石灰石比率研究课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,汇报人：周宝,指导老师：李宏教授,转炉炼钢石灰石替代石灰比例研究,北京科技大学,University of science and Technololgy Beijing,CONTENTS,1,2,3,4,研究背景,分析与讨论,结论,研究方法,RESEARCH BACKGROUNDS,RESEARCH METHODS,ANALYSIS AND DISCUSSION,CONCLUSION AND SUGGESTION,1,研究背景,RESEARCH BACKGROUNDS,1,研究背景,RESEARCH BACKGROUNDS,石灰石造渣炼钢工艺采用石灰石代替石灰在转炉内直接分解造渣，起到了良好的降低成本、节能减排效果。,但是，石灰石在转炉内升温分解吸收大量热量，在某些冶炼条件下可能会发生热量不足、出钢温度偏低的情况。,为了保证生产效益，应该在保证转炉热量充足的条件下，尽量增加石灰石加入量，因此，有必要研究不同冶炼条件下的石灰石替代比，保证石灰石造渣炼钢过程中热量充足、冶炼正常进行。,2,研究方法,RESEARCH METHOD,2.1,设定石灰石分解温度为,1100,根据工业试验数据分析得知，吹炼开始前冷铁料熔清时的铁水温度只有,1100,左右，所以把石灰石分解温度定为,1100,更接近实际情况。,2.2,设定铁水中的硅有,15%,生成,SiO(g),通过气化的方式脱除,过去的研究中已经确认铁水中,Si,大约有,10%-20%,会生成,SiO(g),通过气化的方式脱除，所以本文在考虑热平衡时假设,Si,生成,SiO(g),比例为,15%,，讨论了其影响，生成,SiO(g),脱除的过程延续以前的说法，本文也称为“硅挥发”,。,2,研究方法,RESEARCH METHODS,2.3,计算数据采用国内多个钢铁厂的平均值,2.4,工艺参数与石灰石替代石灰比例关系分析,本文,考虑了,CO,2,参与熔池反应和“硅挥发”前提下，进行,物料平衡和热平衡计算，计算中采用国内多个钢铁厂的平均的铁水和钢水成分、温度和原料加入量以及渣料成分。,根据铁水成分（碳、硅、锰含量）、铁水温度、铁水比、碱度对石灰石替代比影响的研究，求出了各工艺因素与替代比的关系表达式。,2,研究方法,RESEARCH METHODS,3,研究结果与讨论,CONCLUSIONS,石灰石分解,假定,CaCO,3,在,1100,分解,CaCO,3,= CaO+CO,2,H,=1790kJ/kg,CO,2,升温吸热,CaO,升温吸热,CaO,从常温升温至出钢温度,CO,2,参与熔池反应,参与铁水反应的,CO,2,中，与,C,反应的比例约占,90%,左右，与其他元素反应比例很低，因此忽略不计，假设,CO,2,全部与,C,在,1100,反应,。,C+CO,2,=2CO,H,=13683kJ/k,经过计算得到,1kg,石灰石的吸热量为,4296kJ/kg,3.1,石灰石热效应计算,设定铁水中的硅有,15%,与氧气弱氧化生成,SiO,（,g,），,85%,与氧气反应生成,SiO,2,。,1kgSi,氧化反应的热效应。,0.85kg Si,生成,SiO,2,放热,24067kJ,。,0.15kg,的,Si,生成,SiO(g),放热,581.7kJ,。 因此，,1kgSi,氧化放热,24648.5kJ/kg,。,3.2,考虑了硅挥发的硅热效应,成分,/%,温度,/,C,Si,Mn,P,S,铁水,4.610,0.500,0.420,0.108,0.032,1286,钢水,0.202,0.020,0.100,0.009,0.028,1638,表,1,铁水和钢水成分和温度,铁水和目标钢水成分、温度为多个钢厂的平均值,。目的是为了验证石灰石造渣炼钢是否存在热量不足的问题。