小颗粒石灰石与石灰化渣脱磷效果试验研究

为了探究转炉喷吹小颗粒石灰石炼钢的可行性,基于化渣脱磷基础试验,对比了小颗粒石灰石与石灰在相同条件下的化渣脱磷效果,并从造渣脱磷机理上进行分析。研究表明:小颗粒石灰石在熔池内分解形成高活性石灰,可同时实现在熔池内部及界面的脱磷反应,脱磷效果与石灰相当,终点铁水脱磷率均可以达到85%以上;小颗粒石灰石比石灰的前期脱磷速率快,可以在更短的时间内将大部分磷元素脱除;小颗粒石灰石与石灰均可以实现均匀化渣,石灰石化渣渣层较高,泡沫渣更为明显,渣中元素分布均匀,磷元素主要富集在Ca_(3)(PO_(4))_(2)固溶体相中。

炼钢温度下石灰石粉分解速率实验研究

石灰石粉在炼钢温度下的分解行为直接影响后续的成渣和脱磷脱硫反应,其分解速率会对熔池冶炼效果产生较大影响。基于热重-差热分析和高温管式炉开展石灰石粉煅烧实验,研究了升温速率、粒径、气氛对石灰石粉分解速率的影响。结果表明:在炼钢温度下,较大粒径石灰石粉煅烧分解过程发生裂解,粒径为0.074 mm的石灰石粉煅烧分解过程发生粘结现象;随着升温速率的提高,石灰石粉分解时间显著缩短;随着粒径的逐渐增大,分解时间呈现先降低后增加的趋势,其中粒径为0.73 mm的石灰石粉分解时间最短;与氮气和空气气氛相比,纯CO_(2)分压下石灰石粉分解时间明显缩短约2/3;在1350℃的煅烧温度下,1.5 mm以下石灰石粉分解所需时间相差不大,均可以在3 min内完成分解。

小颗粒石灰石高温快速煅烧微观组织演变行为研究

采用热重分析技术和扫描电镜,研究了小颗粒石灰石在转炉炼钢温度下快速煅烧分解的微观组织行为演变。研究表明:平均粒径在0.13~1.5 mm的石灰石颗粒转化率比较相似,比粒径小于0.13 mm和大于1.5 mm的石灰石颗粒转化速率更快。平均粒径小于0.074 mm的石灰石颗粒在高温下快速煅烧,会出现快速粘结,抑制转化速率。随着煅烧时间的增长,CaO晶粒逐渐长大,晶粒间的气孔先增多增大后又开始收缩;平均粒径为0.84 mm的石灰石颗粒在1 350℃下快速煅烧60 s时,出现大量气孔,形成高活性石灰。

转炉熔渣气化脱磷与循环利用工业试验

为深入研究转炉渣气化脱磷后循环利用的工艺效果,在承钢公司100 t转炉上采用焦粉进行气化脱磷试验并分析了焦粉还原P的可行性.试验结果表明:在溅渣护炉阶段添加焦粉进行气化脱磷,熔渣中先被还原的是P2O5,试验炉次平均气化脱磷率为36.78%;应用气化脱磷渣循环利用工艺后,试验炉次冶炼终点钢液成分合格,钢液中P质量分数呈现降低趋势;试验中吨钢的钢铁料消耗量平均降低0.04 kg,吨钢的石灰消耗量平均降低5.54 kg,吨钢的CO_(2)排放量降低约1 kg.

转炉石灰石代替石灰造渣炼钢研究现状及展望

系统分析了石灰石代替石灰炼钢造渣工艺的研究现状和发展趋势,通过对比分析可知,目前转炉石灰石造渣炼钢工艺简化了整个造渣工艺流程,提高了化渣脱磷效果,减少了钢渣产生量,增加了吨钢经济效益。综合来看,石灰石炼钢造渣工艺是一种高效、低耗、环保的新型造渣方式,对促进钢铁企业节能减排和可持续发展具有重要意义。但是石灰石分解需要消耗大量的热量,进而影响化渣速率,因此,为了进一步优化石灰石炼钢造渣工艺,提出一种石灰石喷粉造渣技术,该技术能有效解决石灰石直接造渣工艺中因热耗大引起的化渣及CO_(2)利用率问题。

