（钢铁冶金专业论文）承钢钒钛矿和普通矿分烧分炼最大经济效益的研究.pdf

摘要 摘要 承德钢铁公司由于既冶炼普通矿又冶炼钒钛矿，既生产普碳钢又生产低合金钢，所 以承钢的经济效益主要取决于普碳钢和低合盒钢的生产成本，钒渣的销售价格以及各种 原燃料、动力价格的变化。普碳钢和低合会钢的生产成本又与普通矿和钒钛矿的生产过 程紧密相联，普通矿和钒钛矿二者所占的比例是随经济效益的变化而变化的。因此，找 到普通矿冶炼和钒钛矿冶炼二者最佳的比例值，根据生产成本及市场价格的变化，及时 调整普通矿冶炼和钒钛矿冶炼的比例，以获取最佳的经济效益是非常有意义的工作。 根据承钢2 0 0 1 年1 2 月至2 0 0 2 年1 0 月的生产数据进行统计分析和计算可以得 出：普通烧结矿烧结机利用系数是含钒烧结矿烧结机利用系数的1 t 2 8 倍，普通铁 水高炉利用系数是含钒铁水高炉利用系数的1 0 9 6 倍，含钒铁水电耗是普通铁水电 耗的1 0 5 4 倍，普通钢产量是含钒钢产量的1 1 8 0 倍，吨钢平均产钒渣量为6 1 3 7 k g 。 通过采集承钢现场生产数据，利用v i s u a lb a s i c 6 0 编程语言为承钢开发出承钢普 通矿和钒钛矿分烧分炼最大经济效益的计算软件。该计算软件根据原燃料价格、动 力价格和销售价格的变化，可以及时计算出承钢普通矿冶炼和钒钛矿冶炼的最佳比例， 为承钢获取最佳的经济效益创造有利的条件。该计算软件在实际运用过程中运行可 靠，准确，达到设计人员和实际操作使用人员的要求。该计算软件具有计算功能， 打开数据库功能，数据修改和保存功能，数据库另存和备份功能，计算结果打印功 能，计算结果绘图和存储功能等。 根据承钢2 0 0 2 年9 月的价格体系，如果全部生产普碳钢，当含钒钢的比例控制 在7 7 时，承钢的经济效益最好。相应的含钒铁水比例为7 9 ，相应的含钒烧结 矿比例为7 4 。如果全部生产低合金钢，则当含钒钢的比例控制在6 6 时，承钢 的经济效益最好。相应的含钒铁水比例为6 8 ：相应的含钒烧结矿比例为6 4 。 图9表2 5参5 5 关键词：承钢，烧结矿，铁水，钢 分类号：( 4 5 0 3 5 1 0 ) 河北理二f ：火学硕士学位论文 a b s t r a c t c h e n g d ei & sc o n o to n l yr e f i n e st h ec o m m o no r e ，b u ta l s ot h ev a n a d i ca n dt i t a n i c o r ea n dn o to n l yp r o d u c e st h ec o m m o nc a r b o ns t e e l ，b u ta l s ol o wa l l o ys t e e l s oc h e n g d e i & sc o sp r o f i ti sm a i n l yd e c i d e db yp r o d u c t i o nc o s t so ft h ec o m m o nc a r b o ns t e e la n d l o w a l l o ys t e e l ，a n db yt h ec h a n g eo ft h e v a n a d i cs l a g ss e l l i n gp r i c ea n dd i f f e r e n tc r u d e m a t e r i a l sa n df u e l sa n dp o w e r s p r i c e t h i sc h a n g e st h ec o s t sa n dp r o f i to ft h ec o m m o no r e a n dv a n a d i ca n dt i t a n i co r e t h er a t eo ft h ec o m m o no r ea n dv a n a d i ca n dt i t a n i co r e c h a n g e sw i t ht h ep r o f i t sc h a n g e s o ，a c c o r d i n gt o t h ec h a n g eo fp r o d u c ec o s t sa n dt h e m a r k e tp r i c e ，i tn e e d st of i n dt h eb e s tr a t eo ft h ec o m m o no r ea n dv a n a d i ca n dt i t a n i co r e a n da d j u s tt h er a t ei nt i m ef o rg e t t i n gt h eb e s tp r o f i t a c c o r d i n gt ot h ep r o d u c ed a t af r o md e c ，2 0 0 1t oo c t ，2 0 0 2o fc h e n g d ei & sc o ，t h e s i n t