钢铁冶金学Ⅰ刘然.ppt

钢铁冶金学 学时 64目录 1绪论2铁矿粉造块3高炉冶炼过程的物理化学4高炉炉料和煤气的运动5高炉能量利用6高炉工艺计算7高炉强化冶炼 1绪论 一 钢铁工业在国民经济中的地位 1 发展钢铁工业的条件 2 钢铁材料的优越性能 二 钢铁企业的炼铁生产 从矿石到钢材的生产可分为两个流程 1 高炉 转炉 轧机 长流程 主要流程 2 直接还原或熔融还原 电炉 轧机 短流程 三 高炉 发展趋势 大型化 矮胖型 四 高炉原料 1 铁矿石 烧结矿 球团矿 天然块矿 基本定义 矿物 自然界存在的自然元素和化合物 矿石 可以提取有用物质并获取利润的矿物 脉石 不可以提取有用物质或不能获取利润的矿物 铁矿石种类 赤铁矿 Fe2O3 红色 磁铁矿 Fe3O4 黑色 有磁性 褐铁矿 Fe2O3 nH2O 含有结晶水 菱铁矿 FeCO3 碳酸盐 评价指标 1 含铁品位 TFe 2 脉石成分 SiO2 Al2O3 CaO MgO 3 有害杂质 S P F As K Na Pb Zn Cu 与有益元素 Mn Cr Ni Co V Ti Mo Nb 稀土类等 4 还原性 由好至坏依次为 褐铁矿 菱铁矿 赤铁矿 磁铁矿 5 强度与粒度 粒度上限决定还原性 下限决定于透气性 一般为9 25mm 6 化学成分和粒度的稳定 锰矿石评价 合金元素 与铁性能相近 用于铁合金和洗炉 Mn高 比铁品位更重要 难还原 Fe低 Mn Fe 10 因为Fe易还原 S P要低 因为铁合金在后期加入钢水中 不能再脱S和脱P 要求P 0 2 较高的强度和适宜的粒度 2 铁矿石的准备 3 熔剂 石灰石 白云石 1 破碎与筛分 网目 一英寸 24 5mm 长度上的方孔数 2 混匀 方法 平铺直取 3 焙烧 目的是改变铁矿石性能 主要有还原磁化焙烧 氧化焙烧 氯化焙烧 4 选矿 作用 提高品位 回收有用的元素 去除有害杂质 方法主要有磁选 重选 浮选 1 目的 降低熔点 脱硫 2 分类 碱性 中性 酸性 理论分法 3 质量要求 CaO MgO高 S P低 高强度和适宜粘度 比较高的活性 5 炼焦工艺 配煤 原煤 工艺过程 新工艺 6 煤粉 1 作用 发热剂 还原剂 增碳剂 骨架作用 2 质量要求 C固高 A低 V适当 S P低 常温强度高 高温强度高 稳定性好 4 焦炭 1 喷吹煤粉的作用 发热 还原 2 质量要求 灰分低 C高 S P低 K Na低 发热值高 可磨性好 燃烧性和反应性好 安全性高 3 炉渣 2 煤气 1 成分有Fe C Si Mn S P等 2 分为炼钢生铁 铸造生铁 Si高S低 铁合金 3 铁与钢主要区别是C 1 生铁 五 高炉产品 1 成分有CO CO2 N2 H2 H2O 2 用途 热风炉 加热炉 锅炉房或自备发电厂的燃料 1 成分有 CaO MgO SiO2 Al2O3 FeO MnO等 2 用途 水泥 路基 建筑用材 绝热材料 六 高炉辅助设备 1 供料系统2 送风系统3 除尘系统4 渣铁处理系统5 燃料喷吹系统 七 高炉冶炼的概况 分为五带 1 块状带 间接还原分解反应CaCO3 CaO CO2部分直接还原FeO C Fe CO 2 软熔带 造渣CaO SiO2 Al2O3 硅酸盐渗碳反应 3Fe 2CO Fe3C CO23 滴落带 直接还原 FeO C MnO C SiO2 C P2O5 C 4 风口燃烧带 2C O2 2CO5 炉缸部分 脱硫反应FeS CaO C CaS Fe CO 八 高炉技术经济指标 1 有效容积 铁口中心线至大钟下降下沿或溜槽垂直下沿 Vu工作容积 有效容积 炉缸容积 2 有效容积利用系数 高炉一昼夜每m3有效容积生产生铁的量 t m3d n P Vu 3 焦比 每t生铁所消耗的焦炭 kg t K Q P 4 煤比 每t生铁所消耗的煤粉量 kg t 5 综合焦比 焦比 煤比 置换比 6 冶炼强度 每天每m3容积消耗的焦炭量 t m3 I Q Vu n K综合冶炼强度 每天综合焦炭消耗量 有效容积 7 生铁合格率 生铁化学成分符合国家标准的总量占生铁总产量的百分数 一级品 S 0 03 合格品 S 0 07 8 休风率 休风时间占日历时间的百分比 9 高炉一代寿命 炉龄 1 两次大修之间的时间 年 2 单位体积的产铁量 t m3 2铁矿粉造块 一 定义 铁矿粉造块是将不能直接入炉的金属矿粉经配料后用人工方法造成符合冶炼要求的矿块 二 意义 扩大了冶炼原料的来源 同时又改善了原料的质量 三 目的 将粉料制成具有高温强度的块状料 改善铁矿石的冶金性能 使高炉冶炼指标得到改善 去除某些有害杂质 回收有益元素 达到综合利用资源和扩大铁矿石原料资源 2 1铁矿粉烧结 一 烧结的作用 利用贫矿和粉矿 改善冶金性能 利用钢铁厂的废弃物 二 烧结原料的质量要求 1 含铁原料种类 精矿粉 富矿粉 高炉炉尘 转炉炉尘 轧钢皮等 质量要求 S P低 FeO高 粒度 10mm 2 溶剂种类 石灰石 消石灰 生石灰 白云石 菱镁石 质量要求 CaO MgO高 S P低 粒度 3mm 要有利于分解和矿化 高活性度 成分稳定 3 燃料 1 点火气体燃料 有高炉煤气 焦炉煤气 天然气 一般采用高炉煤气与焦炉煤气混合 质量要求 发热值高 点火温度达到1100 至1250 安全 2 固体燃料 焦粉和煤粉质量要求 质量 A和V低 S和P低 粒度 3mm 三 抽风烧结过程 温度分布见教材中的图2 1 P33 分为5层1 烧结矿层 小于1100 空气预热 烧结矿冷却 液相结晶固结 厚度逐渐增加 烧结完成时则全部都是 2 燃烧层 700 至1350 或1500 厚度为15 80mm 燃料燃烧 软熔 氧化 还原 分解等 3 干燥预热层 露点至700 升温速度快 水分蒸发 燃料加热 固相反应 结晶水分解 4 过湿层 露点以下至露点 水汽重新凝结于混合料中 产生过湿 透气性差 5 混合料层和铺底料 四 烧结过程的主要反应 1 固体燃料的燃烧 1 特征 1 C少 