本发明涉及转炉炼钢技术领域，更具体地说，涉及一种转炉渣用快速溶解石灰制备方法及其使用方法。
背景技术：
石灰是转炉炼钢的主要造渣材料之一，其快速充分溶解对提高炼钢脱磷反应速率起着至关重要的作用。但在实际炼钢过程中，受到各种因素影响，炼钢炉渣中存在部分石灰未充分溶解，从而影响脱磷效率。随着我国钢铁企业不断压缩过剩产能，未来我国将有更多的转炉采用“双渣+留渣”或转炉双联工艺来生产，“双渣+留渣”或转炉双联工艺的关键在于利用低温实现高效脱磷，低温下石灰的快速、充分溶解是该工艺的关键所在，因此，如何在低温下实现石灰的快速、充分溶解既是目前炼钢工作者所关注的问题。
另外，炼钢炉渣作为转炉炼钢的主要副产品之一，其产量约为粗钢产量的10％～15％左右，然而目前我国钢渣综合处理率不超过10％，与国外90％以上综合处理率相去甚远，产生了极大的资源浪费和环境污染问题，造成炼钢炉渣难以综合利用的主要原因在于石灰未溶解充分、渣中自由氧化钙含量高。
造成炼钢炉渣中石灰溶解缓慢的主要原因是石灰溶解过程中会在外围形成一层致密的硅酸二钙层，该层熔点高，并且较为致密，阻碍了熔渣向石灰内部扩散和反应。孟金霞等在《炼钢》期刊上发表了一篇《活性石灰在炼钢初渣中的熔解研究》的研究论文，提出通过降低炉渣碱度和提高渣中feo含量来提高石灰溶解速率。另外，hamano等人研究了通过添加助溶剂caf2、cacl2、b2o3、al2o3等来降低石灰熔点，促进石灰溶解，但是使用助溶剂不仅会增加炼钢成本，同时部分助溶剂会造成环境污染问题。
技术实现要素：
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中低温下转炉渣中石灰溶解缓慢的问题，提供一种转炉渣用快速溶解石灰制备方法及其使用方法；本发明通过将石灰石进行煅烧，控制其煅烧温度以及煅烧时间，使得所生成的石灰含有部分石灰石，从而改变端上产物的物理结构以及化学组成，石灰在使用过程中，位于转渣中的石灰石发生分解，产生气体，气体从石灰内部向外扩散，从而使得石灰快速分解。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种转炉渣用快速溶解石灰制备方法，将石灰石煅烧，其煅烧温度为950℃-1200℃，煅烧时间为0.5h-2.5h。
作为本发明的更进一步改进，煅烧后的石灰石分解产生的co2质量百分比为3％-15％，cao质量百分比≥80％。
作为本发明的更进一步改进，所述石灰石尺寸为2cm-8cm，石灰平均晶粒尺寸≤20μm。
本发明的一种转炉渣用快速溶解石灰的使用方法，采用上述的一种转炉渣用快速溶解石灰制备方法所获得的石灰，将煅烧后的石灰与铁氧化物一起同时加入至转炉渣中。
作为本发明的更进一步改进，所述石灰与铁氧化物加入比例控制为1-3。
作为本发明的更进一步改进，所述转炉渣中feo质量百分比为15％-45％，碱度≤4.5。
作为本发明的更进一步改进，所述铁氧化物为铁矿石、烧结矿或氧化铁矿中的一种或多种，且feo和fe2o3占铁氧化物质量百分比≥80％。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种转炉渣用快速溶解石灰制备方法，在石灰石煅烧的过程中，通过控制煅烧时间以及煅烧温度，获得所需石灰，在整个过程中，控制石灰石进行部分煅烧，即石灰石外围煅烧完全，石灰石内部存在生烧，经过煅烧过后的石灰石加入到炉渣中，在高温的作用下，位于内部中心未煅烧完全的caco3发生分解，产生co2气体，co2气体会沿着孔隙向外移动，会冲破石灰外部包裹的2cao·sio2膜，使得炉渣进入至石灰的内部，从而促进石灰快速溶解；
(2)本发明的一种转炉渣用快速溶解石灰制备方法，通过控制煅烧程度，即控制石灰中co2的含量，使得石灰在使用过程中，在保证能够将包裹在石灰外部的2cao·sio2膜打破的基础上，尽可能的降低分解产生的co2含量，从而降低co2对转炉炼钢过程产生的影响；
(3)本发明的一种转炉渣用快速溶解石灰制备方法，为了进一步的保证后续石灰在使用时溶解速率快，对石灰的尺寸以及平均晶粒大小进行限定，石灰加入至炉渣后，由于晶粒大小较为均匀，其传热较为统一，在高温炉渣的作用下，其能够更好的将热量传至石灰的内部，从而有利于caco3的分解；同时，石灰整体晶粒度较小，能够加快石灰整体的溶解速率。
