高炉造渣过程课件

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1、4.3高炉内造渣过程,4.3.1 高炉内炉渣形成过程,一、基本概念1. 炉渣的主要来源 矿石中的脉石； 焦炭灰分； 熔剂； 侵蚀的炉衬,2. 炉渣的基本成分 CaO, MgO, SiO2, Al2O3 高炉渣中还含有少量FeO 和硫化物,二、造渣目的及作用 (1) 性能良好的炉渣，可以实现金属与氧化物脉石的有效分离; (2) 渣铁间热量及质量的交换是决定金属成品最终成分及温度的关键; (3) 炉渣对炉衬起保护作用。(渣皮的作用),在控制和调整炉渣成分和性质时，必须兼顾以上几方面的作用,三、 对炉渣性能的要求,（1） 有良好的流动性，保证渣铁顺利分离，操作易进行； （2） 保证生铁质量。有充分参

2、与所希望化学反应的能力，如Si 、Mn或其它有益元素的还原；吸收S与碱金属等； （3） 能满足允许煤气顺利通过及渣铁、渣气良好分离的动力学条件条件； （4） 稳定性好，抵抗冶炼条件变化使炉渣性能急剧变化。,举例 （1） 包钢矿中含CaF2,强烈腐蚀炉衬，造渣时保证足够的CaO，以免粘度过低，限制或削弱其侵蚀能力。（2）钛渣护炉：高炉料含TiO2,使渣中TiO2达到2%-3%，铁液中含有一定的Ti， Ti 和C、N生成熔点2000以上的TiC 及Ti(C，N)，其在铁液中的溶解度是有限的，由铁液中析出并沉积在炉缸、炉底砖衬侵蚀处，起到自动补炉的作用。（3）在高炉成渣以后的中下部，炉墙结厚或结瘤或

3、炉缸堆积，可在炉料中配加MnO、CaF（萤石）或FeO（均热炉渣）等洗炉料，冲刷掉粘结或堆积物。,四、炉渣形成过程1初渣形成初渣的生成包括：（1）固相反应；（2）软化；（3）熔融；（4）滴落。,固相反应：在高炉上部块状带发生蒸发、分解、还原，同时在脉石与熔剂之间、脉石与铁氧化物之间进行固相反应形成FeO-SiO2、CaO-SiO2、CaO-Fe2O3等低熔点化合物。,矿石的软化,铁矿石不是纯物质晶体，没有一定的熔点。它具有一定温度范围的软熔区间。矿石被加热到9001100后，矿石的气孔降低，气孔壁粘结，产生变形而软化。随温度的进一步升高，由于被还原的矿石表面的熔化渣膜粘结、金属铁熔解，形成熔融

4、层。,矿石在下降过程中温度逐渐升高，当接近和达到其熔化温度等温线水平时，即在软熔区间，固体矿石在这个温度区间内，经过一个半熔的塑性过程变为液态。由于软熔及上部炉料的荷重作用，块矿之间的孔隙度大大降低，透气性变差，即形成了高炉内的软熔带。软熔带的温度范围大致在10001200之间,开始软化温度：通常将矿石荷重还原条件下收缩率达到34时的温度称为 软化终了温度：将矿石荷重还原条件下收缩率达到3040的温度称为 软化温度区间：软化开始温度到软化终了温度之间的温度区间称为 将矿石开始软化到最终变成流动状态向下滴落的温度区间称为软融区间。,初渣生成,从矿石软化到熔融滴落，就形成初渣。,初渣成分特点：,F

5、eO含量较高，（220%） 原因：矿石还原得到的FeO 易与SiO2结合成硅酸铁，因此初渣含较高的FeO ；矿石越难还原，初渣FeO 就越高） 碱度为自然碱度 各处成分不均匀,2.中间渣风口水平以上，软熔带以下，正在滴落的炉渣。初渣与终渣之间的渣。中间渣在滴落下降过程中，随温度的升高，成分不断变化。,中间渣成分变化特点：,（1）固体碳的还原作用使FeO含量不断降低；SiO2和MnO含量也降低； （2 CaO不断溶入渣中使碱度不断升高； （3）炉渣流动性随炉温升高而增加； （4）吸收焦炭灰分及煤气中携带物质，如SiO、SiS、K、Na等蒸气。,3.终渣中间渣经过风口区域后，其成分与性能再次变化（

