树军，吴国臣，姚东

（乌海市包钢万腾钢铁有限责任公司，内蒙古 乌海 016000）

0 引言

转炉冶炼初期熔池内由于硅的大量氧化，熔渣的碱度偏酸性，形成的硅酸盐类物质可与转炉炉衬的碱性氧化物发生反应，侵蚀炉衬；冶炼过程中磷去除的最佳时期是在冶炼初期，如初期熔池内不能快速成渣，将错过最佳的脱磷时机，可能产生磷高的废品；冶炼初期如果不能快速成渣还将会影响到熔池的界面反应，炉子的整体炉温起不来，碳焰上得迟，这将影响到整个转炉中后期的冶炼，增加冶炼操控的难度[1]。

如上可见转炉吹炼初期入炉的渣料如能快速熔解并发生渣化反应将对转炉冶炼有重要的意义，而快速成渣的关键是炼钢用的石灰块的快速熔解并发生渣化反应[2]。

1 石灰熔解成渣的机理

1.1 石灰块冷凝外壳的形成机理及熔解措施

石灰是由石灰石在约900℃煅烧而成的，因石灰石中含有约40%重量的二氧化碳，在煅烧的过程中，二氧化碳的逸出会给煅烧后的石灰块留下足够多的孔隙，这些孔隙的存在将作为后续液态渣“出出进进”的传质通道，孔隙率高，石灰块的比表面积大，成渣反应的效果好。

吹炼开始铁水中的易氧化元素硅、锰、铁氧化后形成的多种类的氧化物会上浮到熔池表面形成初始的液态熔融渣，该熔渣在遇到升温还不完全的石灰块时，由于温度梯度的存在，会在石灰块的外表面形成一层冷凝壳，该冷凝壳将暂时阻断熔渣向石灰块的传质，这一阻断过程称作石灰块熔融时的“滞止期”，对于在30到50mm之间的石灰块，该滞止期时长大约是40到50秒。

紧跟着吹炼的进行，液态渣量在增多，熔池的温度越来越高，包裹在石灰块外表面的冷凝壳会由表及里的升温，重新熔解。这时石灰块周边的液态熔融渣开始向石灰块孔隙传质，在石灰块孔隙的附着点上逐渐发生酸碱渣化反应[3]。

为了能缩短上述石灰块的滞止期，最直接有效的办法是提前给石灰块预热，尤其是在铁水条件不好的情况下。预热的石灰块遇到热的熔融渣时由于其温度梯度的减小，在其外表面形成的冷凝壳会变薄些。留渣操作还有一个好处是熔池内有了一定碱度的、一定氧化铁含量的熔融渣了，可将炼钢的熔池反应提前。

1.2 石灰成渣过程中2CaO·SiO2的探讨

在转炉吹炼过程中，熔渣中的SiO2易和石灰中的CaO结合并发生反应，生成多相组成的硅酸钙类物质，其中结合最好的是2CaO·SiO2其结构致密，熔点高纯物质的熔点是2130℃，包裹在石灰块表面难以熔解，会阻碍石灰的进一步传质。

熔渣离子理论认为，2CaO·SiO2的形成主要与渣中SiO2成链状集团结构有关，另外渣中SiO2含量的多少也会影响到2CaO·SiO2的形成。初期渣中随SiO2含量的增加，有足够的SiO2会和石灰中的CaO结合形成2CaO·SiO2，阻碍熔渣中的氧化物向石灰块的传质。为消除2CaO·SiO2的影响，我公司炼钢厂会在头批渣料中配加1吨到两吨的氧化铁皮，或者烧结矿；在吹炼约4分钟枪位由低枪位转换成高枪位，来增加熔渣中的铁含量。FeO的存在可以降低熔渣的粘度；改善对石灰的润湿和向石灰孔隙中的渗透；减少2CaO·SiO2的形成。

1.3 石灰熔解成渣过程

根据未反应核模型知道，石灰的熔解成渣大体可分为三步，即包裹在石灰块外表面的熔渣向石灰裂缝孔隙的传质；进入石灰孔隙的熔渣与石灰块中的CaO在附着点上发生反应并生成新的反应产物的渣化反应；新的熔渣生成物剥离石灰孔隙向炉渣熔体中转移。

这里需要提及的是第一步向石灰块传质的环节是整个石灰块熔解成渣的限制环节。因为冷态的石灰块加进熔池里会在石灰块的表面迅速形成一层冷凝外壳，且冶炼初期熔池内熔融的渣量少有的甚至还有吹炼“返干”的情况，这些都是阻碍熔渣向石灰块传质的客观条件。

第二步熔渣中的SiO2、FeO等将和石灰中的CaO发生如下的成渣反应：

2 影响石灰熔解成渣的主要因素

2.1 熔池温度

熔池的温度高于熔渣各相的熔点，熔渣的粘度会降低，有利于熔渣向石灰块的传质，石灰块成渣反应的动力学条件好；熔池温度高可缩短石灰块的滞止期，使得石灰块外层包裹的冷凝外壳加速熔化。

