高炉造渣.docx
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高炉造渣.docx
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高炉造渣
高炉内的造渣过程
高炉内炉渣的形成
高炉造渣过程是伴随着炉料的加热和还原而产生的重要过程——物态变化和物理化学过程。
(1)物态变化。
铁矿石在下降过程中,受上升煤气的加热,温度不断升高,其物态也不断改变,使高炉内形成不同的区域:
块状带、软熔带、滴落带和下炉缸的渣铁贮存区,见图1。
图1高炉断面各带分布图
1)块状带。
在这里发生游离水蒸发、结晶水和菱铁矽·的分解、矿石的间接还原(还原度可达30%~40%)等现象。
但是矿石仍保持固体状态,脉石中的氧化物与还原出来的低级铁和锰氧化物发生固相反应,形成部分低熔点化合物,为矿石中脉石成分的软化和熔融创造了条件。
2)软熔带。
固相反应生成的低熔,点化什物在温度提高和上面料柱重力作用下开始软化和相互黏结,随着温度继续升高和还原的进行,液相数量增加,最终完个熔融,并以液滴或冰川状向下滴落。
这个从软化到熔融的矿石软熔层与焦炭层间隔地形成了软熔带。
一般软熔带的上边界温度在1100℃左右,而下边界温度在1400~1500℃。
在软熔带内完成矿石由固体转变为液体的变化过程以及金属铁与初渣的分离过程:
还原出的金属铁经部分渗碳而熔点降低,熔化成为液态铁滴,脉石则与低价铁氧化物和锰氧化物等形成液态初渣。
3)滴落带。
软熔带以下填满焦炭的区域,在软熔带内熔化成的铁滴和汇集成渣滴或冰川流的初渣滴落入此带,穿过焦柱而进入炉缸。
在此带中铁滴继续完成渗碳和溶入直接还原成元素的Si、Mn、P、S等,而炉渣则由中间渣转向终渣。
4)下炉缸渣铁贮存区。
这是从滴落带来的铁和渣积聚的地区,在这里铁滴穿过渣层时和渣层与铁层的交界面上进行着渣铁反应,最突出的是Si氧化和脱硫。
(2)炉渣形成过程。
块状带内固相反应形成低熔点化合物是造渣过程的开始,随着温度的升高,低熔点化合物中呈现少量液相,开始软化黏结,在软熔带内形成初渣,其特点是FeO和MnO含量高,碱度偏低(相当于天然矿和酸性氧化球团自身的碱度),成分不均匀。
从软熔带滴下后成为中间渣,在穿越滴落带时中间渣的成分变化很大:
FeO、MnO被还原而降低,熔剂的或高碱度烧结矿中的CaO的进入使碱度升高,甚至超过终渣的碱度,直到接近风口中心线吸收随煤气上升的焦炭灰分,碱度才逐步降低,中间渣穿过焦柱后进入炉缸积聚,在下炉缸渣铁贮区内完成渣铁反应,吸收脱硫产生的CaS和S氧化的SiO2等成为终渣。
炉渣的主要成分
炉渣成分来自以下几个方面:
(1)矿石中的脉石;
(2)焦炭灰分;
(3)熔剂氧化物;
(4)被浸的炉衬;
(5)初渣中含有大量矿石中的氧化物(如FeO、MnO等)。
对炉渣性质起决定性作用的是前三项。
脉石和灰分的主要成分是SiO2和A12O3,称酸性氧化物;熔剂氧化物主要是CaO和MgO,称碱性氧化物。
当这些氧化物单独存在时,其熔点都很高,SiO2熔点1713℃,A12O3熔点2050℃,CaO熔点2570℃,MgO熔点2800℃,高炉条件下不能熔化。
只有它们之间相互作用形成低熔点化合物,才能熔化成具有良好流动性的熔渣。