(4)本发明的一种转炉渣用快速溶解石灰的使用方法，经过煅烧的石灰在使用过程中，控制石灰与铁氧化物的加入含量，通过控制铁氧化物与石灰的加入比例，二者混合后生成低熔点物质，能够减少石灰表面形成高熔点物质，即在一定程度上减少所形成2cao·sio2膜的厚度，便于后续caco3分解产生co2气体将2cao·sio2膜打破，从而能够加速石灰的溶解；
(5)本发明的一种转炉渣用快速溶解石灰的使用方法，通过对炉渣中feo的含量以及碱度进行限定，一方面便于形成低熔点物质，有利于石灰的快速溶解；另一方面，避免feo总体含量过高而消耗转炉的热量，同时，避免转炉喷吹时发生喷溅。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例的一种转炉渣用快速溶解石灰制备方法，为了获取该石灰，其实验制备条件在200kg感应炉上进行，其过程为：首先筛选尺寸为6cm的石灰石，使其在马弗炉内煅烧，物料放入马弗炉后，以6-10℃/min的升温速率进行进行加热，马弗炉温度达到950℃后，控制其煅烧温度为950℃，并控制煅烧时间为2.5h，值得说明的是，在整个煅烧的过程中，在氩气这一氛围下进行保护，该氩气除了保护外，其重要作用是可以将产生的co2的气体排出，从而使得煅烧过程中co2分压始终较低，有利于石灰石的分解。当煅烧时间达到要求后，使其冷却后进行密封备用，即获得所需石灰，并对所制备的石灰进行取样，进行检测，其石灰的具体参数见表1。
表1石灰的主要参数
本实施例的一种转炉渣用快速溶解石灰的使用方法，首先，取工业生铁100kg和转炉脱碳渣10kg于硅钼棒加热至1400℃使炉渣充分熔化，并保温30min。其转炉渣相关参数见表2。
经过保温之后，将本实施例中所制备的石灰以及铁氧化物混合同时加入至渣中，之后通过氧枪向感应炉内吹入氧气，控制氧气流量为120m3/(t·h)，且氧枪的枪位为液面上5cm，其实验过程控制参数见表2。
在加入过程中其铁氧化物为铁矿石、烧结矿或氧化铁矿中的一种或多种。优选的，本实施例中的铁氧化物为铁矿石，其中feo和fe2o3占铁氧化物质量百分比82％。
为了便于比较，增加一对比例，在相同实验条件下，将煅烧完全的石灰加入至渣中，其煅烧完全的石灰具体参数见表1，过程控制参数见表2。
表2实验过程控制参数
在实验进行三分钟后，每隔1分钟取渣样分析炉渣中cao含量，当渣中cao含量含量不再变化时的时间为石灰最终溶解时间，取其平均值计算石灰平均溶解速率，并检查此时炉渣中自由cao含量。
对于实施例1以及对比例的检测结果见表3。
表3实验主要结果
结合表3，可以看出，本实施例1与对比例相比，其优势可以看出石灰的溶解速率与脱磷率得到显著提高、渣中自由cao含量显著降低，其中脱磷率从60.00％提高到87.14％，提高了27.14％，石灰溶解速率提高了1.8倍，渣中自由cao含量从8％下降到1％。
实施例2
本实施例的一种转炉渣用快速溶解石灰制备方法，基本同实施例1，其不同之处在于，其过程为：首先筛选尺寸为4cm的石灰石，使其在马弗炉内煅烧，在氩气的保护氛围下，控制其煅烧温度为1000℃，并控制煅烧时间为2h，之后使其冷却并进行密封备用，从而获得所需石灰。
对所制备的石灰进行取样检测，其石灰的具体参数见表1。
本实施例的一种转炉渣用快速溶解石灰的使用方法，首先，取工业生铁100kg和转炉脱碳渣10kg于硅钼棒加热至1400℃使炉渣充分熔化，并保温30min。其转炉渣相关参数见表2。保温30min后将本实施例所制备的石灰和铁氧化物混合同时加入渣中，之后通过氧枪向感应炉内吹入氧气，控制氧气流量为120m3/(t·h)，且氧枪的枪位为液面上5cm，其实验过程控制参数见表2。
本实施例中所加入的铁氧化物为氧化铁皮，其中feo和fe2o3占铁氧化物质量百分比88％。
对加入石灰后的炉渣成分进行取样检测，其结果见表3。
依据表3，本实施例与对比例相比，其优势体现在石灰溶解速率与脱磷率得到显著提高、渣中自由cao含量显著降低，其中脱磷率从60.00％提高到80.77％，提高了20.77％，石灰溶解速率提高了2.27倍，渣中自由cao含量从8％下降到1.5％。
实施例3
本实施例的一种转炉渣用快速溶解石灰制备方法，基本同实施例1，其不同之处在于，其过程为：首先筛选尺寸为7cm的石灰石，使其在马弗炉内煅烧，在氩气的保护氛围下，控制其煅烧温度为1100℃，并控制煅烧时间为1.8h，之后使其冷却并进行密封备用，从而获得所需石灰。
对所制备的石灰进行取样检测，其石灰的具体参数见表1。
