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河钢邯钢8号高炉炉渣性能分析
[ 编辑:钢之梦朝阳 | 时间:2017-09-11 11:23:15 | 浏览:576次 | 来源:我的钢铁网 | 作者: ]

在炉况出现问题后,邯钢炼铁部和8号高炉车间积极采取各类措施,其中一项就是主动对炉渣结构进行调整,改善炉渣性能,对于炉况的恢复起到了积极作用。

造渣制度是高炉冶炼过程的基本制度之一,维持流动性和稳定性良好的炉渣是保证高炉稳定顺行的关键。河钢邯钢8号高炉经历了较长时间的稳定顺行,2013年~2015年各项指标在国内同级别高炉中均处于前列。进入2016年后,由于原燃料等外围条件变化频繁,8号高炉炉况逐渐变差。在炉况出现问题后,邯钢炼铁部和8号高炉车间积极采取各类措施,其中一项就是主动对炉渣结构进行调整,改善炉渣性能,对于炉况的恢复起到了积极作用。经过一系列调整,炉况已基本稳定,但是距离最优状态仍然有一定的差距。炉渣性能对炉况有重要影响,因此有必要对炉渣结构及其变化进行讨论,以期为炉况进一步恢复提供一定的参考。

8号高炉基本渣系特征及其变化

渣系特征。与国内大多数高炉相比,8号高炉炉渣具有高碱度和低镁两个特点。作为基本操作制度的一部分,这两点在近年来邯钢炼铁降本增效中发挥了重要作用。8号高炉炉渣碱度较高,长期在1.25~1.30。2016年之前炉况稳定,碱度一般取上限,在1.27~1.30,为低硅冶炼提供了基本制度保障。进入2016年3月份后,炉况出现了一定的波动,碱度有所降低,控制在1.25~1.27。

适度的氧化镁含量能够改善炉渣性能,但是镁元素主要来源于烧结过程中添加的熔剂,额外增加了铁水成本。最大限度地减少镁灰使用、推行低镁渣冶炼,也是近年来低成本炼铁的一个发展方向。2015年5月,8号高炉炉渣中月平均氧化镁含量为7.01%、镁比为0.45,最低时氧化镁含量为6.81%、镁铝比为0.43。在推行低镁渣冶炼方面,8号高炉处于国内领先水平。

变化情况。由于原燃料条件改变,进入2016年后,8号高炉炉渣结构发生了变化,对炉况产生了一定的影响。2015年初~2016年6月份炉渣主要成分变化如表1所示。

进入2016年后,炉渣结构最明显的变化就是Al2O3含量升高,至2016年3月份逐渐超过16%,4月10日最高曾达到17.05%。2016年4月份,渣中MgO含量也有了一定的提高,超过8.1%,镁铝比超过0.50。炉渣中的铝主要来源于燃料灰分和烧结矿,其中烧结矿比例最大。2015年1月~2016年6月份炉渣氧化铝变化如图1所示。2015年1月~2016年6月份烧结矿氧化铝含量变化如图2所示。

炉渣性能及其影响因素分析

炉渣黏度变化及性能转折点。温度是影响炉渣黏度的最重要因素。对于绝大多数炉渣而言,随着温度降低,炉渣黏度逐渐下降。但是当温度低至性能转折点时,炉渣黏度会急剧升高,导致炉渣迅速丧失流动性。转折点定义为黏度曲线与45度角方向切线交点,如图3(a)所示。图3(b)中曲线1属于性能较稳定炉渣,随着温度降低,炉渣黏度变化平滑,转折点温度较高,炉渣性能稳定。实际炉渣黏度变化绝大多数遵循图3(b)中的曲线2,即转折点温度较高,随着温度降低炉渣性能容易发生突变。

碱度对炉渣性能的影响。炉渣主要由CaO、SiO2、MgO、Al2O34种氧化物组成。碱度较低时,由于含有大量的硅氧复合离子,炉渣黏度较大,表现为长渣特性。随着二元碱度的提高,炉渣中O2-离子活度增大,促使硅氧复合离子解体,从而使炉渣黏度下降,流动性改善。随着碱度的进一步提高,炉渣中正硅酸钙(2CaO·SiO2)比例增加,导致炉渣的熔化性温度升高,短渣性能逐渐增强,炉渣稳定性变差。

为了确定碱度对炉渣性能的影响,研究者对常见碱度范围内的高炉渣性能进行了分析,见图4。其中,Al2O3含量设定为15%,MgO含量为8.25%,碱度变化范围为1.10~1.30。

对于图中信息,须从两方面进行分析。一方面,对于高温阶段,例如在大于1440℃以上的温度区间,炉渣黏度随二元碱度的提高而降低,相应流动性会得到改善。另一方面,对于低温阶段,即出现转折点的区间内,随着二元碱度的提高,炉渣转折点温度或者称为熔化性温度呈现不断上升的趋势。这说明随着碱度的提高,炉渣抗温度波动的能力下降,一旦温度低于转折点温度,炉渣很容易丧失流动性。

MgO/Al2O3对炉渣性能的影响。随着铁矿石资源日益短缺,劣质矿的使用不可避免,尤其是高铝矿的使用已经逐渐成为大多数高炉必须面对的问题。通过提高炉渣MgO含量来改善高铝渣的性能,已经成为高炉炼铁行业的共识。在保证高炉能够正常生产的情况下,最大限度地降低MgO/Al2O3是降低铁前成本的一个有效措施。