石灰石造渣对转炉煤气CO含量影响研究

为研究石灰石造渣对转炉煤气成分及回收量的影响,在100 t转炉上进行了不同石灰石替代比下的造渣炼钢工业试验。研究结果表明:当铁水温度在1 350~1 650℃,石灰石分解产生的CO_(2)可作为弱氧化剂与铁水中元素反应生成CO,反应次序依次为[Si]、[Mn]、[C]、[Fe];通过工业试验证实,石灰石分解产生的CO_(2)确实可参与铁水氧化反应,随着石灰石替代比的增加,炉气中CO比例升高;通过理论估算,与石灰造渣工艺相比,石灰石造渣炼钢工艺的吨钢煤气回收量提高约16.12%,可见石灰石代替石灰造渣还可以增加转炉煤气回收水平。

转炉熔渣气化脱磷时磷迁移规律研究

气化脱磷能够有效地去除熔渣中部分P_(2)O_(5),扩大其磷容量。在实验室进行了焦炭还原转炉渣气化脱磷热态试验,热力学计算研究结果表明,在1540℃下焦炭会优先还原P_(2)O_(5),还原产物为可能的P_(2),而P_(2)O_(5)的实际还原率与理论计算值基本一致。通过SEM-EDS对还原前后炉渣形貌进行分析,转炉终渣主要由C_(2)S相、RO相、钙铁橄榄石和钙镁橄榄石构成,并且P存在于高Ca和高Si含量的硅酸盐相微区,可推断C_(2)S相是P的富集相;经气化脱磷后,转炉熔渣中的FeO被焦炭还原成亮白色大直径颗粒状单质Fe相,此相会吸附逸出的P_(2),随着Fe含量的增加,赋存P元素也会增多。因此可推断在气化脱磷时,一部分P以P_(2)的形式通过炉气排出炉外,另有部分P_(2)会被Fe相吸附,并赋存在单质Fe相中形成磷化铁化合物。

钢铁行业中CO_(2)资源化利用的研究进展

钢铁行业二氧化碳排放量在我国二氧化碳排放总量中占比突出,已成为我国重要的二氧化碳排放源之一。当下低碳冶金技术备受关注,本文以钢铁工业中CO_(2)的资源化利用为切入点,介绍了当下碳排放现状、碳捕集技术进展及国内外CO_(2)资源化利用发展进程,主要综述了CO_(2)作为搅拌气体、保护气体和反应气体参与厂内利用,着重研究了CO_(2)资源化利用的热力学和动力学理论,提出了将CO_(2)作为气泡源去除钢水夹杂物冶炼洁净钢的新途径,为CO_(2)在钢铁生产流程中的资源化应用提供思路。

转炉气化脱磷渣用于铁水脱磷及节能减排评估研究

目前在溅渣护炉过程中进行气化脱磷是一种有效的炉渣除磷技术。为保证转炉熔渣气化脱磷后循环利用的冶炼效果,在实验室进行了气化脱磷渣作为返料用于造渣脱磷的试验研究。研究结果表明,气化脱磷渣用于铁水脱磷时前期脱磷能力强,终点脱磷率低,其终点铁水脱磷率和脱磷速率分别为53.3%和0.16%/min;对比配制脱磷剂炉次可知,配制脱磷剂前期脱磷效果差,终点脱磷率高,其终点铁水脱磷率和脱磷速率分别为91.6%和0.32%/min。根据两者脱磷剂的脱磷优势采用混合配比铁水脱磷,当气化脱磷渣大比例用于铁水脱磷时出现回磷现象;当混合比例为1∶4时脱磷效果最好,终点脱磷率为64.4%。采用生命周期评价法对混合渣料比例为1∶4铁水脱磷进行CO_(2)减排评估,从系统边界的起点到终点预估吨钢可减排CO_(2)6.034~10.34 kg,吨钢可节省石灰成本1.8~3.0元。

