锰矿还原技术在宝钢转炉上的应用

锰矿还原技术在宝钢转炉上的应用 陈兆平蒋晓放章耿钟志敏 宝山钢铁股份有限公司上海 摘要本文对转炉内锰矿还原反应进行了热力学和动力学分析 叙述了宝钢开展转炉内锰矿还原试验的 结果 关键词转炉锰矿还原 3 A 5 5 1 7 7 B 7 13 5 7 C D 7 7 7 5 B 5 1 7 B 13 5 7 4 5 D 7 7G 7 5 B 5 引言 近十年来 用户对高级钢 特别是低磷钢的需求 大大增加 有力地促进了铁水脱磷预处理工艺的采 用和迅速发展 当前世界钢铁工业发展趋势是 在 高连铸比的基础上 炼钢工艺技术着重发展分段炼 钢 即形成高炉出铁场预脱硅 铁水预处理脱硫 磷 转炉吹炼 炉外精炼 连铸的最佳工艺流程 分段炼钢意味着转炉进行少渣或无渣吹炼 渣 中H I较低 具有一定程度的还原功能 在转炉中 加入锰矿进行直接合金化 可部分替代锰铁合金 从 而降低炼钢成本 本文对转炉内锰矿还原反应进行 了热力学和动力学分析 叙述了宝钢开展转炉内锰 矿还原试验的结果 6 转炉内锰矿还原的理论分析 6 7 5 热力学分析 锰的氧化及还原是钢铁冶炼过程的基本反应之 一 氧气转炉内锰的氧化反应为 J K H I L J I KH 在钢铁冶金理论的发展过程中 渣钢间锰的行 为已有不少学者进行过研究 这些研究结果对氧化 锰熔融还原反应机理的评价有多种假设 目前 比 较一致的看法是 氧化锰还原反应的整个过程由三 个反应串联而成 J I KH L H I K J H I K I LH K I M I K L I N 总反应的表达式为 J I K L J K I O 显然 反应 M 和 N 的组合正是熔融氧化铁的 间接还原反应 而反应 被称为铁锰的交换反应 实质上可看成是H J 的竞争氧化还原反应 在转炉炼钢的冶炼中期 由于碳的强烈氧化 钢 液中氧浓度降低 H I 大量减少 渣中 J I 也随 之减少 使得钢液中的 J 含量回升 形成回锰现 象 这表明当渣中 H I 含量与温度一定时 渣中 J I 含量越高 钢中回锰量就越多 6 7 6 锰矿在渣中的还原反应机理 锰矿还原动力学可分两种情况 一是渣中 J I 被固体碳还原为J 穿过渣钢边界层进 PQ O中国钢铁年会论文集 入钢液 显然 通过边界层的扩散是控制性环 节 另一种情况是熔融的锰矿在反应界面处发生化 学反应 还原成 而后进入钢液 根据液 液 反应双膜理论 锰矿还原反应 2 2 不可忽视 即钢液中 更容易被 氧化 A 6 6 为锰氧化反应 速度常数 为与钢液平衡的 含量 为供氧速度 从反应速率方程可以看出 加强 吹炼末期的底吹搅拌 增加冶炼初期的 降 低吹炼末期的吹氧速率可提高钢中终点锰含量 锰矿还原的试验研究 锰矿和转炉渣的理化特性 表 列出了试验用富锰矿 贫锰矿和转炉渣 脱 碳渣 的化学成分 表 锰矿和转炉渣的化学成分 9 9 9 9 0 9 9 9 9 贫锰矿 0 9 1 99 9 0 转炉渣 0 1 0 1 9 0 为了考察锰矿加入转炉后对转炉渣 脱碳渣 流 动性的影响 测定了转炉渣与锰矿按不同配比混合 后混合物的熔点 由图 可见 由于贫锰矿的熔点 低 可以显著降低转炉渣的熔点 当转炉渣与锰矿 配比在 以上时混合物的熔点显著上升 在实际 生产中当锰矿的加入量达到一定时 容易生成一种 C D 4 固溶体 阻碍了锰矿的溶解和还原 根据 日本各大钢铁公司的生产实绩 通常转炉内锰矿的 加入量为 9 9A G 1 炉外处理 炼钢 连铸 锰矿还原的实验 为了研究锰矿熔融还原的动力学行为 探索提 高锰矿收得率的有效途径 在 感应炉上进行 了锰矿还原实验的热模拟实验 控制钢水温度为 7 1 4 0 1 图 初 始 A 1 脱碳渣量B 锰矿加入量为 由图可见 9 E 0 1 转炉内锰矿还原的工业性试验 宝钢B 转炉在少渣条件下冶炼三脱铁水 鱼雷罐三脱处理 转炉内添加富锰矿 锰矿最大加 入量达F G 2 最好的锰矿收得率可达到 G 在转炉吹止时碳含量大于 的情况下 锰的收 得率大于 在宝钢 转炉进行了转炉加贫锰矿的试 验 从试验数据看停吹残锰并未提高 未使用贫锰矿 和使用贫锰矿量在H I 炉的残锰分别为 J K 和 J K 个别炉次的停吹残锰 较高 对使用贫锰矿的炉次进行分类分析 可以发现 停吹锰随停吹碳的升高而提高 停吹残锰的提高取 决于停吹条件 图B是按停吹碳分组后平均停吹碳 