高炉中有无助溶剂注入对风口渣熔融特性的影响

1、高炉中有无助溶剂注入对风口渣熔融性能的影响莉娜Sundqvist ÖKVIST有关风口渣熔化性能的实验研究已经进行，焦炭，煤粉和助熔剂（转炉钢渣，烧石灰，烧白云石）等标本的熔点测量已经开始，有助熔剂和无助熔剂喷吹的情况下风口渣的形成过程，也已在高温显微镜进行观察。熔点理论分析根据风口渣标本化学成分来进行，结果表明，喷吹助熔剂对风口渣的熔化性能有积极影响，这可以降低风口渣的软化熔点和使风口渣的熔化温度区域变窄。通过比较熔渣的差异表明，喷吹转炉钢渣熔剂风口渣的碱度比较低，而烧石灰或白云石熔剂的渣在B2碱度上具有比较高的碱度水平。相对于烧石灰和烧结白云石喷吹，喷吹转炉钢渣可以降低熔化温度和

2、熔化性温度的温度区间。关键词：助溶剂;风口渣;熔点测量。1 序言在高炉中炉料开始下降，炉料煅烧后不同的位置将形成不同的炉渣：a）初渣由煤矸石中的颗粒形成的;b）大部分渣是炉腹渣，其中包括大部分添加剂和助熔剂还有一些直接还原和渗碳而消耗的灰分;c）风口渣是焦炭燃烧渣和熔剂渣份;d）终渣形成由降低二氧化硅的炉腹渣和风口渣共同组成的的混合物。在一级凝聚区，铁的软熔都是伴随着助熔剂的熔解而熔解。通常情况下，相对于初渣和终渣，炉腹渣具有更高的碱度。如果球团矿包含非常低量的煤矸石和相当高的焦炭灰分，助熔剂将被从风口中加入。1995年期间在SSAB进行球团矿的实验表明炉腹渣渣碱度过高将是高炉中的严重问题。在

3、实验中，炉腹渣碱度比初渣高了1.6，这与理论计算有很大差距。而风口的炉渣碱度为0.05，最终渣的碱度为1.2，这中间变化就很大，为了降低炉渣碱度和渣量的粘性区间的变化，马教授建议不要从高炉顶部加入助熔剂，而是改从风口加入，从而来改善渣的性能。经过这种改变在B2碱度上，球团矿的初渣的碱度，炉腹渣，风口渣和最终渣分别是1.0，1.1，0.9和1.2。在这种情况下，通过降低燃料比和增加高炉产量就可以使渣顺利形成。在图1中显示从高炉顶部加入助熔剂和在风口喷吹助熔剂，在高炉中的不同位置渣的碱度的不同。在酸性球团矿中加入助熔剂形成高碱度渣对炉料熔化所带来的影响已经在实验室中经过多次测试了，并且得出当助熔剂

4、加入以后，对酸性球团矿的熔化性能带来的影响是积极的。在高炉中，铁矿石和一些不同的助熔剂已经进行了很多关于除硫与硅的实验。如一项关于使用白云石熔剂在风口前进行喷吹，从中可以得出白云石的加入可以增加MgO含量并明显的降低二氧化硅含量和减少SiO气体。MgO的影响就是降低二氧化硅浓度来提高碱度。这就说明如果基本熔剂和助熔剂一起混合加入的话就可以达到降低Si含量的目的。总的来说，就是助熔剂可以降低矿石中si的含量。一项关于助熔剂的研究指出，降低硅含量可在风口回旋区的局部氧压力上升并指出烧结矿中石灰的含量增加Si含量将进一步降低。另一项研究中指出炉底和炉腹渣的氧化程度是作为控制Si含量的一个标准。而不同

