1、炼钢用石灰及其他造渣料加入量的计算方法一、石灰1、石灰是氧气转炉炼钢用量最大的造渣材料，价廉。它具有很强的脱磷、脱硫能力，不损害炉衬。表 52 是我国顶吹转炉技术规范规定的石灰质量标准。除此以外，石灰还应保证清洁、干燥和新鲜。石灰含 CaO 要高，SiO 2和 S 低。SiO 2降低石灰中有效 CaO 含量；S 降低 CaO的有效脱硫能力，甚至进入钢液中。石灰中杂质越多越降低它的使用效率，增加渣量，恶化炼钢技术经济指标。非喷粉用石灰应具有合适的块度，一般以 540mm 为宜。块度过大，熔解缓慢，影响成渣速度，有的甚至到吹炼终点还未熔化；过小的石灰颗粒容易被炉气带走造成浪费。对细小的石灰粒，应压
2、制成块使用。灼碱应控制在合适的范围内。灼碱大则石灰生烧率高，会使热效率显著降低。此外，石灰容易吸水粉化，变成 Ca(OH)2。应尽量使用新烧石灰，限制石灰存放时间。表 52 顶吹转炉石灰标准成 分%项目CaO SiO2 S活性度毫升块 度毫升灼 碱%生、过烧率%指标 90 3 0.1 300 540 4 14活性度表征石灰反应能力的大小，是衡量石灰质量的重要参数。活性度大，则石灰熔解快，成渣迅速，反应能力强。我国标准规定，活性度110 毫升为硬烧石灰，110 一 310 毫升为中烧石灰，310 毫升为活性石灰。2、研究表明，石灰本身的物理性质，如体积密度、气孔率比表面积和晶粒大小等对石灰熔解速
3、度存在重要影响。近二十年来，各国采用的体积密度小(1.02.0 克厘米 3)、气孔率高(40%)、比表面积大(0.51.3 厘米 2克)、晶粒细小的高反应能力软烧石灰。 (活性石灰)，熔解速度快，反应能力强。这种优质冶金石灰能够提高转炉的生产能力，减少石灰、萤石消耗量和转炉渣量，脱磷脱硫效果好，减少转炉热损耗，提高炉龄，并能提高钢水质量。由于直接测定石灰在熔渣中的熔解速度比较困难，通常用石灰与水的反应速度，即石灰的水活性来表示，简称石灰的活性。大量研究表明，石灰的水活性近似反映石灰在熔渣中的熔解速度。因此，水活性己作为石灰的重要质量指标之一列为常规检验项目。3、石灰通常由碳酸钙沉积岩煅烧而成，
4、用于烧石灰的碳酸钙依其晶体结构、化学成分、强度、烧成石灰的性能等因素确定其可用性和烧制方法。在石灰窑内煅烧石灰，所用的燃料有焦炭、无烟煤 重油、天然气和高炉煤气等。煅烧窑种类很多，包括竖窑新型竖窃(套筒竖窑、多膛竖窑、横流窑)、回转窑、旋转炉底窑、沸腾窑等。普通竖窑以焦炭或煤为燃料，大块石灰石为原料，煅烧温度不均匀又难于控制，不但生烧率和过烧率高，而且粒度不均，燃料中的硫大部分(60%左右)被石灰吸收，石灰质量很差。回转窑可以严格控制温度，能保证石灰性质均匀，加之采用以辐射为主的加热方式，石灰吸硫率很低，即使用劣质燃料也能挠成优质石灰。目前，活性石灰主要由回转窑、新型坚窑等烧成。碳酸钙在窑内受
5、热按下反应式发生分解：CaCO3CaO 十 CO2 CaCO3的分解温度约为 l169l183K，分解反应的过程是：（1) CaCO3微粒破坏，在 CaCO3中生成 CaO 过饱和溶体；（2)过饱和溶体分解，生成 CaO 晶体；（3)CO 2气体解吸，随后向晶体表面扩散。影响石灰质量的因素很多，其中有石灰石的化学成分、品质结构及物理性质、装入煅烧窑的石灰石块度、煅烧窑类型煅烧温度及其作用时间和所用燃料的类型和数量等。燃烧温度和时间对 CaCO3分解速度及石灰质量有重要影响。燃烧温度高于分解温度越多，CaCO 3分解越快，生产率越高，但石灰质量明显变差。燃烧温度较低时烧成的 CaO 密度小、晶粒