稀而均匀 重量比3 5 体积比10 左右 2 传热条件好 抽风 3 具有一定量的空气过剩系数 实际耗氧 理论耗氧 2 燃烧过程 完全燃烧与不完全燃烧同时存在 xC yO2 nCO mCO2t1500 CO CO2 2 零级反应烧结过程温度实际处在1200 1500 CO CO2 1 2之间 中间过渡状态 烧结废气中CO和CO2共存 烧结废气成分为 CO CO2 N2 H2 O2 3 烧结料层的气氛条件 根据废气成分确定 烧结过程中 自由氧为2 6 是氧化性或弱氧化性气氛 但在固体燃料表面附近 则是还原性气氛 可以说 烧结过程宏观上氧化性气氛 微观上有还原性气氛 固体燃料粒度过大时 还原气氛强 要求固体燃料粒度小于3mm 70 4 固体碳燃烧速度处于扩散速度范围内固体燃料粒度增加 气流速度提高 气流中含氧增加 则料层温度升高 2 分解反应 1 结晶水分解 分解吸热 增加燃料消耗 一般固溶体的水容易在120 200 分解出来 以OH 存在 褐铁矿 250 至300 分解 高岭土 Al2O3 SiO2 2H2O 400 开始分解 500 至600 大量分解 完成去除结晶水要到1000 左右 2 碳酸盐分解及矿化作用分解反应 CaCO3 CaO CO2MgCO3 MgO CO2 影响因素 1 烧结温度 高有利于分解 2 石灰石粒度 小有利于分解 要求小于3mm 3 杂质 Al2O3 SiO2 Fe2O3 少有利于分解 4 活性 高有利于分解 矿化作用 固化反应 形成CaO SiO2 CaO Fe2O3等 如果没有发生矿化作用 则会形成白点 CaO CaO H2O Ca HO 2体积膨胀 产生粉化 影响因素 1 烧结温度 高有利于矿化 2 石灰石粒度 小有利于分解 要求 3mm 3 矿粉粒度 小有利于分解 4 活性 高有利于分解 3 高价氧化物分解 P35 铁和锰高价氧化物的分解压较高 预热层 MnO2 Mn2O3开始分解 燃烧层 MnO2 Mn2O3沸腾分解 Fe2O3开始分解 Fe3O4和FexO的分解压很小 在烧结条件下不可能分解 3 氧化还原反应 烧结过程宏观上是氧化气氛 但也存在还原气氛 尤其在配碳量比较高和燃料粒度比较大时比较明显 1 Fe2O3 在烧结过程中会发生热分解和还原 3Fe2O3 2Fe3O4 1 2O2热分解3Fe2O3 CO 2Fe3O4 CO2还原固相反应形成CaO Fe2O3系列 则难还原 2 Fe3O4 在烧结过程中分解难 但在1300 1350 会发生下面的反应 2Fe3O4 3SiO2 3 2FeO SiO2 O2在烧结过程中可以还原 Fe3O4 CO FeO CO2900 平衡CO CO2 3 47同时也可以发生下面的反应 3Fe3O4 3SiO2 2CO 3 2FeO SiO2 2CO2 CaO存在 则不利于2FeO SiO2的形成 在烧结过程中也可以氧化成Fe2O3 条件是料层透气性好 配碳量比较低 氧化反应是放热反应 3 FeO 在烧结过程中还原比较困难 只有在配碳量特别高时才有可能 在烧结过程中可以被氧化成Fe3O4 条件是料层透气性好 配碳量比较低 供氧充足 4 锰氧化物 MnO2和Mn2O3易进行热分解 Mn3O4不易进行热分解 但可还原成MnO MnO不易还原 4 气化反应 有害杂质的去除 1 S的去除 85 90 S的存在状态 1 有机S 含量一般比较低 仅在个别年轻煤中含量较高 2 硫化物 如FeS2 FeS 3 硫酸盐 如FeSO4 CaSO4 BaSO4等 硫酸盐在新鲜煤中含量极少 在氧化后的煤中含量比较高 烧结过程脱硫是氧化脱硫 分解只是一小部分 硫化物脱硫的主要反应有 4FeS2 11O2 2Fe2O3 8SO23FeS2 8O2 Fe3O4 6SO22FeS2 2FeS S2S O2 SO24FeS 7O2 2Fe2O3 4SO23FeS 5O2 Fe3O4 3SO21350 以下 铁氧化物以生成Fe2O3为主 1350 以上 铁氧化物以生成Fe3O4为主 上述反应都是放热反应 硫化物中的硫去除比较容易 硫酸盐中的硫去除比较困难 但在Fe2O3和SiO2等存在的条件下 CaSO4 BaSO4分解变得容易 CaSO4 Fe2O3 CaO Fe2O3 SO2 1 2O2吸热BaSO4 SiO2 CaO SiO2 SO2 1 2O2吸热 影响烧结过程脱硫的因素 1 矿粉粒度 粒度细有利于脱硫 原因是有利于氧化 各类矿粉的粒度要求小于10mm 2 矿石品位 品位高有利于脱硫 品位高则熔点高 3 烧结矿碱度 碱度低有利于烧结脱硫 烧结脱硫的实现是S进入废气 碱度高有利于形成CaS 没有实现脱硫 4 燃料用量 恰当则有利于脱硫 燃料多易形成还原性气氛 硫负荷高 不利于烧结脱硫 燃料少烧结温度低 同样不利于脱硫 烧结脱硫发热 1kgFeS2可代替0 3kg含C为80 的焦粉 5 返矿用量 恰当则有利于脱硫 改善料层透气性 有利于烧结脱硫 液相量增加 不利于脱硫 2 去As 氧化去As 烧透是前提 As有毒 2FeAsS 5O2 Fe2O3 As2O3 2SO2 3 脱F 2CaF2 SiO2 2CaO SiF4CaO不利于去F SiO2有利于去F H2有利于去F F对人体有害 腐蚀设备 4 Pb和Zn的去除燃料增加到10 至11 脱锌率可以达到20 加入CaCl2 可以脱除90 左右的铅和65 左右的锌 5 水分的蒸发 分解和凝结 1 蒸发和凝结的条件是 蒸发 实际PH2OP H2O 饱和蒸汽压 2 蒸发 100 时 P H2O 0 1013MPa 1atm 实际上 烧结料层中PH2O 0 9atm 因此水汽化的沸腾温度低于100 烧结过程中汽化在120 至125 完成的原因有 烧结过程传热速度快 烧结混合料快速加热 分子水与固体颗粒之间的结合力大 不易去除 3 凝结 水分的再分布 温度是露点 PH2O P H2O烧结过程中露点一般为50 60 消除水分凝结的措施是将混合料温提高到露点以上 