石灰在气化脱磷渣中熔解时渣中离子迁移行为研究

针对转炉气化脱磷渣渣系,研究了静态石灰在熔渣中熔解动力学。研究结果表明,在1200~1500℃内,随着温度的升高,石灰熔解速度增大。石灰熔解的表观活化能为E_(a)=203.1 kJ/mol,拟合反应速率常数与温度关系的直线方程为ln v_(r)=-24.43/T-14.62,其石灰熔解的限制性环节为扩散控制。通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对熔渣层-交界层-石灰层进行离子迁移分析,研究结果表明,由石灰表层向内部深入,熔渣组元Fe_(2)+的迁移速率比SiO_(4)^(4-)的迁移速率快,在石灰表层主要生成CaO-SiO_(2)复合相,内部会存在更多的Fe元素,形成主要的CaO-FeO复合相。

小颗粒石灰石代替石灰炼钢造渣及CO_(2)资源化利用

采用转炉喷吹石灰石粉造渣炼钢技术,可以提高铁水脱磷效率、对二氧化碳进行资源化利用。基于小颗粒石灰石与石灰化渣脱磷基础试验,对比分析小颗粒石灰石与石灰在相同条件下的化渣脱磷效果,计算了采用小颗粒石灰石造渣炼钢过程炉气的收益。研究表明,采用小颗粒石灰石冶炼前期脱磷速度快,冶炼5 min脱磷率可以达到49.2%,脱磷速率达到0.011 8%/min,而采用小颗粒石灰冶炼5 min脱磷率为41.2%,脱磷速率为0.009 8%/min;小颗粒石灰石与石灰冶炼脱磷效果相当,反应终点脱磷率分别为87.50%和89.08%,冶炼终点脱磷率均可以达到85%以上。小颗粒石灰与石灰石均可以实现均匀化渣,渣中元素分布均匀,石灰石脱磷渣P元素质量分数为9%,石灰脱磷渣P元素质量分数为8%,采用石灰石炼钢造渣时前期炉渣中P元素含量更高。采用小颗粒石灰石造渣炼钢时,石灰石分解产生的二氧化碳可以与铁水中多种元素反应,其利用率可以达到40%;石灰石分解产生的二氧化碳替代部分氧气参与氧化反应并生成一氧化碳,吨钢炉气中一氧化碳增加量约6.5 m^(3)。研究结果为开展转炉喷吹石灰石粉造渣炼钢的工业应用提供理论基础,可推动绿色冶金进一步发展。

钢铁生产全流程中CO_(2)资源化利用技术进展

钢铁工业作为国民经济的支柱产业,同时面临着高碳排放量的挑战。本文通过总结钢铁行业的碳排放现状,分析不同钢铁制造流程特点以及不同流程下的碳排放强度;介绍欧盟的ULCOS、日本的COURSE 50、韩国的POSCO等低碳冶金项目及其开发和应用的新技术,着重对比分析主要的CO_(2)捕集技术的原理、优缺点以及CO_(2)在钢铁冶炼全流程工序中的应用,证实CO_(2)在钢铁冶炼全流程中的应用效果和潜力;详细阐述CO_(2)在烧结机、高炉、电弧炉、转炉以及精炼和连铸等环节中的应用研究进展,从热力学和动力学角度分析CO_(2)在炼钢温度下的性质,指出CO_(2)可以作为氧化剂参与炼钢过程,并具有降低碳排放、提高钢水质量等优势。CO_(2)捕集及其资源化利用对于钢铁工业绿色低碳生产具有重要意义。未来应进一步研究CO_(2)的捕集和利用技术,推动其在钢铁冶炼全流程中应用,以实现钢铁行业的可持续发展。

炼钢温度下小颗粒石灰石热分解反应机理

转炉喷吹石灰石粉造渣脱磷有利于提高其反应效率,在快速造渣同时还可资源化利用CO_(2)。为此基于热重-差热分析仪和高温管式炉,对小颗粒石灰石在炼钢温度下的分解行为进行研究。研究结果表明,升温速率越小,小颗粒石灰石分解反应开始温度和完成温度越低,且升温速率越大分解反应持续时间越短;粒径2.5 mm以下的石灰石颗粒均可以在1 000℃以下快速完成分解反应,且粒径越小分解越快,反应完成温度越低,可见转炉采用喷粉方式可减少造渣时间,提高冶炼效率;与N_(2)、空气、O_(2)气氛相比,在纯CO_(2)气氛下,石灰石热分解反应完成温度提高,但分解所需时间反而缩短1/3,随着CO_(2)分压增加,分解完成温度提高但分解速度加快;随着煅烧温度提高,不同颗粒度石灰石分解完全所需时间均有不同程度的缩短,且粒径越大缩短程度越明显;在同一煅烧温度下,随着石灰石颗粒度由小到大,石灰石完全转化所需时间呈现由长到短再到长的趋势。仅从小颗粒石灰石煅烧效率上讲,转炉喷吹石灰石粉粒径选取0.13~1.5 mm为宜。

