石灰石比率研究

轉(zhuǎn)爐煉鋼石灰石替代石灰比例研究CONTENTS1234研究背景分析與討論結(jié)論研究方法RESEARCHBACKGROUNDSRESEARCHMETHODSANALYSISANDDISCUSSIONCONCLUSIONANDSUGGESTION1研究背景RESEARCHBACKGROUNDS1研究背景RESEARCHBACKGROUNDS石灰石造渣煉鋼工藝采用石灰石代替石灰在轉(zhuǎn)爐內(nèi)直接分解造渣，起到了良好的降低成本、節(jié)能減排效果。但是，石灰石在轉(zhuǎn)爐內(nèi)升溫分解吸收大量熱量，在某些冶煉條件下可能會(huì)發(fā)生熱量不足、出鋼溫度偏低的情況。為了保證生產(chǎn)效益，應(yīng)該在保證轉(zhuǎn)爐熱量充足的條件下，盡量增加石灰石加入量，因此，有必要研究不同冶煉條件下的石灰石替代比，保證石灰石造渣煉鋼過程中熱量充足、冶煉正常進(jìn)行。2研究方法RESEARCHMETHOD2.1設(shè)定石灰石分解溫度為1100℃根據(jù)工業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得知，吹煉開始前冷鐵料熔清時(shí)的鐵水溫度只有1100℃左右，所以把石灰石分解溫度定為1100℃更接近實(shí)際情況。2.2設(shè)定鐵水中的硅有15%生成SiO(g)通過氣化的方式脫除過去的研究中已經(jīng)確認(rèn)鐵水中[Si]大約有10%-20%會(huì)生成SiO(g)通過氣化的方式脫除，所以本文在考慮熱平衡時(shí)假設(shè)Si生成SiO(g)比例為15%，討論了其影響，生成SiO(g)脫除的過程延續(xù)以前的說法，本文也稱為“硅揮發(fā)”

。2研究方法RESEARCHMETHODS2.3計(jì)算數(shù)據(jù)采用國內(nèi)多個(gè)鋼鐵廠的平均值2.4工藝參數(shù)與石灰石替代石灰比例關(guān)系分析本文考慮了CO2參與熔池反應(yīng)和“硅揮發(fā)”前提下，進(jìn)行物料平衡和熱平衡計(jì)算，計(jì)算中采用國內(nèi)多個(gè)鋼鐵廠的平均的鐵水和鋼水成分、溫度和原料加入量以及渣料成分。根據(jù)鐵水成分（碳、硅、錳含量）、鐵水溫度、鐵水比、堿度對(duì)石灰石替代比影響的研究，求出了各工藝因素與替代比的關(guān)系表達(dá)式。2研究方法RESEARCHMETHODS3研究結(jié)果與討論CONCLUSIONS石灰石分解假定CaCO3在1100℃分解CaCO3=CaO+CO2⊿

Hθ=1790kJ/kgCO2升溫吸熱

CaO升溫吸熱CaO從常溫升溫至出鋼溫度CO2參與熔池反應(yīng)參與鐵水反應(yīng)的CO2中，與C反應(yīng)的比例約占90%左右，與其他元素反應(yīng)比例很低，因此忽略不計(jì)，假設(shè)CO2全部與C在1100℃反應(yīng)。C+CO2=2CO⊿

Hθ=13683kJ/k經(jīng)過計(jì)算得到1kg石灰石的吸熱量為4296kJ/kg3.1石灰石熱效應(yīng)計(jì)算設(shè)定鐵水中的硅有15%與氧氣弱氧化生成SiO（g），85%與氧氣反應(yīng)生成SiO2。1kg[Si]氧化反應(yīng)的熱效應(yīng)。0.85kg[Si]生成SiO2放熱24067kJ。0.15kg的[Si]生成SiO(g)放熱581.7kJ。因此，1kg[Si]氧化放熱24648.5kJ/kg。3.2考慮了硅揮發(fā)的硅熱效應(yīng)成分/%溫度/℃

