凌钢高炉炉渣流动性能优化研究.pdf

收稿日期:基金项目:国家自然科学基金资助项目(青年基金)()作者简介:李 元 喆()硕 士 .通讯作者:宗燕兵 博士/教授 .凌钢高炉炉渣流动性能优化研究李元喆 宗燕兵 张建良 范筱玥 刘福成 李 亮(北京科技大学冶金与生态工程学院 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室 凌源钢铁股份有限公司)摘 要 文章对凌钢现场高炉渣进行取样 分析其化学成分和矿物组成 通过粘度实验研究了、含量对炉渣粘度及熔化性温度的影响 并利用 软件分析了不同成分对炉渣过热度的影响规律 从炉渣粘度、熔化性温度及过热度角度综合分析 建议凌钢高炉炉渣 含量控制在 含量控制在 控制在 左右关键词 炉渣 粘度 熔化性温度 文献标识码:文章编号:()(.).辽宁凌源等地区拥有丰富的含钛精矿粉 大量使用本地含钛精矿粉可以降低原燃料成本 但是会造成短期钛负荷增大 导致炉渣粘稠、炉墙结垢、炉缸堆积等一系列问题 恶化高炉顺行在保证高炉顺行的条件下 最大程度地提高高炉钛负荷是目前凌钢炼铁生产亟需解决的问题 高炉炉渣性能对炼铁生产有着重要影响 开展炉渣组分对含钛炉渣冶金性能影响的研究 进而确定适宜的炉渣组分 是高炉顺行的重要保障国内外学者对于含钛炉渣的冶金性能已经做了大量研究 等人认为 当二元碱度为 时 能有效降低炉渣的粘度 且随着碱度增加 粘度降低的幅度减小 然而此研究的渣系碱度较低 对凌钢生产实践的意义不大 冯聪等人发现 含量增加会导致含钛炉渣中的高熔点物质增多 炉渣的熔化性温度上升 等人发现当含钛炉渣中的 含 冶 金 能 源 量为 时 的增加不会破坏炉渣的硅铝酸盐结构 并且 含量小于时能有效降低炉渣粘度 陈广玉等人发现低钛高炉渣的粘度受成分影响较大 当 含量为、含量为 时 炉渣粘度随 含量的增加而下降 文章基于凌钢生产实际 通过粘度实验和热力学软件 研究了、含量对高炉炉渣流动性的影响 为现场冶炼含钛炉渣提供理论参考和指导 凌钢现场炉渣化学成分和矿物组成对凌钢五号高炉生产现场的炉渣进行取样采用扫描电子显微镜和 射线衍射等手段对凌钢现场高炉渣的矿相组成进行分析 主要化学成分见表 表 凌钢现场炉渣化学成分碱度/图 凌钢高炉渣 图谱对取样后的炉渣进行切块制样 利用电镜观察其形貌 并结合能谱分析仪分析炉渣成分 使用的装置为荷兰生产的型号为 的钨灯丝扫描电子电镜 通过能谱分析图可知 炉渣中、等元素分布均匀 没有碱金属富集现象 说明凌钢高炉渣具有较好的排碱性能将凌钢现场高炉渣磨粉制样 采用日本理学仪器公司生产的 分析仪进行 分析然后对衍射图谱(图)进行处理、分析 得到其矿物组成 凌钢现场高炉渣主要由镁硅钙石、镁黄长石、钙铝黄长石等化合物组成 实验方案根据凌钢的现场炉渣成分 实验分别研究了、含量对凌钢炉渣粘度的影响控制实验渣系二元碱度为 设定 含量为 、含量为 、含量为 具体实验分组如表 所示 实验利用旋转柱体法测试粘度 设备为 型熔体物性综合测定仪 炉渣由纯化学试剂配制 在高纯氩气的气氛下进行实验 每组渣样质量为 表 粘度实验炉渣成分序号碱度/图 含量对温度和炉渣粘度的影响 结果讨论 成分对炉渣流动性的影响在碱度为 