,3.3,物料平衡和热平衡计算,渣料,轻烧白云石,矿石,铁水,废钢,加入量,/kg,3,1,100,6.38,表,2,原料加入量,根据石灰石造渣炼钢工业实践，矿石加入量在铁水量,1%,左右，轻烧白云石加入量在铁水量,3%,左右，为了保证热量充足铁水比要高于石灰炼钢，一般在,90%95%,之间，因此设定矿石加入量,1kg,，轻烧白云石,3kg,，铁水比,94%,，即废钢量为,6.38kg,。,3.3,物料平衡和热平衡计算,1.,炉渣中铁珠量占渣量,8%,。,2.,喷溅量为铁水量的,1%,3.,炉衬侵蚀占铁水量,0.5%,。,4.,造渣分解产生的,CO,2,有,50%,参与熔池反应。,5.,烟尘量占铁水量,1.6%,， 其中含,FeO 77%,，含,Fe,2,O,3,20%,。,6.,铁水中碳,90%,生成,CO,，,10%,生成,CO,2,根据转炉实际生产，在进行物料和热平衡时，需要进行一下假设：,3.3,物料平衡和热平衡计算,由于,影响石灰石替代比的因素很多，为了研究转炉各种参数对石灰石替代石灰比例的影响，设定石灰石替代石灰造渣的比例为未知量,X,带入物料平衡和热平衡进行计算。,3.3,物料平衡和热平衡计算,表,3,物料平衡表,用带有未知量,X,的石灰石、石灰质量计算出根据物料平衡计算出炉渣、钢水、吹氧量，最终得到物料平衡表：,收入,项,支出,项,项目,重量（,kg,）,项目,重量,(kg),铁水,100,钢水,97.47-0.0079X,废钢,6.38,炉渣,8.34-0.041X,石灰,2.15,（,1-X,）,炉气,11.57+1.11X,石灰石,3.44X,铁珠,0.667-0.0033X,轻烧白云石,3,烟尘,1.6,炉衬,0.5,喷溅,1.5,矿石,1,氧气,7.96-0.24X,合计,120.99+1.05X,120.96+1.07X,3.3,物料平衡和热平衡计算,收入项,/kJ,支出项,/kJ,铁水物理热,117835.6,钢水物理热,129612.2-11.8X,烟尘氧化热,6454.4,炉渣物理热,18608-5390.2X,C,氧化热,57106.2-2434.5X,炉气物理热,16026+689 X,Si,氧化热,12324,白云石物理热,4266,Mn,氧化热,2457,矿石物理热,4323.7,P,氧化热,1873.3,石灰石物理热,15529.7X,Fe,氧化热,5422-28X,烟尘物理热,2605.3,SiO,2,成渣热,2087.9+24.3X,铁珠物理热,1488.6-96X,P,2,O,5,成渣热,1138.4,喷溅物理热,1416.2,吹炼物理热,6201.2-73X,废钢物理热,9041.5,总计,206698.8- 2438.2X,总计,193588.9+10647.7X,根据表,6,计算得到，铁水比为,94%,时，,X,等于,1.002,。计算结果表明,在,本文,原料条件下，转炉热量都能够满足生产要求,可以采用全石灰石炼钢,，,并且,热量略有富余。,表,4,热平衡表,3.3,物料平衡和热平衡计算,3.4,工艺因素与替代比关系式,推导,由于各工艺因素与石灰石替代比的关系比较复杂，,因此,通过回归分析得到替代比与各工艺因素的关系式。,首先对铁水成分（,C,、,Si,、,Mn,）、铁水温度、铁水比、碱度、出钢温度在冶炼条件范围内各取三个值，具体取值如,表,所示。排列组合总共得到,2187,种,冶炼条件，计算每种冶炼条件下石灰石替代比,X,。然后对得到的,2187,组数据进行线性回归，得到替代比与各工艺因素的关系,。,C,Si,Mn,T,铁水,T,钢水,碱度,铁水比,4,0.4,0.2,1250,1600,3,0.92,4.4,0.6,0.4,1300,1625,3.25,0.94,4.8,0.8,0.6,1350,1650,3.5,0.96,表,5,各因素取值表,式中，,C,铁水碳含量，,%,；,Si,铁水硅含量，,%,；,Mn,铁水锰含量，,%,；,T,铁水,铁水温度，,；,T,出钢,出钢温度，,；,铁水比；,R,：碱度。