e r i n gm a c h i n e su t i l i z e dc o e f f i c i e n to fc o m m o ns i n t e ri s1 1 2 8 o fv a n a d i cs i n t e r t h e b l a s tf u m a c e su t i l i z e dc o e f 6 c i e n to fc o m m o nm e l t e di r o ni s1 0 9 6 o fv a n a d i cm e l t e d i r o n t h ep o w e rc o n s u m p t i o no fc o m m o nm e l t e di r o ni s1 0 5 4 o fv a n a d i cm e l t e di r o n t h es t e e ly i e l d o f c o m m o ns t e e l i s l l 8 0 o f v a n a d i cs t e e l t h r o u g hg a t h e r i n gt h eo p e r a t i o nd a t ao fj o bs i t e ，a st h ep r o g r a ml a n g u a g e ，v i s u a l b a s i c 6 0i su s e dt oe x p l o i tt h ec o u n ts o f t w a r e d u r i n gt h ep r o c e s so fp r a c t i c ea p p l y ，t h e c o u n ts o f t w a r ei sc r e d i b l ea n da c c u r a t ea n dr e a c h e st h er e q u i r eo fd e s i g na n dp r a c t i c e o p e r a t i o np e r s o n n e l n ec o u n ts o f t w a r eh a sm a n yf u n c t i o n s ，f o re x a m p l e ，c o u n t ，o p e nt h e d a t ab a s e ，m o d i f ya n ds a v et h ed a t a ，a l t e r n a t i v es a v ea n dc o p yt h ed a t ab a s e ，p r i n tt h ec o u n t r e s u l t ，d r a w i n g ，s t o r ea n ds oo n a c c o r d i n gt ot h ep r i c es y s t e mi ns e p ，2 0 0 2o fc h e n g d ei & sc o i fc h e n g d ei & sc o p r o d u c et h ec o m m o nc a r b o ns t e e lc o m p l e t e l y ，i tw i l lg e tt h eb e s tp r o f i tw h e nt h er a t eo ft h e v a n a d i cs t e e li sc o n t r o l l e db y7 7 c o r r e s p o n d i n g t h er a t eo fv a n a d i cm e l t e di r o na n d v a n a d i cs i n t e ri sc o n t r o l l e db y7 9 a n d7 5 s e p a r a t e l y i fc h e n g d ei & sc o p r o d u c et h e l o wa l l o ys t e e lc o m p l e t e l y ，i tw i l lg e tt h eb e s tp r o f i tw h e nt h er a t eo ft h ev a n a d i cs t e e li s c o n t r o l l e db y6 6 c o r r e s p o n d i n g t h er a t eo fv a n a d i cm e l t e di r o na n dv a n a d i cs i n t e ri s c o n t r o l l e db y6 8 a n d6 4 s e p a r a t e l y f i g u r e9 t a b l e2 5r e f e r e n c e5 5 1 i 摘要 k e y w o r d s ：c h e n g d ei & sc o ，s i n t e r ，m e l t e di r o n ，s t e e l c h i n e s eb o o k sc a t a l o g ：t f 5 2 1 + 6 i i i 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 河北理工大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 签名：! 