CSiMnPS鐵水4.6100.5000.4200.1080.0321286鋼水0.2020.0200.1000.0090.0281638表1鐵水和鋼水成分和溫度鐵水和目標(biāo)鋼水成分、溫度為多個(gè)鋼廠的平均值。目的是為了驗(yàn)證石灰石造渣煉鋼是否存在熱量不足的問題。3.3物料平衡和熱平衡計(jì)算渣料輕燒白云石礦石鐵水廢鋼加入量/kg311006.38表2原料加入量根據(jù)石灰石造渣煉鋼工業(yè)實(shí)踐，礦石加入量在鐵水量1%左右，輕燒白云石加入量在鐵水量3%左右，為了保證熱量充足鐵水比要高于石灰煉鋼，一般在90%~95%之間，因此設(shè)定礦石加入量1kg，輕燒白云石3kg，鐵水比94%，即廢鋼量為6.38kg。3.3物料平衡和熱平衡計(jì)算1.爐渣中鐵珠量占渣量8%。2.噴濺量為鐵水量的1%3.爐襯侵蝕占鐵水量0.5%。4.造渣分解產(chǎn)生的CO2有50%參與熔池反應(yīng)。5.煙塵量占鐵水量1.6%，其中含F(xiàn)eO77%，含F(xiàn)e2O320%。6.鐵水中碳90%生成CO，10%生成CO2根據(jù)轉(zhuǎn)爐實(shí)際生產(chǎn)，在進(jìn)行物料和熱平衡時(shí)，需要進(jìn)行一下假設(shè)：3.3物料平衡和熱平衡計(jì)算由于影響石灰石替代比的因素很多，為了研究轉(zhuǎn)爐各種參數(shù)對(duì)石灰石替代石灰比例的影響，設(shè)定石灰石替代石灰造渣的比例為未知量X帶入物料平衡和熱平衡進(jìn)行計(jì)算。3.3物料平衡和熱平衡計(jì)算表3物料平衡表用帶有未知量X的石灰石、石灰質(zhì)量計(jì)算出根據(jù)物料平衡計(jì)算出爐渣、鋼水、吹氧量，最終得到物料平衡表：收入項(xiàng)支出項(xiàng)項(xiàng)目重量（kg）項(xiàng)目重量(kg)鐵水100鋼水97.47-0.0079X廢鋼6.38爐渣8.34-0.041X石灰2.15（1-X）爐氣11.57+1.11X石灰石3.44X鐵珠0.667-0.0033X輕燒白云石3煙塵1.6爐襯0.5噴濺1.5礦石1

氧氣7.96-0.24X

合計(jì)120.99+1.05X

120.96+1.07X3.3物料平衡和熱平衡計(jì)算收入項(xiàng)/kJ支出項(xiàng)/kJ鐵水物理熱117835.6鋼水物理熱129612.2-11.8X煙塵氧化熱6454.4爐渣物理熱18608-5390.2XC氧化熱57106.2-2434.5X爐氣物理熱16026+689XSi氧化熱12324白云石物理熱4266Mn氧化熱2457礦石物理熱4323.7P氧化熱1873.3石灰石物理熱15529.7XFe氧化熱5422-28X煙塵物理熱2605.3SiO2成渣熱2087.9+24.3X鐵珠物理熱1488.6-96XP2O5成渣熱1138.4噴濺物理熱1416.2

