烧结返矿与复合造渣剂全解

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,陈守俊,2015.12,烧结返矿与复合造渣剂,对炼钢造渣过程的作用,一、烧结返矿对炼钢造渣过程的作用,烧结返矿即烧结矿筛下料，其成份与矿物组成与烧结矿一致。现以某厂高碱度烧结矿为例，其成分见 表,1,。,表,1,某厂烧结矿化学成份成份,1,一、烧结返矿对炼钢造渣过程的作用,上述成份的烧结矿的矿物组成见表,2,表,2,某厂烧结矿矿物组成,2,烧结返矿与复合造渣剂对炼钢造渣过程的作用,一、烧结返矿对炼钢造渣过程的作用,烧结返矿与复合造渣剂对炼钢造渣过程的作用,由上可知，烧结（返）矿主要是由含铁矿物及脉石两大类组成 的液相粘接在一起的多种矿物的复合体，其中含铁矿 物有磁铁矿,(Fe3O4),、方铁矿,(FexO),和赤铁矿,(Fe,2,03),， 粘结相主要是铁橄榄石,(,熔点为,1205),、钙铁橄榄石,(,熔点为,1093),、硅灰石,(,熔点为,1540 ),、硅酸二钙、铁酸钙,(,熔点为,1449),等，此外 还有少量反应不完全的游离石英（,SiO2),和游离氧化钙,(CaO),等。,3,烧结返矿与复合造渣剂对炼钢造渣过程的作用,1,、查阅相关热力学数据计算单位废钢吸热量为：,1475.5KJ,。,2,、查阅相关热力学数据计算得出单位烧结返矿吸热量为：,3665.5KJ,。,以废钢吸热量为参照单位，则烧结返矿的冷却效应是废钢的,2.5,倍。,4,一、烧结返矿对炼钢造渣过程的作用,烧结返矿与复合造渣剂对炼钢造渣过程的作用,（三）、烧结（返）矿在转炉冶炼过程中的基本反应原理,烧结返矿是一种反应性良好且具有一定碱度的低熔点含铁熟料，其硫、磷含量较低，物理化学成分稳定，粒度均匀，而且熔点较低。,在转炉炼钢温度（,1300,1500,）条件下，返矿入炉后熔化效果较好并发生分解反应,(,1,),和,(,2,),：,(Fe,2,O,3,)=2(FeO)+(O) (1),(Fe,3,O,4,)=3(FeO)+(O) (2),5,一、烧结返矿对炼钢造渣过程的作用,Fe,2,O,3,从分解反应产生,(FeO,),，与返矿中带入而且包围在其周围的,(CaO),、,(SiO,2,),反应，具体反应方程式为：,2(SiO,22,) (3),根据烧结返矿的成分分析，分解反应结束后，返,矿内部产物的比例为,:,FeO:CaO:SiO,2,=58.72:14.06:7.84,。,6,烧结返矿与复合造渣剂对炼钢造渣过程的作用,烧结返矿与复合造渣剂对炼钢造渣过程的作用,（三）、烧结（返）矿在转炉冶炼过程中的基本反应原理,烧结返矿在转炉内的分解反应为强吸热反应，周围熔池温度会骤然降低，会导致周围熔渣粘度升高，甚至产生暂时“结坨,”,现象，限制反应生成的,(FeO),向外扩散传质，进而影响成渣速率。因此成渣反应,(3),的,(FeO,),向外扩散传质为该反应的限制性环节，只有加大返矿外部动力学条件，才能加快成渣反应,(3),进行。,7,烧结返矿与复合造渣剂对炼钢造渣过程的作用,成渣反应,(3,),为可逆反应，产生的,(FeO),会作为携氧载体参与脱碳反应。其反应方程式为：,(FeO)+C=CO+Fe (4),G,m,=-135270 J.mol,不稳定化合物,(FeO),解离出的,O,，溶入钢水中，进行钢水内部脱碳，脱碳反应产生的,CO,气体增加熔 池搅拌，提高反应的动力学条件。,8,一、烧结返矿对炼钢造渣过程的作用,烧结返矿与复合造渣剂对炼钢造渣过程的作用,（四）、烧结（返）矿炼钢使用技巧,1,、转炉冶炼前期,转炉吹炼前期是硅锰氧化期，熔池温度一般在,1200,1400,，吹炼前期完成,Si,、,Mn,以及,P,的氧化，形成初期渣的熔化，转炉冶炼前期形成的渣系主要 是,“,铁质,”,渣系及,Fe0-Si0,2,-Ca0,渣系。