本发明涉及转炉炼钢领域，具体涉及一种转炉中用方解石替代石灰的造渣方法。
背景技术：
钢铁工业是国家基础工业，钢铁工业原材料主要是不可再生性的矿石。炼钢的主要原料为铁水，铁水中含有很多杂质元素，如硫、磷等，为了去除这些有害杂质，需要在炼钢过程中加入石灰进行造渣。
石灰是由碳酸钙矿物煅烧而成的产品，生产中需要对碳酸钙矿物进行加热到1200℃以上，碳酸钙才会分解成石灰和二氧化碳。生产石灰的过程中会吸收大量的热量，并且石灰烧成后要降温到合适的温度才能运输到炼钢厂，整个过程浪费了大量的热量，并且生成的二氧化碳排放到空气中会引起温室效应，生成的粉尘会污染环境。
技术实现要素：
有鉴于此，本申请提供一种转炉中用方解石替代石灰造渣炼钢的方法。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种转炉中用方解石替代石灰造渣炼钢的方法，包括以下步骤：
a)选取合适的方解石用于替代部分石灰，所述方解石与未被替代的石灰形成造渣料；
b)计算所述造渣料的用量；
c)计算转炉内热平衡，调整铁水及废钢装入量；
d)分批次加入所述造渣料并调整转炉内供氧量；
e)冶炼终点测温、取样、准备出钢。
优选的，所述步骤a)中合适的方解石为理论化学组成为氧化钙的质量分数为51～55％，二氧化碳的质量分数为43～48％，二氧化硅的质量分数为1.0～2.0％的方解石，所述方解石的粒度为10～50mm。
优选的，所述步骤b)中计算所述造渣料的用量为：以炉渣碱度不变为依据，计算所述方解石与被替代的石灰的比例，计算冶炼每炉钢需要的方解石和未被替代的石灰的质量。
优选的，所述方解石与被替代的石灰的质量比例为(1.6～1.8):1。
优选的，所述方解石与被替代的石灰的质量比例为1.7:1。
优选的，所述步骤c)中计算炉内热平衡为按所述造渣料中方解石和未被替代的石灰的吸热值，调整转炉铁水和废钢装入量。
方解石中主要成分为碳酸钙，碳酸钙在高温下可以分解成石灰和二氧化碳气体，该反应进行过程中需要吸收大量的热量，根据转炉热平衡计算测得各原辅料冷却效益比例：石灰∶方解石∶废钢＝1∶3∶1.1，按此比例进行折算，调整废钢加入量。
优选的，所述步骤的d)中分批次加入造渣料并调整供氧量为先向转炉中按照(13～19)kg方解石/t钢加入方解石，下氧枪点火成功30秒后，加入第一批造渣料，待前期渣化完成后，加入第二批造渣料，根据炉渣状态调整供氧量。
优选的，所述步骤的d)中分批次加入造渣料为所述第一批造渣料为余下方解石总质量的2/3和未被替代的石灰总质量的2/3，所述第二批造渣料为余下方解石总质量的1/3和未被替代的石灰总质量的1/3。
更优选的，所述步骤的d)中分批次加入造渣料并调整供氧量为所述第二批渣料根据炉内升温情况及炉渣状态分批次加入，每批次加入量不超过500kg，所述第二批渣料在开吹点火后6～10分钟内加完。
由于方解石受热后会分解产生大量的二氧化碳气体，如果一次加入过多的造渣料，初始渣料未熔化完全，二氧化碳无法及时排除，可能引起泡沫渣的喷溅，即而影响冶炼稳定性。因此，造渣料要根据炉内造渣状态分批次加入。
优选的，所述步骤d)中的调整供氧量为开吹点火成功后，枪位控制在80～100cm，氧压控制在0.93～0.95MPa，供氧强度为250～260m3/h·t；起渣前，要根据炉口情况，提高枪位，快速减氧，枪位控制在100～120cm，氧压控制在0.8～0.85MPa，供氧强度为210～220m3/h·t；