五 烧结过程中的固结 1 固相反应 定义 在一定的温度条件下这种或那种离子克服晶格中的结合力 在晶格内部进行位置交换 并扩散与之相接触的邻近的其它晶格内进行的反应 开始温度 0 8 0 9 T熔点 这时质点具有可移动性 并发生化学反应 影响固相反应的因素有 矿粉粒度 混匀程度 燃料用量 烧结气氛 烧结过程中可能产生的固相反应如P39表2 1 2 烧结过程中液相的生成这些液相就是粘结相 对烧结矿质量和产量有非常重要的影响 1 铁氧 Fe O 体系 铁氧化物固溶体 高品位烧结矿的主要粘结相 脉石成分比较小 2 FeO SiO2体系 酸性烧结矿的主要粘结相 2FeO SiO2熔点 1205 FeO SiO2 FeO熔点 1177 FeO SiO2 SiO2熔点 1178 特点 强度比较高 但还原性比较差 生成条件 比较低的碱度 有SiO2 比较高的温度 还原性气氛 工艺是燃料用量高 烧结矿碱度与高炉炉渣碱度的区别和联系 烧结矿碱度 高炉炉渣碱度 酸性 低碱度 烧结矿烧结矿碱度 高炉炉渣碱度 自熔性烧结矿烧结矿碱度 高炉炉渣碱度 高碱度 熔剂型 烧结矿 3 CaO SiO2体系 熔剂性烧结矿的主要粘结相 CaO SiO2熔点 1544 CaO SiO2 SiO2熔点 1450 3CaO 2SiO2熔点 1460 2CaO SiO2熔点 2130 特点 固相反应生成能力强 反应速度快 强度比较低 原因是2CaO SiO2有相变问题 不存在还原性问题 830 850 2CaO SiO2 2CaO SiO2体积膨胀12 675 2CaO SiO2 2CaO SiO2体积膨胀10 应控制或减少2CaO SiO2的生成量和晶体转变 生成条件 比较高的碱度 有CaO 高温 生成的液相量是不多的 4 CaO Fe2O3体系 熔剂性烧结矿的主要粘结相 2CaO Fe2O3熔点 1449 CaO Fe2O3熔点 1216 CaO 2Fe2O3熔点 1226 特点 强度比较高 还原性比较好 最好的粘结相 生成条件 1 高碱度 CaO多 2 低温 因为高温 1300 以上 条件下Fe2O3会分解 3 氧化性气氛 固体燃料配量比较低 4 SiO2含量比较低 因为SiO2与FeO和CaO的结合力都比较大 此外 针状铁酸钙比片状和柱状铁酸钙的强度高 还原性好 发展针状铁酸钙是烧结发展的一个趋势 低温烧结就是这个目的 5 CaO FeO SiO2体系 熔剂性烧结矿的主要粘结相 典型矿物 铁钙橄榄石 CaO FeO SiO2铁钙方柱石 2CaO FeO 2SiO2钙铁辉石 CaO FeO 2SiO2特点 强度比较高 还原性比较差 生成条件 高碱度 高温 还原性气氛 6 CaO SiO2 TiO2体系 钒钛磁铁烧结矿的主要粘结相 特点 硬而脆 粉末比较多 还原性比较好 生成条件 钒钛磁铁矿 3 冷凝固结在烧结过程中 并非全部烧结料都熔化为液相 有些粒度大的原料还来不及熔化就被液相粘结起来 然后又急速冷却 形成多孔的烧结矿 4 烧结矿的矿物组成及其结构由含铁矿物及脉石矿物两大类组成的液相粘结在一起 1 显微镜下观察的结构有 粒状结构 斑状结构 骸状结构 丹点状共晶结构及熔蚀结构 2 影响烧结矿质量的因素 影响强度因素 烧结料矿化及液相发展程度 矿物组成中矿物和玻璃相的强度 冷凝过程中产生的内应力 影响还原性的因素 矿物组成自身的还原性 矿物结构 六 烧结料层的热交换 1 自动蓄热作用 定义是热烧结矿将热量传给气体 气体温度上升 然后气体将热量带给下层燃烧带 这种现象称为自动蓄热作用 自动蓄热作用对燃料带的温度影响很大 可以提供燃烧带全部热量的40 以上 料层越厚 自动蓄热作用越强 2 垂直烧结速度 定义是燃烧带 高温区 向下移动的速度 与料层内的风量 料层透气性 成正比 是决定烧结矿产量的重要因素 垂直烧结速度过快 废气传给物料的热量不足 烧结温度降低 烧结矿强度下降 烧结矿成品率下降 烧结矿产量下降 垂直烧结速度过慢 烧结矿产量下降 颗粒内部热量多 但表面温度低 液相生成量不足 3 高温区的温度水平决定于高温区的热平衡和气流与物料间的传热条件 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5T mcQ1 空气显热 kJ Q2 烧结过程中燃料燃烧放热以及所发生的各种反应的热效应总和 kJQ3 从烧结上层下来的废气中吸收的热量 kJ Q4 废气带走的热量 kJ Q5 高温区热损失 kJm 高温区物料重量 kg C 烧结料比热 kJ kg 影响因素 配碳量增加 石灰石量减少 Q2增加 T升高 烧结过程越往下 Q3增加越多 T升高 抽风烧结的特点 热风烧结 Q1增加 T升高 最好在烧结过程的前期供热风 因为此时的Q3 0 4 高温区的厚度高温区是料层透气性最差的一层 燃烧速度与传热速度的配合对高温区的温度和厚度有重要的影响 1 燃烧速度传热速度 废气传入颗粒内部的热量减少 废气温度升高 带走的热量增加 高温区加厚 3 燃烧速度 传热速度 料层温度最高 高温区厚度最小 4 燃料粒度大 则燃烧速度下降 高温区水平下降 高温区厚度增加 5 配碳量增加 高温区水平升高 高温区厚度增加 七 烧结料层中的气体流动 气体流动阻力 P f w d H 垂直烧结速度取决于烧结料层在烧结过程中的透气性 不是烧结料层的原始透气性 烧结矿层 透气性比较好 燃烧层有液相 P最大 此层越薄越好 预热干燥层 透气性主要取决于干燥后混合料中小球的强度 过湿层 透气性比较差 烧结点火后 烧结矿层未形成 P升高 而后逐渐降低 气流分布均匀 则垂直烧结速度均匀 烧结成品率升高 八 烧结生产工艺 1 烧结配料 P51 采用重量法配料 根据配料计算 2 混匀与制粒一混的主要作用是混匀 二混的主要作用是造球制粒 影响混匀和制粒的因素 1 原料性质 粘性大 比重相差小 粒度差别小有利于混匀和造球 2 水分含量和加水方法 适量 雾状有利于混匀和造球 3 工艺因素 