转炉吹炼初期石灰石分解与成渣动力学的研究

摘要

采用石灰石替代石灰直接应用于转炉造渣炼钢，不仅可避免石灰煅烧所造成的能源消耗和环境污染，还可解决因烧成石灰潮解粉化所导致的冶金效果降低等问题，具有较好的工业应用前景。但与转炉石灰造渣炼钢法相比，“转炉采用石灰石替代石灰造渣炼钢”工艺在其工业应用探索阶段尚存在需要阐明的相关科学问题。 本文针对转炉采用石灰石替代石灰造渣炼钢工艺特点，对转炉采用石灰石造渣炼钢工艺进行了物料平衡与热平衡计算。同时，采用高温实验方法并结合扫描电镜和能谱分析等检测手段，考察了转炉吹炼初期条件下的熔渣温度和熔渣碱度对石灰石分解与成渣动力学的影响规律，探讨了转炉条件下石灰石分解与溶解成渣过程的限制性环节以及分解与成渣机制，所得结论如下。 转炉采用石灰石替代石灰造渣炼钢工艺的物料平衡和热平衡计算结果表明，随石灰石替代比增加，吨钢冷却料用量减少，铁水加入量增加，氧气消耗量略微增加，炉渣成分基本保持不变。同时，炉气产生量增加，炉气中CO所占比例增加，炉气热值提高。1kg石灰石可以提供0.077kg的氧且其冷却效果与1.21kg的废钢相当。 转炉吹炼初期条件下，温度对熔渣中石灰石分解速率影响较大，石灰石分解速率随温度升高而增大，而熔渣碱度对石灰石分解过程影响不明显。本实验不同温度和熔渣碱度条件下，反应时间小于90s时石灰石试样中心均存在着未分解的CaCO3区域。 石灰石的分解与成渣过程中，在熔渣与分解所生成石灰层界面之间形成一CaO-FeO反应层。对于相同的熔渣碱度和反应时间而言，温度越高，CaO-FeO反应层越宽，所生成石灰溶解也越快。在相同温度和反应时间下，熔渣碱度越高CaO-FeO反应层越窄，石灰溶解速率减小。 转炉吹炼初期条件下，石灰石分解与溶解成渣过程的限制性环节可分别考虑为CO2通过生成物CaO层的内扩散以及CaO在熔渣中的扩散传质，总过程的限制性环节则认为是所生成石灰在熔渣中的溶解过程。本实验条件下石灰石分解活化能EDe为12.20kJ/mol，生成石灰的溶解活化能E为180.01kJ/mol。

目录

声明

摘要

1．1引言

1．2课题背景

1．3课题的研究目的和意义

1．4课题的研究内容

2．1．1转炉炼钢发展历程

2．1．2转炉炼钢的工艺分类

2．2转炉炼钢造渣制度

2．2．1转炉炼钢造渣概述

2．2．2转炉炼钢成渣过程

2．2．3转炉炼钢造渣方法

2．3活性石灰转炉造渣炼钢

2．3．1活性石灰的生产过程

2．3．2活性石灰的评价方法

2．3．3活性石灰的溶解机理

2．4转炉用石灰石代替石灰造渣炼钢技术

2．4．1石灰石代替石灰造渣炼钢的发展现状

2．4．2石灰石代替石灰造渣炼钢的优势分析

2．5石灰石分解理论

2．5．1石灰石分解热力学研究

2．5．2石灰石分解动力学研究

2．6本章小结

第3章转炉采用石灰石替代石灰造渣炼钢的物料平衡与热平衡计算

3．1原料条件及参数设置

3．1．1原料条件

3．1．2工艺参数设定

3．2计算过程

3．2．1计算原理

3．2．2物料平衡计算

3．2．3热量平衡计算

3．3计算结果与分析

3．3．1不同石灰石替代石灰比例条件下的吨钢消耗分析

3．3．2炉渣分析

3．3．3炉气分析

3．3．4转炉熔池温度变化

3．4本章小结

第4章转炉吹炼初期条件下石灰石分解与成渣动力学的实验研究

4．1实验装置

4．2实验方案

4．2．1石灰石试样的选择与制备

4．2．2熔渣成分的选择与制备

4．2．3实验温度的选择与控制

4．2．4实验气氛的选择与控制

4．2．5搅拌速率的选择与控制

4．4实验步骤

4．3．1石灰石在熔渣中分解与溶解成渣过程的高温实验流程

4．3．2石灰石在熔渣中反应后试样的制备处理

4．3．3石灰石在熔渣中反应后试样的检测分析

4．4实验结果与讨论

4．4．1温度对石灰石在转炉熔渣中分解与溶解渣化特性的影响

4．4．2熔渣碱度对石灰石在转炉熔渣中分解与溶解渣化特性的影晌

4．4．3转炉吹炼初期石灰石在熔渣中分解与成渣动力学分析

4．4．4转炉吹炼初期石灰石在熔渣中分解与溶解成渣机制讨论

4．5本章小结

第5章总结论

参考文献

致谢