6、碱度与粘度降低）后趋于稳定。在风口区，焦炭和煤粉的灰分参与造渣，除了焦炭灰分中部分SiO2还原为Si外，其余的SiO2和Al2O3等全部进入渣中， SiO2和Al2O3明显升高，而CaO和MgO相对降低，炉渣碱度降低。流入炉缸形成终渣。经风口区再氧化的铁及其他元素在炉缸可能又还原到铁水中，使渣中FeO含量降低。铁水穿过渣层和渣铁界面发生脱硫反应使渣中CaS增加。终渣温度14001550，一般比生铁温度高50。,造渣过程（即软熔带）对高炉冶炼的影响,造渣过程对高炉冶炼影响较大的两个因素 是成渣带（即软熔带）的高度和厚度 成渣带厚，对下降炉料的阻力大，不利于高炉顺行； 成渣带高，矿石还原不足，导致

7、炉缸热量不足。,矿石,焦炭,块状带,焦炭天窗,软熔带,滴落带,风口带,渣铁贮存区,图4.2高炉内各区域分布示意图,焦炭疏松区,死料柱,4.3.2 对炉渣性质的要求 1. 初渣（1）开始软化温度。开始软化温度愈高，初渣出现愈晚，软熔带位愈低。软熔带位置降低，固态炉料加热和还原时间延长，煤气利用改善，有利于提高炉缸温度。（2）软熔温度区间。开始软化温度与滴落温度之差为软熔温度区间。软熔温度区间愈小，表示在高炉内软熔带厚度愈薄。,由于矿石的软化和熔融及上部炉料的荷重作用，矿块之间的空隙度大大降低，透气性变差，上升煤气流受到的阻力显著增大。因此要求矿石的软熔温度区间要窄，对高炉顺行有利。,2.中间渣要

8、求中间渣随温度的升高，粘度下降，流动性提高，保证炉渣能够顺利沿焦炭空隙滴落至炉缸，防止因成分和温度的波动使其粘度增加或再凝固造成的高炉不顺，甚至悬料和结瘤。中间渣能否顺利滴落取决于原料成分和炉温稳定性。,3 终渣在炉缸中，当铁滴穿过铁液上的渣层时，以及在渣铁界面上发生诸多反应，要求终渣应具有良好的脱硫能力、适宜的流动性.以调节渣铁的成分，控制生铁质量和顺利排出炉外。,二、 炉渣的性质,1 炉渣的化学成分 CaO + MgO + SiO2 + Al2O3 95%,图 高炉炉渣成分范围,2 碱度：用来表示炉渣酸碱性的指数 四元碱度（全碱度）R=(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3) 三元碱度

9、R=(CaO+MgO)/SiO2 二元碱度R=CaO/SiO2,我国钢铁厂的高炉渣碱度,CaO/SiO20.951.2; （CaOMgO）/（SiO2Al2O3）1.101.40， MgO710。,3.熔化性表示炉渣熔化难易的程度。 表示方法有:(1)熔化温度（熔点）: （2）熔化性温度：,(1)熔化温度（渣的熔点）炉渣固相完全消失，开始熔化为液相的温度。即相图上液相线温度。要求熔渣熔化温度小于1400。,熔化温度过高（t14501500 ）的渣过分难熔，在炉缸温度下不能完全熔化，呈半熔融半流动状态，引起黏度升高而不能采用。熔化温度较低，在较低温度下能完全熔化的炉渣，其流动性不一定好。高炉要求

10、炉渣在熔化后必须具有良好的流动性。结论：对高炉更具有实际意义的是熔化性温度。,(2)熔化性温度：定义：炉渣从不能流动转变为能自由流动时的温度。（表示流动性的好坏）,熔化性过高，则炉渣不能充分熔化和从炉内顺利排出；熔化性过低则炉渣过早熔化，很快流入炉缸，加热时间短，增加炉缸热量消耗。,图4.4 炉渣的熔化性温度的确定,其大小用粘度-温度曲线中明显转折点或曲线与45切线的切点温度来表示。,高炉冶炼要求炉渣的熔化性温度有一个适宜的范围，为12501350，熔化性温度高，有力于降低软熔带位置，提高炉缸温度。,4 粘度（单位：Pas ）（1 Pas=10泊 ） 定义：速度不同的两层液体之间的内摩擦系数。