倾角 转速 填充率 混匀时间长有利于混匀和造球 3 铺底料 1 作用 保护篦条 减少废气含尘量和除尘器负荷 增加有效抽风面积和料层透气性 改善厂区环境 2 方法 粒度自然偏析 偏析布料 但不能是大粒度的燃料 10 25mm的成品烧结或天然块矿 4 布料 1 要求 均匀 粒度 成分和水分 具有一定的松散性 但不能太松 2 理想布料是粒度上小下粗 碳上多下少 实现方法有双层布料和偏析布料 偏析布料有磁辊 反射板和空气吹风 5 烧结料点火和烧结矿保温点火温度为1100 至1300 之间 点火时间为1分钟左右 点火真空度适当低一些 烧结矿保温是减缓上层烧结矿的冷却速度 6 烧结矿处理破碎 单辊破碎 筛分 固定条筛 冷却 带式冷却机和环形冷却机 返矿返回烧结机 小于5mm的比例应小于5 7 烧结机生产能力Q 60K BHVK 成品率 堆比重 B 台车宽 H 料层高 V 台车速度 H dtd 垂直烧结速度 t 烧结时间 D f 料层透气性 透气性指数 Q F H P 0 6 Q 抽风量 F 抽风面积 H 料层厚度 P 负压 8 改善烧结料层透气性 1 适当配加富矿粉 粒度粗 2 加消石灰 有利于成球 3 加松料器 4 提高料温 蒸汽 热返矿 生石灰 消除过湿现象 5 新的布料装置 9 增加有效风量 1 降低漏风率 主要是机头和机尾 2 经常检查 及时堵漏 定期检修 10 改善烧结矿质量 1 厚料层烧结 2 提高MgO含量 3 低温烧结 4 加B或P 5 高碱度烧结矿 6 合适的配C量 7 配加蛇纹石 8 配加萤石 2 2球团矿生产 一 粉矿成球1 成球机理 加水润湿矿粉是铁矿粉成球的基本条件 对水进行研究 水在矿粉中的状态 1 吸附水 原因是新表面具有过剩能量 具有固体的性质 不能在颗粒表面自由移动 2 薄膜水 结合力要差一些 可以在颗粒表面迁移 吸附水和薄膜水组成分子结合水 矿粉含水量达到最大分子结合水后 成球才明显开始 3 毛细水 矿粉中超过分子水后才能形成 起作用的是毛细力 矿粉成球过程是在毛细力的作用下 矿粉颗粒被拉向水滴中心 形成小球 毛细水在矿粉成球中起主导作用 2 成球过程 1 形成母球 矿粉润湿 在机械力的作用下形成细小的毛细管 主要是水的润湿 2 母球长大 毛细管形状和尺寸改变 过剩毛细水挤到母球的表面上 粘结上润湿程度比较低的矿粉 润湿和机械力同时作用 3 母球压实 停止加水润湿 在机械力的作用下 水分被挤出 挤出的水分被未充分润湿的矿粉吸收 机械力的作用 三个过程在造球机内一起完成 液体表面张力大 物料亲水性强 液体密度小 毛细管直径小 毛细力大 矿粉成球容易 4 重力水 对造球不利 3 造球设备圆盘造球机 圆筒机 4 影响造球过程的因素 1 原料性能 亲水性强易成球 褐铁矿最强 磁铁矿最差 孔隙度大易成球 颗粒形状 针状和片状好 球状差 2 原料粒度 粒度小 比表面积大 组成不均匀易成球 小于200目 3 原料湿度 含水量大 生球大小不均匀 相互粘结 适宜的含水量 矿粉的水分应低于造球适宜的水分 否则烘干 4 添加剂 皂土 一般为0 5 至1 5 实际3 左右 消石灰 石灰石 生石灰 有机添加剂 5 工艺操作 加水加料原则 滴水成球 雾水长大 无水压紧 造球时间 3至10分钟设备指标 圆盘造球机的转速和倾角 倾角45至50度 园盘边高和填充率适宜 底料和刮板要适宜 物料温度 预热混合料 50 为宜 5 生球的质量要求 焙烧和冶炼的要求 1 粒度 均匀粒度 10 16mm 2 抗压强度 15 20N 个球 3 落下强度 0 5m高自由落下大于4次 4 比较高的爆裂温度 二 球团矿焙烧固结1 生球干燥目的 提高强度 防止破裂 破裂的原因 不均匀收缩 由表面水汽化和内部水扩大散到表面的两个过程组成 速度要适宜 防止生球破裂 干燥速度有计算公式 但多数是定性公式 干燥时生球的最低强度应该能承受球层的压力和干燥介质穿过球层的压力 影响干燥的因素 1 球层越高 水冷凝越严重 降低了下层生球的破裂温度 2 缩小生球尺寸有利于干燥过程 3 生球孔隙度下降 妨碍生球内部蒸汽的扩散 2 再结晶固结理论 要保证球团有足够高机械强度和良好的冶金性能 磁铁矿 1 微晶键连接 氧化气氛 低温 900 左右 条件下 焙烧磁铁矿球团时 表面首先产生Fe2O3微晶 长大 连接 2 Fe2O3再结晶 Fe3O4生球在强氧化性气氛中继续加热到1100 以上时 Fe3O4完全氧化 并发生Fe2O3微晶再结晶和晶粒长大 3 Fe3O4再结晶 Fe3O4生球在中性或强还原性气氛中焙烧 当温度高于900 时 生球中Fe3O4晶粒发生再结晶和晶粒长大 4 渣键连接 有SiO2存在 则在还原或弱氧化性气氛中焙烧 高于1100 时 Fe2O3 SiO2 CO 2FeO SiO2 CO22FeO SiO2 2FeO SiO2赤铁矿 5 Fe2O3高温再结晶 1300 左右开始 强度比较差 3 影响球团焙烧固结的因素 1 原料性能 磁铁矿氧化放热 焙烧温度比较低 能耗低 石英在氧化性气氛中不影响赤铁矿球团固结 在中性或还原性气氛中会形成液相 长石熔点低 可降低焙烧温度 有利于液相粘结 皂土有利于球团固结 形成液相 消石灰和石灰石会使球团矿的焙烧温度区间变窄 易出现渣相粘结 2 精矿粒度和粒度组成 粒度细 比表面积大 氧化快而完全 有利于球团造球和焙烧 孔隙度低 有利于焙烧 粒度大小不一 有利于焙烧 3 焙烧温度 提高焙烧温度有利球团固结 但最高温度不能超过Fe2O3大量分解的温度 一般为1200 至1300 不低于1150 不高于1350 4 升温速度和高温下保持时间 升温速度过快 球团强度下降 高温下保持时间要足够 因为再结晶和液相生产都需要时间 过长 球团熔化和粘结 5 焙烧气体介质特性磁铁矿 氧化性气氛最好 中性和还原性气氛球团矿强度低 还原性差 赤铁矿 氧化性或中性气氛中进行焙烧 不能在还原性气氛中进行焙烧 气氛根据O2含量划分 O2 1 5 氧化性气氛 O2 