氧气转炉用石灰石代造渣炼钢技术
氧气转炉用石灰石代替石灰造渣炼钢分析
石 灰石在煅烧 过程 中需要 为石 灰石 的升温 和分解提供需要 的热 量， 此外 ， 还需要额外提供热耗散 ， 包括窑体的排气散热 、 辐射 散热等 。 石灰造渣炼钢法过程 中 ． 石灰烧成 之后需要经历 出炉 、 运输 以及上料 等过程 ． 量 的 １ ５ ％ 左右 而石灰石造渣炼钢法 由于石灰石一开始就在转 炉内 ． 因此省去
２ ． 实验 过程 分 析 为 了研 究使用石 灰石代替石灰进行 造渣炼钢 的可行性及所带 来
的经济效益 ． 本 次实验使用 １ ０ ０吨的转炉来 冶炼 Ｓ Ｐ Ｈ Ｃ含 铝钢 ． 共 制 定 了两种实验方案 ，第一 ．当铁水 中硅 的含量 不超过 ０ ． ５ ％时 ． 加 入 １ ０ ０ ０ 千克 石灰石代替石灰 ： 第二： 当铁水 中硅的含量 大于 Ｏ ． ５ ％时 ． 加 入２ ０ ０ ０千克石灰石代替石灰 结果显示 ， 两种方案与原生产工艺相 比， 在能耗 、 节能减排效 果以 及经济效益方 面都有着更大 的潜力 ． 具体情况如下 ： 第一 ． 能耗方 面 现代石灰窑的煅烧过程一般需要在 四个小 时左 右， 单位耗能为 ５ ０ ０ ０千焦／ 千克 。石灰 石炼钢所使用 的原料并没 有发 生变化 ． 只是让石灰石 的煅烧过程 在转炉 内发生 ． 这样可 以避免 耗散 热 石灰石造渣炼钢 的单位耗能 为 ３ ７ ５ ０千焦／ 千克 ． 平均每 投入 １ 千 克石灰石 ． 就可节 省 １ ２ ５ ０千焦的能量 本次实验 中使用的石灰石原料 为１ ０ ０ ０千克． 因此节省能耗 为 １ ． ２ ５ ｘ １ ０ ６千焦 第二 ． 节能减排方 面 对锻烧石灰石 的环境差异进行综合考虑后 ． 再分析利用石灰石 代替石灰所 产生的热量变化 引起转炉 内二氧化碳 的排 放量 ， 就会 发现 ： 若 １ 千克 的石灰被石灰石所 替代 ， 以氧化钙含量 为９ ０ ％的石灰 石及氧化钙含量为 ５ ０ ％的石灰石 作为冷料 的不同情况 下． 能够 减少二 氧化碳 的排放量分别 为 １ ． ２ ９千克 以及 １ ． １ ２千克 第三 ． 经济效益 新 的炼 钢方法下 ． 二氧化碳 的总减排 量在 ２ ０ ０ ０ 万吨左右 ． 在炼 钢过程二 氧化碳 总产 生量 中所 占的比例大约 为 ２ ％． 可 以有效减少 生产过程 带来 的污染 ．同时还节省 了环保 装置的花费 ． 总 成本可 以 节约 １ ０ ０ 亿左右 回收 的煤气总量大约在 １ ２ ０ ０ 万吨左 右 此 外， 实验还证 明 ． 使 用石灰石代 替石灰进行造 渣炼钢还可 以提高原料 利用率 ． 得到相 同的钢材产量 ， 在生产所需 的原料量更低 ， 具 体为 ： 如 果所使用石灰石中氧化钙含量为 ５ ０ ％．那么生产相 同产量的钢材 ． 以 １吨计 ． 可以节省原料 量为 ３ ５ ０千克左右 ． 氧化钙含 量为 ５ ０ ％的石 灰 石． 其市场价 为 ５ ０元， 吨． 也就是说每生产 １吨钢 材 ． 原料上可 以节 省 １ ７ ． ５ 元； 如果所使用石灰石中氧化钙含量为 ９ ０ ％． 以１ 吨计 ． 可 以节省 原料量 为 １ ３ ０千克左右 ，氧化 钙含量为 ５ ０ ％的石灰 石 ．其市场价 为 ５ ３ ０元／ 吨， 也就是说每生产 １ 吨钢材 ． 原料上可以节省 ６ ８ ． ９ 元
世界氧气顶吹转炉炼钢技术发展史
世界氧气顶吹转炉炼钢技术发展史氧气顶吹转炉炼钢(oxygen top blown converter steelmaking)由转炉顶部垂直插入的氧枪将工业纯氧吹入熔池，以氧化铁水中的碳、硅、锰、磷等元素，并发热提高熔池温度而冶炼成为钢水的转炉炼钢方法。
它所用的原料是铁水加部分废钢，为了脱除磷和硫，要加入石灰和萤石等造渣材料。
炉衬用镁砂或白云石等碱性耐火材料制作。
所用氧气纯度在99％以上，压力为0．81～1．22MPa(即8～12atm)。
简史空气底吹转炉和平炉是氧气转炉出现以前的主要炼钢设备。
炼钢是氧化熔炼过程，空气是自然界氧的主要来源。
然而空气中4／5的气体是氮气，空气吹炼时，这样多的氮气在炉内穿行而过，白白带走大量的热且有部分氮溶解在铁液中，成为恶化低碳钢品质的重要原因。
平炉中，氧在用于燃烧燃料之后，过剩的氧要通过渣层传入钢水，所以反应速率极慢，这也就增加了热损失。
因此，直接把氧气吹入熔池炼钢，成为许多冶金学家向往的目标。
早在19世纪，现代炼钢法的创始人贝塞麦(H．Bessemer)就有了纯氧炼钢的设想，但因没有大量氧气而未进行试验。
