越快。在相同温度和反应时间下,熔渣碱度越高CaO-FeO反应层越窄,石灰溶解速率减小。转炉吹炼初期条件下,石灰石分解与溶解成渣过程的限制性环节可分别考虑为CO2通过生成物CaO层的内扩散以及CaO在熔渣中的扩散传质,总过程的限制性环节则认为是所生成石灰在熔渣中的溶解过程。本实验条件下石灰石分解活化能EDe为12.20kJ/mol,生成石灰的溶解活化能E为180.01kJ/mol。
【学位单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TF713
【部分图文】：

炼钢法,活性石灰,石灰石,炉渣

传统的转炉炼钢工序中，送氧开吹的同时加入第一批活性石灰等渣料。活性石灰是逡逑石灰石在回转窑或竖窑中经煅烧而成的产品，传统的炼钢生产模式下从石灰石到转炉中逡逑转化成炉渣的过程如图１．１所示。其中，无论用何种石灰窑煅烧得到石灰，都需要消耗逡逑大量的燃料，因而不可避免的出现能耗高、粉尘颗粒污染严重以及００２过度排放等问题逡逑［８］。石灰石煅烧石灰的温度约在１０５０°Ｃ？１２００°Ｃ之间煅烧后的出炉时具有较高的温度，逡逑不免携带大量的物理显热。而运输及转炉加入渣料时又要求将高温石灰降至接近常温、逡逑然后再在转炉中重新吸热升温化渣，这一过程白白浪费了烧成石灰的物理热。此外，随逡逑着石灰活性的增加，石灰吸潮粉化现象加剧，不仅增加了储存和输运过程的成本及工作逡逑量，且大大降低了石灰的冶金效果［９＿１１］。这一生产模式不但增加生产成本和环境负担，逡逑同时不利于钢铁工业的可持续发展。逡逑Ｃ０：邋排放逦｜ｌｌ：０、Ｃ０、粉尘Ｉ排放逡逑，—、逦吸潮逦广＇＇逡逑ｆ石灰石＼逦：石灰窑〔活性石灰转炉）＝；（＾钢水＋炉渣逡逑加热逦铁水＋冷铁料逡逑图１．１活性石灰炼钢法石灰石至炉渣的演变过程逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ邋ｆｒｏｍ邋ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ邋ｔｏ邋ｓｌａｇ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｓｔｅｅｌ－ｍａｋｉｎｇ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｂｙ邋ａｃｔｉｖｅ邋ｌｉｍｅ逡逑近年来，针对这一问题有学者［１２］提出“转炉采用石灰石替代石灰造渣炼钢”的方法。逡逑事实上

转炉,历程,炼钢法

学硕士学位论文逦第２章定性作用。逡逑经过２０世纪５０年代转炉技术完善与大型化发展，到６０年代已建成３００ｔ大年代加拿大液化气公司成功研制出了双层管氧气喷嘴，同期西德马西米利用此技术成功开发了底吹氧气转炉法，即ＯＢＭ（Ｏｘｙｇｅｎ邋Ｂｏｔｔｏｍ邋Ｍａｘｈｕｅｔｔｅ）Ｑ－ＢＯＰ。在转炉钢产量取得绝对主导地位，转炉冶炼技术发展的同时，转了第二次革命一１９７８？１９７９年成功诞生了转炉顶底复吹炼工艺技术。氧气展是其它炼钢法所无法比拟的，自ＬＤ问世以来，转炉炼钢发展过程大致如复合吹？法逡逑

过程图,成渣,转炉冶炼,过程

Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｒｏｕｔｅｓ邋ｏｆ邋ｓｌａｇ邋ｆｏｒｍａｔｉｏｎ邋ｉｎ邋ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ邋ｓｍｅｌｔｉｎｇ逡逑转炉炼钢炉渣是复杂的多组分体系，但在成渣过程中ＣａＯ、Ｓｉ０２、ＦｅＯ三组分之和逡逑变化不大，约为８０％。图２．２为Ｃａ0－Ｓｉ０２－ＦｅＯ三元系在１６００°Ｃ下的等温截面图［２３】。吹逡逑炼初期渣组成大体位于图２．２中的Ａ区，转炉吹炼末期渣成分大致在Ｂ区域，从Ａ到Ｂ逡逑有１、２两种途径。途径１为钙质成渣［２４１，通常采用低氧枪位操作，炉渣中２＞（ＦｅＯ）缓慢逡逑增加，但由于ＣａＯ的造渣作用会使渣中！＞（ＦｅＯ）含量较低，必须通过液固两相区逡逑（Ｌ＋Ｃ２Ｓ），渣中容易出现固相Ｃ２Ｓ，渣黏度增加不利于脱磷。途径２为铁质成渣，通常逡逑采用高枪位操作，炉渣中２＞（ＦｅＯ）增加迅速且保持较高水平，此时渣沿液相区到达终点逡逑Ｂ区，渣黏度较小有利于脱磷。但炉渣的泡沫化严重容易喷溅，且对炉衬侵蚀严重。逡逑２．２．３转炉炼钢造渣方法逡逑转炉炼钢在实践生产中依据所需冶炼钢种特点、入炉铁水和渣料的成分来确定造渣逡逑－９－逡逑

【参考文献】