1 1 5 中性气氛 O2 1 还原性气氛 6 球团矿尺寸 尺寸大 氧化过程进行得慢而不完全 球团氧化完成所需的时间与球团的直径的平方成正比 生球尺寸在对赤铁矿球团的焙烧影响更大 无内部热量 三 球团生产工艺1 原料准备 配料 混料和造球 目的是使化学成分 粒度组成 水分均匀 混料和配料工艺比较简单 多采用混磨 造球采用 圆筒和圆盘2 球团矿焙烧 设备 竖炉 链篦机 回转窑 带式焙烧机3 其它球团生产方法 1 冷固结球团 水泥法和碳酸盐球团固结法 2 金属化球团法 3 有色金属氧化物氯化挥发球团法 四 球团矿和烧结矿的比较 1 原料条件 球团细 325目要大于70 比表面积为1500 2000cm2 g烧结粗 150目要小于20 原料适应性强 2 生产设备投资和管理费用生产设备投资球团高 加工费用球团略高 但按含铁量比较球团稍低 球团的燃料费用低于烧结矿 但动力费用要高于烧结矿 3 冶金性能 1 球团矿粒度均匀 冷态强度高 运输和贮存粉末少 球团矿有还原膨胀现象 高温冶金性能不太理想 球团膨胀的原因 膨胀小于20 异常膨胀Fe2O3 Fe3O4 FeO六面体立方体铁胡须立方体正常膨胀一般小于20 异常膨胀可以达100 至200 或更大 原因主要是形成铁胡须 降低球团矿还原膨胀的措施 适当提高球团矿中SiO2含量 形成渣键 适当提高球团矿的碱度 生产自熔性球团矿 提高焙烧温度 2 烧结矿有低温还原粉化现象烧结矿深度还原和高温还原性能比较好 软熔性能比较好 但烧结矿也有低温还原粉化问题 RDI 原因与球团矿还原膨胀的原因基本相同 4 高炉冶炼效果 球团矿与烧结矿无明显差异 5 环境状况 球团工艺可以减少灰尘量 SO2和NOx 五 高炉合理的炉料结构合理标准 1 资源量大 要稳定 2 取消石灰石入炉 3 比较高的熟料率 4 良好的冶金性能 合理的炉料结构是相对的 一般认为高碱度烧结矿配加酸性球团矿是合理的炉料结构 但碱度差不能太大 球团矿配比也应控制在40 以内 六 球团工艺的改进 1 自熔性球团矿2 内燃性或多孔性球团矿 2 3烧结矿和球团矿的质量检验 一 冷态物理机械性能 落下强度 抗压强度 转鼓强度 二 热态及还原条件下的性能 1 热爆裂性能2 还原条件下的冶金性能低温还原粉化性能 荷重软化性能 还原膨胀性能 3高炉冶炼过程中的物理化学 3 1蒸发 分解与气化 一 蒸发吸附水蒸发 耗热不多 对高炉影响不大 二 结晶水分解烧结已述 补充 结晶水析出过晚现象 T 800 时 发生反应H2O C H2 CO 耗热增加 消耗C固 产生的CO气体不能被充分利用 分解比例 20 50 三 碳酸盐分解高炉加熔剂或炉料中存在碳酸盐时 T升高 则发生分解 耗热增加 主要不利影响 CaCO3分解 消耗碳素 吸收热量 四 析C反应煤气中CO在上升过程中T下降到400 600 时 发生反应2CO CO C不利影响 破坏炉衬 加剧炉料粉化 五 气化反应在高炉内气化的物质有还原元素P As K Na Pb Zn和S 还原中间产物SiO Al2O和PbO 化合物SiS CS和CaF2等 少部分随煤气逸出 一部分被炉渣吸收 一部分在上升过程中随T降低而凝聚 形成 循环累积 造成炉料难行 悬料及结瘤等 解决方法 提高炉顶温度 增加煤气量 降低炉渣碱度 提高渣量 3 2高炉内的还原过程 一 铁氧化物还原的热力学1 铁氧化物还原的规律 逐级还原t 570 Fe2O3 Fe3O4 FeO Fet 570 Fe2O3 Fe3O4 Fe FeO不存在 Fe2O3赤铁矿 六方晶格 刚玉型菱型晶格 还原容易 Fe3O4磁铁矿 立方晶格 还原比较困难 Fe2O3 FeOFeO浮氐体 立方晶格 不稳定 FexO x 1 0 还原困难 复杂铁氧化物 CaO Fe2O3 2FeO SiO2 CaO FeO SiO2 FeO TiO2及褐铁矿 菱铁矿先分解后还原 2 铁氧化物还原的基本反应 1 还原剂 CO H2 C 主要是C和CO 2 用CO H2还原时的叉字曲线 T 570 a Fe2O3 CO Fe3O4 CO2 a Fe2O3 H2 Fe3O4 H2O b Fe3O4 CO Fe CO2 b Fe3O4 H2 Fe H2O T 570 a Fe2O3 CO Fe3O4 CO2 a Fe2O3 H2 Fe3O4 H2O c Fe3O4 CO FeO CO2 c Fe3O4 H2 FeO H2O d FeO CO Fe CO2 d FeO H2 Fe H2O 图示出了铁氧化物还原对气氛的要求 共分四个区域 Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe 1 关键点 T 570 2 T 810 CO还原曲线在H2的下方 CO还原能力大于H2 即CO还原时的热力学气体利用率高于H2 T 810 H2还原曲线在CO的下方 H2还原能力大于CO 即H2还原时的热力学气体利用率高于CO 3 反应后加 说明为放热反应 图中曲线为上升趋势 T升高使热力学利用率下降 下降曲线为吸热反应 T升高使热力学利用率升高 4 反应b d b d 的曲线趋势正好相反 说明CO和H2两种还原气体的热力学规律正好相反 5 C参加还原反应的平衡分析 T 685 得不到Fe T 647 C还原Fe3O4生成FeO的关键温度 二 直接还原和间接还原 1 概念 直接还原 用C还原 生成CO 高温 吸热 决定于碳的气化反应 1100 左右 间接还原 用CO或H2还原 生成CO2 低温 放热 H2吸热 决定于矿石的还原性能 Fe2O3 FeO全部间接还原 FeO Fe一部分间接还原 一部分直接还原 2 直接还原度的表示和计算Fe直Fe直rd 定义式Fe生 Fe料Fe全 rd 1 rco rH2 1 ri ri Fe间 Fe全Fe间 56 12 C间 FeO CO Fe CO2 56 12 C焦 C燃 C铁 C尘 CO2 CO CO2 CH4 12 44 CO2熔 