20世纪20年代后期，以空气液化和分馏为基础的林德一弗兰克(Linde—Frankel)制氧技术开发成功，能够生产可供工业使用的廉价氧气，氧气炼钢又为冶金界所注意。
从1929年开始，柏林工业大学的丢勒尔教授(R．Durrer)在实验室中研究吹氧炼钢，第二次世界大战开始后转到瑞士的冯•罗尔(V．Roll)公司继续进行研究。
1936～1939年勒莱普(O.Lellep)在奥伯豪森(Oberhausen)进行了底吹氧炼钢的试验，由于喷嘴常损坏未能成功。
1938年亚琛(Aachen)工业大学的施瓦茨(C．V．Schwarz)提出用超音速射流向下吹氧炼钢，并在实验室进行了试验，将托马斯生铁吹炼成低氮钢，但因熔池浅而损坏了炉底。
1948年丢勒尔(R．Durrer)等在冯•罗尔(VonRoll)公司建成2．5t的焦油白云石衬的试验转炉，以450的斜度将水冷喷嘴插入铁水吹氧炼钢，无论贝塞麦生铁或托马斯生铁都能成功炼成优质钢水，而且认识到喷嘴垂直向下时，最有利于喷嘴和炉衬的寿命。
氧气底吹转炉炼钢
底吹和顶转炉吹炼过程中[P]的变化
从图可知： Q— BOP底吹脱磷并不 逊色于LD炉。其 原因在底吹喷嘴上 部气体中O2分压高， 产生强制氧化，P 生成PO(气)，并被 固体石灰粉迅速化 合为3CaO· 2O5。 P
B 高磷铁水条件下脱磷反应
可采用留渣法吹炼高磷铁水，将 前炉炉渣留在炉内一部分，前期吹人 石灰总量的35％左右，后期吹入65 %左右造渣，中期不吹石灰粉。前期 可脱去铁水含磷量的50％，吹炼末期 的炉渣为CaO所饱和，供下炉吹炼用。
3.富氧碱性底吹转炉 1950年前后，制氧技术有了大的突破，但底吹 转炉富氧量只用到40％，如再提高，喷嘴寿命就 会降低。（在喷嘴附近发生O2+[C]→2CO的放 热反应）。于是发明了 4 顶吹氧气转炉炼钢法 1952年奥地利开发，但不适于吹 炼高磷铁水， 又发明了。 5 石灰粉法(LD—AC法) 为吹炼高磷铁水，比利时和法国同时发明。 6 卡尔多(Kaldo)法（瑞典） 7 旋转转炉炼钢法（德国）。
4.碱性底吹氧气转炉
1965年加拿大研制了双层管氧气喷 嘴。内管通氧气，内外管间通碳氢化合 物。利用碳氢化合物裂解吸热和形成还 原性气幕冷却保护氧气喷嘴。 1967年德 国引进此喷嘴技术，成功开发了底吹氧 气转炉 (OBM法)。 CmHn=mC+n/2H2 (吸热反应)
氧气顶吹转炉的特点
1）优点 （1）熔炼速度快，生产率高（一炉钢只需20分钟）； （2）热效率高，冶炼中不需外来热源，且可配用10%～ 30%的废钢； （3）钢的品种多，质量好（高低碳钢都能炼Si，S、P、 H、N、O及夹杂含量低）； （4）便于开展综合利用和实现生产过程计算机控制。 2）缺点 如吹损较高（10%，）、所炼钢种仍受一定限制（冶炼含 大量难熔元素和易氧化元素的高合金钢有一定的困难）。 喷溅和返干时有发生，而且吹炼后期熔池的搅拌弱（主要 靠脱碳反应搅拌），钢渣间反应未达平衡，渣中的氧化亚 铁含量高而吹损高、脱氧剂消耗高。
氧气转炉用石灰石代替石灰造渣炼钢
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 ；
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
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
100t转炉应用石灰石造渣半钢炼钢工业实践
100t转炉应用石灰石造渣半钢炼钢工业实践韩宇;张明博;袁娜;申泽亮;刘虹【摘要】根据石灰石造渣制度的理论探讨和成渣机制分析,对转炉半钢炼钢应用石灰石造渣工艺进行工业实践研究.结果表明,采用石灰石造渣工艺冶炼半钢可使脱碳速率稳定在0.087％/100 Nm3～0.117％/100 Nm3,且拉碳成功率高达91.68％,此工艺具有较好的脱磷效果,可使终点钢液中[P]质量分数降低至0.013％～0.017％;石灰石造渣工艺终渣成分与单纯加入石灰造渣接比,其碱度较为接近,终渣MgO含量稍高,但是TFe含量较低,提高了金属收得率;该工艺能够显著降低石灰消耗7.0～19.0 kg/t,可降低冶炼成本.