和锰收得率之间的关系 从以上的分析可以看出 转炉在加贫锰矿后停吹残锰并未明显提高 只有在 停吹碳大于 时锰收得率才有可能大于 在停吹碳为 I 的水平下 锰收得率仅为约I 的水平 因此 贫锰矿在转炉内主要起化渣作用 停 吹残锰不会有明显提高 图B停吹碳和锰收得率之间的关系 B 0 1 2 3 45 6 15 0 6 1 1 E 5 0 1 1 7 1 1 2 L 宝钢从 年开始进行了完全自主的创新研 究 M N M 0 2 M O D 1 1 N 0 E 2 2 技术研 究 G 即宝钢转炉脱磷 脱碳双联工艺技术研究 宝钢M N技术的生产实绩表明 脱磷炉的脱磷率达 到F I 以上 平均磷含量低于 脱碳炉的脱 磷率达到 F 以上 平均停吹磷含量低于 在脱磷炉采用M N脱磷工艺 终点磷含量小于 目标成品磷的基础上 在宝钢B 脱碳炉内进行 了锰矿熔融还原试验 吹炼时最大底吹供气强度为 I 时锰的平均收得率达到 最高达到F B H 试 验结果发现渣中 P 和停吹 对锰收得率有直 接影响 当停吹 B 终渣中 P 时锰的收得率明显下降 另外 针对中低碳含磷锰 钢 在少渣条件下直接冶炼单脱硫铁水 富锰矿加入 量为 2 锰的收得率情况也相当好 见图I 停吹 平均为 锰的平均收得率达到 FF 中国钢铁年会论文集 5 1 5 8转炉冶炼脱磷铁水时 在转炉停 吹 F G 0 H I J E 8 0 0 3K 0 1 0 9 A L L 5 1 5等B M E M J M 8 0 陈兆平B第九届钢质量及夹杂物学术会议B西安 A 蒋晓放 陈兆平B宝钢技术 A C 康复 陆志新 蒋晓放等B钢铁 A A 炉外处理 炼钢 连铸 锰矿还原技术在宝钢转炉上的应用锰矿还原技术在宝钢转炉上的应用 作者 陈兆平 蒋晓放 章耿 钟志敏 作者单位 宝山钢铁股份有限公司 上海 201900 相似文献 10条 相似文献 10条 1 期刊论文 蒋晓放 陈兆平 宝钢转炉少渣炼钢的实践 宝钢技术2003 1 叙述了宝钢300 t转炉少渣炼钢工业性试验及少渣条件下锰矿还原的试验结果 试验结果表明 转炉生石灰单耗达到11 3 kg t 轻烧白云石单耗达到 6 3 kg t 锰矿加入量大于8kg t 平均锰回收率达到50 以上 此外 分析了转炉少渣吹炼的冶金效果和工艺制度 2 会议论文 蒋晓放 陈兆平 宝钢转炉少渣炼钢的实践 2002 叙述了宝钢300t转炉少渣炼钢工业性试验及少渣条件下锰矿还原的试验结果 试验结果表明 转炉生石灰单耗达到11 3kg t 轻烧白云石单耗达到 6 3kg t 锰矿加入量大于8kg t 平均锰回收率达到50 以上 此外分析了转炉少渣吹炼的冶金效果和工艺制度 3 会议论文 蒋晓放 陈兆平 宝钢转炉少渣炼钢的实践 2002 叙述了宝钢300吨转炉少渣炼钢工业性试验及少渣条件下锰矿还原的试验结果 试验结果表明 转炉生石灰单耗达到11 3kg t s 轻烧白云石单耗达到 6 3kg t s 锰矿加入量大于8kg t s 平均锰回收率达到50 以上 此外分析了转炉少渣吹炼的冶金效果和工艺制度 4 会议论文 张怀君 黄务涤 贫锰矿在转炉冶炼中应用的试验研究 1992 5 期刊论文 李荣生 冯润明 魏国增 李建敏 贫锰矿在转炉炼钢工艺中的应用 炼钢2004 20 1 介绍贫锰矿在转炉冶炼过程中的使用效果 提出转炉冶炼时使用贫锰矿可以显著改善转炉化渣效果 提高终点钢液中的余锰含量 降低冶炼成本 6 学位论文 文永才 转炉炼钢用锰矿直接合金化研究 1996 该文对影响合金元素收得率的因素进行了较为全面的总结 利用热力学参数状态图 化学反应等温方程式对转炉炼钢条件下锰矿直接合金化的可能性 及影响因素进行了理论计算 在实验室进行了锰精矿粉造球的配方实验 利用所造球团矿进行了锰矿直接合金化实验 应用液 液反应双膜理论以锰矿还 原的动力学进行了讨论 在此基础上进行了扩大试验研究 结果表明 转炉炼钢用锰矿实现钢的直接合金化是可行的 理论分析与实验和试验结果相一致 主 要结论有 1 转炉炼钢须加还原剂才能实现锰矿直接合金化 增加渣中 MnO 含量 适当提高碱度 降低渣中 FeO 含量能降低 MnO 的开始还原温度 2 在 120t转炉加1000kg锰矿 会使炉温下降21 3 锰矿中的锰以MnCO和MnO存在 锰矿的溶化温度为1480 4 用适当的粘结剂对锰精矿粉造球 其强度能达到入炉炼钢的要求 