氧气转炉用石灰石代替石灰造渣炼钢

渣过程更值 得关注的是炉 内温度是否足
够 的问题。
６） 担心用石灰 石替代石灰会 影响 炼钢生产的理由还有 ，转炉吹炼时间很 源自文库 ，而石 灰石转 变成 石灰 需要 时 间 ， 然后 再化 渣时 间就 更长 了。事 实上 ， 碳酸 钙在７ ０Ｃ ０ ｏ 之前就开 始分 解释放出
ＣＯ２ ，在升温到达９ ０Ｃ之前就已经成 ０ｏ 为氧化钙 。分解反应不是限制性环节 ，
地球做贡献。
成 的石灰肯定已经过烧 ，因此煅烧石灰 １ 现在氧气转炉炼钢使用石灰作 过程很难生产出最高活性的石灰 ，石灰 ） 为造渣剂 ，石灰不是天然矿物 ，是石灰 石块的分解模式 与获得高活性石灰的要 石经煅烧生成的产 品。从能量消耗 的角 求有矛盾。即使是这种有限度的活性石 度看 ，工业生产石灰 的煅烧温度一般在 灰 。冷却后在转炉 中再次加热 时，由表 １０ ｏ ０Ｃ左右 ，但 石灰生 成后必 须降至 及里还要再次被加热而更加过烧。因此 ２ 接近常温才能往转炉料仓运输 ， 而在转 可 以断定 ，这种生产方式不可能得到最
以下所致 ，如果炉内有足够 的热量 ，即
一
使生烧 石灰 中的碳酸钙分 解时吸热 ，也 ０和Ｃ０２ ．石灰造渣 ，申请人经过２ 要 年多的实验室 能够保 证石灰颗粒周围的温度在化渣温 会被 炉气带 出 ，所含 的Ｈ２ ０９ 月 度 以上的话 ，在转炉吹氧Ｂ， 烈搅拌 的 挥发 ，因此实际入炉的氧化钙量不易准 研究 ，于 ２ ０ 年４ 申请 中国发 明专 －ｌ ，Ｊ Ｊ ￣
关。 因此可 知 ，所谓 生烧 石灰 难于熔
５）石灰在称量 、下料过程 中还会 钢 ，也不应该在此之前浪 费热能污染环
化 。只是 由于 其 中的碳酸 钙分 解 时吸 产 生粉末 ，投入转炉的瞬 间粉末会被炉 境 ，熔化废钢可 以使用电炉去做 ，在电 热 ，使其周 围的温度降低到可熔化温度 气带走，加重转炉除尘系统负荷 ，且进 炉炼钢方面 ，已有用石灰石代替石灰造
由。其影响因素可 以从相图上得到两个
４）石灰结构疏松 ，在转 运过程 中 的方法 ，也就是可以直接把石灰石加入
信 息 ，一是组 分 ，二是 温度 ，如 果能 因摩擦碰撞会产生大量的粉 末而不能使 氧气转炉 ，边煅烧边造渣 ，省却浪费热 把这两者都控制在合适的 区间内 ，渣系 用 ，要增加筛分设备去除粉末 ，且石灰 能污染严重 的煅烧石灰过程。即使是 为 了利用转炉炼钢 中富余的热能去熔化废 没有理 由不熔化 ，而 与石灰是否生烧无 利 用率低 ；
境 ，合理利用能源资源 ，为后代 留下适 当的生存空间 ，肩负起使文 明社会持续 发展的责任。可 以这样认 为，人类 已经 从过去单纯地追 求工业文明逐渐地转向
了同时追求生态文明 ，在发展观念上更
国在未 来 的十年 中还将 高 速发展 ，国 内市场需求将 继续增加 ，因此国内粗钢 产能将进一步扩 大 ，产量也将进一步增 加。 由于钢铁 工业是高能耗 、高污染产 业 ，在钢铁生产过程 中进行节能减排 ， 对实施生态环境保护 、构建循环经济社 会 、促进人类社会可持续发展都有重要 的意义。钢铁 工业是一个漫长的原料加 工产业 ，从铁矿石始到钢材止 ，要经过 多道工序 ，化 学物理 变化和生产方法多 种 多样 。对 于从铁 矿 石生产 粗钢 的长 流程 中的转 炉炼钢过 程来说 ，从 １ ５ ８６ 年贝塞麦酸 性转炉发 明以来的 １ ０ 多年 ５ 间，在方法、设备 、技术 、规模 和操作 上都有了翻天覆地 的进步 ，在国内外技 术先进的钢铁企业 中可 以看到 ，转炉炼 钢过程已形成 了现代化 的模式 ，体现 出 了人 类 的智 慧和科 学 的力量 ，令 人赞
出ＣＯ２ 烧成 石灰 的时候 ，表面 已经生
有关生态文 明的科学研究和工程实践 。 在 追 求生 态 文 明的工 程实 践 中 。