该渣系的主要 特点是,FeO,含量相对较高，二元碱度,R,在,2,左右的渣 系,钢渣之间的界面张力较大,熔渣粘度较低,熔渣极 易泡沫化，容易引起喷溅，但对脱,P,效果明显，对炉衬侵蚀较为严重，因此在转炉二批料中要补加一定量的氧化镁材料，以增加一定量的,MgO,，起到保护炉衬的作用。,9,一、烧结返矿对炼钢造渣过程的作用,烧结返矿与复合造渣剂对炼钢造渣过程的作用,（四）、烧结（返）矿炼钢使用技巧,1,、转炉冶炼前期,为了能够尽快形成该渣系，同时尽可能长时间保 持该渣系，以达到前期脱,P,的目的，在首批料中配加一定数量的返矿，返矿在转炉冶炼前期加入主要 发生分解反应（,1),和,(2),，以及反应分解产物,(FeO,),成 渣反应,反应和,(2),能够产生,(FeO,),，同时反应,(3),能促进活性石灰熔化。推进,“,铁质,”,渣系的形成。根 据脱磷理论，脱磷反应是在钢,-,渣界面反应，是强放热反应，其反应式为：,2P+8(FeO)=(3FeO.P,2,O,5,)+5(Fe)+ Q (5),10,一、烧结返矿对炼钢造渣过程的作用,烧结返矿与复合造渣剂对炼钢造渣过程的作用,（四）、烧结（返）矿炼钢使用技巧,1,、转炉冶炼前期,随着石灰的熔化，熔渣碱度进一步升高，同时也 会发生如下反应,:,2P+5(FeO)+3(CaO)=(3CaO.P,2,O,5,)+5Fe+Q(,6,),(,3,FeO.P,2,O,5,)+3(CaO)=(3CaO.P,2,O,5,)+3(FeO)+Q (7),磷的氧化产物,3CaO.P,2,O,5,在炉渣中是不稳定的，当熔池温度高于,1500,时，反应就会逆向进行，磷就重新回到钢中。,11,1,、转炉冶炼前期,反应,(,1),和反应,(3),均为吸热反应，能够有效缓解前期温度升高太快，推迟,C-O,反应时间,增加,“,铁质,”,渣系维持时间,达到前期深脱,P,的效果。因此转炉吹炼前期是返矿加入较理想的时期，但是返矿加入量太大，易导致熔池温度太低，不能达到,C-O,大量氧化的温度，造成渣中,(FeO),累积，引起低温喷溅。,实际操作中，前期返矿加入量根据铁水温度和铁 水,Si,含量进行调整。,12,2,、转炉冶炼中期,转炉吹炼中期是碳高速氧化期，熔池温度一般控制在,1450,1600,左右，主要任务是脱碳。由于此过程温度升高太快，,C-O,反应剧烈，（,FeO,),消耗较快，当供氧强度小于脱碳反应消耗的氧,(O),时，就会出现“返干,”,现象，,-,在这一时期渣系将完成由,“,铁质,”,渣系向“钙 质,”,渣系转变的过程，渣中,FeO,含量降低，,CaO,比例增加，碱度进一步提高。,13,一、烧结返矿对炼钢造渣过程的作用,烧结返矿与复合造渣剂对炼钢造渣过程的作用,（四）、烧结（返）矿炼钢使用技巧,2,、转炉冶炼中期,“,钙质,”,渣系的主要特点是熔渣熔点高、碱度高,，,P,在渣中的存在形态由（,3CaO.P,2,O,5,),向（,4CaO.P,2,O,5,),转 变，变得更为稳定，其反应式为：,(3CaO,.,P,2,O,5,)+(CaO)=(4CaO,.,P,2,O,5,)+Q,(,8,),14,一、烧结返矿对炼钢造渣过程的作用,（四）、烧结（返）矿炼钢使用技巧,2,、转炉冶炼中期,由于在吹炼中期,C-O,反应剧烈，熔池温度升高太快，消耗的,(FeO),增多，渣系中,(FeO),含量较低，熔渣,粘,度增加，导致反应,(,6,),向逆向进行。,同时，渣中,(FeO,),降低，直接影响反应,(7),正向反应，熔池温度升高，触发脱,P,反应,(5),和反应,(,6,),逆向进行，导致钢水,“,回,P,”,，因此，应在反应中期加入返矿。