自熏擘 日期：坦年月旦日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河北理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 签名：蓬障导师签名：鳃壅丝 日期：坦年月旦日 引言 引言 人类社会进行的任何经济活动都是为了取得一定的经济效益，而任何经济效益 的取得都是以一定的经济代价为前提的，以尽量少的代价获得尽量多的成果，这就 是发展经济的准则。钢铁工业是国家的基础工业，在经济方面的投入和产出，占国 家整个工业比重比较大。它的成败影响到整个国家的国民经济的发展，所以世界各 国发展钢铁工业共同寻求的技术经济规律，是投资少，建设周期短，经济效益好。 一个钢铁厂建成后是否成功，主要看能否达到预期的经济效益。 钒钛磁铁矿是一种多金属元素的复合矿，是以含铁、钒、钛为主的共生的磁性 铁矿。钒绝大部分和铁矿物呈类质同象赋存于钛磁铁矿中，所以钒钛磁铁矿亦称钛 磁铁矿。由于世界各地区的钒钛磁铁矿床的成矿条件不同，其矿物组成和化学组成 差异较大。又因其可选性不同，所生产的钒钛磁铁精矿的铁、钒、钛含量也有很大 区别，现在钒钛磁铁矿已被视为生产钒的主要原料。当今世界每年生产金属钒约8 8 是从用钛磁铁矿生产含钒生铁的钒渣中获得的。因此，钒钛磁铁矿已是当今世界 钒生产的主要资源。随着地球上金红石、钛铁矿等天然资源被开发利用后逐渐减 少，出钒钛磁铁矿资源中获得的钛精矿，经电炉冶炼高钛渣来生产钛制品的比例必 将日渐增加。所以，钒钛磁铁矿的铁、钒、钛资源的综合利用将会日趋广泛。 承德钢铁公司由于既冶炼普通矿又冶炼钒钛矿，既生产普碳钢又生产低合金钢，考 虑到承钢生产的普碳钢和低台金钢的生产成本、钒渣的销售价格以及各种原燃料、动 力价格的变化的影响，找到普通矿冶炼和钒钛矿冶炼二者最佳的比例值。根据生产成本 及市场价格的变化，及时调整普通矿冶炼和钒钛矿冶炼的比例，以获取最佳的经济效 益，为承钢进一步提高经济效益提供依据。 河北理工大学硕士学位论文 1 文献综述 1 1 钒钛磁铁矿冶炼的经济效益 1 i i 经济效益的评价指标 经济效益是指用一定量的投入获得多少产出，其本质是以最少的投入获得最大的产 出，是一个效率的问题，它是企业生产经营状况的反映。评价经济效益是一个很复杂的 问题，很多统计指标从不同角度反映经济效益，需要将其作为一个系统进行研究【l l 。 经济效益评价指标体系的建立为了对钢铁工业的经济效益进行全面系统的分 析。经济效益评价指标体系的选择应遵循以下几个原则【2 】： i 。科学性原则，所选的指标应能够反映经济效益的主要内容； 2 导向性原则，评价经济效益是为了促进钢铁工业经济效益的提高，评价指标应 能反映问题的关键所在，并有助于发现薄弱环节； 3 可操作性原则，所选的指标应在实际工作中可以获得数据，具有可操作性： 4 可比性原则，所选的指标要规范，符合统计原则吼 i i 2 冶金工业的经济效益分析 我国的钢铁工业在钢产量突破1 亿t 以后，钢铁产品的数量已经不再是主要矛盾， 正在进入加速结构调整、提高竞争力为主的新时期。提高钢铁工业的竞争力归根结底是 为了解决经济效益的问题f 4 】。为适应市场经济的需要，企业的生产经营都在讲究经济效 益，追求以尽可能小的投入取得尽可能大的产出，这关系到企业生死存亡的一大问题。 企业生产经营的好坏，也必然会反映到经济效益指标上来。因此可以以经济效益为重心 对企业进行综合评g t l 3 i 。 提高钢铁厂经济效益可遵循以下主要途径1 5 j ： 1 搞好专业化的分工与协作 从全局上把生产组织好，调整不合理的企业结构是提高钢铁厂的经济效益的关键。 生产力的发展，促进了专业分工，专业分工的发展，又促进了生产力进一步提高。钢铁 工业的专业化分工协作是世界各国发展现代化钢铁工业寻求的客观经济规律。 1 ) 随着工业的发展，市场对钢铁产品需求产生了很大的变化。一个钢铁厂无论其 产品范围多么广，也不可能生产出所有产品规格的钢种，因此钢铁品种、结构的复杂性 和钢铁产品消费的分散性，决定了钢铁产品专业化分工与协作的必然性。 1 文献综述 2 ) 专业化协作是技术进步的要求，分工是劳动社会化的标志，也是社会进步的标 志。从世界各国发展钢铁工业实践证明，专业化分工的程度越高，这个国家经济也就越 发达。所谓钢铁工业的现代化，很大程度体现在各企业的生产专业化分工和协作上。专 业化分工开益发展，从而协作也日益广泛。钢铁工业生产领域中的技术进步过程就是专 业化协作的生产组织形式不断深化和发展过程。 3 ) 专业化协作是提高经济效益的要求。在钢铁工业生产过程中，专业化分工与协 作的生产组织形式之所以被广泛采用，并不断地得到发展，是因为有利于大力采用新工 艺、新设备、新技术，有利于加大批量生产，从而达到效率高，能耗低，质量高，成本 低，不但可节省建设投资，同时可获得好的经济效益。