更优选的，如果造渣过程中出现炉渣返干现象，提高枪位，降低氧压，适当延长冶炼时间，减少炉渣返干时间，确保渣化完全。
优选的，所述步骤d)中的调整供氧量为：在倒炉前压枪时间≥70秒。压枪枪位控制在80～85cm，氧压控制在0.93～0.95Mpa，供氧强度为250～260m3/h·t。
本发明提供了一种转炉中用方解石代替石灰造渣炼钢的方法，该方法与现有技术相比具有以下几点优点：
(1)、本发明中方解石比石灰石的矿石在自然界中来源更广泛，并且部分方解晶粒发育不完全，不能用于烧制石灰，限制了方解石的使用范围，因此，本发明把方解石直接用于转炉炼钢，扩大了生产原料的来源，提高了不可再生资源的利用率，实际采购中方解石的采购成本也低于石灰石，有利于降低炼钢成本。
(2)、方解石在转炉内铁水表面分解温度在900℃左右，而在石灰窑中煅烧分解成石灰需要温度在1000℃以上；方解石在转炉高温环境下可以在5分钟内分解完全，因此把方解石直接用于转炉造渣比其在石灰窑中煅烧分解后再将石灰用于转炉造渣节约了能源。
(3)、方解石在转炉中发生如下反应：CaCO3(s)＝CaO(s)+CO2(g)，方解石分解生成石灰和二氧化碳，石灰一层层地生成，一层层地反应溶入炉渣，煅烧反应层的移动方向与化渣反应层的移动方向一致，生成的CaO微粒活性高，易成渣，实现了方解石中有效成分CaO的高效利用。
(4)方解石分解后生成的氧化钙和二氧化碳会在转炉中发生如下几种反应：
(CaO)+[S]＝(CaS)+[O] (1)
2[P]+5(FeO)+4(CaO)＝4CaO·P2O5+5Fe (2)
CO2+C＝2CO(g) (3)
CO2+1/2[Si]→CO+1/2SiO2(s) (4)
CO2+[Mn]→CO+MnO(s) (5)
CO2+Fe(l)→CO+FeO(s) (6)
CO2+2/5[P]→CO+1/5P2O5(l) (7)
以上几种反应可以脱去钢水中的硫、磷、锰等杂质，同时可以去除多余的碳使钢中的碳含量达到标准，同时这些反应也说明方解石可以达到冶金石灰用于转炉造渣相同的目的。利用方解石脱碳原理，将石灰窑煅烧石灰过程中排入大气，产生温室效应的CO2气体，通过转炉内化学反应转化为CO气体。CO是转炉煤气的主要成分，通过转炉煤气回收再利用，达到节能减排目标。同时反应过程中产生的CO气体在钢液中聚集、长大、上浮有利于去除钢液中夹杂物。
综上所述，本发明可以实现矿产资源的高效利用，同时降低生产成本，促进炼钢工业走资源节约型绿色发展道路。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供了一种转炉中用方解石替代石灰造渣炼钢的方法，包括以下步骤：
a)选取合适的方解石用于替代部分石灰，所述方解石与未被替代的石灰形成造渣料；
b)计算所述造渣料的用量；
c)计算转炉内热平衡，调整铁水及废钢装入量；
d)分批次加入所述造渣料并调整转炉内供氧量；
e)冶炼终点测温、取样、准备出钢。
其中，步骤a)中选用的方解石的理论化学组成为氧化钙的质量分数为51～55％，二氧化碳的质量分数为43～48％，二氧化硅的质量分数为1.0～2.0％，所述方解石的粒度为10～50mm。
在本发明中，为了使炉渣碱度不变，需要计算所述造渣料中方解石与被替代的石灰的比例，计算冶炼每炉钢需要的方解石和石灰的质量。
按照本发明，所述方解石与被替代的石灰的质量比例为(1.6～1.8):1。