,15,2,、转炉冶炼中期,主要有四个作用,:,第一，在转炉冶炼中期加入烧结返矿，首先发生反应,(,1,),，返矿分解吸热，起到调节熔池温度的作用，能防止脱碳反应太激烈而导致渣中,(FeO,),降低太快出现,“,返干,”,现象，减少熔渣向钢水返,P;,第二，返矿分解产生的,(FeO),参与成渣反应,(3),，能缓解熔池“返干,”,现象，可降低金属喷溅或粘枪事故,;,16,一、烧结返矿对炼钢造渣过程的作用,烧结返矿与复合造渣剂对炼钢造渣过程的作用,（四）、烧结（返）矿炼钢使用技巧,2,、转炉冶炼中期,主要有四个作用,:,第三，返矿分解产生的,(FeO),，在铁水碳,元素充足的还原气氛中能被还原一部分（控制不好则有逆向反应），提高钢水收得率；,第四，返矿熔化分解出的,(O,),参与脱碳反应，增加转炉供氧强度，降低氧气消耗量，缩短吹炼周期。,17,一、烧结返矿对炼钢造渣过程的作用,烧结返矿与复合造渣剂对炼钢造渣过程的作用,（四）、烧结（返）矿炼钢使用技巧,2,、转炉冶炼中期,由于这一时期熔池温度较高，返矿加入后在很短时间内就可以完成反应,（,1,）,分解反应，同时由于熔池也比较活跃，动力学条件较好，成渣反应,(3,),也很快完成，部分,(FeO),还参与了脱碳反应，因此转炉冶炼中期是返矿大量加入较理想的时期。,18,一、烧结返矿对炼钢造渣过程的作用,烧结返矿与复合造渣剂对炼钢造渣过程的作用,（四）、烧结（返）矿炼钢使用技巧,3,、转炉冶炼后期,在转炉吹炼后期，钢水中的碳,C,含量降低，脱碳反应趋于平缓，熔池搅拌力减弱，出现,(FeO),回升现象， 熔渣的特性依然以钙质渣系为主，熔渣的碱度较高， 甚至出现游离的,(CaO),，大大提高了渣中,(MnO),活度，钢渣之间会发生,“,回锰,”,脱碳反应。在这个时期不宜加入大量的返矿。,19,（四）、烧结（返）矿炼钢使用技巧,3,、转炉冶炼后期,首先，因为返矿加入后发生反应（,1,),，导致后期熔池温度降低，影响转炉终点温度,;,其次，由于熔渣碱度较高，流动性相对较差，动力学条件不足，会降低返矿分解产物的成渣速率，影响转炉终点控制和溅渣效果。因此返矿在后期加入量要控制。,20,烧结返矿与复合造渣剂对炼钢造渣过程的作用,3,、转炉冶炼后期,综上所述：烧结返矿用于转炉炼钢可有效化渣，促进炉渣早化；其冷却效应是废钢的,2.5,倍。转炉炼钢使用烧结返矿可有效填充炉渣熔化所需的（,FeO,），,有利于降低铁水中的铁元素氧化量,达到降低钢铁料消耗的目的。烧结返矿在转炉熔池内可分解出（,O,），该（,O,）可参与,C-O,反应而节约炼钢氧耗。一般经验为使用量不得超过,35Kg/t,钢，否则喷溅不易控制。,另外，使用烧结返矿能促进炉渣早化，但抑制炉渣返干的功效需要积累操作经验。,21,加快造渣速度，快速成渣，使其提高脱硫、脱磷率，且能适应快速冶炼的需要，就是转炉炼钢技术的核心。,在炼钢造渣过程中既能取消萤石又能快速化渣，并通过改变渣系降低炉渣熔点确保炉渣不返干，本公司研制的化渣助熔剂，就是适应上述需求能使转炉炼钢生产高效化的一种产品。,22,复合造渣剂是根据炼钢造渣原理而人为配制的渣系，主要针对转炉炼钢的造渣速度低于铁水的氧化反应速度的矛盾而进行配渣炼钢开发的产品，是在总结萤石、锰矿、轧钢铁皮、烧结返矿、铁矾土等多种化渣助熔材料优缺点基础上研发的新产品，它既能快速化渣，又可兼作冷却剂使用。,23,二、复合造渣剂对炼钢造渣过程的作用,（一）、产品作用机理,该产品含有,TFe,、,CaO,、,MgO,、,SiO,2,、,Al,2,O,3,等多元组分，加入转炉钢水中很快熔化并与石灰反应,生成铁酸钙、铝酸钙等低熔点炉渣，加炔了成渣速度，而且能有效抑制吹炼中期的炉渣返干。,24,二、复合造渣剂对炼钢造渣过程的作用,烧结返矿与复合造渣剂对炼钢造渣过程的作用,（一）、产品作用机理,产品中含有,(FeO),，能使冶炼初期石灰表面难熔的,2CaOSiO,2,熔点下降，不仅有利于化渣，且可保证前期渣中,(FeO),含量高，有利于前期脱磷。