6、细、孔隙度大晶体结构中存在大量缺陷。当煅烧温度达 l1731473K 时，石灰结构逐渐密结、强度增高、孔隙度减小、晶粒增大当煅烧温度升至 14731673K 时，发生晶体重结晶。结构越来越致密，气孔被包围，晶体不断长大，有畸变的晶体逐渐长好。燃烧温度继续提高，有缺陷的、不完备的、不平衡的晶体逐渐长好变为正常的完整晶体，活性显著下降。实践表明，延长高温区煅烧时间也会导致同样结果。因此，要获得优质石灰必须选择合适的锻烧温度和缩短高温煅烧期的停留时间。图 53 为石灰的比表面积、粒度、气孔率、体积密度与燃烧温度的关系。图 53 比表面积、粒径、气孔率、体积密度与煅烧温度的关系研究表明，在石灰煅烧过程
7、中，CaO 的晶粒大小、比表面积、气孔率、反应速度等各项性质之间有密切的关系。若在窑内停留的时间相同，提高温度可导致 CaO 晶体长大，而表面积和气孔率则减小，燃烧温度比燃烧持续时间对石灰质量的影响更大，对每一个燃烧温度都各有一个在窑内的最佳停留时间。通常，把在 13231423K 温度下烧得的石灰、即具有高反应能力的体积密度小气孔率大、比表面积大、晶粒细小的优质石灰叫软烧石灰或活性石灰。把煅烧温度过低或煅烧时间过短，具有较多未分解 CaCO3的石灰称为生烧石灰。把煅烧温度过高或煅烧时间过长而获得的晶粒大、气孔率低和体积密度大的石灰称为硬烧石灰。二、萤石1、萤石的主要成分是 CaF 2。它的熔
8、点很低，约为 1203K。萤石能使 CaO 和阻碍石灰熔解的 2CaOSiO2外壳的熔点显著降低，加速石灰熔解，迅速改善炉渣流动性。萤石助熔的特点是作用快、时间短。但大量使用荧石会增加喷溅、加剧炉衬的侵蚀。转炉炼钢用萤石含 CaF 2要高，含 SiO2、S 等杂质要低。要具有适当的块度，并且干燥清洁。冶炼优质钢用的萤石，入炉前应加热烘烤。吹炼高磷铁水回收炉渣做磷肥时，不允许加入萤石。2、近年来，由于萤石供应不足和价格贵，寻求萤石代用品的研究相当活跃。曾试验过四类萤石代用品： （1)硼酸盐类，如硼酸钠、硼酸钙等；（2)氧化钛类，如含不同量了 TiO2的钛铁矿；（3)其它氧化物类，如氧化锰、氧化铁
9、、氧化铝等，属于这类氧化物的有铁矾土、铝渣、锰矿、轧钢铁皮、转炉烟尘等；（4)团块熔剂类。在替换比为 1：1 的条件下，实验数据对比表明，萤石仍然是性能最好的熔剂。我国许多钢厂用铁矾土和氧化铁皮作代用剂，但它们比萤石耗热多，助熔速度慢。个别工厂采用锰矿作代用品，但来源受限制。三、白云石生白云石的主要成分为 CaCO3十 MgCO3。近年来，国内外氧气转炉采用生白云石或轻烧白云石代替部分石灰造渣的技术得到了广泛应用和发展。自从 60 年代初开始采用这项措施以来，大量生产实践证明，采用白云石造渣对减轻炉渣对炉衬的侵蚀，提高炉衬寿命具有明显效果。此外，白云石还有利于促进石灰熔解。转炉用的白云石，对
10、MgO 含量应有一定的要求并具有合适的块度。与轻烧白云石相比，生白云石在炉内分解吸热多。用转炉内宝贵的富余热量加热生白云石，显然是不合理的，但轻烧白云石需要专门的焙烧设备。实践表明，把白云石和石灰石同窑混烧，用混烧的石灰和白云石造渣也有良好的冶金效果。四、合成造渣剂合成造渣剂是将石灰和熔剂预先在炉外制成的低熔点造渣材料，然后用于炉内造渣剂把炉内的石灰块造渣过程部分地，甚至全部移到炉外进行。显然这是一种提高成渣速度，改善冶炼效果的有效措施。作为合成造渣剂中熔剂的物质有：氧化铁、氧化锰或其它氧化物、萤石等。可用一种或几种同石灰粉一起在低温下预制成型，这种预制料一般熔点较低、碱度高。颗粒小、成分均匀
