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科技文献检索作业
碱度﹑MgO﹑Al2O3含量对高炉渣冶金性能影响的研究
摘要:
近2年提高进口矿配比后,Al2O3含量升高对炉渣流动性带来的不利影响,对高炉的炉渣性能进行了试验研究。
并结合国内同行业的生产实践经验,从理论上分析了炉渣中Al2O3及MgO的适宜含量范围,着重论述了所处冀东矿区条件下降低Al2O3的主要途径及适应高Al2O3炉渣的具体措施。
在实验室条件下研究了w(MgO)对高炉高铝渣高温性能的影响,利用旋转法测定炉渣的黏度,利用变形法测定炉渣的熔点。
研究结果表明:
当高炉渣中w(Al2O3)>17%时,w(MgO)应控制在12%,二元炉渣碱度控制在1.05,这样的高炉渣具有较低的熔点和较好的流动性,同时也有较强的脱硫能力;w(MgO)对高炉高铝渣的熔点影响不大,对高炉高铝渣高温性能的影响主要体现在对黏度的影响。
关键词:
高炉炉渣碱度黏度流动性能熔点
Blastfurnaceslagbasicity,MgOstyle,Al2O3contentontheresearchontheeffectsofmetallurgicalproperties
QinXueli
(CollageofMetallurgyandEnergy,HebeiUnitedUniversity,Tangshan063009China)
Abstrat:
Afternearlytwoyearstoimproveratioofimportedore,Al2O3contentincreasesthenegativeinfluenceofslagfluidity,performanceofblastfurnaceslagwerestudied.Andcombinedwiththedomesticindustryproductionpracticeexperience,theslagareanalyzedtheoreticallyinthesuitablecontentofAl2O3andMgOstylerange,areemphaticallydiscussedtheminingareaundertheconditionofthemainwaystoreducetheAl2O3andadapttothehighAl2O3slagconcretemeasures.Underlaboratoryconditionsw(MgOstyle)wasstudiedonthepropertiesofhighaluminumslagblastfurnacetemperature,rotationmethodhasbeenappliedtothedeterminationoftheslagviscosityanddeformationmethodisusedtodeterminethemeltingpointofslag.Theresultsshowthatwhenwinblastfurnaceslag(Al2O3)>17%,w(MgOstyle)shouldbecontrolledin12%,controlthebinaryslagbasicity1.05,theblastfurnaceslaghaslowmeltingpointandgoodliquidity,alsohavestrongabilityofdesulfurization;W(MgOstyle)onthemeltingpointofaluminumslagofblastfurnace,effectonthepropertiesofhightemperaturealuminumslagofblastfurnaceismainlyreflectedinitsinfluenceonviscosity.
Afternearlytwoyearstoimproveratioofimportedore,Al2O3contentincreasesthenegativeinfluenceofslagfluidity,performanceofblastfurnaceslagwerestudied.Andcombinedwiththedomesticindustryproductionpracticeexperience,theslagareanalyzedtheoreticallyinthesuitablecontentofAl2O3andMgOstylerange,areemphaticallydiscussedtheminingareaundertheconditionofthemainwaystoreducetheAl2O3andadapttothehighAl2O3slagconcretemeasures.Underlaboratoryconditionsw(MgOstyle)wasstudiedonthepropertiesofhighaluminumslagblastfurnacetemperature,rotationmethodhasbeenappliedtothedeterminationoftheslagviscosityanddeformationmethodisusedtodeterminethemeltingpointofslag.Theresultsshowthatwhenwinblastfurnaceslag(Al2O3)>17%,w(MgOstyle)shouldbecontrolledin12%,controlthebinaryslagbasicity1.05,theblastfurnaceslaghaslowmeltingpointandgoodliquidity,alsohavestrongabilityofdesulfurization;W(MgOstyle)onthemeltingpointofaluminumslagofblastfurnace,effectonthepropertiesofhightemperaturealuminumslagofblastfurnaceismainlyreflectedinitsinfluenceonviscosity.
