石灰石比率研究

转炉炼钢石灰石替代石灰比例研究CONTENTS1234研究背景分析与讨论结论研究方法RESEARCHBACKGROUNDSRESEARCHMETHODSANALYSISANDDISCUSSIONCONCLUSIONANDSUGGESTION1研究背景RESEARCHBACKGROUNDS1研究背景RESEARCHBACKGROUNDS石灰石造渣炼钢工艺采用石灰石代替石灰在转炉内直接分解造渣，起到了良好的降低成本、节能减排效果。但是，石灰石在转炉内升温分解吸收大量热量，在某些冶炼条件下可能会发生热量不足、出钢温度偏低的情况。为了保证生产效益，应该在保证转炉热量充足的条件下，尽量增加石灰石加入量，因此，有必要研究不同冶炼条件下的石灰石替代比，保证石灰石造渣炼钢过程中热量充足、冶炼正常进行。2研究方法RESEARCHMETHOD2.1设定石灰石分解温度为1100℃根据工业试验数据分析得知，吹炼开始前冷铁料熔清时的铁水温度只有1100℃左右，所以把石灰石分解温度定为1100℃更接近实际情况。2.2设定铁水中的硅有15%生成SiO(g)通过气化的方式脱除过去的研究中已经确认铁水中[Si]大约有10%-20%会生成SiO(g)通过气化的方式脱除，所以本文在考虑热平衡时假设Si生成SiO(g)比例为15%，讨论了其影响，生成SiO(g)脱除的过程延续以前的说法，本文也称为“硅挥发”

。2研究方法RESEARCHMETHODS2.3计算数据采用国内多个钢铁厂的平均值2.4工艺参数与石灰石替代石灰比例关系分析本文考虑了CO2参与熔池反应和“硅挥发”前提下，进行物料平衡和热平衡计算，计算中采用国内多个钢铁厂的平均的铁水和钢水成分、温度和原料加入量以及渣料成分。根据铁水成分（碳、硅、锰含量）、铁水温度、铁水比、碱度对石灰石替代比影响的研究，求出了各工艺因素与替代比的关系表达式。2研究方法RESEARCHMETHODS3研究结果与讨论CONCLUSIONS石灰石分解假定CaCO3在1100℃分解CaCO3=CaO+CO2⊿

Hθ=1790kJ/kgCO2升温吸热

CaO升温吸热CaO从常温升温至出钢温度CO2参与熔池反应参与铁水反应的CO2中，与C反应的比例约占90%左右，与其他元素反应比例很低，因此忽略不计，假设CO2全部与C在1100℃反应。C+CO2=2CO⊿

Hθ=13683kJ/k经过计算得到1kg石灰石的吸热量为4296kJ/kg3.1石灰石热效应计算设定铁水中的硅有15%与氧气弱氧化生成SiO（g），85%与氧气反应生成SiO2。1kg[Si]氧化反应的热效应。0.85kg[Si]生成SiO2放热24067kJ。0.15kg的[Si]生成SiO(g)放热581.7kJ。因此，1kg[Si]氧化放热24648.5kJ/kg。3.2考虑了硅挥发的硅热效应成分/%温度/℃

CSiMnPS铁水4.6100.5000.4200.1080.0321286钢水0.2020.0200.1000.0090.0281638表1铁水和钢水成分和温度铁水和目标钢水成分、温度为多个钢厂的平均值。目的是为了验证石灰石造渣炼钢是否存在热量不足的问题。3.3物料平衡和热平衡计算渣料轻烧白云石矿石铁水废钢加入量/kg311006.38表2原料加入量根据石灰石造渣炼钢工业实践，矿石加入量在铁水量1%左右，轻烧白云石加入量在铁水量3%左右，为了保证热量充足铁水比要高于石灰炼钢，一般在90%~95%之间，因此设定矿石加入量1kg，轻烧白云石3kg，铁水比94%，即废钢量为6.38kg。3.3物料平衡和热平衡计算1.炉渣中铁珠量占渣量8%。2.喷溅量为铁水量的1%3.炉衬侵蚀占铁水量0.5%。4.造渣分解产生的CO2有50%参与熔池反应。5.烟尘量占铁水量1.6%，其中含FeO77%，含Fe2O320%。6.铁水中碳90%生成CO，10%生成CO2根据转炉实际生产，在进行物料和热平衡时，需要进行一下假设：3.3物料平衡和热平衡计算由于影响石灰石替代比的因素很多，为了研究转炉各种参数对石灰石替代石灰比例的影响，设定石灰石替代石灰造渣的比例为未知量X带入物料平衡和热平衡进行计算。3.3物料平衡和热平衡计算表3物料平衡表用带有未知量X的石灰石、石灰质量计算出根据物料平衡计算出炉渣、钢水、吹氧量，最终得到物料平衡表：收入项支出项项目重量（kg）项目重量(kg)铁水100钢水97.47-0.0079X废钢6.38炉渣8.34-0.041X石灰2.15（1-X）炉气11.57+1.11X石灰石3.44X铁珠0.667-0.0033X轻烧白云石3烟尘1.6炉衬0.5喷溅1.5矿石1

