輔料在轉(zhuǎn)爐煉鋼中的應(yīng)用
——以活性石灰為例

陳 超

（鋼城集團(tuán)涼山瑞海實(shí)業(yè)有限公司冶金材料分公司，四川 涼山 615023）

在轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中，礦渣材料的溶解速度將會(huì)直接影響到成渣的速度，冶煉的時(shí)間和成分的穩(wěn)定性。這需要使用具有良好活性，穩(wěn)定化學(xué)成分組成，低雜質(zhì)含量（特別是S和P含量）和各種顆粒狀的石灰，所以說(shuō)，活性石灰不僅給鋼鐵生產(chǎn)帶來(lái)了益處，并大大加大了轉(zhuǎn)爐煉鋼的動(dòng)力，據(jù)相關(guān)資料分析，這種話顆粒狀的石灰和生活中普通石灰進(jìn)行比較，要她比普通石灰轉(zhuǎn)爐吹煉的時(shí)間縮短將近百分之10，鋼水收率也大大提高百分之1，而在石灰消耗上也降低到百分之30以下，大大減少了螢石量，甚至減少了原料產(chǎn)生得廢料，在對(duì)比中明顯提高百分之2.5。所以當(dāng)下更多的人選冶金石灰[1]。

1 活性石灰的研究

1.1 活性石灰石概述

由于其高反應(yīng)性，活化石灰可以在短時(shí)間內(nèi)快速完全地與鋼水相溶。在煉鋼過(guò)程中，不同物質(zhì)在鋼水中反應(yīng)將會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，即鋼渣。為了確保鋼的質(zhì)量，需要進(jìn)行除渣這個(gè)工序。將石灰石作為造渣劑添加到鋼水中具有比硅酸鹽或螢石更顯著的效果。然而，這個(gè)方案有一個(gè)缺陷，即石灰石在高溫的條件下易于發(fā)生分解反應(yīng)，需要大量的熱量，延遲了爐渣的形成。由于鋼水快速冷卻，碳酸鈣的分解反應(yīng)吸收大量的熱量并延遲結(jié)渣時(shí)間，因此當(dāng)爐渣開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)，熱量供應(yīng)不足。這不僅延長(zhǎng)了煉鋼時(shí)間，而且增加了原料的消耗，并且還降低了造渣的質(zhì)量。因此，已經(jīng)提出首先將石灰石煅燒成石灰后，再用于煉鋼[2]。

1.2 活性石灰的物化性質(zhì)

所謂的活性石灰具有晶粒細(xì)，孔隙率高，體積密度小，比表面積大，反應(yīng)活性強(qiáng)，顆粒呈現(xiàn)均勻狀態(tài)，雜質(zhì)較少，這使活性石灰具有強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)。活性石灰活性高，活性水平如表1所示。

表1 石灰的活性水平

活性石灰活性好，他的脫磷還有脫硫效果就更佳所有說(shuō)，活性石灰是轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要成渣材。小顆粒活性石灰具有大孔隙率，比表面積大，鋼渣與石灰相比，其擴(kuò)散速率較高，轉(zhuǎn)爐在對(duì)鋼材料進(jìn)行冶煉時(shí)，其所用時(shí)間較短，CaO必須在短時(shí)間內(nèi)（約10min～15min）化渣，鋼材料冶煉過(guò)程當(dāng)中，脫硫與脫磷的共同特點(diǎn)是高堿度，由于爐渣，活性石灰很快，冶煉爐渣的堿度得到提升，磷、硫存在石灰中的含量較少（一般小于0.03%）。所以它是良好的煉鋼材料。同時(shí)它的除磷、除硫的效果可達(dá)到90%以上，相比與普通的石灰高出10%；其特點(diǎn)是減少石灰量的增加，并產(chǎn)生出多余的鋼渣，這從而可以提高鋼水的產(chǎn)量，減少熱的損失，增加廢鋼比；除此之外，這種石灰還可減少飛濺，降低吹損率（1%～3%），從而提高鋼水質(zhì)量；另外，它還可減少襯里侵蝕并增加爐齡。所以世界很多發(fā)達(dá)國(guó)家都在使用活性石灰在練鋼。而這一項(xiàng)技術(shù)也將成為技術(shù)政策[3,4]。

2 活性石灰的煅燒

2.1 石灰的生產(chǎn)機(jī)理

金屬冶煉過(guò)程中石灰是必備的生產(chǎn)原料，而加熱過(guò)程中石灰會(huì)分解為CaO和CO2作為主要的生產(chǎn)要素。石灰的礦物組成成分、煅燒工藝、內(nèi)部活性物質(zhì)三者之間存在一定關(guān)聯(lián)，石灰會(huì)形成兩種不同的狀態(tài)，組合是氧化鈣和游離式氧化鈣，其中對(duì)游離式氧化也分兩種來(lái)區(qū)別，活性氧化鈣與非活性氧化鈣，石灰活性的主要影響來(lái)源于活性游離氧化鈣。進(jìn)過(guò)煅燒后的礦物質(zhì)會(huì)經(jīng)歷一個(gè)降解為晶格過(guò)程，這個(gè)過(guò)程及其復(fù)雜的。在石灰石加熱到一定的熱度的會(huì)發(fā)生以下的反應(yīng)：