5、铁矿石的颗粒大小对炉底和炉腹渣的氧化程度产生大的影响。并且当使用比较优良的铁矿石时，就会大大降低在风口回旋区中损失的FeO。图1：高炉不同位置渣碱度表格1煤灰分、焦灰分和助熔剂的化学成分表为了使高炉渣可以顺利形成，我们在风口处加入助溶剂从而降低炉腹渣的大量形成和阻止炉腹渣形成时的高碱度情况，在高炉正常操作下，风口渣主要是在风口前燃烧燃料产生的酸性和高碱度的灰分组成。在风口前加入助溶剂调节了熔渣的碱度和改善了熔渣的熔化性能，低碱度风口渣可以顺利通过焦床的孔隙。这项实验研究致力于探究风口助溶剂的加入对只含焦煤灰分的的风口渣熔融性能的影响。转炉钢渣、熟石灰和烧结白云石对风口渣的影响通过对熔点的测量和

6、通过计算机模拟及相图估算来实现。理论研究由马教授关于软熔带中渣形成的研究来进行的，理论证实助熔剂从风口加入比从高炉顶部加入要好的多，基于此项项目的研究成果，我们在隶属LKAB的冶金实验中心研究所的实验性高炉内成功的进行了三次实验进行了求证， 最后两个星期的测试工作将2000年11月下旬结束。表格2三种助熔剂喷吹量与不同喷吹水平对应表表格3 风口渣成分和熔点测量的风口渣碱度表2. 实验技术风口渣是由煤炭和焦炭混合物的在风口前燃烧形成的渣和熔剂渣份组成。为了让测量样本尽量与实际在风口前燃烧的得到的风口渣相近，我们从在吕勒奥的瑞钢奥隆公司采集了包含焦炭、煤炭和助溶剂的测试样本。其中焦炭灰分和煤炭灰分

7、都是在熔炉中将焦和煤缓慢加热到800°C得到的。煤炭是含有3840 wt%挥发性物质。这些焦煤含灰量大约在10.6到5.8 wt%，碳含量大约是在78.2到89.5wt%。焦煤和三种助溶剂（转炉渣、石灰、白云石）的化学成分如表格1所示。焦、煤灰分和助溶剂的比例是依据设定喷吹的焦比、煤比和助溶剂的比例来计算，瑞钢奥隆的2号高炉的煤比是120160 kg/thm，而卢基矿业公司的高炉试点研究所使用的煤比就是110 kg/thm作为正确配料的根据。根据质量与热量的平衡，在不同控制条件下计算出的焦炭量将用于在SSAB的三号高炉中。估计结果显示，在假定条件下的煤灰与焦灰的比率几乎相同。这就说明

8、接下来的是改变了现场的操作条件也是有效的，设定五种助溶剂喷吹比：无、低、中等、高和非常高将被分别用于三种助溶剂的喷吹当中。图2中显示不同的喷吹量与喷吹比的对应关系。用计算结果中获得的比例来确定焦煤比进行第一次混合，取一种样本在一定熔剂喷吹水平下喷吹后得到风口渣，并将其与相应的灰分混合形成渣在研钵中研磨。样本的化学成分在表3中显示，使用的材料的重量与化学性分析与不同的助溶剂喷吹量对应。测试方法使用是一个标准方法来测定焦煤中渣的熔化物。图表2是高温显微镜示意图，其中一个控制器控制温度。这其中的区别就是一个使用加热程序进行加热，另一个是用电流通过测量热电偶使其发热向熔融炉中提供热量。熔融炉中可被加热

9、到的最大温度是1640°C，在大于700°C的时候温度每分钟增长10°C。实验所用是底面积为2平方毫米高为3毫米的小样品。将样品置放在氧化铝坩埚中，使用热电偶在氮气环境下加热，并在显微镜下观察。为了证明在加热过程中样本没有被氧化，我们分别取铁样本在相同的情况下进行加热，经过氧分析后发现氧含量由0.014%变成测试后的0.15%这证实样本没有被氧化。样本在加热过程中样本的形态不断发生变化。记录样本在软化、开始熔化和流化时的温度，结果如下面所述。(a)软化:是样本的轮廓开始趋于平滑。（b）熔化开始：熔化迅速且样本形状变化很快。（c）流化点：样本流出，样本的高度变为原来