11、而且在高温下容易碎裂，是效果较好的成渣料。高碱度烧结矿或球团矿也可做合成造渣剂使用，它的化学成分和物理性能稳定，造渣效果良好。煅烧石灰时采用加氧化铁皮掺 FeO 的方法制取含氧化铁皮外壳的黑皮石灰也是一种成渣快、脱 P、S 效果良好的熔剂。此外，也可以预烧掺 FeO 的白云石。由于合成造渣剂的良好成渣效果减轻了顶吹氧枪的化渣作用，从而有助于简化转炉吹炼操作。五、造渣制度顶吹转炉的供氧时间只有十几分钟，在此时间内必须快速成渣，使炉渣具有一定碱度，一定流动性和氧化性，以便迅速把铁水中的磷、硫等杂质元素去除掉保证炼出合格的钢水。造渣制度就是根据原材料和冶炼钢种要求确定造渣方法，渣料加入数量和加入时间
12、，并考虑维护炉衬，提高炉衬寿命。根据铁水成分和冶炼钢种要求来确定造渣方法，常用的造渣方法有以下几种：1、单渣法在吹炼过程中所造的渣不倒出，直至吹炼终点。这种造渣方法适用于铁水Si、P、S 较低或对磷、硫含量要求不高的钢种。单渣法操作工艺简单，冶炼时间短，劳动条件较好，其脱磷率在 90左右，脱硫率约 35。2、双渣法双渣法就是换渣操作，即在吹炼过程中停止吹炼，倒出部分炉渣，然后重加渣料造渣。根据铁水成分和冶炼钢种要求，也可多次倒渣和造新渣。采用双渣法中间倒渣的优点是倒出初期酸性渣可以减轻对炉衬的侵蚀，减少石灰消耗；倒出部分含有磷和硫的炉渣，可以提高脱磷、脱硫效率；倒出部分炉渣，使炉内渣量减少，可
13、以消除大渣量引起的喷溅。双渣法操作的关键是选择倒渣时间。若铁水含磷高，顶吹转炉在吹炼前期铁水含碳量为 35时，其磷含量最低，(复吹转炉在铁水含碳 30时磷含量最低)，此时倒渣将能有效地去除渣中磷。生产实践证明，顶吹转炉在吹炼时间为 25左右(复吹转炉在吹炼时间为 30左右)时倒渣去磷效果最佳。若铁水含硫较高，为了提高脱硫率，其倒渣时间放选择在吹炼 10min 左右，此时温度高，碱度高，渣中(FeO)低，有利于硫的去除。双渣法操作通常在铁水含 Si、P、S 较高或吹炼优质钢时采用，其脱磷率可达 9295脱硫率为 50左右。3、双渣留渣法双渣留渣法是将上一炉冶炼的终渣在出钢后留一部分在转炉内，供下
14、一炉冶炼作部分初期渣使用。由于终渣碱度高，渣温高，(FeO)含量较高，有助于前期石灰熔化成渣和脱磷：同时还可以减少石灰的消耗。吹炼前期结束，倒掉酸性渣，重新造渣吹炼。双渣留渣操作适用于吹炼中、高磷铁水，其脱磷率可达 95左右，脱硫率达到 60%70。但在应用留渣操作时要注意防止兑铁水时铁水喷溅。六、白云石或镁质造渣从炉渣的形成过程可以看到，初期渣的矿物组成中含有一些含镁的硅酸盐，这说明炉渣能够溶解 MgO 和 CaO 等氧化物。如果只用石灰造渣，则炉渣中只有过剩的 CaO 存在，使 MgO 含量很低。在碱性炼钢中，炉衬材质大多是出 CaOMgO 系耐火材料组成的初期渣中含镁硅酸盐的形成，必然要