但是大多数关于高炉炉渣的研究都将焦点集中到了终渣性能上面,也就是在较高温度区间MgO/Al2O3对炉渣性能的影响。然而在高炉内部,尤其是在软熔带区域,还存在大量温度范围在1200℃~1400℃的中间渣,中间渣的性能同样会受到MgO/Al2O3的影响。从理论角度分析,较低的MgO/Al2O3炉渣不仅流动性差,而且在低温条件下炉渣稳定性还会大大降低。这就会产生两方面的危害:流动性差的中间渣会填充在焦窗中不易滴下,降低软熔带的透气性,增加料柱煤气阻力损失;不稳定的中间渣在炉内温度场波动时容易重新凝结,尤其是在炉腰、炉腹区域,造成炉墙结厚而产生更多更复杂的问题。

为此,研究者做图进行了分析。图5为二元碱度1.20、Al2O3含量15%时,不同MgO/Al2O3对黏度曲线的影响,MgO/Al2O3变化范围为0.40~0.60。图6为二元碱度1.20、Al2O3含量18%时,不同MgO/Al2O3对黏度曲线的影响,MgO/Al2O3变化范围为0.45~0.65。

从图5和图6可以看出,Al2O3含量无论是15%还是18%的炉渣,在高温阶段,MgO/Al2O3越高,炉渣黏度越低。但是随着温度的进一步提高,比如在1480℃以上范围内,炉渣黏度差异逐渐减小。这说明MgO/Al2O3对炉渣高温性能虽然有改善作用,但是在高温阶段其改善作用并不明显。在一定的范围内,当温度高于一定程度,MgO/Al2O3的高低并不会对炉渣性能产生决定性作用。在高炉炉况稳定时,8号高炉炉渣温度一般都在1500℃以上,即使在较低MgO/Al2O3的情况下依然能保证炉渣的流动性,这也是实现低镁渣冶炼的一个保障。

在低温阶段,随着温度降低至转折点,炉渣黏度急剧升高,随着MgO/Al2O3从0.4升高至0.6,炉渣转折点温度逐渐降低,即炉渣适应温度波动的能力增强。在高炉出现炉况波动时,炉渣温度变化较大,偶尔会出现渣铁温度过低的情况,此时维持较高的MgO/Al2O3有利于保证炉渣在较低温度下的流动性,有利于炉况恢复。

Al2O3含量对炉渣性能的影响。关于Al2O3含量对炉渣性能的影响,国内外已经有了诸多的报道,其中最重要一点就是铝含量增加导致炉渣黏度升高、稳定性下降。在高炉渣碱度范围内,随着Al2O3含量升高,炉渣中(AlO4)5-离子团数量增加。其他高熔点复杂化合物如铝酸一钙(CaO·Al2O3)也比较容易形成,从而使炉渣的黏度升高、稳定性下降。

根据前文所述,提高MgO/Al2O3有利于改善炉渣性能,但是对于不同Al2O3含量的炉渣,MgO/Al2O3的作用效果有所不同,这一点可以从MgO/Al2O3对炉渣转折点温度的影响进行分析。碱度为1.20、氧化铝含量分别为15%和18%时,炉渣转折点温度与MgO/Al2O3的关系见图7。

在Al2O3含量为15%时,虽然转折点温度随着MgO/Al2O3的提高逐渐下降,但是转折点与MgO/Al2O3关系曲线有下凹的趋势,斜率逐渐降低。说明在Al2O3含量较低时,随着MgO/Al2O3提升,对黏度影响的边际效益逐渐下降。即Al2O3含量较低时,维持适度的MgO/Al2O3即可起到对炉渣性能的明显改善作用,尝试推行低镁渣冶炼是合理的。

在Al2O3含量为18%时,转折点与MgO/Al2O3关系曲线有上凸的趋势,斜率逐渐升高。说明在Al2O3含量较高时,随着MgO/Al2O3提升,对黏度影响的边际效益逐渐升高。即Al2O3含量较高时,需要比低Al2O3时更高的MgO/Al2O3才能起到对炉渣性能的明显改善作用,为了维持炉渣的稳定性,须保持一定的MgO/Al2O3下限。

以上分析说明,炉渣中MgO/Al2O3的控制须参考Al2O3含量。在Al2O3含量较低时,可以维持较低的镁铝比,有利于推行低镁渣冶炼;在Al2O3含量较高时,为了维持炉渣性能稳定,须维持较高的镁铝比,适度提高镁铝比有利于维持炉况稳定。

调整炉渣结构利于恢复炉况

综上所述,分析炉渣性能时须同时考虑高温性能和低温性能,即高温流动性和低温稳定性。在炉况稳定时,炉温波动较小,高温流动性为主要考虑因素,维持良好的高温性能即可。在炉况波动较大时,炉温变化较大,低温稳定性须当作主要因素来考虑,维持良好的低温性能有助于炉况的稳定。

二元碱度提升,在高温阶段,炉渣黏度下降,有助于改善炉渣流动性;在低温阶段,性能突变温度逐渐升高,炉渣稳定性下降。

MgO/Al2O3升高有助于改善炉渣流动性,同时也能提升炉渣在低温阶段的稳定性。

炉渣中MgO/Al2O3的控制须参考Al2O3含量,当炉料发生变化导致渣中Al2O3含量升高时,为了维持炉渣性能稳定,要适当提高镁铝比。

对于炉况稳定、物理热充足的高炉,推行低镁渣冶炼是经济合理的。

在炉况出现波动后,8号高炉主动调整炉渣结构,在控制入炉原料中Al2O3含量的同时提高MgO含量,对炉况恢复起到了积极作用。

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