因此提高我国整个钢铁厂的经济 效益，一方面建立组织专业化分工协作的机构，另一方面从体制上经济区大中小钢铁厂 向企业集团发展，实行大厂带小厂，中央企业带动地方企业联合发展的道路。 2 对原料进行综合平衡 当前由于矿源缺乏综合平衡，导致冶炼、加工等主要工序投入较多，而矿山产量长 期跟不上，形成了大规模保小产量，设备、人力、物力得不到充分发挥，不但影响了钢 铁厂的经济效益，而且制约了整个钢铁工业的发展。通过地区对矿源的综合平衡，确保 中央和省市骨干钢铁厂的用料，并控制国家重点和地方骨干钢铁厂一方面高炉原料吃不 饱，而另一方面又在重点钢铁厂范围内建小钢联，相互争原料问题。 对废钢的综合平衡，合理利用也是很重要的。我国废钢资源较少，年回收废钢 2 0 0 0 万t 左右，废钢通过综合平衡，在满足地区的炼钢用废钢外，其余废钢从数量上和 质量上应首先满足特钢厂的用料，要大力发展特钢。发展特钢，提高特钢质量，开发新 的产品，对减少进口钢材有着现实意义1 6 1 。当前一些地区由于缺乏废钢的综合平衡，不 但使废钢得不到合理使用，更严重的是在全局上造成一些不良效果。建成后的一些厂和 车间成了“无米之炊”，造成各厂之间相互争废钢，结果大家都吃不饱，浪费了建设投 资、能源，大家都形不成综合设计能力，得不到预期的经济效果1 7 j 。 3 重视投资效果 集中使用资金，消除撒胡椒面分散资金的做法。我国各地区自然条件与经济技术条 件差异很大，经济发展很不平衡，只有因地制宜，而又照顾全局的合理配置钢铁工业体 系，才能使钢铁工业从协调发展中取得良好的经济效果。 一3 一 河北理 ：大学硕十学位论文 1 1 3 承德钢铁公司经济效益的分析 承德钢铁公司由于既冶炼普通矿又冶炼钒钛矿，既生产普碳钢又生产低合金钢，所 以承钢的经济效益主要取决于普碳钢和低合金钢的生产成本，钒渣的销售价格以及各种 原燃料、动力价格的变化，从而导致普通矿冶炼和钒钛矿冶炼的成本和经济效益发生变 化。钒钛矿冶炼和普通矿冶炼二者所占比例是随经济效益的变化而变化的。因此，找到 钒钛矿冶炼和普通矿冶炼二者最佳的比例值，根据生产成本及市场价格的变化，及时调 整钒钛矿冶炼和普通矿冶炼的比例，以获取最佳的经济效益。 1 2 钒钛磁铁精矿与普通铁精矿冶炼特点的对比 1 2 1 钒钛磁铁精矿与普通铁精矿冶炼工艺的对比 普通铁精矿冶炼工艺生产流程示意图见图1 所示。从图1 可以看出，普通铁精 矿经过造块工艺，进入高炉进行冶炼，冶炼出的铁水进入转炉炼钢，钢坯经过轧机 生产出成品钢材。 回 铁矿粉造块( 烧结或球团) 成品钢材 图l 普通铁精矿冶炼工艺生产流程示意图 f i 9 1t h ep r o d u c t i o nf l o wc h a r to fc o m m o n s t e e lo r e sr e f i n i n gc r a f t 钒钛磁铁矿是一种多金属元素的复合矿，是以含铁、钒、钛为主的共生磁性铁矿 钔。因此，其冶炼工艺与普通铁精矿冶炼工艺存在一定的区别。钒钛磁铁精矿冶炼工艺 - d - 1 文献综述 生产流程示意图见图2 所示。从图2 可以看出，铁水进入转炉以后，炼钢工序不仅 要炼钢，还要提钒。这就是所谓的半钢。 成品钢材 图2 钒钛磁铁精矿冶炼工艺生产流示意程图 f i 9 2 t h e p r o d u c t i o n f l o wc h a n o f v a n a d i ca n dt i t a n i c0r c sr e f i n i n gc r a f t 由于含钒矿物种类及生产条件的差异，提钒的工艺方法也不尽相同l 碉。国内用 高炉含钒铁水提钒的方法就有顶吹转炉提钒法、槽式炉提钒法和雾化提钒法等几种 1 0 1 。随着冶炼连铸钢对半钢成分、温度要求的提高，雾化提钒生产的半钢已不能满 足生产需要。从钒渣产量、质量和半钢成分、温度及综合效益等多方面进行分析论 证后，转炉提钒工艺已经逐渐取代雾化提钒工艺成为主要的提钒工艺f 1 1 】。 河北理工大学硕士学位论文 1 2 2 钒钛磁铁精矿与普通铁精矿烧结性能对比 与普通铁精矿烧结相比，钒钛磁铁精矿烧结具有如下烧结特性： 1 钒钛磁铁矿属难选难烧矿石，精矿粒度粗，制粒性能差，呈比较规则的圆球 状，比表面积仅4 9 1 1 7 e m 2 g 1 2 l 。这种精矿直接用于烧结工艺太细，用于球团工艺又 太粗，颗粒之间的粘附力很弱，因此成球性极差。这种精矿混匀制粒后小球热稳定 性比较差，抗冲击能力比较弱，从而造成烧结料层透气性差，垂直烧结速度慢，烧 结矿成品率仅为5 0 5 5 ，导致烧结矿产量低【1 3 i 。 2 钒钛矿石初始熔点高，生成液相量少。钒钛精矿中的t f e 低，仅5 1 5 左右，而 t i 0 2 高达1 3 ，且a 1 2 0 , j s i 0 2 达o 9 以上【1 4 1 ，造成烧结料初始熔点在1 3 0 0 ( 2 以上，比 普通铁矿石的初始熔点( 1 0 0 0 1 1 0 0 c ) 高的多，而且软化区间窄，不到1 0 0 ，在 1 3 0 0 1 2 左右时，烧结块近似于软化状态，固相反应生成的铁酸盐又固溶了相当数量的 t i 0 2 ，使熔点进一步提高，因此液相难于生成且生成量比较少1 。