%According to the forming mechanism of limestone-slagging,industrial practice and research were conducted by using limestone for slagging during semi-steel steelmaking process in the converter.The results showed that by using limestone slagging process,the decarburization speed can reach stability between 0.087％/100 Nm3and 0.117％/100 Nm3,and the pull carbon success rate was as high as91.68％.The process had better dephosphorization effect,which can reduce the endpoint mass fraction of [P] in molten steel to 0.013％-0.017％.Compared to the lime-slagging process,the slag alkalinity was similar,the MgO content of final slag was slightly higher,but the TFe content was lower by using limestone-slag process,which improved the metal yield.This process can significantly reduce the lime consumption by 7.0-19.0 kg/t and cut smelting cost.【期刊名称】《上海金属》【年(卷),期】2017(039)002【总页数】5页(P50-54)【关键词】转炉;半钢炼钢;石灰石;造渣工艺【作者】韩宇;张明博;袁娜;申泽亮;刘虹【作者单位】河钢股份有限公司承德分公司,河北承德067002;河钢股份有限公司承德分公司,河北承德067002;河钢股份有限公司承德分公司,河北承德067002;河钢股份有限公司承德分公司,河北承德067002;河钢股份有限公司承德分公司,河北承德067002【正文语种】中文目前国家对于钢铁企业的环保和节能减排要求越发重视，作为炼钢产业中心环节的转炉工序，如何更好地担负低能耗和低污染任务成为企业关注的焦点[1- 3]。
氧气转炉“留渣+双渣”炼钢工艺技术131210王新华
新工艺基本原理
在温度升至对脱磷不利前尽量将炉渣倒出， 加入渣料进行第二阶段吹炼。 冶炼结束炉渣在高温下 已基本不具备去磷能力。
下炉吹炼前期，由于温度低， 所留炉渣重新具备去磷能力。
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MURC工艺能够显著降低石灰耗量
T. Matsumiya, et al, 10th Japan-China Symposium on Science and Technology of Iron and Steel, 2004, Chiba
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渣量比较
工艺A：传统炼钢工艺； 工艺B：铁水罐脱磷预处理； 工艺C：转炉铁水脱磷预处理； 工艺D：转炉铁水预处理，80% 脱碳转炉渣返回脱磷转 炉利用。
S. Kitamura, et al., 9th China-Japan Symposium on Science and Technology of Iron and Steel, 2001, Xian 7
SGRS工艺：
SGRS工艺应用情况
• • • 迁钢和首秦公司采用SGRS工艺产钢比率分别达到了79.1% 和81.1% ； 吨钢石灰消耗分别降低了47.3%和41.1% (迁钢降低至 22.0kg/t，首秦降低至37.2kg/t)； 轻烧白云石消耗分别降低了55.2%和56.6% (迁钢降低至 8.0kg/t，首秦降低至8.2kg/t)；
新日铁开发“MURC”炼钢工艺
岩崎正樹，松尾充高，製鋼技術開発の歩みと今後の展望，新日鉄技報， 2011 ，第 391 号，p88-93 8 小川雄司，転炉を用いた脱りん脱炭連続処理プロセスの開発，鉄と鋼， 87(2001) ， p21-28
新日铁炼钢工厂
1. 君津製鉄所(950万吨)：
一炼钢厂： 220t转炉×3 二炼钢厂： 300t转炉×2 炼钢厂： 380t转炉×3
石灰石加入转炉造渣炼钢过程的行为初探
石灰石加入转炉造渣炼钢过程的行为初探李自权李宏郭洛方严鹏程（北京科技大学冶金与生态工程学院，北京，100083）董大西梁孜王恭亮张红卫李胜利（石家庄钢铁有限责任公司，石家庄，050031）摘要：本文结合实验室和工业试验的数据，讨论了转炉炼钢用石灰石代替石灰造渣过程中石灰石的行为，结果认为，转炉炼钢前期直接加入石灰石做造渣原料，可以很快完成煅烧化渣过程，并且在某些方面比使用石灰有利；用石灰石造渣能够达到希望的结果，石灰石分解大概在5～6分钟内完成；高温有利于碳酸钙的快速分解，1400℃与1100℃相比，虽然温度只差300℃，分解率大3～4倍，因此分解化渣与前期温度密切相关。
