1、,转炉炼钢石灰石替代石灰比例研究,北京科技大学 University of science and Technololgy Beijing,CONTENTS,1,2,3,4,研究背景,分析与讨论,结论,研究方法,RESEARCH BACKGROUNDS,RESEARCH METHODS,ANALYSIS AND DISCUSSION,CONCLUSION AND SUGGESTION,1,研究背景,RESEARCH BACKGROUNDS,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
2、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。,2.1,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，
3、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,RESEARCH METHODS,2.3,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,RESEARCH METHODS,石灰石分解,假定CaCO3在1100分解 CaCO3= CaO+CO2
4、H=1790kJ/kg,CO2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 H=13683kJ/k,经过计算得到1kg石灰石的吸热量为4296kJ/kg,3.1,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 。1kgSi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，1kgSi氧化放热2
5、4648.5kJ/kg。,3.2,考虑了硅挥发的硅热效应,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,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
6、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FeO 77%，含Fe2O3 20%。 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：,3.3,物料平衡和热平衡计算,根据表6计算得到，铁
7、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（C、Si、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。,表 5 各因素取值表,式中，C铁水碳含
8、量，%；Si铁水硅含量，%；Mn铁水锰含量，%；T铁水铁水温度，；T出钢出钢温度，；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
9、对替代比影响分析,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Si0.28%时，Si与替代比X成负相关。但是对一般的铁水成分来说，Si一般在0.4%0.8%之间，Si在正常铁水成分范围内与替代比成负相关.,3.5,工
10、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
11、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,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24648.5k
12、J/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,4,结论,在本研究的条件范围内，C 提高0.1%，石灰石替代比可以提高8.1%；Mn 提高0.1%，石灰石替代比可以提高5.1%；铁水温度提高1，替代比提高0.58%；铁水比提高1%，替代比提高12.3%。钢水温度提高1，替代比降低0.74%；Si与石灰石替代比的关系呈曲线降低趋势碱度与石灰石替代比的关系也呈曲线降低趋势,本计算引入变量X作为石灰石替代石灰的比值，讨论了与物料平衡和热平衡的关系冶炼条件改变替代比随之改变与各工艺因素的关系如下式所示：,4,结论,致谢感恩,THANKS FOR ATTENTION,