为成熟 ，并且在各方面开始 了大规模的 叹 。 但是 ，仔 细研 究转 炉炼 钢 的造 渣
原料准备和吹炼 的过程 ，可 以看出还存
节能减排是重要的一环 。我 国从上世纪 在着 明显的非理性或是非科学的做法 。 七 、八十年代开始 ，就颁布 了一系列的 申请人从建立节能减排生态化工业模式 煅 法律法规 ，对环境保 护和节约能源做出 的角度经过多年的研究后发现 ，在 “ 烧石 灰一 氧气 转炉炼 钢 ”这 条工业链 一 了规范 ，引导我国工业生产走节能减排 可 持续 发展之 路 。在过 去３ 多年 的大 上 。存 在着 生产 方法 上 的错 误 和大量 ０ 规模发展 中，我国各 工业部 门在取得长 的资源能源浪费 ，其主要表现如 以下所
相 当多的石灰煅烧窑又根本没有余热回
收 装置 ，因此可知 能量 的浪 费不可 小
视。
２） 石灰煅烧 出炉后会很快吸收空 气 中 的水 和Ｃ０２ ，生成氢 氧化钙 和碳 酸钙 ，在潮湿阴雨 的天气和长 时间堆放 尤甚。石灰入转炉后又要吸热分解排放 出所吸收 的水 和ＣＯ２ ，然 后在转 炉内 升 温到 １ ０ ℃左 右排 出炉 口。这个 过 ００ 程也要浪费能量增加Ｃ 的排放。 Ｏ２ ３） 炼钢去除铁水 中的杂质元素是
氧气转炉用石灰石代替石灰造渣炼钢
文＼ 李宏
（ ）立项依据与研究内容 一 １项 目的立项依据 ．
我 国钢铁 工 业在世 界 同业 中规 模 费热能 增加 了Ｃ０２ 的排放 。虽 然国 内 最大 ，粗钢产量已经连续十几年居世界 外一些先进的石灰煅烧 回转窑可以回收
工业革命发生２ ０ ０ 多年来 ，科学技 首位 ，近年来已占到了全世界年产量 的 石灰降温过程的放热 ，但工业 装置 的余 术高速发展 。使地球 面貌 发生了天翻地 ４ ％以上 ，２ １ 年达到 了６２ ０ ００ －亿吨 。我 热 回收效 率一般 都只有 ３ ０—４ ％ ，而 ０ 覆 的变化 ，创造 、积 累了巨大 的财 富，
底吹或侧 于２ １ 年１ ０ 月获得 了中国国家知识产权 １ 的工厂也要设石灰煅烧装置。煅烧石灰 的推测是 ，在过去使用空气 （
使人类进入 了工业化社会 。但是 ，在各 种产业蓬勃发展的同时 ，也发 生了众多 的环境生态问题 ，引发了公害和污染 ， 特别是温室气体 的大量产生 ，使地球气 候发生 了变化 ，灾难 性天气现象频发 ， 给人类的生存带来了危害 。另外 ，由于 人类对 自然资源 的掠 夺性开采使用 ，地 球上各种有用资源逐渐桔竭 ，人类本身 能 否持 续发展 也 成 为 了问题 。有鉴 于 此 ，社会发展模 式在观念上有 了更新 ， 要 求产 业部 门在 为人 类生 活提 供更 多 更好的产品的同时 ，要善待地球保护环
（ 逻辑理论上的误区 １）
炉内又要升温到炼钢温度 ，这一过程浪 高活性的石灰参与化渣。
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３）石灰容 易吸潮 ，因此在运输 和 高还要加入石灰 石或 白云石降温 ，所 以 ５） 迄今 为止的炼钢 学理论都在叙 述生烧石灰不利于化渣 ，但 却没有给 出 保管过程 中都需要采取特 别措施防潮 ， 造 渣已经没有理 由必须使用石灰 了，而 因此要增加防潮设施和工作量 ； ．应采用氧气转炉可以接受的、更为合理 “ 为什么”的理论解释。分析 其中的缘
该有利于化渣而不是相反 。成功化渣的 时间也会缩短。
一炼钢方法安全有效可行 ，之后 为顺应 圈。因这时的石灰活性最大 ，所以应 加 了转炉生产能耗和成本。 为什 么迄 今 为止氧 气转 炉炼 钢前 市场变化又在武安兴华钢铁公 司和石家
期造渣 ，选择石灰作 为原料而不是选择 庄钢铁有限责任公司进行了使 用石灰石