2.2 提高煉鋼用石灰的質(zhì)量

一是原料和燃料的質(zhì)量。原材料是煉鋼的基礎(chǔ)，需要選擇優(yōu)質(zhì)的礦石和少雜質(zhì)的燃燒材料。氣體燃料的選擇應(yīng)關(guān)注其熱值和壓力。第二，合理的煅燒系統(tǒng)。石灰石的分解需要根據(jù)窯的傳熱速率進(jìn)行調(diào)整。第三，選擇合理的窯類型。企業(yè)應(yīng)根據(jù)自己的生產(chǎn)規(guī)模、燃料條件、石灰質(zhì)量要求和投資能力選擇合理的窯爐類型。四是科學(xué)管理。與煉鋼相關(guān)的一系列環(huán)節(jié)包括采礦、礦物加工、配料、煅燒、自動(dòng)化控制和產(chǎn)品檢驗(yàn)、這些都需要進(jìn)行科學(xué)的管理。

3 石灰預(yù)熱熔解成渣機(jī)理

3.1 塊狀石灰的成渣機(jī)理

將塊狀石灰正常放入爐中，分解成爐渣的步驟為：

（1）常溫石灰塊與爐渣和熔融金屬接觸，形成凝結(jié)的爐渣殼；

（2）石灰塊升溫，逐漸熔化掉外面的冷凝殼；

（3）FeO等氧化物開(kāi)始進(jìn)入石灰塊的內(nèi)部；

（4）渣中，石灰塊外層中的CaO或爐渣中的CaO與發(fā)生反應(yīng)，其中一部分形成爐渣，其一部分形成致密的高熔點(diǎn)外層；

（5）FeO溶解掉，并重復(fù)步驟3、4、5以逐漸形成熔渣。

3.2 冷凝層的熔化時(shí)間

在正常溫度條件下，石灰與爐中的出渣與金屬熔融狀態(tài)的溫度差在一千攝氏度。溫度較冷的石灰和初渣觸碰的界面瞬間冷卻，對(duì)于石灰的外層形成“爐渣外殼”。但是冷凝爐渣的殼需要較長(zhǎng)時(shí)間來(lái)加熱才能徹底熔化。但是目前，煉鋼廠中，用的石灰渣一般需要一分鐘左右來(lái)熔化已經(jīng)冷凝的爐渣殼，然后才可進(jìn)行接下來(lái)的成渣過(guò)程。

3.3 預(yù)熱石灰的熔解成渣

石灰料投放到加熱爐中對(duì)其進(jìn)行加熱，充入氮?dú)馔瑫r(shí)加入鐵水，在以上填入物沖擊下，石灰塊可以迅速被粉碎，受熱面積得到增加，完成預(yù)熱的石灰料進(jìn)行除渣處理，與此同時(shí)鐵水已完全浸入到石灰料的縫隙中，而且開(kāi)吹之后，快速增加的氧化亞鐵可以更快更完全地滲透到已經(jīng)破碎的石灰塊毛細(xì)紋路中，進(jìn)一步促進(jìn)了石灰的熱分解。最后伴隨著吹制的不斷進(jìn)行，石灰塊的熔化速度大幅增加，預(yù)熱過(guò)的石灰?guī)缀醵紩?huì)變成渣。

4 煉鋼對(duì)石灰相關(guān)生產(chǎn)工藝的要求

（1）活性石灰的活性越高，可以去除的雜質(zhì)越多。采用低硫石灰石原料和低硫燃料為原料生產(chǎn)低硫石灰產(chǎn)品，可以保證煉鋼制渣過(guò)程中硫的去除率始終處于較高水平；

（2）石灰的燃燒應(yīng)控制在百分之四以下。高灼燒下的損失表明了石灰具有“高燃燒速率”的特點(diǎn)。所以使用這一種石灰，會(huì)降低爐子熱效率，使?fàn)t渣變得難以掌握和控制；當(dāng)然大小對(duì)石灰塊的熔化速率也有很大的影響。體積太大塊的石灰，其熔化速度就比較慢。就算到達(dá)吹煉的終點(diǎn)也不可能完全熔化掉，甚至也不可以及時(shí)排掉渣。而且爐氣會(huì)容易吸收那些太細(xì)的石灰粉。因此石灰的優(yōu)選塊度為5mm～40mm的范圍；

（3）一定要確保煉鋼用石灰的活性度，盡力達(dá)到330ml及以上的水平才可以，而且要控制石灰適量，灼減體積密度、顆粒組成等硬性指標(biāo)；

（4）塊狀石灰的一般強(qiáng)度就可以滿足汽車倒車的需求。而且在倒轉(zhuǎn)已經(jīng)成品的石灰的過(guò)程中，應(yīng)該少用斗式提升機(jī)，并在成品的筒倉(cāng)中加上螺旋滑塊使用，這樣可以有效減少塊狀石灰的損失；

（5）石灰易吸水變質(zhì)，粉化成氫氧化亞鈣。應(yīng)盡可能使用新燒石灰，并盡可能密封儲(chǔ)存。成品儲(chǔ)存箱在進(jìn)出口時(shí)應(yīng)使用密封效果良好的設(shè)備。確?；钚允以谫A存過(guò)程中吸收更少的水分，提高產(chǎn)品利用率。而對(duì)于成品石灰篩下料部分和除塵粉灰的任務(wù)，除供應(yīng)燒結(jié)過(guò)程外，其余應(yīng)該采用壓球造粒法充分提高灰分利用率。