想炼好铁,先炼好渣——浅谈高炉造渣制度与炉缸活性的关系

●良好的炉缸活性状态需要良好的渣铁流动性能,而良好的炉渣流动性能需要合理的造渣制度。因此,合理的造渣制度是维护良好炉缸活性的必要条件之一。

高炉生产须要长期稳定顺行,炉缸活性犹如高炉的心脏一般,维护着高炉生产的动态平衡,而炉缸内液态渣铁流入并流出的顺畅程度是表征炉缸活性的重要内容。为了提高炉缸活性,高炉操作者有必要优化操作制度中的造渣制度,即根据原燃料条件和铁种要求,从顺行和脱硫出发,选择使炉渣的流动性、稳定性以及软熔带的温度区间都能满足高炉冶炼需要的炉渣组分。炉渣作为高炉冶炼的重要产品之一,影响着高炉顺行和生铁质量,其对于高炉冶炼的意义甚至高于生铁,所谓“想炼好铁,先炼好渣”就是这个道理。而连接炉缸活性和造渣制度的纽带就是渣铁流动性能。良好的炉缸活性状态需要良好的渣铁流动性能,而良好的炉渣流动性能需要合理的造渣制度。因此,合理的造渣制度是维护良好炉缸活性的必要条件之一。

合理造渣制度维护炉缸活性

如何利用合理的造渣制度来长期维护高炉炉缸活性,是须要不断探索和研究的问题。

合理造渣制度的要求。一般高炉炉渣须要在高温下有良好的流动性和稳定性以及较强的脱硫能力,且侵蚀性较弱。具体来说,其有以下几点要求:一是有良好的流动性和稳定性,熔化性温度在1300℃~1400℃,在1400℃时的黏度小于1.0Pa·s,可操作的温度范围大于150℃。二是有足够的脱硫能力,在炉温和碱度适宜的条件下,硫负荷小于5kg/t时,硫分配系数LS为25~30;硫负荷大于5kg/t时,硫分配系数LS为30~50。三是对高炉侵蚀能力较弱。四是在炉温和炉渣碱度正常的条件下,应能炼出优质生铁。

针对以上造渣制度的要求,近些年来,许多高校和企业加大了对高炉炉渣的研究力度。尤其随着大量国外进口铁矿石的使用,高铝炉渣问题越来越受到关注,由高铝渣难熔引起的高炉炉缸堆积事故也时有发生。很多企业为了降低炉渣黏度,便增加了炉渣中的MgO含量。过多地使用MgO,不仅造成了MgO资源的浪费,而且增加了冶炼成本。于是,如何在满足造渣制度基本要求的前提下,通过试验确定适合本高炉最佳的炉渣中的MgO/Al2O3,尽可能地减少MgO的使用,从而避免资源浪费、降低冶炼成本,便成为当前炉渣研究的热点课题。

浅谈高炉造渣制度与炉缸活性的关系-钢铁百科

数据显示,2015年我国大高炉炉渣中Al2O3、MgO含量及MgO/Al2O3平均水平分别为14.12%、7.36%及0.52,本钢新1号高炉(4747m3)分别为11.95%、7.90%及0.66。可以看出,本钢新1号高炉炉渣中Al2O3含量较低,而MgO含量较高,所以MgO/Al2O3高。因此,根据本钢高炉原燃料条件和资源情况,找到适合本钢炉渣的最佳MgO/Al2O3,是降低冶炼成本的重要手段。“本钢高炉炉渣降低MgO/Al2O3技术攻关”是本钢集团公司2016年重点科技攻关项目,本钢通过与北京科技大学合作,根据试验结果,确定本钢高炉炉渣中最佳MgO/Al2O3,从而实现节能减排、降本增效。

合理造渣制度的确定。流动性能和脱硫性能是炉渣的基本要求,也是确定最佳炉渣MgO/Al2O3时必须考虑的两点因素。表1是本钢新1号高炉现场渣样的成分,根据渣样的化学成分及含量,研究者利用纯化学试剂配渣,使炉渣中的MgO/Al2O3分别为0.65、0.60、0.55、0.53,具体试验渣样成分如表2所示,二元碱度均为1.15。

由熔体物性综合测定仪测出的是炉渣在不同温度下的黏度数据,图1为根据测出的试验数据做出的不同渣样黏度随温度变化的曲线,其中MgO/Al2O3是不同的。由图1可知,4组渣样的炉渣黏度均是随着温度的升高而降低,并且在1450℃~1550℃高温区域,4组炉渣黏度曲线几乎重合,且均在0.5Pa·s以下。这表明,在炉缸温度范围内,4组炉渣的流动性能和稳定性能较好,均满足高炉冶炼要求,适当降低炉渣中的MgO含量,没有对炉渣的流动性产生明显的影响。