原料中加入熔剂的目的就是为了中和脉石和灰分中的酸性氧化物,形成高炉条件下能熔化并自由流动的低熔点化合物。
炉渣的主要成分就是上述4种氧化物。
用特殊矿石冶炼时,根据不同的矿石种类,炉渣中还会有CaF2、TiO2、BaO、MnO等氧化物。
另外,高炉渣中总是含有少量的FeO和硫化物。
炉渣在高炉冶炼过程中的作用
由于炉渣具有熔点低、密度小和不溶于生铁的特点,所以高炉冶炼过程中渣、铁才能得以分离,获得纯净的生铁,这是高炉造渣过程的基本作用。
另外,炉渣对高炉冶炼还有以下几方面的作用:
(1)渣铁之间进行合金元素的还原及脱硫反应,起着控制生铁成分的作用。
比如,高碱度揸能促进脱硫反应,有利于锰的还原,从而提高生铁质量;SiO2含量高的炉渣促进Si的还原,从而控制生铁含Si量等。
(2)炉渣的形成造成了高炉内的软熔带及滴落带,对炉内煤气流分布及炉料的下降都有很大的影响,因此,炉渣的性质和数量对高炉操作直接产生作用。
(3)炉渣附着在炉墙上形成渣皮,起保护炉衬的作用。
但是另一种情况下又可能侵蚀炉衬,起破坏性作用。
因此,炉渣成分和性质直接影响高炉寿命。
在控制和调整炉渣成分和性质时,必须兼顾上述几方面的作用。
炉渣碱度
炉渣碱度就是用来表示炉渣酸碱性的指数。
尽管组成炉渣的氧化物种类很多,但对炉渣性能影响较大和炉渣中含量最多的是CaO、MgO、SiO2、A12O3这四种氧化物,因此通常用其中的碱性氧化物CaO、MgO和酸性氧化物SiO2、A12O3的质量分数之比来表示炉渣碱度,常用的有以下几种:
(1)四元碱度:
R=m(CaO+MgO)/m(SiO2、A12O3)
(2)三元碱度:
R=m(CaO+MgO)/mSiO2
(3)二元碱度:
R=mCaO/mSiO2
高炉生产中可根据各自炉渣成分的特点选择一种最简单又具有代表性的表示方法。
渣的碱度在一定程度上决定了其熔化温度、熔化性温度、黏度及黏度随温度变化的特征,以及其脱硫和排碱能力等。
因此碱度是非常重要的代表炉渣成分的实用性很强的参数。
碱性炉渣和酸性炉渣
炉渣成分可分为碱性氧化物和酸性氧化物两大类。
现代炉渣结构理论认为熔融炉渣是由离子组成的。
熔融炉渣中能提供氧离子O-2的氧化物称为碱性氧化物,反之,能吸收氧离子的氧化物称为酸性氧化物,有些既能提供又能吸收氧离子的氧化物则称为中性氧化物或两性氧化物。
组成炉渣的各种氧化物按其碱性的强弱排列如下:
K2O、Na2O、BaO、PbO、CaO、MnO、FeO、ZnO、MgO、CaF2、Fe2O3、A12O3、TiO2、SiO2、P2O5。
其中CaF2以前可视为碱性氧化物,Fe2O3、A12O3为中性氧化物,而TiO2、SiO2、P2O5为酸性氧化物。
碱性氧化物可与酸性氧化物结合形成盐类,如CaO·SiO2、2FeO·SiO2等,并且酸碱性相距越大,结合力就越强。
以碱性氧化物为主的炉渣称为碱性炉渣,以酸性氧化物为主的炉渣称为酸性炉渣。
生产中常把二元碱度mCaO/mSiO2>1.0的叫碱性渣,把mCaO/mSiO2<1.0的叫酸性渣。
炉渣的软熔特性对高炉冶炼的影响
炉渣的软熔特性与矿石的软化特性有关,其对高炉冶炼的影响是,矿石软化温度愈低,初渣出现得愈早,软熔带位置越高,初渣温度低,进入炉缸后吸收炉缸热量,增加高炉热消耗;软化区间愈大,软熔带融着层愈宽,对煤气流的阻力愈大,对高炉顺行不利。
所以,一般希望矿石软化温度要高些,软化区间要窄些。