,X,为石灰石替代比，,拟合相关系数,R,2,=0.97,拟合效果良好。关系式中的系数为每个因素对替代比的影响大小，合理的表达了各因素与石灰石替代比的关系。,3.4,工艺因素与替代比关系式,推导,碳元素和锰元素是铁水中的主要放热元素。随着铁水中碳元素和锰元素的增加，铁水化学反应热增加，转炉中的热富余也增加，因此可以加入更多石灰石。根据计算得到，铁水中碳含量每增加,0.1%,，替代比增加,8.1%,；锰含量增加,0.1%,，,替代比增加,5.1%,3.5,工艺因素与替代比,关系,分析,碳含量与锰含量对替代比影响分析,硅含量对替代比影响分析,硅含量 增加,石灰石加入增加，吸热量增加,化学反应热增加,因此硅含量对替代比的影响存在一个临界值，当铁水硅含量低于临界值时，硅含量提高，替代比随之提高；硅含量高于临界值时，硅含量提高，替代比随之降低。,3.5,工艺因素与替代比,关系,分析,硅含量对替代比影响分析,硅增加了铁水化学反应热，同时导致石灰石加入量增加，石灰石吸热增加。根据上式，当热量增量与热量减少量相等时，求出临界硅含量。,计算得到：,在,R=3.5,条件下，临界硅含量为,0.28%,，即当,Si0.28%,时，,Si,与替代比,X,成负相关,。,但是对一般的铁水成分来说，,Si,一般在,0.4%0.8%,之间，,Si,在正常铁水成分范围内与替代比成负相关,.,3.5,工艺因素与替代比,关系,分析,硅元素虽然是铁水放热最强的元素，但是硅元素的增加导致石灰石量增加，,石灰石引起的吸热量要大于硅的放热量，,所以硅含量提高会导致富余热量的减少，石灰石替代比减小。,硅含量在,0.4%0.8%,的范围内，不仅随着硅含量提高，替代比减小，同时硅含量对替代比的影响也逐渐减小。,硅含量对替代比影响分析,3.5,工艺因素与替代比,关系,分析,铁水和出钢温度对替代比影响分析,随着铁水温度的升高，铁水物理热增加，转炉热量富余增加，因此可以增加石灰石加入量，石灰石替代比提高。铁水温度提高,10,，石灰石替代比增加,5.8%,。,随着出钢温度的升高，钢水物理热增加，转炉热量富余减少，因此需要减少石灰石加入量，石灰石替代比降低。钢水温度提高,10,，石灰石替代比降低,7.4%,。,3.5,工艺因素与替代比,关系,分析,铁水比对石灰石替代比的影响,随着铁水比的提高，冷料加入量减少，热量富余增加，可以允许加入更多的石灰石。根据计算，铁水比每增加,1%,，石灰石替代比增加,12.3%,碱度对石灰石替代比的影响,碱度提高,导致,有效氧化钙需求量增加，因此,石灰石,加入,量增加，,转炉热量富余减少，,石灰石替代比减小。,3.5,工艺因素与替代比,关系,分析,4,结论,CONCLUSION,以转炉前期铁水熔清温度在,1100,左右为条件计算,，石灰石从,常温升温至,1100,并分解为,CO,2,和,CaO,，吸热量为,4296kJ/kg,；在设定铁水中硅挥发,15%,的条件下，硅氧化热效应为,24648.5kJ/kg,。,铁水,硅含量对,石灰石,替代,石灰比值,的影响存在一个临界值，当铁水硅含量低于临界值时，硅含量提高，替代比随之提高；硅含量高于临界值时，硅含量提高，替代比随之降低。当铁水比为,94%,、渣碱度,R=3.5,时，石灰石替代比,X,等于,1.002,，可采用全石灰石造渣炼钢,4,结论,在本研究的条件范围内，,C,提高,0.1%,，石灰石替代比可以提高,8.1%,；,Mn,提高,0.1%,，石灰石替代比可以提高,5.1%,；铁水温度提高,1,，替代比提高,0.58%,；铁水比提高,1%,，替代比提高,12.3%,。钢水温度提高,1,，替代比降低,0.74%,；,Si,与石灰石替代比的关系呈曲线降低趋势碱度与石灰石替代比的关系也呈曲线降低趋势,本计算引入变量,X,作为,石灰石,替代,石灰的,比,值，,讨论了,与,物料平衡和热平衡,的关系冶炼条件改变替代比随之改变与各工艺因素的关系如下式所示：,4,结论,致谢感恩,THANKS,FOR ATTENTION,