本实施例的一种转炉渣用快速溶解石灰的使用方法，首先，取工业生铁100kg和转炉脱碳渣10kg于硅钼棒加热至1400℃使炉渣充分熔化，并保温30min。其转炉渣相关参数见表2。保温30min后将本实施例所制备的石灰和铁氧化物混合同时加入渣中，之后通过氧枪向感应炉内吹入氧气，控制氧气流量为120m3/(t·h)，且氧枪的枪位为液面上5cm，其实验过程控制参数见表2。
本实施例中所加入的铁氧化物为烧结矿，其中feo和fe203占铁氧化物质量百分比83％。
对加入石灰后的炉渣成分进行取样检测，其结果见表3。
依据表3，本实施例与对比例相比，其优势体现在石灰溶解速率与脱磷率得到显著提高、渣中自由cao含量显著降低，其中脱磷率从60.00％提高到87.69％，提高了27.69％，石灰溶解速率提高了1.5倍，渣中自由cao含量从8％下降到1.8％。
实施例4
本实施例的一种转炉渣用快速溶解石灰制备方法，基本同实施例1，其不同之处在于，其过程为：首先筛选尺寸为7cm的石灰石，使其在马弗炉内煅烧，在氩气的保护氛围下，控制其煅烧温度为1100℃，并控制煅烧时间为1.8h，之后使其冷却并进行密封备用，从而获得所需石灰。
对所制备的石灰进行取样检测，其石灰的具体参数见表1。
本实施例的一种转炉渣用快速溶解石灰的使用方法，首先，取工业生铁100kg和转炉脱碳渣10kg于硅钼棒加热至1400℃使炉渣充分熔化，并保温30min。其转炉渣相关参数见表2。保温30min后将本实施例所制备的石灰和铁氧化物混合同时加入渣中，之后通过氧枪向感应炉内吹入氧气，控制氧气流量为120m3/(t·h)，且氧枪的枪位为液面上5cm，其实验过程控制参数见表2。
本实施例中所加入的铁氧化物为烧结矿，其中feo和fe2o3占铁氧化物质量百分比85％。
对加入石灰后的炉渣成分进行取样检测，其结果见表3。
根据表3，本实施例与对比例相比，其优势体现在石灰溶解速率与脱磷速率得到显著提高、渣中自由cao含量显著降低，其中脱磷率从60.00％提高到77.50％，提高了17.50％，石灰溶解速率提高了1.5倍，渣中自由cao含量从8％下降到2.0％。
综上所述，结合表1、表2和表3，首先，对比实施例1至实施例4的相关数据可以看出，以煅烧后石灰的平均晶粒尺寸这一影响因素而言，随着平均晶粒尺寸的增大，石灰在使用过程中，石灰的平均溶解速率呈逐渐减小的趋势；此外，就co2含量而言，总体上石灰的平均溶解速率随着co2含量的减小而减小的趋势，但是，就实施例1、实施例2以及实施例3的相关数据而言，可以看出，当co2含量最高时，其石灰的平均溶解速率并不是最高，反而实施例2中的石灰的平均溶解速率最高，其原因在于实施例2中的平均晶粒尺寸最小，同时石灰石的尺寸也相对较小；同样的，对于实施例3与实施例4的相关数据而言，可以看出，二者的石灰的平均溶解速率相同，但是二者的石灰的平均晶粒尺寸不同，理论上是在实施例3的相关条件下，其石灰的平均溶解速率高于在实施例4相关条件下石灰的平均溶解速率，但是，除了这一影响因素外，其石灰石的尺寸、co2含量都不相同，因而可以得出石灰的平均溶解速率与平均晶粒尺寸、co2含量、石灰石的尺寸息息相关。
值得说明的是，现有技术的石灰在加入过程中，其溶解过程为：完全煅烧后的石灰加入至炉渣中，炉渣将石灰进行溶解，但是在溶解的过程中，在高温的作用下，cao与sio2反应生成高熔点相—2cao·sio2，2cao·sio2会包裹在正在溶解的石灰的表面，形成一层2cao·sio2膜，从而阻碍石灰的进一步溶解，导致现有的石灰溶解速率慢，石灰溶解不完全的问题，为了解决这一问题，现有基本上是采用caf2等助溶剂进行助溶，但是助溶剂容易对环境造成一定的污染。
而本申请无需加入另外的助溶剂进行助溶，通过对石灰本身的物理结构以及化学组成进行改变，使得石灰能够在快速溶解，本实施例经过煅烧后的石灰与铁氧化物混合同时加入至炉渣中后，在石灰表面形成2cao·sio2膜的过程中，石灰与铁氧化物在高温的作用下生成低熔点物质—2cao·fe2o3，能够减少生成2cao·sio2的含量，即降低2cao·sio2膜的厚度，从而有利于后续石灰的快速溶解；在高温的作用下，热量经过晶粒间的热传导作用下，石灰颗粒整体温度较为均匀，热量传递至石灰的中心时，caco3发生逐渐发生分解，不断产生co2气体，co2气体会沿着孔隙向外移动，从而将包裹在石灰外部2cao·sio2膜打破，炉渣继续进入至石灰内部，从而实现石灰的充分快速溶解。
在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。