关键字：转炉炼钢石灰石分解造渣温度Primary research on the behavior of limestone charged into converter during making slag processLI Zi-quan，LI hong，GUO Luo-fang，YAN Peng-cheng(School of Metallurgical and Ecological Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing100083, China)DONG Da-xi，LIANG Zi，WANG Gong-liang，ZHANG Hong-wei，LI Sheng-li(Shijiazhuang Iron Steel Co．，Ltd．，Shijiazhuang 050031，Hebei，China)Abstract：The behavior of limestone which is utilized for slagging instead of lime during converter steelmaking process was discussed with the data collected from laboratorial and industrial. The result can be concluded that: limestone which is directly charged into converter as slag-forming material during early period of steelmaking process can be quickly decomposed and participate in making slag, in addition, it has more advantages over lime in several respects; the anticipant result can be got using limestone to make slag, and limestone is completely decomposed during 5~6 minutes in converter steelmaking process; high temperature is propitious to calcium carbonate decomposing, just as the result of laboratory experiments shows that the decomposition rate of CaCO3 at 1400℃is 3~4 times greater than that at 1100℃in spite of only 300℃difference, therefore, the early period temperature has a great effect on the decomposition and slagging processes.Key words: steelmaking in BOF limestone decomposing slag making temperature 北京科技大学提出了一种新的炼钢方法[1]，用石灰石代替石灰加入转炉造渣炼钢，已在国内两个钢铁公司进行工业试验取得了成功，这一方法是对氧气转炉炼钢工艺的大变革，在低碳炼钢节能减排方面具有重要的意义[2,3]。
用石灰石部分替代石灰造渣炼钢过程行为初探
用石灰石部分替代石灰造渣炼钢过程行为初探李军辉杨利康龙广黄燕飞（杭州钢铁集团公司转炉炼钢厂, 杭州 310022）摘 要 通过分析石灰石热分解过程中的能量消耗、特征性能及分解过程中的渣化反应，用石灰石原矿部分替代石灰的工业实践表明使用石灰石原矿不仅可减少冷却废钢的用量，还可以平衡转炉富余的热量；石灰石部分替代活性石灰，还可以降低石灰石煅烧过程能耗，有利于节能环保的同时满足了转炉冶炼普通钢种的要求。