15、夺取炉衬中的MgO，以满足 MgO 在炉渣中的溶解度，这样就使炉衬受到侵蚀。如果在渣料中配加一定数量的白云石或镁质石灰，给炉渣中提供一定数量的 MgO 含量，这样就可抑制炉渣对炉衬的侵蚀。同时，随着炉渣碱度的提高，前期过饱和的 MgO 将会从炉渣中逐渐折出，使后期炉渣粘度增大，在倒炉时，可以使终渣粘挂在炉衬表面上，形成保护层，有利于提高炉龄。增加初期渣中 MgO 含量，可在 CaOSiO2FeO 渣系中形成一些低熔点含镁矿物，降低炉渣熔化温度和粘度，有利于早期成渣。同时，初期渣中 MgO 含量增加，可以减缓并推迟石灰表面形成高熔点的 2CaOSiO2外壳层，有利于石灰熔解加快。关于渣中 MgO
16、 的含量，原则上应使炉衬中 MgO 的侵蚀量与由炉渣中沉淀到炉衬上的 MgO 量相等为宜，实践中一般终渣 MgO 含量控制在 68。根据对转炉初期渣碱度与炉衬侵蚀量的研究表明，当炉渣碱度1.2 时侵蚀较严重；在炉渣碱度为 0.7 时炉衬侵蚀量最大。因此，白云石或镁质材料应在开吹时就加入炉内，以利早成渣保护炉衬。七、渣料加入量确定加入炉内的渣料，主要指石灰和白云石数量，还有少量助熔剂。1、石灰加入量确定石灰加入量主要根据铁水中 Si、P 含量和炉渣碱度来确定，对于含 Si、P量较低的铁水和半钢，则可能根据含 S 量来确定。2、炉渣碱度确定碱度高低主要根据铁水成分而定，一般来说铁水含 P、S 量低
17、，炉渣碱度控制在 2.83.2；中等 P、S 含量的铁水，炉渣碱度控制在 3.23.5；P、S 含量较高的铁水，炉渣碱度控制在 3.54.0。铁水吹炼。铁水吹炼时，石灰加入量可用以下公式计算。（1) 铁水含 P0.30，（2) 铁水含 P030，BCaO(Si0 2十 P205)： （3）半钢吹炼。某厂铁水经过提钒预处理后，其半钢中 Si、P 含量很低，因此石灰的加入量按铁水中量 S 量来确定。3、白云石加入量确定白云石加入量根据炉渣中所要求的 MgO 含量来确定，一般炉渣中 MgO 含量控制在 68。炉渣中的 MgO 含量由石灰、白云石和炉衬侵蚀的 MgO 带入，故在确定白云石加入量时要考虑
18、它们的相互影响。（1）白云石应加入量 W 白。（2）白云石实际加入量 W 白白云石实际加入量中，应减去石灰中带入的 MgO 量折算的白云石数量 W 灰和炉衬侵蚀进入渣中的 MgO 量折算的白云石数量 W 衬 。下面通过实例计算说明其应用。设渣量为金属装入量的 12，炉衬侵蚀量为装入量的 1，炉衬中含有MgO 为 40%。铁水成分：Si 为 0.7，P 为 0.2，S 为 0.05；石灰成分：CaO 90，MgO 3，Si0 2 2%；白云石成分，CaO 40，MgO 35，Si0 2 3；终渣要求：(MgO)为 8，碱度为 3.5（3) 白云石应加入量：（4) 炉衬侵蚀进入渣中 MgO 折算的
19、白云石数量：（5）石灰中带入 MgO 拆算的白云石数量：（6）实际白云石加入量：（7）白云石带入渣中 CaO 折算的石灰数量（8) 实际入炉石灰数量：石灰加入量 W白云石折算石灰量（9) 石灰与白云石入炉比例：白云石加入量石灰加入量10.658.5=0.18在工厂生产实际中，由于石灰质量不同，白云石入炉量与石灰之比可达0.200.30。4、助熔剂加入量转炉造渣中常用的助熔剂是氧化铁皮和萤石。萤石化渣快，效果明显。但用量过多对炉衬有侵蚀作用；另外我国萤石资源短缺，价格较高，所以应尽量少用或不用。冶金部转炉操作规程中规定，萤石用量应小于 4kgt。氧化铁皮或铁矿石也能调节渣中 FeO 含量，起到化渣作用，但它对熔池有较大的冷却效应，应视炉内温度高低确定加入量。一般铁矿或氧化铁皮加入量为装入量的25。