吹煉物理熱6201.2-73X

廢鋼物理熱9041.5

總計(jì)206698.8-2438.2X 總計(jì)193588.9+10647.7X根據(jù)表6計(jì)算得到，鐵水比為94%時(shí)，X等于1.002。計(jì)算結(jié)果表明在本文原料條件下，轉(zhuǎn)爐熱量都能夠滿足生產(chǎn)要求可以采用全石灰石煉鋼，并且熱量略有富余。表4熱平衡表3.3物料平衡和熱平衡計(jì)算3.4工藝因素與替代比關(guān)系式推導(dǎo)由于各工藝因素與石灰石替代比的關(guān)系比較復(fù)雜，因此通過回歸分析得到替代比與各工藝因素的關(guān)系式。首先對(duì)鐵水成分（ω[C]、ω[Si]、ω[Mn]）、鐵水溫度、鐵水比、堿度、出鋼溫度在冶煉條件范圍內(nèi)各取三個(gè)值，具體取值如表所示。排列組合總共得到2187種冶煉條件，計(jì)算每種冶煉條件下石灰石替代比X。然后對(duì)得到的2187組數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，得到替代比與各工藝因素的關(guān)系。ω[C]ω[Si]ω[Mn]T鐵水T鋼水堿度鐵水比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]—鐵水碳含量，%；ω[Si]—鐵水硅含量，%；ω[Mn]—鐵水錳含量，%；T鐵水—鐵水溫度，℃；T出鋼—出鋼溫度，℃；α鐵水比；R：堿度。X為石灰石替代比，擬合相關(guān)系數(shù)R2=0.97,擬合效果良好。關(guān)系式中的系數(shù)為每個(gè)因素對(duì)替代比的影響大小，合理的表達(dá)了各因素與石灰石替代比的關(guān)系。3.4工藝因素與替代比關(guān)系式推導(dǎo)碳元素和錳元素是鐵水中的主要放熱元素。隨著鐵水中碳元素和錳元素的增加，鐵水化學(xué)反應(yīng)熱增加，轉(zhuǎn)爐中的熱富余也增加，因此可以加入更多石灰石。根據(jù)計(jì)算得到，鐵水中碳含量每增加0.1%，替代比增加8.1%；錳含量增加0.1%，替代比增加5.1%3.5工藝因素與替代比關(guān)系分析碳含量與錳含量對(duì)替代比影響分析硅含量對(duì)替代比影響分析硅含量增加石灰石加入增加，吸熱量增加化學(xué)反應(yīng)熱增加因此硅含量對(duì)替代比的影響存在一個(gè)臨界值，當(dāng)鐵水硅含量低于臨界值時(shí)，硅含量提高，替代比隨之提高；硅含量高于臨界值時(shí)，硅含量提高，替代比隨之降低。3.5工藝因素與替代比關(guān)系分析硅含量對(duì)替代比影響分析硅增加了鐵水化學(xué)反應(yīng)熱，同時(shí)導(dǎo)致石灰石加入量增加，石灰石吸熱增加。根據(jù)上式，當(dāng)熱量增量與熱量減少量相等時(shí)，求出臨界硅含量。計(jì)算得到：在R=3.5條件下，臨界硅含量為0.28%，即當(dāng)ω[Si]<0.28%時(shí)，ω[Si]與替代比X成正相關(guān)；ω[Si]>0.28%時(shí)，ω[Si]與替代比X成負(fù)相關(guān)。但是對(duì)一般的鐵水成分來說，ω[Si]一般在0.4%~0.8%之間，ω[Si]在正常鐵水成分范圍內(nèi)與替代比成負(fù)相關(guān).3.5工藝因素與替代比關(guān)系分析硅元素雖然是鐵水放熱最強(qiáng)的元素，但是硅元素的增加導(dǎo)致石灰石量增加，石灰石引起的吸熱量要大于硅的放熱量，所以硅含量提高會(huì)導(dǎo)致富余熱量的減少，石灰石替代比減小。硅含量在0.4%~0.8%的范圍內(nèi)，不僅隨著硅含量提高，替代比減小，同時(shí)硅含量對(duì)替代比的影響也逐漸減小。硅含量對(duì)替代比影響分析3.5工藝因素與替代比關(guān)系分析鐵水和出鋼溫度對(duì)替代比影響分析隨著鐵水溫度的升高，鐵水物理熱增加，轉(zhuǎn)爐熱量富余增加，因此可以增加石灰石加入量，石灰石替代比提高。鐵水溫度提高10℃，石灰石替代比增加5.8%。隨著出鋼溫度的升高，鋼水物理熱增加，轉(zhuǎn)爐熱量富余減少，因此需要減少石灰石加入量，石灰石替代比降低。鋼水溫度提高10℃，石灰石替代比降低7.4%。3.5工藝因素與替代比關(guān)系分析鐵水比對(duì)石灰石替代比的影響隨著鐵水比的提高，冷料加入量減少，熱量富余增加，可以允許加入更多的石灰石。根據(jù)計(jì)算，鐵水比每增加1%，石灰石替代比增加12.3%堿度對(duì)石灰石替代比的影響堿度提高導(dǎo)致有效氧化鈣需求量增加，因此石灰石加入量增加，轉(zhuǎn)爐熱量富余減少，石灰石替代比減小。3.5工藝因素與替代比關(guān)系分析4結(jié)論CONCLUSION以轉(zhuǎn)爐前期鐵水熔清溫度在1100℃左右為條件計(jì)算，石灰石從常溫升溫至1100℃

并分解為CO2和CaO，吸熱量為4296kJ/kg；在設(shè)定鐵水中硅揮發(fā)15%的條件下，硅氧化熱效應(yīng)為24648.5kJ/kg。鐵水硅含量對(duì)石灰石替代石灰比值的影響存在一個(gè)臨界值，當(dāng)鐵水硅含量低于臨界值時(shí)，硅含量提高，替代比隨之提高；硅含量高于臨界值時(shí)，硅含量提高，替代比隨之降低。當(dāng)鐵水比為94%、渣堿度R=3.5時(shí)，石灰石替代比X等于1.002，可采用全石灰石造渣煉鋼．①②4結(jié)論在本研究的條件范圍內(nèi)，ω[C]提高0.1%，石灰石替代比可以提高8.1%；ω[Mn]提高0.