关键词 转炉炼钢石灰石造渣The Research of Slag Forming Steelmaking Process aboutPartial Substitution of Lime with LimestoneLi Junhui Yang Likang Long Guang Huang Yanfei(The Converter Steelmaking Plant of Hangzhou Iron and Steel Group Company, Hangzhou, 310022)Abstract Through the analysis of limestone slag forming reaction during the thermal decomposition of energy consumption, performance characteristics and decomposition process, show that industrial practice of limestone ore partial substitution of lime, the use of limestone ore is not only reduce the consumption of cooling scrap steel，but also can be balance the rich heat of smelting process；limestone partial instead of active lime, also can reduce energy consumption during the calcination of limeston. The process of steelmaking is conducive to energy conservation and environmental protection and satisfy the requirements of ordinary steelmaking.Key words converter steelmaking, limestone, slag forming北京科技大学提出了一种新的炼钢方法，用石灰石代替石灰加入转炉造渣炼钢，已在国内两个钢铁公司进行工业试验取得了成功，这一方法是对氧气转炉炼钢工艺的大变革。
转炉中石灰石替代石灰对脱磷、炉气成分及氧枪枪位的影响
125管理及其他M anagement and other转炉中石灰石替代石灰对脱磷、炉气成分及氧枪枪位的影响白志坤，张文祥，张万庆，冯 帅（河钢集团唐钢新区，河北 石家庄 050000）摘 要：在转炉炼钢过程中用石灰石代替石灰进行冶炼，可以降低炼钢成本，减少CO 2排放。
为了改善转炉炼钢过程中，石灰石对脱磷，炉内气体成分和氧枪枪位的影响，对生产实践数据进行了汇总。
通过不断实践摸索和热力学分析结果表明，石灰石替换比为25%时脱磷效果最佳，比原有炼钢工艺模式的终点磷含量降低了47%。
同时在进行工艺改善后，煤气回收时间增加１min ～２min，这就就会大大提升了煤气的回收量，使转炉炼钢过程中的氧枪枪位由1.7m 提升到1.8m。
关键词：转炉炼钢；石灰石替代比；分解；脱磷效率；炉气成分；氧枪枪位中图分类号：TF713 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2020）22-0125-2 收稿日期：2020-11作者简介：白志坤，男，生于1988年，河北唐山，本科，中级工程师，研究方向：炼钢工艺技术。
在我国传统的石灰结渣和炼钢工艺中，首先将石灰石在石灰窑中破碎，并以生产出活性石灰，然后将活性石灰装入造渣和炼钢转炉内，这种钻孔过程增加了石灰窑的基础设施。
而且这种石灰石的生产成本较高，同时会使周围的空气受到严重的污染，显然不是最理想的炼钢方式。
随着我国炼钢工艺的不断提升，很多企业开始利用石灰石代替石灰完成造渣炼钢，不管是生产成本还是生态环境保护上，都得到了巨大的收益。
目前关于石灰石在转炉炼钢中的应用有很多的相关研究资料。
很多冶金企业对这一工艺模式进行了大量的生产实践。
在炼钢过程中使用纯氧后，在转炉中会产生大量热量，因此，必须添加石灰石或白云石以在冶炼的后期完成吸热冷却过程。
但在整个工艺研究过程中，很少考虑到节能环保问题，为此有很多的专家学者提出了氧气转炉炼钢过程中，利用石灰石代替石灰造渣的炼钢工艺模式，同时也将其应用到冶金的实践当中，但由于不同的冶金企业所用的转炉不同原辅料和生产模式也具有不同的优势，因此，在这一工艺模式的利用效果中，也不尽相同。
氧气转炉使用石灰石造渣炼钢12-06-18
由此可以推测：
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3.5转炉内石灰石化渣过程探讨