挥 12 160 Fe2O3 12 87 MnO2rco Fe生 Fe料 式中 44为CO2的分子量 FeH2 56 2 H2还 rH2 Fe全Fe生 Fe料式中 高炉下部参与还原FeO的H2的百分数 一般 85 H2还 H2总 H2煤气 一般情况下 氢在高炉内的利用率 为30 至50 即 H2还 30 50 H2总 所以 56 2 H2燃 2 18 H2O风 H2O喷 H2 rH2 Fe生 Fe料 式中 H2燃 入炉各种燃料带入的H2量 kg t铁 H2O风 H2O喷 分别为鼓风和喷吹物含水量 kg t铁 H2 30 50 85 rd的简易计算法 C氧 C风 CSi Mn P C石灰石rd 12 56 Fe生 Fe料 式中 C氧 C焦 C煤 C生 C尘氧化的总碳量 kg t 生铁 CSi Mn P Si Mn P直接还原消耗的碳量 kg t 生铁 C石灰石 石灰石分解CO2与C作用所消耗的碳 kg t 生铁 C风 风口区燃烧的碳量 kg t 生铁 按C N2平衡原理算出鼓风消耗量来计算 煤气分析要准确 3 高炉直接还原度Rd定义 高炉冶炼过程中 直接还原夺取的氧量O直与还原过程夺取的总氧量O总的比值 用Rd表示 O直0 5CO CO2 N2 0 5CO20 5 CO CO2 N2Rd O间 O直0 5CO CO2 N20 5CO CO2 N2 CO CO2 N2煤气中相应组成的含量 0 21 1 f 0 5f 氧氮比 f 空气中水分含量 0 79 1 f 三 直接还原和间接还原对燃料比的影响 1 还原剂的碳量消耗 1 直接还原 FeO C Fe COCd 12 56 rd Fe生 Fe料 0 214rd Fe生 Fe料 2 间接还原 FeO CO Fe CO2Ci 12 56 ri Fe生 Fe料 n 0 214 1 rd Fe生 Fe料 nn 过剩系数由于Fe3O4和FeO的间接还原是可逆的 反应平衡时的气相组成中CO CO2保持有一定的比例 为了使还原反应不断进行下去 必须使气相CO浓度超过平衡浓度才行 即CO过剩才行 此时 Ci为理论上的最低需求量 3 n的计算 高炉为一逆流反应器 FeO来自炉子上部Fe3O4的间接还原 而还原Fe3O4的气相成分则来自炉子下部还原FeO后的气相组成 因此该气相组成应满足Fe3O4还原所需CO过剩量的要求 FeO n1CO Fe CO2 n1 1 COKp1 CO2 CO 1 n1 1 根据 G 计算Kp1值即可求得 n1 1 1 Kp1 1 CO CO2 f T 100 CO2 例 700 时 平衡 CO2 40 CO 60 则n1 2 5 还原FeO后的煤气再上升还原Fe3O41 3Fe3O4 CO2 n1 1 CO FeO 4 3CO2 n1 4 3 COKp1 CO2 CO 4 3 n1 4 3 Kp2 4 3 n2 4 3 4 3 n1 4 3 1 n2 1 n2 4 3 1 1 Kp2 f T 2 发热剂的碳量消耗直接还原 还原剂消耗碳量少 发热剂消耗碳量多 间接还原 还原剂消耗碳量多 发热剂消耗碳量少 热消耗Q 热收入 QCO2 QCO Q风 Q渣式中 QCO2 生成CO2产生的热量 QCO2 CCO2 qCO2 qCO2 33390J kg CQCO 生成CO产生的热量 QCO CCO qCO qCO 9791J kg CQ风 鼓风带入高炉的热量 Q渣 成渣热 CCO2 生成CO2的碳 CCO 生成CO的碳 Q 23599 1 5 rd Fe生 Fe料 0 214C热 9791 q风 q渣 式中 Q 高炉内的热消耗 q风 鼓风的热容 q渣 成渣物质的热容 Q rd升高 则C热也升高 见图5 2 P193 提高品位 降低消耗 则CBD曲线向下平移 3 降低燃料比的措施 1 减少热量消耗Q 包括提高品位 降低渣量 降低焦炭和煤中的灰分 降低鼓风中的水分 减少石灰石的加入量 2 提高q风 即提高风温 3 降低rd rd降低0 1 则燃料比降低50kg t 包括生产高还原性的烧结矿和球团矿 改善高炉操作 富氧鼓风 4 喷吹燃料 发热 5 改善氢的利用 rH2升高则rd降低 氢还原的特点 1 810 以上还原能力比CO强2 吸热3 原子半径小 扩散能力强 是3 74倍 4 导热性能好 为CO的7至10倍 5 粘度系数小 有利于降低压差 6 温度很高会发生分解 H2 2H H 436 4kJ mol2000 以上激烈的吸热反应 限制温度升高 又起到均匀炉缸温度的作用 H2是很好的还原剂 但高炉中很少使用 因为H2生成H2O 气 而H2O 气 C 水煤气 氢利用率及其计算H2还H2O煤理论上 H2 100 H2总H2煤 H2O煤公式不准确 原因是H2O煤包括了炉料吸附水 分析不准 2 22 4 V煤 H2煤 2CH4煤 计算式 H2 1 100 H2风 H2燃 H2晶 H2焦 上式中 V煤 1吨生铁的煤气量 m3 t H2煤 CH4煤 煤气成分 H2风 H2燃 H2晶 H2焦 鼓风 燃料 结晶水 挥发分中H2的重量 即入炉总氢量 Kg t 当100 熟料时 H2晶 0 1 喷吹燃料 煤气中H2含量升高 H2也升高 当H2含量达到一定值时 H2不变 2 生产高还原性的烧结矿和球团矿 3 富氧鼓风4 提高炉缸温度 提高氢利用率 H2和 CO的关系 H2 H2利用率 CO CO利用率 CO2 H2 CO H2O水煤气反应PCO PH2OKp 810 时 Kp 1PCO2 PH2 PH2OPCO2得 Kp Kp H2 CO KpPH2PCO即 H2升高 CO也升高 四 铁氧化物还原的动力学 1 铁氧化物还原的动力学模型未反应核模型 2 加速铁矿石还原的条件 1 改善铁矿石条件1 提高孔隙度 增加小气孔 2 缩小矿石粒度 下限取决于料层透气性 3 发展合理的矿物组成 Fe2O3比Fe3O4好 原因是Fe2O3还原到Fe3O4时会发生晶型转变 体积膨胀 产生气孔 4 提高矿石的软化温度 5 