11、F = Adv/dr 粘度（内摩擦阻力系数）；F 流体流动时所克服的内摩擦力；A 两液层接触面积；dv 两液层间速度差；dr 两液层间距离。 炉渣粘度是炉渣流动性的倒数。粘度愈低，流动性愈好。,炉渣粘度对高炉过程的影响（1)粘度过大的炉渣，破坏料柱透气性，并容易在炉墙上结瘤； （2) 粘度过大的终渣，造成炉缸堆积、渣铁难分、难排、粘沟、粘罐； （3）炉渣的脱S能力与炉渣流动性有关。粘度小，流动性高的炉渣利于脱S； （4）粘度过低的炉渣，不利于提高炉缸温度；流动性太好，易冲刷炉衬，炉衬破损加剧，高炉寿命降低。,一般，适宜的高炉渣粘度520泊。 (0.52Pas) 1Pas=10泊,炉渣粘度取决于

12、温度和炉渣成分。 （1）粘度随温度变化的规律：E ：粘流活化能 B0 ：系数 R：气体常数 T：温度（K）,液体粘度与其组成质点的粘流活化能及温度有关。大的质点移动需要的粘流活化能大，所以粘度就大；反之，则相反。 炉渣粘度随温度的增加而减小。,图4.5 炉渣粘度与温度的关系,碱性渣：具有急剧转折点，俗称短渣或石头渣。 酸性渣：无明显转折点，俗称长渣或玻璃渣。,（1)短渣（曲线A）温度降低到一定值后，粘度急剧上升（斜率大）。此时渣的碱度大于1.0，称为碱性渣。正常操作的高炉渣一般为碱性渣，以碱性氧化物为主。（2）长渣（曲线B）随温度下降粘度上升缓慢。此时炉渣的碱度小于1.0,称为酸性渣，以酸性氧

13、化物为主。,（2）炉渣成分对炉渣粘度的影响,SiO2：含量为35%左右时，炉渣粘度最低，此后，随 SiO2 含量增加，粘度不断升高； CaO：低CaO时， CaO含量增加，粘度逐渐降低， 当 CaO/ SiO2 =0.81.2时，粘度最低，之后继续增 加CaO，粘度急剧上升； Al2O3: 510%， Al2O3，粘度降低，1520%， Al2O3，粘度上升 MgO：与CaO的影响基本相同 FeO和MnO: 能显著降低炉渣粘度。 FeO对酸性渣影响大，MnO对碱性渣影响大,5.炉渣的表面性质（）（ 1 ）表面张力：生成单位面积液相与气相的新的交界面所消耗的能量。表面张力小的炉渣，流动性好，有利

14、于炉渣脱硫。表面张力越小，越易形成泡沫渣，在高炉内易形成液泛现象。,泡沫渣当有大量气体进入熔渣并以气泡的形式分散于熔渣时，形成具有相界面很大的分散体系，即形成泡沫渣。 /低是形成稳定泡沫渣的充分且必要的条件。当渣中SiO2、TiO2、FeO、P2O5及CaF2等表面活性物质含量高时，表面张力降低，易形成泡沫渣。,形成稳定气泡的泡沫渣危害（1）炉内：产生液泛现象，不利于煤气流畅，不利于炉料下降； （2）炉外：渣罐、渣沟的溢流，发生喷渣事故。,（2）界面张力（界）定义： 两凝聚相接触的界面上，质点间出现的张力。界面张力越小，越容易形成新的渣铁间的相界面，两相润湿的程度越大，两相越不易分离。结论：界/时，容易形成铁珠悬浮于渣中的乳状液。,6. 炉渣稳定性定义：炉渣性质（主要是熔化性温度和粘度）随其成分和温度变化而波动的幅度大小。,稳定渣：当炉渣成分和温度波动时，其性质变化不大或保持在允许范围内。 不稳定渣：,热稳定性：炉渣在温度波动的情况下，保持性能稳定的能力. 化学稳定性：炉渣在成分波动的情况下，保持性能稳定的能力.,通常碱度在1.01.2的炉渣都是比较稳定的，碱度低于0.9的炉渣，虽然稳定性也好，但是脱硫能力差，不宜选用。,稳定性差的炉渣当炉渣或原料成分波动时，软熔带产生波动，造成炉况失常，如难行、悬料、崩料、结瘤或砖衬脱落等。,