氧气7.96-0.24X

合计120.99+1.05X

120.96+1.07X3.3物料平衡和热平衡计算收入项/kJ支出项/kJ铁水物理热117835.6钢水物理热129612.2-11.8X烟尘氧化热6454.4炉渣物理热18608-5390.2XC氧化热57106.2-2434.5X炉气物理热16026+689XSi氧化热12324白云石物理热4266Mn氧化热2457矿石物理热4323.7P氧化热1873.3石灰石物理热15529.7XFe氧化热5422-28X烟尘物理热2605.3SiO2成渣热2087.9+24.3X铁珠物理热1488.6-96XP2O5成渣热1138.4喷溅物理热1416.2

吹炼物理热6201.2-73X

废钢物理热9041.5

总计206698.8-2438.2X 总计193588.9+10647.7X根据表6计算得到，铁水比为94%时，X等于1.002。计算结果表明在本文原料条件下，转炉热量都能够满足生产要求可以采用全石灰石炼钢，并且热量略有富余。表4热平衡表3.3物料平衡和热平衡计算3.4工艺因素与替代比关系式推导由于各工艺因素与石灰石替代比的关系比较复杂，因此通过回归分析得到替代比与各工艺因素的关系式。首先对铁水成分（ω[C]、ω[Si]、ω[Mn]）、铁水温度、铁水比、碱度、出钢温度在冶炼条件范围内各取三个值，具体取值如表所示。排列组合总共得到2187种冶炼条件，计算每种冶炼条件下石灰石替代比X。然后对得到的2187组数据进行线性回归，得到替代比与各工艺因素的关系。ω[C]ω[Si]ω[Mn]T铁水T钢水碱度铁水比40.40.21250160030.924.40.60.4130016253.250.944.80.80.6135016503.50.96表5各因素取值表式中，ω[C]—铁水碳含量，%；ω[Si]—铁水硅含量，%；ω[Mn]—铁水锰含量，%；T铁水—铁水温度，℃；T出钢—出钢温度，℃；α铁水比；R：碱度。X为石灰石替代比，拟合相关系数R2=0.97,拟合效果良好。关系式中的系数为每个因素对替代比的影响大小，合理的表达了各因素与石灰石替代比的关系。3.4工艺因素与替代比关系式推导碳元素和锰元素是铁水中的主要放热元素。随着铁水中碳元素和锰元素的增加，铁水化学反应热增加，转炉中的热富余也增加，因此可以加入更多石灰石。根据计算得到，铁水中碳含量每增加0.1%，替代比增加8.1%；锰含量增加0.1%，替代比增加5.1%3.5工艺因素与替代比关系分析碳含量与锰含量对替代比影响分析硅含量对替代比影响分析硅含量增加石灰石加入增加，吸热量增加化学反应热增加因此硅含量对替代比的影响存在一个临界值，当铁水硅含量低于临界值时，硅含量提高，替代比随之提高；硅含量高于临界值时，硅含量提高，替代比随之降低。3.5工艺因素与替代比关系分析硅含量对替代比影响分析硅增加了铁水化学反应热，同时导致石灰石加入量增加，石灰石吸热增加。根据上式，当热量增量与热量减少量相等时，求出临界硅含量。计算得到：在R=3.5条件下，临界硅含量为0.28%，即当ω[Si]<0.28%时，ω[Si]与替代比X成正相关；ω[Si]>0.28%时，ω[Si]与替代比X成负相关。但是对一般的铁水成分来说，ω[Si]一般在0.4%~0.8%之间，ω[Si]在正常铁水成分范围内与替代比成负相关.3.5工艺因素与替代比关系分析硅元素虽然是铁水放热最强的元素，但是硅元素的增加导致石灰石量增加，石灰石引起的吸热量要大于硅的放热量，所以硅含量提高会导致富余热量的减少，石灰石替代比减小。硅含量在0.4%~0.8%的范围内，不仅随着硅含量提高，替代比减小，同时硅含量对替代比的影响也逐渐减小。硅含量对替代比影响分析3.5工艺因素与替代比关系分析铁水和出钢温度对替代比影响分析随着铁水温度的升高，铁水物理热增加，转炉热量富余增加，因此可以增加石灰石加入量，石灰石替代比提高。铁水温度提高10℃，石灰石替代比增加5.8%。随着出钢温度的升高，钢水物理热增加，转炉热量富余减少，因此需要减少石灰石加入量，石灰石替代比降低。钢水温度提高10℃，石灰石替代比降低7.4%。3.5工艺因素与替代比关系分析铁水比对石灰石替代比的影响随着铁水比的提高，冷料加入量减少，热量富余增加，可以允许加入更多的石灰石。根据计算，铁水比每增加1%，石灰石替代比增加12.3%碱度对石灰石替代比的影响碱度提高导致有效氧化钙需求量增加，因此石灰石加入量增加，转炉热量富余减少，石灰石替代比减小。3.5工艺因素与替代比关系分析4结论CONCLUSION以转炉前期铁水熔清温度在1100℃左右为条件计算，石灰石从常温升温至1100℃

并分解为CO2和CaO，吸热量为4296kJ/kg；在设定铁水中硅挥发15%的条件下，硅氧化热效应为24648.5kJ/kg。铁水硅含量对石灰石替代石灰比值的影响存在一个临界值，当铁水硅含量低于临界值时，硅含量提高，替代比随之提高；硅含量高于临界值时，硅含量提高，替代比随之降低。当铁水比为94%、渣碱度R=3.5时，石灰石替代比X等于1.002，可采用全石灰石造渣炼钢．①②4结论在本研究的条件范围内，ω[C]提高0.1%，石灰石替代比可以提高8.1%；ω[Mn]提高0.