在本发明的一些实施例中，所述方解石与被替代的石灰的质量比为1.7:1，即每千克石灰需要用1.7千克的方解石替代。
由于方解石分解需要吸收大量的热量，因此要保持炉内的热平衡需要调整转炉铁水和废钢的装入量。
按照本发明，所述步骤d)中分批次加入造渣料并调整供氧量为先向转炉中按照(13～19)kg方解石/钢加入方解石，下氧枪点火成功30秒后，加入第一批造渣料，第一批渣料为造渣料中余下方解石质量的2/3和未被替代的石灰的总质量的2/3，待前期渣化完成后，加入第二批造渣料，所述第二批造渣料为余下方解石质量的1/3和未被替代的石灰的总质量的1/3，加入造渣料的过程中要根据炉渣状态调整供氧量。
更优选的，所述步骤d)中分批次加入造渣料并调整供氧量为所述第二批渣料根据炉内升温情况及炉渣状态分批次加入，每批次加入量不超过500kg，所述第二批渣料在开吹点火后6～8分钟内加完。
由于方解石受热后会分解产生大量的二氧化碳气体，如果一次加入过多的造渣料，初始渣料未熔化完全，二氧化碳无法及时排除，可能引起泡沫渣的喷溅，即而影响冶炼稳定性。因此，造渣料要根据炉内造渣状态分批次加入。
在本发明的所述步骤d)中，开吹点火成功后，枪位控制在80～100cm的高度，氧压控制在0.93～0.95MPa，供氧强度为250～260m3/h·t；起渣前，要根据炉口情况，提高枪位，快速减氧，枪位控制在100～120cm，氧压控制在0.8～0.85MPa，供氧强度为210～220m3/h·t；在倒炉前压枪时间≥70秒，压枪枪位控制在80～85cm，氧压控制在0.93～0.95Mpa，供氧强度为250～260m3/h·t。
以下为本发明具体实施例，详细阐述本发明技术方案。
实施例1
1、实验在80t转炉里进行，购买方解石，方解石的理论化学组成为氧化钙的质量分数为51.82％，二氧化碳的质量分数为39.14％，二氧化硅的质量分数为1.57％，方解石的粒度为10～50mm。
2、计算造渣用料：79t铁水，一共需要3497kg石灰，每千克石灰可以用1.7kg方解石替代，共需要1232kg方解石，2772kg石灰。
3、计算转炉铁水和废钢的转入量：铁水79t，废钢4t。
4、转炉溅渣后加入1.0t方解石垫底，下氧枪点火成功30秒后，前期根据升温情况分批次加入余下的2/3的方解石和2/3的石灰，每批方解石加入232kg，石灰加入500kg，待前期渣化好后，第二批加入剩余的石灰和石灰石，第二批渣料根据炉内升温情况及炉渣状态分批次加入，每批方解石加入0kg，石灰加入500kg，第二批渣料在开吹后8分钟内加完。
5、开吹点火成功后，枪位控制在87cm的高度，氧压控制在0.93MPa，供氧强度为253m3/h·t；起渣前，要根据炉口情况，提高枪位，快速减氧，枪位控制在105m，氧压控制在0.85MPa，供氧强度为232m3/h·t；加入所述第二批造渣料后，在倒炉前压枪时间为80秒。
6、倒炉取样测温，成份合格，温度为1660℃，出钢。
实施例2
1、实验在80t转炉里进行，购买方解石，方解石的理论化学组成为氧化钙的质量分数为51.82％，二氧化碳的质量分数为39.14％，二氧化硅的质量分数为1.57％，方解石的粒度为10～50mm。
2、计算造渣用料：79t铁水，一共需要3478kg石灰，每千克石灰可以用1.7kg方解石替代，共需要1463kg方解石，2618kg石灰。
3、计算转炉铁水和废钢的转入量：铁水79t，废钢3t。