Thekeyword:
blastfurnaceslagbasicityviscosityfluiditymeltingpoint
1.引言:
随着我国钢铁市场的迅速发展,唐山周边地区钢铁生产能力急剧膨胀,除首钢迁安、唐钢外,唐山地区各民营钢铁厂炼铁能力就已达到2000万t/年,而目前冀东地区精粉资源仅为1300万t/年,已远远不能满足炼铁能力的需要。
因此,唐钢开始大量依靠进口矿,2000年烧结中进口矿粉配比8%,目前已提高到50%,并且随着地方精粉资源的紧缺,进口精粉的配比将进一步增加。
由于进口矿特别是澳矿粉Al2O3含量高,大量配加后造成炉渣中Al2O3升高,超过15%后炉渣粘度升高,流动性变差,将会直接影响高炉顺行。
本文就唐钢处于冀东矿区这种特定条件下,通过实验室研究及生产实践,进行高Al2O3炉渣冶金性能的研究,寻找合理的炉渣成分及控制区间,根据冀东地区资源现状寻求降低Al2O3途径及提高炉渣流动性的解决办法。
2.测定结果:
高炉炉渣中Al2O3来源有2个:
燃料(焦炭和煤粉)和矿石。
随着自产矿粉严重不足,国内钢铁企业越来越依赖于进口铁矿石,目前国内进口的矿粉主要是澳矿与印矿,这2种矿粉中w(Al2O3)普遍偏高,澳矿w(Al2O3)为2.16%,印矿w(Al2O3)为2.48%。
另外,随着精料技术的进步,渣量显著降低,而喷煤量的增加致使渣中w(Al2O3)又有增高的趋势。
高Al2O3炉渣流动性差,容易堵塞炉缸,不宜从炉缸中流出,使炉缸壁结厚,缩小炉缸的体积,造成高炉操作上的困难。
严重时还会引起风口和渣口的大量烧坏,w(Al2O3)在16.5%以下时,随着w(Al2O3)上升,黏度上升较缓慢;当w(Al2O3)大于16.5%时,随着w(Al2O3)进一步上升,黏度上升加快;尤其是在w(Al2O3)\17%时,炉渣的黏度会随着温度的降低增加较快,同时熔化性温度有大幅度升高趋势,炉渣的稳定性会明显变差。
适当提高炉渣中w(MgO)能够降低炉渣的黏度,改善炉渣的流动性,同时能提高炉渣的脱硫能力。
当高炉炉渣中w(Al2O3)高时,MgO的作用显得格外重要。
一般渣中w(Al2O3)大于15%时,将w(MgO)提至11%左右,炉渣的物理和化学性能会得到改善。
某厂高炉渣中w(Al2O3)大部分在17%~18%之间,个别在19%以上。
为保证炉渣有良好的流动性,该厂要求炉渣中w(MgO)在13%左右。
就该厂的炉料结构而言,如果要保证炉渣中w(MgO)在13%左右,则入炉的烧结矿中w(MgO)必须在4%以上。
在进行高硅烧结时,混合料中适当增加MgO可以减少成品烧结矿中玻璃质的生成,有利于改善烧结矿的高温还原性并提高其软熔温度,但近年来在降低烧结矿中w(SiO2),提高烧结矿铁品位后(低硅烧结:
w(SiO2)<5.0%,w(TFe)>57.0%,二元碱度在2.0左右),发现由于烧结矿中w(SiO2)的降低,致使烧结液相不够充分,烧结矿强度有所下降,当w(SiO2)<4.5%时(二元碱度在2.0左右),烧结矿强度下降更为明显。
苏钢采用增加烧结矿中w(MgO)的办法,将烧结矿中w(MgO)从2.5%增加至3.5%,但发现烧结矿强度并未有提高,反而随着w(MgO)的增加,烧结矿的强度有进一步下降的趋势。
所以当烧结矿中w(MgO)在4%以上时,一方面会导致烧结矿品位和烧结矿强度的降低;另一方面该厂的烧结车间已确认烧结过程中配入白云石(MgCO3)过多将导致烧结生产的成品率降低。
为了探索适当降低烧结矿中w(MgO),又保证高炉炉渣具有良好流动性及脱硫能力的可能性,本文在实验室条件下研究了w(MgO)对高炉的高氧化铝渣的黏度、熔点的影响,以及炉渣黏度与炉渣中w(Al2O3)、w(MgO)之间的相应关系,从而为现场生产提供了理论基础。
高炉炉渣黏度与温度的关系在硅钼棒高温炉中采用旋转柱体法来测定,全部测定过程由计算机控制并打印出结果与图形,另外采用试样变形法来测定熔点。
研究用的炉渣是根据鄂钢现场高炉渣成分所处的范围及研究的需要,在实验室里用化学药品配制而成。
炉渣成分中w(Al2O3)按3个水平、w(MgO)按4个水平进行交叉,安排了8组试验。
对现场取回的高炉渣也进行了试验测定,以便进行对照和比较。
炉渣成分见
表1。
测定结果:
在相同的试验条件下,对上述9个试验渣样
的黏度进行了测定,结果见表2和图1至图4。
溶点测定的实验结果见表3。
3结果分析
该厂炉渣有如下几个特点:
1)w(Al2O3)偏高炉渣性能的影响取决于炉渣中w(Al2O3)和
w(MgO),因此这时应该用四元碱度来比较更为
合适。
在我们的自配渣样中当二元碱度一定(R
=1.05),而四元碱度(w(CaO+MgO)/w(SiO2+
Al2O3))小于0.92的炉渣(除个别的外)均表现出
长渣的性能,从炉渣的热稳定性来看这类渣要优
于短渣,从炉渣测定的温度-黏度(T-G)曲线图可
看出,在二元碱度一定时,当炉渣中w(Al2O3)较
高时,随着炉渣中w(MgO)的增加,在相同温度
下,炉渣黏度确实在降低。
当w(Al2O3)为19%