石灰石块入转炉后，其表层（厚度不确定）温度
会突然升高到环境温度，每一个CO2分子都会成
为爆炸源，推动其外侧的CaO分子飞到渣中 ；
而在石灰石块内部，因温度是逐渐升高的，所以
逐渐分解出的CO2气体会外泄，因此当由表及里 一层层脱落后，这种爆发强度在新的表层上会减 弱及至消失。
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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。
CO2 +Fe(l)=CO+ FeO(s)
-20000 -40000 -60000 -80000
CO2 +1/2[Si]=CO+1/2SiO2 (s) CO2 +[C]=2CO(g) CO2 +[Mn]=CO+ MnO(s)
图所示，表明在标准
状态下，CO2在炼钢 温度可以自发的与铁 水中的Fe、[C]、[Si]、 [Mn]反应。
都集中到了铁水面上 。
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3.研究结果与讨论
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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
李宏(石灰石造渣炼钢研究进展)
项目
新工艺与现有工艺比较减排(kgCO2) 0.17 0.11 0.51 （废钢）0.50 （废钢）1.29 （铁块）0.33 （铁块）1.12
减排程度主要与冷铁料种类有关， 当用废钢和生铁块分别作冷料时， 每kg石灰被石灰石替代能够减排 1.29和1.12 kgCO2。
转炉内比石灰窑煅烧能耗 石灰石分解产生的CO2 CO2在转炉内的利用 炉内热量导致冷料结构变化 总计减排
方法思路：改变获得石灰的位置—在转炉内煅烧
石灰石
石灰石
石灰窑煅烧
转炉内煅烧
省能估算：约2000 kJ/kg石灰（按照文献记载回转窑耗能5000 kJ/kg石灰考虑） 分解的CO2中约50%参与铁水反应：约相当于供氧0.13 kg O2 /kg石灰 ( 制氧0.13 kg 需耗电0.055 kwh )。
了更严谨的推理和计算，并进行了一些实验。
2009年，确认这种考虑正确，提出发明专利申请。 2010年，在石钢成功地进行了工业试验，证明石 灰石造渣炼钢可行，开始在国内推广。 2011年1月，获国家知识产权局专利授权。
石灰石造渣炼钢实践已得到的结果
能减少或消除石灰粉尘污染，减少除尘灰量 发现[Si]有挥发现象，可减少CaO加入量～30%，因
理论研究结果
石灰石在不同条件下分解的热力学条件对比
20339.15 T 17.39 ln( pCO2 / p )
CaCO3的分解温度与气氛中CO2分压的关系：
标准状态下CaCO3的分解温度为1170K。 石灰窑内 ，CaCO3分解温度为1111~1094K。 pCO2 / p 0.3 ~ 0.4 转炉中铁水[%C]=2~4.5的范围内，CaCO3分解温度为1068 ~ 1016K。 转炉前期高碳铁水的条件对石灰石分解十分有利。
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技术氧气转炉用石灰石代造渣炼钢技术氧气转炉用石灰石代造渣炼钢2013年5月3日氧气转炉用石灰石代造渣炼钢技术黄海涛（江西理工大学冶金与化学工程学院，江西赣州,341000）摘要：本文通过对生产实际的分析，研究转炉炼钢用石灰石代替部分石灰造渣过程中石灰石的行为，论证了转炉采用石灰石造渣炼钢的相对合理方案。
阐述了石灰石应用于转炉炼钢的优越性，既可以部分替代活性石灰，同时还可以平衡转炉富余热量，减少其他降温材料的使用量，为炼钢生产节约了成本，创造了更大的利润空间。
关键词：转炉；石灰石；效益Generation of oxygen converter with limestone slag steelmaking technologyHaitao--Huang(jiangxi university of science and technology institute of metallurgy and chemical engineering,ganzhou injiangxi province,341000)Abstract:this article through the analysis of actual production,the research part of converter steelmaking with