球团矿的熔化温度比锰矿低100 以上 5 渣中加焦炭还原 MnO 反应大约20min达到平衡 提高碱度 实验温度 钢中 C 含量 降低渣中 FeO 含量可提高反应初期的还原速度 增加钢中 Mn 含量 提高渣中 MnO 含量 温度 降代渣量可提高锰收得率 6 渣中加焦炭还原 MnO 的反应为一级反应 MnO 从炉渣通过渣钢边界层向渣钢界面的扩散为钢中 C 还原 MnO 的限制性环节 渣中焦炭还原 MnO 的限制性环节是锰从渣钢 界面向钢中的扩散 7 扩大试验锰矿用量为每kg钢13 33 21 00g 钢中平均增锰0 599 锰收得率最高达91 10 平均为66 36 两种还原剂中 SiC的还原能 力强于焦炭 8 锰矿直接合金化工艺能提高炉渣的脱硫能力 7 期刊论文 熊玮 李光强 陈兆平 蒋晓放 杨治争 XIONG Wei LI Guang qiang CHEN Zhao ping JIANG Xiao fang YANG Zhi zheng 顶底复吹转炉内锰矿直接合金化的动力学模型 过程工程学报2009 9 z1 考虑转炉内锰的还原反应速率 建立了项底复吹转炉吹炼过程中锰矿还原的动力学模型 该模型不仅可以预测终点锰含量 还可以计算 Mn 含量随吹炼 时间的变化情况 模型计算值和实测值吻合良好 结果表明 在冶炼单脱硫铁水的操作条件下如果要使锰的收得率达到50 终点 C 含量应在0 12 以上或渣 量小于40 kg t 降低供氧强度 提高复吹转炉底部供气强度能提高锰的收得率 高品位锰矿有利于提高锰矿合金化的效果 锰矿应在转炉冶炼的初期加入 有利 可以延长锰矿的还原时间 加入时间越晚 随着锰矿加入量的增多 合金化的效果越差 8 外文期刊 Ho Sang Sohn Jeong Sik Kim Effect of iron compositions on reduction kinetics of manganese oxide in CaO SiO2 MgO sat FeO MnO slag铁成分对CaO SiO2 MgO sat FeO MnO炉渣中氧化锰还原动力学的影 响 In order to improve manganese yield by smeltingreduction of manganese ore in less slag blowing at BOF thereduction kinetics of manganese oxide in CaO SiO2 MgOsat FeO MnO slag was investigated under experimental scale Theoptimum initial carbon content in metal to the reduction of MnOis about 1 9 The existence of Si in metal can accelerate thereduction of MnO in slag and the initial Mn content has noinfluence on the reduction rate From the assumption that thereduction of MnO is controlledby the equilibrium manganesedistribution and mass transfer through the metal and slag boundarylayers at the metal slag interface the rate equation was obtained The kinetic model suggested in the present study showed goodagreement between calculatedand observed values of Mn and thereduction behaviour of MnO in slag can be described by the present model 9 期刊论文 杨治争 曹同友 YANG Zhi zheng CAO Tong you 锰矿直接还原合金化模型与实验研究 武钢技术 2009 47 4 依据锰矿直接还原热力学理论 并基于转炉冶炼的基本