10、的1/3。图2 高温显微镜示意图图3 样本轮廓曲线：测试前（a）软化开始（b）熔化中（c）流动点（d）3.理论估计使用热力学数据通过热力学计算软件来对多种成分渣的熔化温度进行估计测量，所使用的模型不含P2O5 、V2O5。在无铁金属相和有铁金属相分别在实验室N2环境下进行测量。在相同的条件下进行计算机估测得到估测结果。得到风口渣化学成分的估测结果如表34. 结果4.1 熔点测量数据熔点测量数据的结果如表4。焦灰的熔化温度最高，大约在1567到1 608°C区间。而煤灰的熔化温度就相对要低得多，大致是在1 300到1 430°C区间。转炉渣则处在1 305到1 364

11、6;C区间。一组含焦炭和煤炭混合物的样本的熔化温度要比只含煤炭成分样本要高，比只含焦炭成分的样本要低。结果还显示转炉渣、石灰、白云石的存在明显的降低了熔化温度。同时可以看出转炉渣在任何情况下都可以降低熔化温度，石灰则只能在高程度甚至更高程度的喷吹才能降低熔化温度，而白云石只能在低熔剂水平上可以降低温度（如图4和表格4）中低水平的石灰熔剂喷吹和高、非常高水平的白云石熔剂喷吹下，样本的初始熔化温度比较低，并且熔化温度与熔化性温度的域要比其他要宽。含有转炉渣的样本正好相反，熔化非常迅速激烈，特别符合高温熔化曲线。通过看到在熔化过程中样本成分被撕扯表明其含有较低的熔化粘度。只含转炉渣的样本在熔化过程中

12、很平缓的形成一个半钟形平滑物体。当样本含石灰后，就会形成一个半球形。所有样本都是从开始开始熔化，并且最后形成一层氧化铝基层。三种样本在熔化过程中化学成分的变化如表格4。这就表明在降低软熔温度上，转炉钢渣熔剂要比石灰和白云石的要好。如图3所示，在相同的B2碱度下，转炉钢渣和熟石灰熔剂用的比较多点但是，如果MgO和 Al2O3 要和CaO和SiO2一样考虑在碱度范围内，碱度的标准就使用B4对于白云石熔剂、石灰和转炉钢渣是不同的。但是由于高MgO的存在，无论是白云石还是转炉钢渣都有较高的B4碱度相比与石灰石熔剂。但是实际上，三种样本大都是B2碱度差距不大转炉钢渣、石灰和白云石掺杂物分别是1.17、1

13、.16和1.18。但是在B4碱度上就有很大的差距分别是：1.35、0.93和1.75.这就是说三种熔剂在B4碱度上会有很大的差距，尽管他们在B2碱度上很相似。相比较石灰和白云石而言，转炉钢渣在B4碱度上比较适合，还有就是它的低熔点和熔化温度区间。并且对于风口前的脱硫非常有利。在碱度为B4的情况下，三种熔剂所处的条件相同。但是还是转炉钢渣的的软熔温度区间比较窄。表格4 高温显微镜测量样品的软化、熔化和流动温度表图4 样品的软化和流动温度(a)转炉钢渣熔剂(b)熟石灰熔剂(c)烧结白云石熔剂4.2. 理论估计从图5中我们可以看到，估计显示出转炉渣可以在我们所进行任何试验中降低熔化温度，而石灰石和烧

14、结白云石增加了初始温度。当我们将助溶剂添加到焦炭和煤炭的混合物中时，熔化温度区间比较窄，当加入助溶剂后，在1650°C熔化物的比例增加。样本的熔化曲线如图表5，6，7。也就是渣的化学成分的比例。熔渣（主要是锰铁的氧化物）的初始熔化温度是在低碱度的情况下。当按照既定温度开始增加的时候，不论是CaO，还是MgO和Al2O3都已经开始溶解到熔渣当中去，风口渣的最终碱度要看助溶剂的既定水平。表格5 开始熔化估计温度和1650°C 的熔化率表图5 在高熔剂比喷吹下渣形成后的化学成分和熔渣率图6 在不同温度下无熔剂和低熔剂比熔渣率的估算图图7 在不同温度下无熔剂和低熔剂比熔渣率的估算图