the limestone instead of lime slag in the process of the behavior of the limestone, demonstrates the converter using limestone slag steelmaking relatively reasonable scheme.The application of limestone on the superiority of converter steel-making,can partly replace active lime,but also to balance the surplus heat of converter,reducing other cooling material usage, saved the cost for the steelmaking production,create larger profits space.Key words:converter;Limestone;benefits1技术背景节能减排是21世纪全球最重要的环境保护问题，是我国工业生产部门当前的最重要工作之一。
据2009年统计，我国钢铁工业的能耗总量占全国能源消费总量的15%左右，占全国工业能源消费总量的23%，可以说我国钢铁业是节能减排的主战场之一。
钢铁生产过程的节能减排，因其工业规模巨大、污染严重和耗能多而具有更重要的意义。
笔者经考察得知，石灰煅烧-转炉造渣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、增加环境污染、影响炼钢顺行等一系列问题。
经进一步研究发现，石灰石煅烧成为石灰只需要热量，而热量也可以由炼钢转炉提供，因而炼钢用石灰可以直接在转炉中烧成，这样可以解决上述存在的问题。
于是，氧气顶吹转炉用石灰石代替石灰造渣炼钢的方法被提出。
已在湘钢，武钢等大型公司进行工业试验并取得了成功，这一方法是对氧气转炉炼钢工艺的大变革，在低碳炼钢节能减排方面具有重要的意义。
在2011年1月获得了国家知识产权局颁发的专利授权。
2理论依据现代转炉炼钢中普遍采用石灰作为造渣材料。
而石灰则是由石灰石煅烧而来的。
在新技术中，在转炉内直接加入石灰石相当于是将石灰石的煅烧过程放在了转炉炉内集中进行，其反应式如下：CaCO3=CaO+CO2omrG∆=169120-144.6T（900～1200K）开吹后转炉内熔池温度一般在1300—14000C之间．石灰石在加入转炉后瞬问承受1300—14000C的高温，由碳酸钙的分解反应式可知，急剧升温后将促使石灰石表面碳酸钙的分解激烈进行。
原本在炉外需要煅烧3—5h的石灰石分解反应在转炉炉内由于内外表面巨大的温度差。
使石灰石煅烧成为石灰的速度急剧加快。
另外，由于石灰石分解会生成大量的CO 2气体，会使得炉内熔渣泡沫化程度提高，有利于增加石灰与熔渣反应的表面积，同时CO 2气体的逸出会在石灰石煅烧生成的石灰表面形成诸多气孔，石灰高气孔率的形成会更有效地促进石灰的快速熔化，有利于高碱度转炉熔渣的快速形成。
在现代炼钢生产中影响转炉前期石灰熔化的主要因素。
是由于吹炼初期Si、Mn的快速氧化所生产的Si O 2与石灰中CaO在其表面形成高熔点物质2CaO·Si O 2进而影响石灰的熔化速度。
而采用石灰石作为造渣材料．由于煅烧反应不断生成的CO 2气体的逸出，可有效地限制Si O 2进入石灰内部，避免了高熔点物质2CaO·Si O 2的生成。
从而有利于石灰的熔化。
CO 2气体的排出以及石灰的快速熔化是相互促进的，从化学反应动力学角度分析，这两种生成物的排出和熔化促进石灰石煅烧反应的进行。
因此在保证了转炉炉内温度的前提下，石灰石的热分解熔化速度并不低于石灰在炉内的熔化速度。
3技术简介这一方法是，改变煅烧石灰的位置，把原来在石灰窑里进行的过程改在转炉中进行，这样就形成了一种新的炼钢方法，由石灰造渣炼钢法转变为石灰石造渣炼钢法。
由图1、图2和图3可以看出，石灰石造渣炼钢法的主要特征是：使原来在2个反应器分别进行的CaCO 3的分解反应和CaO 的化渣反应合并在1个反应器中完成，因而减少了生产工序；石灰石在转炉里急速加热完成石灰煅烧，仅需要1~2分钟，因此相对于在石灰窑中数小时的煅烧，热的无功耗散可忽略不计；石灰石在铁水面上分解出的CO 2可参与铁水中元素的氧化反应，生成的CO 可作为能源回收；石灰石在转炉内煅烧生成石灰后无须出炉转运，不再浪费生成石灰所携带的物理热；石灰石直接装入转炉，与现行的石灰煅烧-转炉造渣过程相比，需要增加转炉热量供给。