同时由于s i 0 2 含量 少，生成的硅酸盐液相量亦少，并且因加入的c a o 绝对量少( 即使碱度很高) 和精矿 含铁低及烧结温度高，要大量发展铁酸盐体系是不可能的，因此钒钛磁铁精矿烧结生成 的液相数量( 粘结相) 要比普通烧结矿少1 0 1 5 ，且生成8 l o 强度比较差的 钙钛矿，铁酸钙的含量只有2 6 ，从而影响烧结矿的强度与还原性能【1 6 1 。 钙钛矿是一种韧性差，脆而硬的矿物，单体抗压强度仅8 3 3 6 m p a ，显微硬度高达 9 7 3 8 m p a l l 7 1 ，比其它矿物的硬度高的多，但比其它矿物要脆。这就是钒钛烧结矿强度 差、硬度大的主要原因。 3 钒钛矿烧结需要低水、低碳、高负压、大风量。钒钛精矿烧结对于水分极为敏 感。钒钛磁铁精矿的原始透气性差，适当加大水分可改善钒钛磁铁精矿的成球性能，即 使这样烧结过程的透气性仍然比较差1 1 8 1 。目前，根据实验室试验和生产经验，混合料的 水分控制在7 0 4 - o 2 比较适宜。钒钛磁铁精矿的f e o 含量达3 2 以上，在氧化过程 中放出大量的热，从这个角度考虑配碳量应该比较低，但钒钛磁铁精矿烧结需要的温度 比较高，因此必须增大配碳量才能保证生成一定的液相量i ”i 。然而，随着混合料中配碳 量的增加，又促进了钙钛矿的生成。因此，实际生产中应选择适宜的配碳量，以烧结矿 的f e o 含量控制在7 0 o 5 ，才能同时取得比较好的质量和比较高的产量。 1 2 3 钒钛磁铁精矿与普通铁精矿在高炉冶炼过程中的对比 1 钒、钛氧化物及其还原产物在高炉内的行为和对渣、铁性质的影响，是造成高 炉冶炼钒钛磁铁矿与冶炼普通矿的根本区别所在1 2 ”。 1 1 钒、钛氧化物在高炉内的还原 6 1 文献综述 在高炉中钒的还原主要在软熔滴落带和渣铁问进行。在软熔过程中钒氧化物主要有 以下的还原反应i 笠】： f e o v 2 0 3 + 2 c = f e + v 2 0 2 + 2 c o ( 1 ) g 0 = 4 5 1 0 1 8 - - 3 2 2 tj t o o l 1 2 v 2 0 2 + c = v l + c o ( 2 ) g o = 2 7 2 6 6 0 - - 2 0 2 tj m o l v c = 【v 】+ c ( 3 ) g o = 11 2 9 1 1 - - 8 8 7 tj t o o l 这些反应对炉料的软熔温度有一定的影响。冶炼钒钛磁铁矿的0 8 m 3 高炉解剖结果 表明，在渣铁到达炉缸时，钒的还原己达到8 0 | 2 3 1 。渣铁问钒氧化物的还原主要以下 列方式进行【2 叼： 3 f c ( 1 ) + ( v 2 0 3 ) = 3 ( f e o ) + 2 v 】 ( 4 ) 6 0 = 4 4 4 9 5 4 1 8 5 6 1 j m o l h o - - 4 7 9 9 5i d a r n o l1 3 7 1 2 0 0 0 c 由合成渣与含饱和碳铁水之间的还原反应试验结果可以看出瞵i ，炉渣中的钒氧化物 还原比t i 0 2 还原容易，当t i 0 2 开始还原( 铁中产生【t i 】) 时，钒氧化物的还原己接近 平衡。 在炉缸中渣铁界面存在着t i 0 2 与铁中c 的如下直接还原反应1 ： ( t i 0 2 ) + 2 【c 】+ 1 2 n 2 = t i n ( s ) + 2 c o ( 5 ) a i - 1 0 = 2 7 5 5 3 k j m o l2 5 1 6 7 0 ( 3 0 - - 3 7 9 1 8 9 - 2 5 7 5 4 tj t o o l f t i 0 2 ) + 3 c = t i c ( s ) + 2 c o ( 6 ) 一= 5 2 6 9 3k l l m o l2 5 1 6 7 0 。c g 5 2 4 1 3 0 - 3 3 3 5 5 tj t o o l ( t i 0 2 ) + 【c 】= ( t i o ) + c o ( 7 ) h 0 = 3 1 1 6 6l o m o l2 5 1 6 7 0 。c g 0 = 3 1 2 0 0 0 1 8 9 2 4 t j t o o l 2 ( t i 0 2 ) + 【c 】= ( t i 2 0 3 ) + c o ( 8 ) h o = 1 6 5 2 6k j m o l2 5 1 6 7 0 g o ：4 7 3 5 1 6 1 7 9 2 4 tj t o o l ( t i 0 2 ) + 2 【c 】- 【t i + 2 c o ( 9 ) 7 河北理工大学硕士学位论文 a h o = 7 2 7 0 0 l o m o l2 5 1 6 7 0 a 0 0 6 8 6 2 6 3 3 9 7 6 2 tj m o l ( h d 为该温度范围内的平均值) 以上反应产物中的t i c , t i n 以t i ( c , n ) 固溶体的形态弥散于渣相中，还原的t i 进入 铁相。 