15、5. 讨论5.1转炉钢渣、石灰、白云石标本的不同点在研究所有不同熔剂中，虽然转炉钢渣、石灰、白云石都会明显的降低风口渣的熔点，但是在熔化温度和熔化性温度之间的低熔点和低温度区间的条件下，转炉钢渣对于改善风口渣特性要比石灰和白云石两种熔剂要好的多这也许可以通过下面的答案来解释：（a）转炉钢渣包含大量的FeO, MnO, TiO2和V2O5 混合物质，这些既不适用碱度的计算公式也不符合相图。这些成分会更加降低形成渣的熔点和粘度，利用热力学计算软件估计显示渣第一次熔化形成是包含铁和氧化锰为主要成分的低碱度的渣(b)喷吹用的转炉钢渣是在转炉中已经形成好的，并且拥有比较低的熔点，但是石灰包含了较高的Ca

16、O，白云石含有较高的CaO和MgO，而这些都有较高的熔点。因此，前者与其他成分的熔化溶解程度就比后二者比较容易，后两者在整个熔化过程中则需要更长的时间和更高的温度。(c)风口渣中氧化铝的浓度，使用转炉渣喷吹比喷吹石灰要低，因为相比较石灰而言，在风口渣中大量的转炉钢渣需要给予相同的B2粘度。同样转炉钢渣中的氧化铝的浓度相比较白云石而言也是比较低的，尽管差距是很小的。5.2 使用热力学软件比较实际测量熔化温度与理论估计熔化温度实际测量熔化温度与理论估计熔化温度比较的结果如表格8中显示，在电脑计算机中显示在熔化形成时，熔化性温度与理论温度之比大于85%。当我们比较这些结果时，我们会很明显的发现熔化性

17、温度与熔化性温度的关系是受熔化物的粘性所影响，其只是在熔化温度之上。这对转炉钢渣来说是再好不过了，对于烧结白云石理论和测量的结果趋于相同，但是估计温度较高，这就与无助溶剂的效果一样了。石灰石的低中程度水平比较好，但是在高程度喷吹中差距就非常大。原因可能就是石灰石中的钛铝合金溶解到熔渣中。由于更低的熔化温度，转炉钢渣溶解到熔渣中就确定比熟石灰和烧结白云石要好。熟石灰和烧结白云石无法全部溶解到熔渣中会很危险，因此，选取助溶剂要与低温度的标准一致。5.3四系 Al2O3CaOMgOSiO2相图与四系Al2O3CaOFeOxSiO2相图根据表格3，样本的化学成分主要是四种氧化物：CaO, MgO, S

18、iO2 和 Al2O3 ；CaO, FeO, SiO2 和 Al2O3，并根据相图和表格6中分别估计出熔化温度。 相位图估计根据相图的标准估计出温度普遍比实测温度要高，两种样本只有高程度的转炉钢渣和熟石灰喷吹在Al2O3CaOFeOxSiO2中才比较符合，基于两种四元系统所估计的结果差异很小，FeO在熔点上的重要影响也许就可以解释在我们使用Al2O3CaOFeOxSiO2系时估测温度和实际温度的相关性比较好。图8 测量与理论估计的流动点温度比较 热力学软件估计正常的物质化学成分由四种基本组成成分，根据相位图和电脑计算机上的热力学软件估算，得出了相同的结果如表格6中显示。实际上，由相图得出的结果可以在热力学软件中的熔化间隔估计中被找到，它们是相近的，唯一的区别就是化学成分的估计与无助溶剂是一致的。在计算中表明MgO和CaO在熔化之初一直在提高温度，但是降低温度在熔化结束的时候。如果FeO不变，增加CaO会在低碱度低的情况下降低熔化初始温度和熔化结束