2.2 熔池的搅拌

提升转炉的底吹效率，加快熔池的搅拌，可以显著的提高熔池内的渣金间的界面反应，促进石灰熔解的过程的传质反应，有利于石灰的熔解。复吹转炉的生产实践也证明，由于熔池搅拌加强，使石灰熔解和成渣速度都比顶吹转炉有所提高[4]。

2.3 熔渣成分的影响

熔渣成分的影响主要体现在降低熔渣粘度，减少2CaO·SiO2的形成的两方面上。其中FeO的含量对石灰的影响最大。与其他的熔渣的成分比，由于FeO中的离子半径不大，与CaO一样同属于立方晶系，有利于FeO向石灰晶格中迁移并生成低熔点物质，这一过程也可以使2CaO·SiO2变疏松，有利石灰熔解。

3 冶炼过程中石灰快速成渣的工艺措施

3.1 保证合适的铁水条件

保证入炉的铁水有一定的化学热和物理热。我公司炼钢厂要求入炉铁水是硫含量控制在0.050%以下，硅含量要在0.30%～0.50%之间，磷含量在0.110%到0.150%之间，铁水温度在1320℃～1380℃之间。这样铁水可在吹炼前期熔池就有足够的温度，保障前期石灰成渣的需要。

3.2 选择合适的渣料结构

转炉造渣其核心是能提供有效的CaO和有效的MgO。参与到吹炼过程中脱硫、脱磷及去硅的是CaO，起到维护炉衬作用的是MgO。我公司炼钢厂在配吃5吨到6吨的白灰块同时还配吃约1吨到两吨的石灰石。为能使石灰块和石灰石快速熔化成渣可在入炉的炉料里配吃一些氧化铁皮，烧结矿起到助熔的作用。白云石和轻烧白云石中的MgO也能起到帮助石灰块熔解的作用。生产中我公司炼钢厂会配吃2吨到3吨的白云石。

3.3 采用留渣操作提前预热石灰块

今年5月份我公司炼钢厂部分炉次采用了留渣操作，用来预热石灰。120吨的转炉，将上一炉钢水的终点渣留下一半，兑铁水前向转炉铺入石灰2吨到3吨，来预热石灰块。兑进铁水后，石灰块会上浮被铁水再次预热。这样可以有约5分钟的时间用于石灰块的预热。经过预热的石灰在遇到熔融液态渣时，其冷凝壳会变薄[5]。且由于是留渣操作，冶炼初期熔池的氧化反应会提前到来，这对操作者提出更高的要求，控制不好会有期喷溅的风险。

3.4 提高熔池温度

提高熔池的温度可以降低熔渣的粘度，加速石灰熔解的传质过程，改善石灰渣化的动力学的条件。生产中应提高开吹温度，以废钢为冷却剂时，是在开吹前加入，前期炉温提高较慢。如果以铁矿石为冷却剂，它可以分批加入，有利于前期炉温的提高，有助于前期成渣。

3.5 提升石灰的质量

尽可能选用特级石灰或者一级石灰，石灰质量好，有效CaO含量高、孔隙率高、熔渣向石灰孔隙传质的效率高，熔渣反应快。目前我公司炼钢厂用的石灰质量符合冶金用的一级石灰标准，石灰的CaO含量不低于90%，SiO2含量不大于2.5%，活性度大于360。另外石灰块也应有合适粒度，石灰块大一些，其冷凝外壳面积大，石灰块温度梯度大，熔渣传质不完全；粒度小的石灰块除去一部分被炉口负压抽走外，余下的因为被冷凝外壳包裹完全，能参与反应的比表面积小，快速成渣的效率低。

4 结语

石灰块的快速成渣对转炉冶炼有着一系列好的积极的影响，我们应该在生产实践中应用钢铁冶金学的原理去多多摸索探究，来进一步发展扩充我们现有的措施方法，使得石灰块快速成渣在实践上更上一层楼。结合我公司炼钢厂的生产实践在石灰块快速成渣上需要明确以下几点：（1）为缩短石灰块入炉时的滞止期，加速冶炼初期能快速成渣，可以采用留渣操作来预热石灰块。具体是留取上一炉终点渣的一半，兑铁水前要在转炉内铺石灰块2吨到3吨。（2）为减少石灰块成渣过程中2CaO·SiO2的负面影响，我公司炼钢厂会在头批渣料中配加1吨到2吨的氧化铁皮，或者烧结矿；在吹炼约4分钟枪位由低枪位转换成高枪位。来增加熔渣中的铁含量，FeO的存在可以降低熔渣的粘度，减少2CaO·SiO2的形成。（3）尽可能地选用优质石灰，严把进场石灰块的质量关，有效氧化钙含量稳定在78%以上，活性度大于等于360。