钒、钛氧化物在高炉内的还原对渣、铁温度的影响 高炉由于冶炼钒钛磁铁矿，矿石品位低，渣量大，所以每座高炉设有2 个渣口。表 l 为攀钢不同时期所测定的上渣、下渣和铁水的温度。 表1 淹、铁温度及成分 t a b lt h et e m p e r a t u r ea n dc o m p o n e n to fs l a ga n ds t e e l 嬲挚z i ( r i o 。脚c a o ：铁弯度一嚣专碧妻禁取样点年月 ，s i 0 2度度数本h ”、 表2 渣中低价钛及t i c t i n 的含量( ) t a b 2t h ec o n t e n to fl o wv a l e n tt i t a n i u ma n dt i c , t i ni ns l a g 8 1 文献综述 从表2 中可以看出，上、下渣中金属铁含量相差较多，下渣中t i 2 0 3 和t i o 及 t i c 、t i n 含量均高于上渣。这是由于下渣在炉缸中直接与铁水接触的时间长，因而还 原产生的低价钛和t i c 、t i n 要高一生字酿。 t i 0 2 还原反应在滴落带丌始进行，此时虽然已影响渣、铁温度，但此时的渣、铁尚 未完全分离并各自聚集在一起，炉渣温度应是比较均匀的。炉渣温度的不均匀主要是 t i 0 2 和v 2 0 5 在炉缸中继续进行的还原反应所造成的。在渣铁滴落物刚进炉缸时，从渣 中还原出的【t i 】量很少l 。因此，可以认为，铁水中全部的i t i 、部分的【、下渣中高 于上渣的t i c 、t i n 和低价钛是由炉缸中进行的还原反应所生成的，这些反应主要是 在渣铁界面进行，所以影响了炉渣温度的均匀性，造成了上、下渣温度的差异。这些反 应使铁水温度阿氐2 5 3 0 ，使上渣温度降低近1 0 c 1 2 7 。由于含钒钛炉渣的导热性比 较差，所以使与铁水相接触的下渣的温度降低约3 5 c 。由此也就产生了冶炼钒钛磁铁 矿高炉的一种特殊现象，炉渣温度低于铁水温度，确切地说是下渣温度低于铁水温度 闭。 2 含钒钛炉渣的特性 冶炼普通矿形成四元( c a o m 9 0 - - s i 0 2 - - a 1 2 0 3 ) 渣系：而冶炼钒钛矿则为五元 ( c a o - - m g p _ - s i 0 2 - - a 1 2 0 3 - - t i 0 2 ) 渣系。冶炼含t i 0 2 的五元炉渣，按其t i 0 2 含量不同 可划分为高钛渣( 2 0 t 1 0 2 ) 、中钛渣( 1 0 2 0 t i 0 2 ) 和低钛渣( 1 0 t i 0 2 ) ，各类含 豇0 2 的五元炉渣的冶金性质不仅不同于四元炉渣，而且含钛炉渣由于t i 0 2 含量不同， 其冶金性质也有显著区别。 1 1 钛炉渣的化学成分和矿物组成 高炉冶炼钒钛矿，由于冶炼原料所带入的t i 0 2 不同，冶炼的含钛炉渣中t i 0 2 含量 亦不同，其他造渣组分亦随之变化。表3 是国内实际冶炼含钛炉渣代表性的化学组 成。从化学组成看，马钢冶炼的含钛炉渣是低钛渣，承钢为中钛渣，而攀钢则为高钛型 炉渣。 表3 实际冶炼的含钛炉渣成分， t a b 3t h ec o m p o n e n to ft i t a n i cs l a gi na c t u a lr e f i n i n g 9 一 河北理工大学硕士学位论文 含钛炉渣的矿物组成见表4 。与普通四元炉渣不同，含钛炉渣有钙钛矿物，虽 然低钛渣基体矿物仍为黄长石，但增加了钙钛矿和t i ( c ，n ) 固熔体新矿物。随t i 0 2 增加，中钛渣与高钛型炉渣中，黄长石消失，基体矿物为钛辉石，除钙钛矿、 t i ( c ，n ) 固熔体外，又增加了巴依石新矿物。钙钛矿、巴依石随t i 0 2 增加而增加， 钛辉石随t i 0 2 升高丽降低。 表4 不同含钛炉渣的矿物组成 t a b 4m i n e r a lc o m p o s i t i o no fd i f f e r e n tt i t a n i u ms l a g 由于高熔点矿物相增加，致使含钛炉渣熔体呈非均质性，并形成t i ( c ，n ) 固熔 体，这显然有别于普通四元炉渣的特性。 2 ) 含钛炉渣的熔化性温度 炉渣熔化性温度是指4 5 。斜线与町f 曲线相切点所对应的温度。该点被认为 是炉渣能自由流动的温度f 3 l 】。当温度低于该点后，炉渣粘度急剧上升，流动性严重 破坏。炉渣熔化性温度主要取决于炉渣化学组成和矿物组成。 f ， 1 ：t i 0 2 = 9 0 ；2 ：t i 0 2 ：1 8 7 ；3 ：t i 0 2 = 2 3 3 图3 不同t i 0 2 含量炉渣的q - t 曲线 f i 9 3t h e 口fc u r v eo fd i f f e r e n tt i t a n i u md i o x i d ec o n t e n ti ns l a g 1 0 1 文献综述 由图3 和图4 可以看出，低钛渣的熔化性温度与普通四元渣相近。中钛渣的熔 化性温度高于普通四元渣5 0 6 0 ，而高钛型炉渣则高出普通四元渣1 0 0 左右。 