步 降低石灰利用率 ； 渣炼钢的试验报道。 ６）石灰称量后入炉 ，产生 的粉 末 为 了在氧 气转 炉 中用石灰 石代 替
一种在 氧气 顶吹 转炉 中 条件下 ，石灰颗粒表面可 以急速更新受 确控制 ，从而影响炉渣碱度和脱磷硫效 利 ，提 出了 “ 果； 用石 灰石代 替 石灰造 渣炼 钢” 的新方 热 。则不可能会影 响化渣速度。所 以化
速度很快 ，因此在能够保证炉内前期温 度的条件 下 ，与铁水和熔渣接触 的固体 表面就不是石灰石而应该是石灰 。不需 要单独的石灰石转 变成石灰的时间 ，石 灰石在转炉中边煅烧边化渣 ，表面生成
石灰后会立即与渣反应 ，生成一圈反应
一
７）石灰 比石灰石价格 高 ，因此炼 法 ，一改 自托马斯转炉发 明以来 的１ Ｏ ３ 钢成本增高 ，随着能源价格 、人工费用 多年 、氧气 顶吹转 炉发 明 以来５ 多年 Ｏ 的上涨和碳税、能源税和环境税费的征 ｒ所采用的在石灰窑 中煅烧石灰 、然后 － Ｂ ］ 收 ，石灰和石灰石的价 差还会增大 ，这 把 石灰送 往炼 钢转 炉作造 渣剂 的 生产 部分成本还要增加 ； 模式 ，而把石灰 石直接加入氧气顶吹转 ８） 石灰对转 炉的冷却能力不够 ， 炉 ，在炉内烧成 石灰做造渣剂 ，使复杂 因此需加入冷铁料以求热平衡 。当废钢 的生产过程简单化 ，从而消除 “ 煅烧石 不易采 购时，要把铁水铸成铁块浪费掉 灰一 氧气 转炉炼钢 ”过程 间的资源能 一 能量之后再加入转炉 ，无论是 自产铁块 源浪费 ，并减 排粉尘 和Ｃ０２ 。不 仅如 还是购买铁块 。本质上都浪费了能源。 此 ，在转炉吹炼前期，石灰石 中分解 出 同时铸铁设备 的运转也消耗 能量 、需要 ：的部分 Ｃ０２ 会参 与铁水 反应 ，产生燃 人工 ，因此增加 了成本 ； 料Ｃ Ｏ，因此可 以增收转炉煤气 。２ １ ００ ９）若采用铁矿石 增加对转炉的冷 年４ 、５ ，在 河北省 的石 家庄钢铁 月 月 却强度，因铁矿石中含有ＳＯ 等，则 有限责任公司、武安鑫山钢铁公司分别 ｉ２ 必须增加石灰加入量和渣量 ，因此也增 成功地进 行了工业试验 ，结果证 明了这
（ ２）实际生产 过程存在 的不 利于 石灰石 。在炼钢的历史文献 中还没有查 代替石灰 ，为保证冷铁料加入量而添加 到明确 的说 明，只看到在空气底吹转炉 焦粒升温的工业试验 ，也取得了成功。 操作 的现象
ｐ 一种在氧气顶吹转炉 中用 １）为生产 石灰 ，炼钢厂 需设 石灰 冶炼 中加入少量的石灰石 ，利用其分解 Ｅ请专利的 “ 增氧 的记载 。对此 合乎逻 辑 １石灰石代替石灰造渣炼钢”的新方法， 煅烧 装置长期运转 ，即使外 购石灰 ，别 出 的Ｃ０２
足发展的同时 ，在 环境保护和节约资源 述。
能源方面也都做 出了显著的成绩 ，但是
无论从推广实施范围上 ， 还是在技术水 平上 ，与世界先进水 平都还有很大 的差 距 。对于实现工业生态化还任重道远。 特别是规模在世界遥遥领先 、高能耗 、 高污染的产业部 门 ，更有责任开发新的 生产方法和技术推进节能减排 ，为保护
一
个氧化反应过程 ，却不使用具有氧化
性的石灰石而使 用中性的石灰 去造高氧 化性渣 ，这也不符合逻辑。对 照炼铁过 程 ，虽然高炉内需要还原性气氛 ，但是 却使用着具有氧化性 的石灰石做造渣原 料 ，由此可见炼钢过程没有理 由不使用 石灰石来加快转炉 内的氧化过程。 ４） 几十年 来 ，炼钢业界 为加速化 渣而研究如何得到高活性石灰 ，曾进行 了长期不懈的努力，但许多工厂仍然为 石灰化渣不好而 困扰。石灰石颗粒的煅 烧过程 。从动力学上看其应该按照未反 应核模型所指示的规则进行 。即从表及 里 一 圈圈地放 出Ｃ０２ 为石灰 。石灰 成 在生成 的一瞬间活性最大 ，但 当从外向 里 的传热持续进行、石灰石块 内部都放