4、转炉溅渣后加入1.0t方解石垫底，下氧枪点火成功30秒后，前期根据升温情况分批次加入余下的2/3的方解石和2/3的石灰，每批方解石加入200kg，石灰加入500kg，待前期渣化好后，第二批加入剩余的石灰和石灰石，第二批渣料根据炉内升温情况及炉渣状态分批次加入，每批方解石加入0kg，石灰加入500kg，第二批渣料在开吹后8分钟内加完。
5、开吹点火成功后，枪位控制在92cm的高度，氧压控制在0.93MPa，供氧强度为252m3/h·t；起渣前，要根据炉口情况，提高枪位，快速减氧，枪位控制在105cm，氧压控制在0.85MPa，供氧强度为225m3/h·t；加入所述第二批造渣料后，在倒炉前压枪时间为75秒。
6、倒炉取样测温，成份合格，温度为1654℃，出钢。
实施例3
1、实验在80t转炉里进行，购买方解石，方解石的理论化学组成为氧化钙的质量分数为51.82％，二氧化碳的质量分数为39.14％，二氧化硅的质量分数为1.57％，方解石的粒度为10～50mm。
2、计算造渣用料：81t铁水，一共需要3575kg石灰，每千克石灰可以用1.7kg方解石替代，共需要1963kg方解石，2420kg石灰。
3、计算转炉铁水和废钢的转入量：铁水81t，废钢1.2t。
4、转炉溅渣后加入1.3t方解石垫底，下氧枪点火成功30秒后，前期根据升温情况分批次加入余下的2/3的方解石和2/3的石灰，每批方解石加入200kg，石灰加入500kg，待前期渣化好后，第二批加入剩余的石灰和石灰石，第二批渣料根据炉内升温情况及炉渣状态分批次加入，每批方解石加入200kg，石灰加入500kg，第二批渣料在开吹后8分钟内加完。
5、开吹点火成功后，枪位控制在82cm的高度，氧压控制在0.95MPa，供氧强度为256m3/h·t；起渣前，要根据炉口情况，提高枪位，快速减氧，枪位控制在110cm，氧压控制在0.83MPa，供氧强度为229m3/h·t；加入所述第二批造渣料后,在倒炉前压枪时间为80秒。
6、倒炉取样测温，成份合格，温度为1670℃，出钢。
对照例1
按照此方法，要达到与实施例1～3相同的冶炼结果，把其中的方解石换成石灰，石灰由石灰石煅烧制得，煅烧石灰石的过程中每得到1kg石灰需要消耗约5000KJ能量，产生0.5Nm3CO2气体，这些气体以及煅烧过程中的有害产物直接排放进入大气，对环境造成污染。
对照例2
方解石和石灰石主要成分均为CaCO3，但是方解石和石灰石所含的有效成分CaCO3含量不同，直接用于转炉炼钢造渣对石灰的替代比例上有差异。本专利中方解石比石灰石的矿石在自然界中来源更广泛，本发明把方解石直接用于转炉炼钢，扩大了生产原料的来源，提高了不可再生资源的利用率，实际采购中方解石的采购成本也低于石灰石，有利于降低炼钢成本。
转炉内煅烧石灰比用石灰窑煅烧石灰节能2000KJ/kg石灰，具有明显的节能效果。以上实施例说明方解石可以达到冶金石灰用于转炉造渣相同的目的。并且利用方解石脱碳原理，将石灰窑煅烧石灰过程中排入大气，产生温室效应的CO2气体，通过转炉内化学反应转化为CO气体。CO是转炉煤气的主要成分，通过转炉煤气回收再利用，达到节能减排目标。同时反应过程中产生的CO气体在钢液中聚集、长大、上浮有利于去除钢液中夹杂物。因此本发明不仅比现有技术节约了能源，减少了环境污染，同时降低了生产成本。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。