、含量为 的条件下 随着 含量增加 炉渣粘度增大 熔化性温度升高 具体如图 所示冶 金 能 源 是一种两性氧化物 呈碱性时会减小炉渣粘度 呈酸性时会增大炉渣粘度 随着含量增加 会取代 在四面体结构中的位置 形成结构复杂的 导致碱性氧化物数量减少、稳定的 四面体结构生成 使得炉渣结构复杂、粘度增大 由图 可以看出 含量在 时的炉渣粘度变化量小于 含量在 时的炉渣粘度变化量 即炉渣中 含量大于 时 粘度显著增大 这可能是由于 含量的进一步增加 大量的高熔点的化合物生成 炉渣的粘度增大 因此炉渣中不含 时 含量不宜超过 在碱度为、含量为 的条件下 随着 含量增加 炉渣粘度减小 熔化性温度降低 具体如图 所示图 含量对温度和炉渣粘度的影响由图 可知 温度高于 时 不同 含量炉渣的粘度相近 温度低于 时 不同 含量炉渣的粘度差异显著 含量的增加减小了炉渣的粘度 改善了流动性作为碱性氧化物 可以向炉渣提供 离子 降低 和 离子团的聚合度 破坏炉渣内大量的简单四面体网格结构 增加炉渣中 含量 还能使渣中如 等复杂的复合阴离子解体 减小炉渣粘度 此外 还能与 生成低熔点物质 降低炉渣的熔化性温度 因此 对于凌钢现场冶炼情况来说增加 含量可以改善炉渣的流动性当碱度为 时 在高温条件下 随着的增加 炉渣粘度减小 熔化性温度降低如图 所示 与 等人的研究结果相同作为碱性氧化物 在该实验条件下 降低了炉渣的聚合度 对于低钛渣而言 在正常的炉缸温度下 含量增加会减小炉渣粘度 随着渣中 含量的增加 键的形成导致炉渣中单体结构单元的比例增加 破坏了炉渣的网格结构 降低了炉渣的聚合度 从而减小炉渣粘度 一般认为温度在 时 粘度在 之间的炉渣流动性良好 适合高炉冶炼 由实验结果可知 当炉渣中 含量为 时 炉渣粘度为 炉渣钛含量增加的同时又具有较好的流动性 符合高炉冶炼的要求 目前凌钢高炉渣的 含量在 所以凌钢在未来可以增加钛精粉使用 把炉渣中的 含量提高至 降低成本图 含量对温度和炉渣粘度的影响 成分对含钛炉渣过热度的协同作用机制根据炉渣中 的含量 可将含钛炉渣分为:含量 为低钛渣 含量介于 为中钛渣 含量高于 为高钛渣 凌钢高炉炉渣 含量在 属于低钛高炉渣 根据前人研究 和文章实验发现 四元炉渣中的 含量增加会导致粘度增大 含量增加会导致粘度减小 五元炉渣中的 含量增加会导致粘度减小 对于五元炉渣而言 有必要确定不同成分对炉渣流动性的协同作用 以保证炉渣的稳定性 即考虑、同时存在时各个成分的适宜 冶 金 能 源 范围 过热度是判断炉渣稳定性的重要指标 过热度越大炉渣的稳定性越好 过热度公式为:()式中:为炉渣过热度 为铁水温度为炉渣液相线温度使用热力学软件 中的 模块、选用 数据库对炉渣过热度和析出物相进行计算炉渣中 含量为 、不同 含量下 含量对过热度的影响如图 所示 当含量在 时 随着 含量增加 过热度提高 含量为 时含量变化对过热度影响较小 当 含量在 时 随着 含量增加 炉渣过热度缓慢下降 当 含量超过 时炉渣过热度快速下降 所以 含 量 为 是过热度曲线的拐点 含量为 、含量 的条件下 含量对固相开始析出温度的影响 如图 所示 解释了图 中拐点出现的原因 