矿石中的杂质 碱性氧化物促进还原 酸性抑制还原 6 还原过程中的体积变化 适当 过大不利于透气性 2 控制煤气流条件1 煤气成分 提高CO H2含量 CO H2含量升高 有利于还原 N2含量高不利于还原 它是载热体 2 煤气温度 升高温度有利于还原 但有反常现象 一是400 600 CO CO2 C 碳黑沉积 堵塞气孔 二是900 1100 矿石软化 堵塞气孔 3 煤气流速 有利于外扩散 提高煤气流速对还原速度无影响 煤气利用降低 焦比升高 4 煤气压力 CO2 C CO煤气压力升高 抑制直接还原的开始 扩大了间接还原区 有利于反应 5 气流分布 均匀有利于还原 五 难还原物质和非铁元素的还原 1 硅酸盐的还原 1 2FeO SiO2的特点 熔点低 1150 1250 间接还原困难 结构致密 气孔率低 内扩散困难 2 2FeO SiO2的来源 高FeO烧结矿 高SiO2烧结矿 低碱度烧结矿 3 还原反应 Fe2SiO4 2C 2Fe SiO2 2CO 直接还原 强吸热反应 4 改善还原 提高炉渣碱度 提高炉缸温度 因此 要生产高碱度 高还原性 低FeO的烧结矿 2 Mn的还原 1 高炉内Mn的分配 Mn是难还原元素 不能完全还原 炼钢生铁 生铁 40 50 炉渣 40 煤气 5 10 铸造生铁 生铁 50 60 炉渣 30 煤气 5 10 锰铁 生铁 70 80 炉渣 10 煤气 8 20 炼钢生铁对Mn含量不作要求 2 Mn氧化物的还原规律 COCOCOCMnO2 Mn2O3 Mn3O4 MnO MnH2H2H2MnO2 Mn2O3 Mn3O4比较容易还原 比相应的铁氧化物容易还原 Mn3O4 MnO可逆反应 需过量的CO才能进行 MnO Mn要比FeO Fe困难得多 只能用C还原 1400 以上 MnO C Mn CO强吸热反应 提高温度有利于Mn的还原 炼锰铁的焦比达到1000kg t左右 是炼钢生铁的1 5至2倍 MnO与SiO2结合成MnSiO3 熔点为1291 比MnO更难还原 进入炉渣中 MnO C Mn CO 3 影响Mn还原的因素 足够高的炉缸温度 高风温 富氧 焦比高 提高炉渣碱度 会导致炉渣粘度升高 添加一些MgO MnO等碱性物质 降低炉渣粘度 高品位 Fe SiO2 S P低 3 硅的还原 1 生铁对Si的要求 炼钢生铁 要求 Si 0 6 部分条件下0 2 0 3 铸造生铁 要求 Si 1 25 至4 铁水流动性硅铁 要求 Si 高 但高炉冶炼的硅铁 Si 20 原因是Si比Mn更难还原 2 硅还原规律 SiO2比较稳定 还原只能直接还原 SiO2 C Si 2CO G0 596400 394 28TJ mol1400 1500 Si开始还原 Si 升高1 则焦比提高40至50kg t 生铁中的 Si 平衡浓度与铁水温度有近似直线关系 温度升高 则 Si 提高 1500 时 生铁中的 Si 平衡浓度为3 3 Si 代替炉温有依据 但不完全准确 3 Si还原的途径 1 气相还原 SiO2 SiOg 1 2O2SiOg C Si COSiOg C焦 Si CO动力学条件非常优越 高炉解剖发现风口以上Si含量很高 2 渣相还原 SiO2 2C Si 2CO 4 Si还原的条件 1 足够高的炉缸温度 高风温 富氧 炉温高则难行 SiO挥发 焦比高 硅铁焦比是炼钢生铁焦比的2至2 5倍 铸造生铁焦比比炼钢生铁焦比高5 至30 2 降低炉渣碱度 酸性渣 SiO2的活度高 3 选择原料 渣量大 焦炭灰分高 4 P的还原 1 存在形式 CaO 3P2O5磷酸钙和 FeO 3P2O5兰铁矿 1200 以上开始还原 CaO 3P2O5 10C 3SiO2 CaO 3SiO2 4P 10COSiO2和Fe的存在有利于P的还原 2 P还原100 进入生铁原因 1 SiO2和Fe的存在 有利于P的还原 2 P气化 促进还原反应进行 化工回收 3 P2O5挥发 同C的接触条件好 4 高炉内是强还原气氛围 高碱度炉渣 可去掉20 至30 的P 3 高P铁矿的利用 选矿 烧结和高炉冶炼都难去P 1 冶炼部分铸造铁 2 对铁水进行炉外脱P 3 细磨至 325目 进行磁 浮联选 5 V Ti Ni和Cr的还原 1 V的还原 V2O5 V2O4 V2O3 VO 比锰难还原 VO C V CO VO是碱性 V不能100 进入生铁 约70 80 进入生铁 炼钢前氧化提钒 碱度高 促进V还原 Fe2O3多 促进V还原 2 Ti的还原 TiO2 Ti2O3 TiO Ti 熔点高 TiO2 C Ti CO会形成TiC TiN和Ti CN 3 Ni全部还原进入生铁 4 Cr全部还原进入生铁 6 Pb Zn As的还原 1 Pb的还原 PbSO4 PbS存在 PbSO4 4C PbS 4COPbS Fe FeS PbPbO CO Pb CO2Pb几乎100 还原 Pb比重大 11 34 Fe 7 87 熔点低 327 穿入炉底砖缝中 破坏炉底砖衬 采用的方法是定期放Pb Pb在高炉内有循环 挥发 氧化和还原 2 Zn的还原 ZnS ZnCO3 ZnSiO3存在 ZnO CO Zn CO2ZnO H2 Zn H2O Zn在400 至500 开始还原 高温下才能还原完 Zn还原后易挥发 但在高炉上部又被CO2和H2O氧化成ZnO 一部分ZnO微粒被煤气带走 循环 炉料升温还原 随煤气上升 氧化 随炉料下降 还原 Zn蒸汽进入炉衬冷凝 氧化成ZnO 体积增大 破坏炉墙 结瘤 3 As的还原 易还原元素 进入生铁 形在FeAs 钢冷脆 降低钢材的焊接性能 控制原料 六 碱金属在高炉内的行为 1 碱金属的形态 K2SiO3 K2CO3 K2O KCN 钠也同样 2 热力学上的稳定性 K2SiO3 1100 以下稳定 1300 以上不稳定 K2CO3 900 以下稳定 1100 以上不稳定 K2O 1350 以下稳定 1350 以上不稳定 KCN 800 至900 