小颗粒石灰石快速煅烧高效脱磷试验

转炉喷吹石灰石粉造渣脱磷存在一定优势,基于热重-差热分析和基础试验,对小颗粒石灰石高温快速煅烧及造渣脱磷的机理进行研究。结果表明,小颗粒石灰石在610℃左右开始分解,860℃左右反应结束,且温度越高越有利于其分解。转炉采用喷吹石灰石粉方式造渣脱磷,可通过分批喷吹加入的方式缓和其快速温降效应。但局部温降利于脱磷反应的进行,因此需在造渣和脱磷上寻找温度平衡点。随着粒径减小,小颗粒石灰石分解速度反而变慢;平均粒径为0.440 mm和0.840 mm的石灰石颗粒高温快速煅烧60 s后呈现出多孔活性石灰微观结构。随着煅烧时间的延长,石灰石转化率增大,但煅烧后的活性呈现先增大后减小的变化趋势。平均粒径为0.440 mm和0.840 mm的石灰石颗粒煅烧60 s时,活性可达到350 mL以上。采用小颗粒石灰石配制脱磷剂进行铁水脱磷试验,终点钢水磷质量分数降至0.02%以下,脱磷率在83%以上;对比石灰造渣脱磷,小颗粒石灰石造渣脱磷速度较快,在保证造渣效果的前提下,石灰石分解耗热可降低局部熔池温度,利于脱磷反应的进行。研究结果可为小颗粒石灰石化渣脱磷工艺技术的开发和应用奠定理论基础。

小颗粒石灰石化渣脱磷热力学分析

为探索转炉喷吹石灰石粉造渣炼钢的最佳工艺条件,基于化渣脱磷基础试验,对小颗粒石灰石的化渣脱磷效果进行热力学分析。采用单变量试验方法,探究石灰石粒度、反应温度、配渣碱度及FeO含量对石灰石化渣脱磷的影响,进而得到最佳参数。结果表明,平均粒径为0.84 mm的石灰石颗粒化渣脱磷效果最佳,粒径过大或过小均会造成脱磷率降低;试验温度为1 400℃时化渣脱磷效果最佳,低于1 400℃时,化渣不充分且速度较慢,而高于1 400℃时会出现回磷现象。铁水脱磷率随碱度的升高而升高,当配渣碱度R=3.5时,熔渣状态较好,脱磷效果最佳;碱度过高时,熔渣黏度较高,泡沫渣量大,容易溢渣。铁水脱磷率随配渣FeO含量的升高而升高,FeO质量分数为20%时,熔渣状态最佳;当FeO质量分数达到30%时,反应过程中会出现溢渣现象。在试验得出的最佳工艺条件下,石灰石化渣脱磷过程前期脱磷速度快,泡沫渣状态好,渣中固溶体相种类多,终点脱磷率达到85%以上,钢中磷质量分数降到0.02%以下,可以完成脱磷任务。研究结果为开展转炉喷吹石灰石粉冶炼的工业应用提供了理论基础。

温度对转炉气化脱磷渣再利用脱磷的影响

采用理论分析与试验验证相结合的方法,研究了转炉气化脱磷渣循环再利用时的脱磷能力。以焦粉还原转炉渣制备气化脱磷渣,理论分析不同还原温度对气化脱磷渣的磷容量和磷分配比的影响规律。由理论分析得知:随着还原温度的升高,经还原后的炉渣的磷容量和磷分配比均增加。在实验室中采用气化脱磷渣进行铁水脱磷热态试验,设温度为单变量,研究气化脱磷渣再利用时的脱磷效果,结果表明:转炉气化脱磷渣具有新的脱磷能力,反应前期脱磷效果显著。随着温度的增加,气化脱磷渣脱磷能力降低,脱磷速度变慢,符合热力学规律。