当含量小于 时 炉渣固相的开始析出温度由黄长石决定 含量大于 时炉渣固相的开始析出温度由钛尖晶石决定 黄长石的开始析出温度变化较慢而钛尖晶石的开始析出温度变化较快 因此 含量为 时出现拐点 从保证过热度的角度来讲 含量应控制在 以下 结合凌钢炉渣的实际成分和粘度实验的结果 建议炉渣的 含量控制在 图 含量对炉渣过热度的影响图 含量对固相开始析出温度的影响 炉渣中 含量为 、不同 含量下 含量对过热度的影响如图 所示当 含量在 时 随着 含量增加 炉渣过热度提高 当 含量在 时 含量变化对炉渣过热度影响不大 含量主导了过热度 随着 含量增加 炉渣过热度缓慢下降 当 含量超过时 炉渣过热度快速下降 所以 含量为 是过热度曲线的拐点图 含量对炉渣过热度的影响含量为 、含量为 的条件下 含量对固相开始析出温度的影响如图 所示 解释了图 中拐点出现的原因 随着 含量增加 钛尖晶石开始析出温度快速提高 当 含量达到 时 固相的开始析出温度由钛尖晶石析出温度决定 黄长石的开始析出温度变化较慢而钛尖晶石的开始析出温度变化较快 因此会出现拐点 为了维持较为稳定的冶 金 能 源 过热度 含量控制在 比较合适 结合粘度实验的结果 建议炉渣的 含量控制在 从图 和 可以看出 随着 含量增加 炉渣过热度提高 炉渣固相的开始析出温度始终由黄长石的开始析出温度决定 结合凌钢炉图 含量对固相开始析出温度的影响图 含量对炉渣过热度的影响图 含量对炉渣固相开始析出温度的影响渣的实际成分和粘度实验的结果 建议炉渣的含量最高提升至 结论()炉渣中 含量的增加导致炉渣粘度增大、熔化性温度提高 炉渣中的 含量增加导致炉渣粘度减小、熔化性温度降低 炉渣中的 含量增加导致炉渣粘度减小、熔化性温度降低()含钛炉渣的过热度随 含量和 含量的增加而降低 分别在 含量为和 含量为 时出现拐点 含钛炉渣的过热度随 含量的增加而提高()兼顾高炉炉渣流动性和过热度 建议凌钢高炉炉渣 含量控制在 含量控制在 含量控制在 左右参考文献 许仁泽 张建良 张贺顺 等 对京唐高炉渣性能的影响及热力学分析.钢铁 ():./.():冯聪 储满生 唐珏 等 不同类型含钛高炉渣主要冶金性能及物相.中南大学学报(自然科学版)():.():.陈广玉 康嘉龙 吴世杰 等 对炉渣黏度的影响.内蒙古科技大学学报 ():.().():许仁泽 张建良 常治宇 等 二元碱度与 对酒钢炉渣流动性的影响.冶金能源 冶 金 能 源 ():许仁泽 张贺顺 张建良 等 京唐高炉渣性能评价及低镁渣性能分析.中国冶金 ():./.():.():庞正德 吕学伟 严志明 等 超高 高炉渣黏度及熔化性温度.钢铁 ():.:袁骧 张建良 毛瑞 等 高炉低钛渣粘度和熔化性能.过程工程学报 ():赵 艳编辑(上接第 页)吕庆 刘月明 张振峰 等 基于承钢生产数据预测烧结矿 含量 钢铁研究学报 ():.:.():.():.():.():汪清瑶 刘琼 基于 神经网络的烧结矿质量在线预测研究.仪表技术与传感器():唐凌剑 提高烧结矿成分预测准确度的实践.山东冶金 ():张恒维 于合龙 乔羽 等 基于 的大学生异常行为诊断模型的研究.现代电子技术 ():.:.:赵 艳编辑冶 金 能 源