图1中粗线所框是钢铁生产过程中的炼钢工序的位置，现行的转炉炼钢生产模式在加入铁水的同时，要加入石灰等造渣，加入冷铁料以降低炉温。
石灰是造渣原料，由石灰石煅烧而成，在现行生产模式下从石灰石到在转炉中转变为炉渣的过程如图2所示。
由图2可见，从石灰石到在转炉中转变为炉渣的过程中有大量的能量浪费和CO 2排放，一百多年来这种情况一直没有改变。
本人提出的新方法，着眼于消除图2过程中的能量浪费和CO 2排放，生产过程如图3所示。
可见不仅消除了上述的问题，还能够从CaCO3分解的CO 2与铁水反应中得到CO ，作为能源和化工原料。
由比较可知，这是一种清洁、优越的生产方法，对于中国来讲，因钢铁产业规模巨大而更显其意义重大。
图1钢铁生产过程及其中炼钢工序的位置加热铁水+冷铁料图2现行生产模式下从石灰石到在转炉中转变为炉渣的过程铁水+少量冷铁料图3新方法模式下从石灰石到在转炉中转变为炉渣的过程4方法特点特色：用工业生态的观点研究早已成熟的、有链接关系的两个生产过程，发现了在“煅烧石灰—氧气转炉炼钢”这条工业链上，存在着过程复杂化和大量的资源能源浪费、环境污染现象，然后根据冶金学的基本理论，在炼钢方法上进行改革，提出了一种将原来两个生产过程合二为一的方法，从而有效地消除了上述的浪费和污染。
这一方法可有效地减少CO2的排放，并且在生产过程中把石灰石中分解出来的CO2自然地加以利用，理顺了原来生产过程间被扭曲的关系，科学、低碳，将给中国乃至世界带来巨大的经济、环境效益，是中国科技界给人类文明发展的一个贡献。
创新突破点如下：（1）对托马斯碱性转炉炼钢法发明130多年来实行的添加石灰造渣方法进行了变革；（2）对氧气转炉炼钢法发明50多年以来的操作方法进行了变革；（3）在炼钢前和炼钢过程中能够有效地利用资源能源、减排粉尘和CO2；（4）对炼钢学理论进行了补充和延伸；（5）提出了钢铁企业改革现行生产工艺、保护生态环境的新路；（6）发现石灰石中的碳酸钙能够全量应用，氧化钙用于造渣，CO2用于铁水反应，生成的CO可以回收作为燃料和化工原料。
这一方法还影响到关于钢铁厂设计观念的更新，过去认为氧气转炉一定要加入冷铁料作为冷却剂，所以在生产能力设计方面都是炼钢要比炼铁能力大20%左右。
而采用本方法将改变这种设计理念，炼钢除采用一部分自产废钢外基本上可不用其他废钢，所以在设计上，炼铁能力略低于炼钢能力即可。
5经济效益调查全国市场和部分钢铁企业得知,石灰的价格是石灰石的10倍左右,按55kg(石灰)/t(钢)折算,考虑各地价格不同因素,用石灰石代替石灰可节约成本10~20元/t(钢)。
随着能源价格、人工费用的上涨,以及即将开征碳税,估计石灰的价格还会继续升高,因此用石灰石代替石灰炼钢的成本优势将进一步增大。
另外还有一系列的优越性可能会提高经济效益,如石灰石管理简单、可以提高原料利用率、转炉内生成的石灰质量好、可以强化前期供氧、全铁水操作可减少钢中混入有害元素、不加或少加废钢缩短装料时间、废钢合理利用可增加收入等。
采用这种方法还有下述作用:大量废钢必然会经由电炉冶炼的方式再生,这是一种公认的低能耗、生态化的粗钢生产方式,可以促进完善钢铁生产的静脉循环系统;与这些效益相对应,采用这种方法,各炼钢厂的上料和炉前设备不需要进行任何改造,仅需要修改吹炼前期的操作规程。
由于加入石灰石在吹炼前期就能够分解化渣完毕,也不影响自吹炼中期开始的煤气回收如期进行。
铁水罐装入量小的炼钢厂需要改用大一些的铁水罐,因铁水罐也属于消耗材料,即使不采用这种方法也要定期更换,或者更换前仅适当扩容,所以企业投入并不需要增加很多,与带来的长期的经济效益相比可以不计。
6结论在煅烧石灰-氧气转炉炼钢!这条工业上存在着很大的热能浪费,应该改变操作工艺加以避免。
石灰石加入转炉后的分解反应产生CaO和C0：，可部分替代石灰减少石灰用量。
同时还可以平衡铁水的物理热和化学热，减少降温料的使用量。
在反应过程中石灰石的熔化速度不低于石灰的熔化速度，石灰石的应用未对冶炼过程造成大的不良影响，满足冶炼要求。
同时由予石灰石较石灰和其他金属降温料成本廉价．其大规模使用可为企业节约较大成本，创造出较大经济效益。
这一方法更科学合理,更符合过程逻辑,热平衡估算表明炉内热量没有问题。
预测此方法有节能减排效果,生产上可行并更顺利,可降低成本10元/t(钢)以上,基本上不需要投资改变现有设备,实施后将带来巨大的环境、经济和社会效益,应该大力推广,每个氧气转炉炼钢企业都能够从中获益。
参考文献[1]李宏，曲英.氧气转炉用石灰石代替石灰造渣炼钢节能减排初探[J].中国冶金，2010.9，59～62[2]魏宝森.石灰石在转炉炼钢中的应用[J].冶金能源，2012，（4）:10-14[3]陈家祥．韩郁文。