表3是不同炉渣的熔化性温度值,可以看出,随着炉渣中MgO/Al2O3的降低,炉渣的熔化性温度呈现上升的趋势,最高为1364℃,但仍在合理的范围内,能够满足高炉冶炼的要求。

脱硫试验在高温管式炉内采用双层石墨坩埚进行,高炉渣放在双层坩埚的下部坩埚,铁样放在上部坩埚,滴落口用石墨棒塞住。该装置能模拟高炉内渣铁间脱硫反应状态和条件,试验结果能表征高炉炉渣的脱硫能力。试验基于本钢新1号高炉实际生产情况,渣铁比为370kg/t,硫负荷为4.5kg/t,试验所用的铁样成分和渣样成分分别如表4和表5所示。试验结束后,研究者通过检测渣中硫含量与铁中硫含量,计算渣铁中硫分配比LS,从而判断炉渣的脱硫能力。

表6为试验结果,图2为MgO/Al2O3对渣铁硫分配比LS的影响,可以看出,LS是随着MgO/Al2O3的降低而减小的,即炉渣的脱硫能力是随着MgO/Al2O3的降低而减弱的。但是,在MgO/Al2O3由0.65降低至0.55时,LS变化比较平稳,MgO/Al2O3每减小0.05,LS降低6%左右;而在MgO/Al2O3由0.55降低至0.53时,虽然MgO/Al2O3仅减小0.2,LS却降低约30%,表明当MgO/Al2O3由0.55降低至0.53时,炉渣的脱硫能力损失较快。因此,不宜选择MgO/Al2O3为0.53的炉渣,应选择MgO/Al2O3在0.55以上的炉渣。

通过炉渣黏度试验、脱硫试验可以证明,本钢新1号高炉炉渣降低MgO/Al2O3技术攻关是可行的,设计方案的炉渣黏度均满足高炉冶炼的要求,但考虑到炉渣的脱硫效果,保证高炉生产出合格的铁水,将MgO/Al2O3的目标水平定为0.55,可以实现对高炉炉缸活性的长期维护,而且有效降低冶炼成本。

特殊造渣制度恢复炉缸活性

当高炉炉缸已经失去活性甚至堆积时,出现连续烧坏风口现象,须要洗炉。洗炉,就是利用洗炉熔剂改变炉渣的化学成分,降低其熔化性温度,提高其流动性能,从而达到恢复炉缸活性的目的。传统的洗炉熔剂有萤石和锰矿。以本钢的经验来说,锰矿洗炉的效果要好于萤石,因为锰矿洗炉不仅可以稀释炉渣,还可以稀释铁水,即(MnO)和[Mn]分别可以降低炉渣和铁水的黏度。其机理是锰在炉渣中可以形成低熔点的锰橄榄石类硅酸盐,提高炉渣的流动性;而一定量的锰在铁水中可以增加铁水的过热度,提高铁水的流动性,这样更利于渣铁穿过已经堆积的死焦堆,从而将热量更好地传递给已经堆积的渣铁,逐渐把相对的冷料加热并排出炉外,从而尽快恢复炉缸活性。

那么,锰矿洗炉的关键问题就是:炉渣中的锰含量为多少时,能够将洗炉效果最大化,是不是越多越好呢?对此,研究者进行了以下试验:由熔体物性综合测定仪测出炉渣在不同温度下的黏度数据,根据测出的试验数据做出不同渣样黏度随温度变化的曲线,其中MnO的含量是不同的,详见图3。

由图3(第六版)可知,在各温度下,所有加入MnO炉渣的黏度均小于其所对应温度下没有加入MnO炉渣的黏度,而且在高温区域内(1440℃~1500℃),曲线几乎是重合在一起的。由此可以推测,在渣中MnO含量从0.2%增加到2.0%的过程中,高温时炉渣黏度差别不大,均比没有加入MnO的炉渣黏度低0.1Pa·s以上。其熔化性温度变化趋势如图4所示,可以看出,MnO的加入可以使炉渣的熔化性温度明显降低。从熔化性温度的走势来看,在MnO含量从0增加到1.5%的过程中,熔化性温度降低速率基本相同;但渣中MnO含量由1.5%再增加到2.0%时,熔化性温度基本不变。如果只考虑对熔化性温度的影响,那么MnO在渣中的含量保持在1.5%时,熔化性温度在1340℃左右是比较合适的,足够满足作为洗炉熔剂的要求。

因此,利用锰矿洗炉时,炉渣中的MnO含量在1.5%左右时,便可以达到比较好的洗炉效果。另外根据本钢的经验,锰矿洗炉,适当把握炉温,0.6%≦[Si]≦0.8%,1.5%≦[Si]+[Mn]≦2.0%,利用合理热制度和造渣制度相配合的方法更有利于恢复炉缸活性。

来源:常州精密钢管博客网&高炉炼铁人