时,w(MgO)由10%增加至12%时,1350e下
的黏度由1.98Pa#s降低到1.33Pa#s,1450e下
的黏度由0.67Pa#s降低到0.50Pa#s。
而当炉渣
中w(Al2O3)为17%时,随w(MgO)的增加,
w(MgO)由6%增加到10%时,1350e下的黏
度由1.77Pa#s降低到1.40Pa#s,1450e下的黏
度由0.65Pa#s降低到0.30Pa#s。
炉渣中w(Al2O3)和w(MgO)有1个合适的
比例搭配,当炉渣中w(Al2O3)较高(大于17%
时),随炉渣中w(MgO)的增加,在相同温度下黏
度有降低的趋势,当渣中w(Al2O3)分别为18%
和19%时,w(MgO)要达到12%,在1450e时
渣才具有较好的流动性(黏度为0.5Pa#s左右);
从熔化性温度来看,相同的w(Al2O3)在不同的
w(MgO)时也有1个合适值(见表3),当渣中
w(Al2O3)分别为18%和19%时,w(MgO)为
12%,这2种渣的熔点也较低,分别为1321e和
1327e。
综合考虑炉渣热稳定性合适的熔化性
温度及黏度随温度变化的规律,提出该厂在现有
原料条件下且炉渣二元碱度为1.05左右时的炉渣
最佳条件,w(Al2O3)和w(MgO)的搭配是:
w(Al2O3)达到18%以上时,w(MgO)应该为
12%;w(Al2O3)为17%时,w(MgO)应该为
10%左右;总之在炉渣中w(Al2O3)不超过19%
的条件下,w(MgO)最好不超过12%。
由表2中的黏度数据可知,自配渣5号与现
场渣9号相比,二者的w(Al2O3)均为18%左右,
四元碱度也相近,1400~1450e下的黏度也接
近,尤其是在1450e以上的温度下,都有较好的
流动性。
熔点(熔化性温度)也基本相同,分别为
1327e和1325e,这足以证明9号现场渣中的
w(MgO)完全可以降1%左右,即w(MgO)可以
从13%以上降低到12%左右。
1个好的造渣制度必须满足炉渣流动性好、
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6
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钢铁研究
第39卷
脱硫能力强和炉温稳定三方面的要求。
要降低炉
渣中w(MgO),对该厂来说,可以通过降低烧结
矿中的w(MgO)着手,目前该厂烧结矿中
w(MgO)一般在4%~4.5%,如能降低1%~
1.5%,即烧结矿中的w(MgO)为3%左右,则不
但可使炉渣中w(MgO)降低,而且可使烧结矿的
品位有所提高。
品位的提高又为高炉炉渣量的降
低创造了条件,对提高高炉顺行十分有利。
渣中
w(Al2O3)增加时,也不一定要用提高渣中的
w(MgO)来降低炉渣的熔点(熔化性温度),实验
中测定的结果(表3)也说明了这一问题。
由表3
可见,w(Al2O3)由17%增加到19%对炉渣熔化
性温度的影响,并非随w(MgO)的增加而直线降
低,如w(Al2O3)为19%时,w(MgO)为10%和
12%的炉渣熔化性温度分别为1339e和1321
e,只降低了18e;从总体来看,这9种渣样的熔
点均不是太高,熔点最高的是3号渣样,为1341
e,在高炉生产的温度下,均能充分熔化。
从高炉渣脱硫能力来看,根据对湘钢的研
究[8],随着炉渣的w(Al2O3)由15%逐步增加至
20%时,炉渣的脱硫能力逐渐降低,LS将由42.8
逐步降至24.3,w(S)将由0.025%逐步升至
0.042%。
这是因为A12O3是1种弱酸性氧化
物,能吸收O2-形成复合阴离子A1xOy2-和硅铝氧
复合阴离子[9],使炉渣熔化性温度升高,故恶化了
炉渣脱硫的动力学条件和热力学条件。
因此,随
着渣中w(Al2O3)的增加,炉渣脱硫能力逐步下
降。
湘钢高炉炉渣w(Al2O3)偏高,约为17%,
是适宜的上限水平。
综合炉渣的脱硫性能和物理
性能来看,高炉渣的w(Al2O3)应控制在18%左
右,不宜超过20%。
MgO也是炉渣的脱硫剂,它
的脱硫能力不如CaO。
这是由于Mg2+半径比
Ca2+半径小,所以当高炉渣保持碱度不变的前提
下,随着w(MgO)的增大,渣中的O
2-的活度将会
下降,不利于炉渣的脱硫。
但是,MgO对炉渣有
稀释作用,随着w(MgO)的增加,熔渣的黏度下
降,熔化性温度降低,提高炉渣的稳定性,即改善
脱硫的动力学条件,因而能提高炉渣的脱硫能力。
炉渣随着MgO的增加,一方面使渣中O2-质量浓
度增大,另一方面又改善了炉渣的流动性。
故随
着MgO的增加,炉渣的脱硫能力增强。
单纯从
脱硫性能考虑,将湘钢高炉渣的w(MgO)由8%
提高到12%左右时,炉渣的脱硫能力显著提高。
所以本文提出的该厂有关w(Al2O3)和w(MgO)
最佳值的高炉渣w(Al2O3)达到18%以上时,
w(MgO)应该为12%,该渣系也有较好的脱硫能
力。
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