高钛型炉渣的熔化性温度一般为1 3 8 0 1 4 5 0 ，高温时的炉渣粘度比较低，但从流 动性比较好到完全失去流动性的温度区间极窄，只有2 0 3 0 c 3 2 】。其原因是由于高 钛型炉渣大多为熔点高而结晶性强的矿物，如钙钛矿、巴依石、尖晶石等所组成， 故呈典型的短渣特性。随着炉渣中 r i 0 2 含量增加，高熔点矿物相应增加，熔化性温 度升高、短渣性愈显著。 吣 轧 fj l ：t i 0 2 = 2 0 ；2 ：t i 0 2 = 2 5 ；3 ：t 1 0 2 = 3 0 图4 炉渣的目。曲线 f i 9 4t h e t l - tc u i v co fs l a g 3 1 炉渣变稠的特性 含钛炉渣在还原气氛并有炽热焦碳存在的高炉冶炼条件下，随高温还原时间延长， 其粘度会明显增大，这就是含钛炉渣变稠，也是与普通四元炉渣冶炼最本质的区别之 一。 钛渣变粘是在还原到一定时间后表现的特征。当t i 0 2 被还原，还原产物t i c 生成 一定数量后，炉渣粘度才开始增大且随t i c 含量增加而变稠，甚至形成粘渣。在还原时 间2 h 内，低价钛含量急剧升高，还原2 h 后，随着时间延长，低价钛含量增加缓慢，而 后基本不变。但反应产物中低价钛的种类发生了变化。t i 3 + 含量急剧下降，t i 2 + 含量逐 河北理1 ：大学硕士学位论文 渐增加，而t i c 含量亦随之增加。由于反应产物中t i c 含量的增加，炉渣粘度显著增 大。因此，炉渣变稠的条件是炉渣中生成定数量t i e r 2 1 。 钔钛泡沫渣特性 用x 光透视装置观察高温下渣一铁界面形成气泡过程。可以发现渣一铁界面形 成气泡过程为： 形成气泡核一长大一形成小气泡群一聚合成大气泡一上浮渣面形成泡沫沸腾层 对于普通四元( c a o - - - m g o - - s i 0 2 - - a 1 2 0 3 ) 炉渣而言，仅在渣铁界面处有少量气 泡形成，但渣面不会起泡上涨。用x 光装置观察模拟冶炼条件下不同矿种的情况见 图5 所示。由图5 中可以看出：普通矿只有一次高峰，如图5 a 所示，峰值低且持续 时间短。其原因是由于f e o 还原形成的。含钒钛磁铁矿则有两次高峰，如图5 b 所 示，其峰来势快，峰值高而且持久。该峰是因为t i 0 2 被还原，产生t i c 等产物所 致。这表明了高钛型炉渣冶炼的特征。因高钛型钒钛烧结矿氧化度高，有良好的还 原性能，不具备抑制t i 0 2 过还原能力，则表现为二次高峰极易到来。此外熔炼温度 越高，配碳量越多，t i 0 2 还原的速度越快，如图5 c 所示，第二次高峰也越早到来 1 3 4 1 。 _ 一 心 ，一f h ： 八 1 0 3 04 0 如 1 0 2 0 3 0 加加 1 0羽3 口加如印 f ，m i n 0 ，o 珂 ，雒咖 矗 b c 图5 不同矿石在不同冶炼条件下h f 与时间t 的关系 f i 9 5 r e l a t i o n s h i p b e t w e e nh fa n d t ( t i m e ) i nd i f f e r e n ts m e l t i n g c o n d i t i o n o f d i f f e r e n t o f e 1 2 4 含钒钛铁水与普通铁水在转炉冶炼过程中的对比 与普通铁水炼钢相比，含钒钛铁水炼钢具有其自身的特点。炼钢工序不仅要炼 钢，还要提钒。经过这样处理后的铁水，硅、锰含量比较少，同时碳也有一定的损 耗，这就是所谓的半钢【3 列。对于炼钢来说，半钢中硅、钛含量已降得很低，碳元素 含量也明显降低，含碳量约在2 5 - - 3 5 之间，从而使半钢炼钢过程热量比较紧 张、成渣比较晚，炼钢过程中的脱硫效率要低于普通的铁水炼钢，因此要求半钢中 的含硫量应比普通铁水炼钢控制得更加严格【3 6 】。对于提钒来说，生铁中的钒、硅、 1 2 罐理谶 1 文献综述 钛的含量直接影响钒渣的品位和回收率。钒渣的品位与铁水含钒的高低有直接的关 系，当提钒工艺一定时，铁水合钒越高，钒渣品位就越高。在一定的原料条件和工 艺制度下，钒渣的品位与铁水的产量和生铁含硫量成反比，与炼铁的焦比和生铁成 本成正比。另外，含钛高的铁水粘度大，容易粘枪、粘罐，影响设备的寿命和正常 运转。因此，要求铁水中的硅、钛低些为好1 3 刀。 半钢冶炼的特点： 1 半钢的一般成分 高炉铁水经“提钒”或“三脱”等预处理以后成为半钢，钒、钛、硅等易氧化元素 呈现微量，锰的含量有所降低，碳的含量也降低约0 5 1 。表5 为有关钢厂的半钢 与铁水成分对比1 3 8 1 l 3 9 】 4 0 1 1 4 1 1 1 4 2 1 ： 表5 铁水与半钢的化学成分及温度对比 t a b 5c o n t r a s to fc h e m i c a lc o m p o n e n ta n dt e m p e r a t u r eb e t w e e nm e l t e di r o na n ds e m i s t e e l 2 炼钢热源减少 从表5 可以看如，半钢和常规铁水相比，发热元素碳、硅、锰烧损比较大，转炉冶 炼化学热会有比较大的损失，对转炉冶炼的升温、化渣、多吃废钢都带来了一定的困 难。