开始不稳定 活泼 3 循环 炉料升温还原 随煤气上升 氧化 随炉料下降 还原 碱金属负荷 1吨生铁入炉的碱金属 以K2O Na2O计算 碱金属循环负荷 1吨生铁中循环的碱金属与入炉碱金属之比 大多数为5至7 主要积累在软熔带 4 影响碱金属循环富集的因素 1 炉温高 挥发量增加 富集程度降低 2 冶炼强度高 富集程度提高 3 渣量多 富集程度降低 4 炉渣碱度低 富集程度降低 5 碱金属对高炉冶炼的影响 1 粘附在炉墙上 K和Na熔点低 炉身结瘤 2 粘附在焦炭上 焦炭反应性升高 焦炭强度降低 3 粘附在矿石上 促进还原粉化和还原膨胀 6 控制碱金属危害的方法 1 控制原料中的碱金属含量 选矿细磨 2 低炉渣碱度 高MgO含量 增加渣量 炉外脱硫 3 定期酸性料洗炉 七 渗碳和生铁的形成 1 生铁的形成过程 铁的还原 渗碳 其它元素进入生铁 2 渗碳 400 至600 2CO CO2 C黑碳黑活性很大 3Fe C黑 Fe3C 3Fe 2CO Fe3C CO2炉身下部开始 炉腹大量发生 炉缸中继续进行 3 3造渣和脱硫 一 高炉造渣过程1 高炉炉渣的组成 CaO SiO2 Al2O3 MgO 这4种成分之和占90 以上 还有FeO MnO CaS TiO2 V2O5 CaF2 BaO等 炉渣分为上渣和下渣 2 炉渣的作用 1 渣铁畅流 SiO2的熔点为1713 Al2O3的熔点为2050 Al2O3共晶温度为1545 必须加CaO改善流动性 2 脱硫 3 促进或抑制部分元素还原 3 初渣的形成 从软熔开始 主要由矿石中的脉石及未还原的FeO MnO组成 1 固相反应 2CaO SiO2 2CaO SiO22FeO SiO2 2FeO SiO2600 800 开始 T固 0 5 0 9 T熔点 2 软化 升温和还原同时进行 固相反应生成的低熔点化合物首先出现微小的局部熔化 这就是软化开始 3 熔融和滴落 软熔开始温度 实际上是软熔带开始温度 滴落开始温度 软熔带结束温度 要求软熔开始温度高 温度区间小一些 因为软熔带不透气 4 特点 FeO与SiO2形成2FeO SiO2 初渣中的FeO含量高 矿石越难还原 FeO含量就越高 高炉内生成初渣的区域称为软熔带 4 中间渣的变化 FeO不断被还原而降低 而CaO SiO2 Al2O3含量升高 中间渣的碱度高 流动性随温度上升而提高 中间渣 软熔带以下至风口水平以上 正在滴落过程中 也称为炉腹渣 中间渣的性能决定着炉渣能否顺利滴落 要求矿石成分均匀 取消石灰石入炉 避免中间渣温度和化学成分的波动 悬料 5 终渣的形成 炉渣聚集在炉缸上 在铁液上形成逐渐增厚的渣层 在渣铁界面上 诸多反应调整着渣铁的成分 直至形成终渣 特点 FeO含量低 而SiO2 Al2O3含量升高 原因是焦炭和煤粉灰分进入炉渣 CaO MgO含量相对下降低 终渣的化学成分和性能基本稳定 变化不大 有变化的只有FeO和CaS含量 多数情况下高炉渣是指终渣 二 炉渣冶金性能1 炉渣碱度 以重量百分比浓度表示的简化表示法 1 R CaO SiO2 2 R CaO MgO SiO2 3 R CaO MgO SiO2 Al2O3 常用CaO SiO2 0 95 1 2CaO SiO2 1 碱性渣 CaO SiO2 1 酸性渣 2 炉渣粘度 粘度是指两个速度不同的液层之间的内摩擦系数 用 表示 国际单位 Pa S 1Pa S 10P 流动性与粘度成倒数关系 T图 3 熔化温度和熔化性温度 1 熔化温度 炉渣的熔点 液相线温度或炉渣在受热升温过程中固相完全消失的最低温度 必须适当 过高 难熔 炉料难行 渣铁难分离 过低 以维持炉缸渣铁有足够高的温度为宜 2 熔化性温度Ts 炉渣开始自由流动的温度 表示熔化的难易程度 由温度和粘度曲线确定 P110 3 酸性渣熔化性温度与熔化温度有比较大的差别 碱性渣差别小 4 由 T曲线可知 温度降到一定值后粘度急剧上升 称为 短渣 碱性渣随温度降低 粘度上升缓慢者称为 长渣 酸性渣 4 炉渣稳定性 定义 炉渣 和Ts随化学成分和温度变化而波动的幅度大小 要求炉渣的热稳定性好 长渣好 化学稳定性好 长渣好 5 炉渣化学成分对粘度的影响 1 CaO SiO2 CaO SiO2 0 9 1 0 和Ts最小 当CaO SiO2 0 9时 CaO SiO2降低 则 和Ts升高 原因是CaO SiO2降低 O Si比降低 Si O离子团由简单变为复杂 升高 当O Si 4O Si 3 5O O O O Si O O Si Si O O O O SiO4 4 Si2O7 6 当CaO SiO2 1 0时 CaO SiO2升高 则 和Ts升高 CaO SiO2升高 O Si比升高 从结构上看 应该降低 但炉渣中会出现高熔点的化合物 如2CaO SiO2 熔点为2100 固体颗粒分布在炉渣中 使炉渣变成非均匀相 非均匀相浓度提高 升高 2 MgO 一般炉渣MgO为5 20 之间 R不变 MgO升高 降低 流动性改善 稳定性改善 CaO MgO SiO2不变 MgO代替CaO 降低一点 但幅度比较小 高CaO SiO2 高Al2O3 MgO不宜太高 Al2O3与MgO形成高熔点的化合物 MgO Al2O3的熔点为2130 CaO SiO2不同 Al2O3不同 合适的MgO不一样 3 Al2O3 主要决定于矿石 焦炭和煤粉灰分 一般不超过20 至25 炉渣可以冶炼 Al2O3是两性氧化物 当Al2O3低时升高 和Ts降低 大于合适含量后 Al2O3升高 和Ts就会上升 原因是会生成 AlO4 5 离子团 4 FeO MnO 稀释剂 FeO升高 和Ts降低 FeO不稳定 在高CaO SiO2还原 FeO降低 和Ts升高 MnO是比较稳定的稀释剂 洗炉 5 CaF2 强烈的稀释剂 和Ts大幅度降低 流动性大幅度改善 但Ts低 不易保证炉缸温度 6 K2O Na2O非常强的稀释剂 流动性改善 7 CaS 4 6 粘度最低 高S矿冶炼