氧气转炉使用石灰石造渣炼钢12-06-18.ppt

氧气转炉使用石灰石造渣炼钢 1.前言 减排温室气体CO2，是21世纪最重要的环保问题。我国钢铁工业耗能占全国工业部门耗能约23%，因此钢铁业是节能、减排CO2的重要行业。 经长期研究发现，在炼钢造渣原料石灰煅烧→转炉炼钢这一工业链上，存在着浪费烧成石灰所携带的物理热、CO2过度排放和增加环境污染的问题。 为改善这种状况，北京科技大学提出了用石灰石代替石灰造渣炼钢的方法，于2009年4月申请发明专利，2011年1月获得了国家知识产权局专利授权。 由此而形成了新的炼钢法： 石灰造渣法→石灰石造渣法 2. 基本原理 2.1消除降温—升温的能量浪费 石灰石煅烧成为石灰的温度一般在1000～1200 ℃，因此烧成石灰都携带较多的热能，但高温石灰必须降温后才能运输，到达转炉料仓及至进入转炉时已接近常温，然后石灰在转炉中再吸热升温化渣，最后出钢时温度要达1600 ℃以上。很明显，这一过程中石灰先降温再升温是在浪费能量，本方法把石灰煅烧直接放在转炉中进行，从而消除了这一浪费。 2.2减少石灰资源浪费 烧成的石灰在皮带机输送过程中因相互碰撞和掉落而产生粉末，入转炉料仓前要筛分掉，其后又产生的粉末在入转炉时也会被炉气带走。据生产现场估计，从石灰出煅烧炉开始至装入转炉为止，其产生粉末的浪费量约相当于烧成石灰总量的15%。而采用石灰石直接装入转炉的方法则不会发生这种石灰资源的浪费。 2.3石灰石具有氧化性更符合炼钢原理 炼钢是一个氧化熔炼的过程，生产中需强制供氧吹炼。石灰石中CaCO3含有44%质量的CO2，在炼钢前期，这部分CO2分解出来后可以与Fe、[Si]、[Mn]、[C]等发生氧化反应，对炼钢过程强化冶炼减少氧气消耗是有利的。但是（完全烧成的）石灰中已没有CO2，不具有氧化性，因此炼钢过程中直接加入具有氧化性的石灰石造渣，更符合炼钢原理要求。 2.4表层脱落型未反应核模型 石灰石块受热煅烧成石灰块是一个由表及里的过程，首先在其表层发生碳酸钙分解反应生成石灰，然后一圈圈地向里面发展，一般可以用“未反应核模型”来解释。当石灰石块加入转炉之后，在吹氧搅拌条件下其与熔渣可充分接触，其表层转变成石灰后，会马上与周围的熔渣发生反应而脱落，烧成石灰和化渣脱落方向一致，这一过程的模型可称为“表层脱落型未反应核模型”。 2.5可以充分利用石灰石的资源 转炉石灰石分解产生的CaO用于固定渣中酸性组分；产生的CO2可以与Fe、[Si]、[Mn]、[C]等发生氧化反应，在吨钢消耗50 kg CaO的条件下，CaCO3分解出的CO2可提供的氧量相当于一炉正常吹炼供氧的8%左右；CO2与铁水中元素反应后生成CO，可供回收作为燃料及化工原料使用。 即除过去利用的CaO之外，还可以利用其中的氧资源并生成能源。 2.6分解的CO2对铁水 “最软”供氧 用石灰造渣炼钢时，为了使石灰快速熔化，需要在尽可能少扰动铁水表面的条件下向转炉内供氧以生成大量FetO，因此产生了前期的“浅吹”、“软吹”或“吊吹”的吹炼工艺。 大量的石灰石在吹炼前期的铁水面上分解时，产生的CO2对铁水没有冲击，是一种“最软”的供氧方式，因此会产生比吊吹还要强的快速生成FetO的效果。 2.7快速形成高碱度、高氧化性、低温熔渣 采用石灰石炼钢可以快速形成高碱度、高氧化性的熔渣，且其在铁水面上分解可降低渣-铁界面的温度，从而使脱磷反应所需的热力学条件更加完备，因此炼钢前期的脱磷效果更好。 用石灰造渣炼钢时，加入冷铁料一般会下降至熔池底部而使那里的温度降低，而当不加冷铁料改加入石灰石时，则把相当于“石灰+废钢”的吸热都集中到了铁水面上 。 3.研究结果与讨论 迄今为止进行的主要研究工作 石灰石全部代替石灰造渣炼钢的可能性探讨 石灰石急速煅烧过程探索 铁水表面PCO2与低温高碳铁水平衡关系的推导 石灰石直接装入造渣炼钢工业试验结果 转炉内石灰石化渣过程探讨 两种方法煅烧石灰的能耗比较 用铁水替代废钢减排CO2量的计算 石灰石造渣炼钢法减排CO2的综合效益 3.1石灰石全部代替石灰造渣炼钢的可能性探讨 取决于转炉内是否能够维持热平衡 热平衡计算：设生产中转炉内热量平衡，其冷料装入模式由“石灰+废钢” 转变为“石灰石” ，以吨钢消耗含CaO 90 %的石灰55kg、全部用石灰石代替来计算得知，两种模式装入铁水的元素氧化发热比为1/1.19 ，而两种模式的耗热比为1/1.12。 计算结果表明：氧气顶吹转炉采用全石灰石造渣、调整铁水装入比进行炼钢是可行的 。 3.2石灰石急速煅烧过程探索 与现行煅烧石灰的过程不同，石灰石进入转炉后是一个急速升温煅烧的过程。 热力学分析结果表明：CaCO3的分解趋势随环境温度和PCO2/Pθ而变化。 3.2石灰石急速煅烧过程探索 粉