,(MgO),能使,2CaOSiO,2,多元系相图中的析出区域缩小，有利于快速化渣；,Al,2,O,3,能使炉渣形成,CaO-SiO,2,- Al,2,O,3,三元结构，能有效抵抗碳氧激烈反应期因夺取渣中,(FeO),而导致的炉渣返干,。,25,复合造渣剂中有快速化渣的有效成分，可以促进炉渣尽快形成，而且产品不含,CaF,2,。该产品含有,TFe,，可有效填充炉渣所需的,TFe,量，达到减少炼钢铁损的目的；同时，该产品含有,CaO,、,MgO,和,Al,2,O,3,，具有石灰或轻烧白云石的造渣和护炉作用，可减少石灰与轻烧白云石（或菱镁球等含镁护炉料）的用量，可有效降低渣料消耗。,26,1.,快速成渣,复合造渣剂熔点低，加入转炉后即迅速形成渣液，同时该渣液与石灰接触并渗透,加速石灰的熔解,从而产生快速成渣效果。,27,2.,良好的助熔剂,复合造渣剂不含萤石主成份,CaF,2,，其化渣的持续性效果优于萤石，替代萤石化渣不仅减少对炉衬的浸蚀和对环境的污染，而且对溅渣护炉后的高,MgO,熔渣,其稀释作用比萤石好而且经济。,28,烧结返矿与复合造渣剂对炼钢造渣过程的作用,3.,改善炉渣透气性,复合造渣剂能改变炉渣渣系结构，使炉渣全程不返干，改善炉渣的透气性，使,C-O,激烈反应期的气体自动顺利逸出。,29,烧结返矿与复合造渣剂对炼钢造渣过程的作用,4.,吹炼平稳，减少喷溅,使用复合造渣剂后炼钢全程化渣好，吹炼平稳，可有效减少喷溅和炉渣返干；可有效解决粘枪粘罩问题，不但降低铁损，提高氧枪使用次数,还可因减少喷溅降低设备事故。,30,二、复合造渣剂对炼钢造渣过程的作用,烧结返矿与复合造渣剂对炼钢造渣过程的作用,31,6.,减少渣料消耗,5,25,公斤,/,吨钢，降低生产成本,7.,复合造渣剂对于低硅、高磷铁水，其冶炼效果尤佳,32,烧结返矿与复合造渣剂对炼钢造渣过程的作用,综上所述：,复合造渣剂是根据炼钢造渣原理而人为配制的渣系产品，,以它自身的熔点低并有效改变炼钢炉渣特性，,能有效解决转炉炼钢的造渣速度低于铁水的氧化反应速度的矛盾。,33,通过配渣使炉渣物相结构适应炼钢任务需求，在氧压不变枪位恒定的条件下，实现“前期早化渣、过程渣化透、终渣要做稠”，炉渣不仅具有合适的碱度和粘度，而且其渣钢界面反应能力增强，不仅能有效实现低枪位、低碱度、低氧化铁的,三低炼钢技术,，而且能实现在吹炼过程中不喷溅，不返干，不粘枪。,34,复合造渣剂因改变炉渣组元结构使炉渣熔点降低，并在碳氧激烈反应期炉渣不返干，可有效采用恒压恒枪位操作，使炼钢操作简单化。,35,1,、两者都是冷却剂，冷却效应以废钢为参照单位，烧结矿返为,2.5,，复合造渣剂为,3,；从冷却效应上看复合造渣剂优于烧结返矿。,2,、两者都是化渣助熔剂，完全熔化时间都在,1400,左右，使用后的炼钢初渣来渣时间烧结返矿大约,50,秒，复合造渣剂大约,35,秒；从促进炼钢早化渣上复合造渣剂优于烧结返矿。,36,三、复合造渣剂与烧结返矿的对比优势,3,、两者在抑制炼钢吹炼中期炉渣返干的基理有所不同，烧结返矿以分解的（,FeO,）形成低熔点物,(2CaO.FeO.SiO2),的方式去熔解石灰成渣，（,FeO,）易受,C-O,激烈反应的影响而使炉渣返干；复合造渣剂本身含有一定量（,FeO,）具有烧结返矿的作用，同时有低熔点,CaO-SiO2-Al2O3,物相,该物相不受,C-O,激烈反应的影响而保持熔点不变，从而确保炼钢过程炉渣不返干，能有效降低粘氧枪粘烟罩的生产事故,这是复合造渣剂最大的优势。,37,烧结返矿与复合造渣剂对炼钢造渣过程的作用,4,、复合造渣剂能做到炼钢早化渣和过程不返干，在,50,吨以上转炉可有效实施恒压恒枪操作，不需要高枪位化渣，不仅提高氧气利用率而降低氧耗，而且降低了渣中,TFe,量从而降低钢铁料消耗，这是烧结返矿所不具备的特点。,综上所述，转炉炼钢若使用化渣助熔材料，复合造渣剂优于烧结返矿。,38,