就表5 中攀钢铁水及半钢成份为例，半钢冶炼中的化学反应热将比铁水减少2 0 ( 以二次燃烧率为1 0 计算) 。 3 化渣困难 在常规铁水的冶炼中。炉渣是一个多组元体系。除c a o 、s i 0 2 、f e o 外，还有 m n o 、a 1 2 0 3 、m g o 等组元，使炉渣组成一个复杂的多元体系，促使了炉渣熔点的降 低，并能尽快成渣及减缓中期返干的发生【4 3 】。而对于半钢冶炼，如果仍用常规方法冶 炼，炉渣则基本为c a o - f e o 体系。其结果将会导致炉渣熔点升高，成渣慢，脱除磷、 硫困难，并造成易粘枪、粘炉口等一系列不n f 1 题1 4 4 。 4 有利于少渣冶炼 1 3 河北理工大学硕士学位论文 “三脱”铁水由于杂质含量已经很低，使转炉冶炼负荷大为减轻。使转炉的复杂冶 炼过程成为简单的脱碳及升温过程。为转炉少渣冶炼创造了必要的条件1 4 5 j 。太钢转炉使 用“三脱”铁水采用少渣炼钢工艺，石灰耗量由传统的9 0 k g t 钢降至a o k g ，t 钢，缩短了 冶炼时间，提高了金属收得率的转炉炉衬寿命i 拍l 。 5 为氧化物直接入炉创造了条件 在转炉冶炼中加入贫锰矿提高终点残锰，可以节约锰铁合金。由于贫锰矿中s i 0 2 及其它杂质较多，在冶炼常规高炉铁水时，如果加入了贫锰矿，为了保持一定的碱度而 必须大量造渣，带来了工艺上的种种不利影响1 4 ”。而在半钢冶炼过程中，由于熔池中s i 含量已经很低，加入贫锰矿后其中的s i 将会有利于化渣。因此在半钢冶炼中加锰矿， 既利于造渣也可为提高终点残锰创造了条件【3 5 j 。 1 4 2 承钢生产过程的调研 2 承钢生产过程的调研 2 1 承钢烧结厂生产普通烧结矿和含钒烧结矿的区别 钒钛磁铁矿属于难选难烧矿石，在烧结过程中容易造成烧结料层透气性差，垂 直烧结速度慢，烧结矿成品率低，从而导致含钒烧结矿产量低于普通烧结矿产量。 承钢烧结厂2 0 0 1 年1 2 月至2 0 0 2 年1 0 月的生产数据见表6 所示。 考虑到3 号烧结机以生产普通烧结矿为主和2 0 0 2 年5 月烧结机利用系数的异常 波动，因此，在计算普通烧结矿和含钒烧结矿烧结机利用系数的差别时，不考虑3 号 烧结机的数据并去除2 0 0 2 年5 月1 号和2 号烧结机的生产数据，根据表6 中的数 据，承钢烧结厂1 号和2 号烧结机生产普通烧结矿的平均利用系数分别为1 4 6 2 t m 2 h 和1 4 6 0t m 2 h ：而生产含钒烧结矿的平均利用系数分别为1 2 9 5t m 2 h 和1 2 9 6 t m 2 h 。因此，承钢普通烧结矿与含钒烧结矿的烧结机利用系数的折算系数( k i ) 为： k 0 = ( 1 4 6 2 1 2 9 5 + 1 4 6 0 1 2 9 6 ) 2 = 1 - 1 2 8 表6 承钢普通烧结矿和含钒烧结矿利用系数( t m 2 b ) 及产量( 1 ) 的对比 t a b 6c o n t r a s tb e t w e e ny i e l da n du t i l i z e dc o e f f i c i e n to fc o m m o na n d v a n a d i cs i n t e r o f c h e n g d ei sc o 一1 5 河北理工人学硕士学位论文 2 2 承钢炼铁厂生产普通铁水和含钒铁水的区别 2 2 1 承钢高炉生产普通铁水和含钒铁水时利用系数的差别 承钢高炉冶炼钒钛磁铁矿，由于矿石品位比较低，渣量比较大，容易造成泡沫渣、 铁水粘罐和粘渣现象、铁损比较高、脱硫能力比较低等一系列问题，其中铁水粘罐比较 严重，是钒钛矿高炉冶炼特有的现象，从而造成生产含钒铁水的高炉利用系数低于生产 普通铁水的高炉利用系数。承钢炼铁厂2 0 0 2 年2 月至2 0 0 2 年1 0 月的生产数据见表7 所示。 考虑到承钢2 号高炉和6 号高炉只生产普通铁水，不生产含钒铁水的实际情 况。因此，在计算普通铁水与含钒铁水的高炉利用系数差别时，不考虑2 号高炉和 6 号高炉的生产数据，根据表7 中的生产数据，承钢炼铁厂3 号、4 号和5 号高炉生 产普通铁水的高炉利用系数的平均值分别为3 3 9 1t m 3 d 、3 2 3 1 4t m 3 d 和3 1 5 2 t m 3 d ；而生产含钒铁水的高炉利用系数的平均值分别为3 0 4 1t m 3 d 、2 9 9 6t m 奄和 2 j , 9 5 7t m 3 d 。因此，承钢普通铁水与含钒铁水的高炉利用系数折算系数( 磁) 为： k ，= ( 3 3 9 1 3 0 4 1 + 3 3 1 4 2 9 9 6 + 3 1 5 纰9 5 7 ) - 3 = 1 0 9 6 表7 承钢普通铁水和含钒铁水高炉利用系数( t m 3 d ) 的对比 t a b 7c o n t r a s to fb f su t i l i z e dc o e f f i c k ：n tb e t w e e nc o m m o n