这样软熔带位置较低,初渣温度较高,软熔带融着层较窄,对煤气阻力较小。
一般矿石软化温度波动在900~1200℃之间。
炉渣的熔化温度和对高炉冶炼的影响
炉渣的熔化温度指炉渣完全熔化为液相的温度,或液态炉渣冷却时开始析出固相的温度,即相图中的液相线温度。
单一晶体具有确定的熔点,而炉渣没有确定的熔点,炉渣从开始熔化到完全熔化是在一定的温度范围内完成的。
熔化温度是炉渣熔化性的标志之一,熔化温度高,表明它难熔,熔化温度低,表明它易熔。
难熔炉渣在炉内温度不足的情况下,可能黏度升高,影响成渣带以下的透气性,不利于高炉顺行;但难熔炉渣成渣带低,进入炉缸时温度高,增加炉缸热量,对高炉冶炼有利。
易熔炉渣流动性好,有利于高炉顺行,但降低炉缸热量,增加炉缸热消耗。
因此,选择炉渣熔化温度时,必须兼顾流动性和热量两方面的因素。
各种不同成分炉渣的熔化温度可以从四元系熔化温度图中查得,见图2a、b、c、d。
a-Al2O3=0.05;b-Al2O3=0.10
a-Al2O3=0.15;b-Al2O3=0.20
图2CaO、MgO、SiO2和A12O3四元系熔化温度图
炉渣熔化性温度和对高炉冶炼的影响
炉渣熔化之后能自由流动的温度叫做熔化性温度。
有的炉渣虽然熔化温度不高,但熔化之后却不能自由流动,仍然十分黏稠,只有把温度进一步提高到一定程度之后才能达到自由流动的状态,因此,为了保证高炉的正常生产,只了解炉渣的熔化温度还不够,还必须了解炉渣自由流动的温度,即熔化性温度。
炉渣的熔化性温度是通过绘制炉渣黏度—温度曲线的方法来确定的,如图3所示。
图3炉渣的熔化性温度示意图
曲线中的明显转折点f,或者对像曲线B那样没有明显转折点的长渣来说其黏度值为2~2.5Pa·s(20~25P(泊))的点f所对应的温度称为熔化性温度,因为炉渣自由流动的最大黏度为2~2.5Pa·s(20~25P)。
有时也把45斜线与黏度—温度曲线相切点所对应的温度作为熔化性温度。
各种炉渣的熔化性温度都由黏度试验得出的黏度—温度曲线求得。
熔化性温度说明该温度下炉渣能否自由流动,因此,炉渣熔化性温度的高低影响高炉顺行和炉渣能否顺利排出。
只有熔化性温度低于高炉正常生产所能达到的炉缸温度,才能保证高炉顺行和炉渣的正常排放。
炉渣黏度和对高炉冶炼的影响
炉渣黏度直接关系到炉渣流动性的好坏,而炉渣流动性又直接影响高炉顺行和生铁质量,因此它是高炉工作者最关心的一个炉渣性质指标。
炉渣黏度是流动性的倒数。
黏度是指速度不同的两层液体之间的内摩擦系数。
试验结果表明,流速不同的两层液体之间的内摩擦力与接触面积的大小和速度差的大小成正比,与两液层之间的距离成反比,即:
式中:
F—内摩擦力,N;S—接触面积,cm2;
—两液层间的速度梯度,cm/(s·cm)=1/s;—比例系数,或称黏度系数,简称黏度,单位用Pa·s(帕·秒)表示,过去使用“泊”(P)为单位,1P=0.1Pa·s。
实际中炉渣的黏度是用专门的黏度计来测定的。
将测定的结果绘制成黏度—温度曲线,图4和等黏度曲线图5)。
图4不同碱度粒状黏度和温度关系图
图5四元系渣等黏度图
炉渣黏度对高炉冶炼的影响,首先是黏度大小影响成渣带以下料柱的透气性。
炉渣黏度过高,则在滴落带不能顺利流动,降低焦炭骨架的空隙度,增加煤气阻力,影响高炉顺行。
其次,黏度影响炉渣的脱硫能力。
黏度低流动性好的炉渣有利于脱硫,黏度大流动性差的炉渣不利于脱硫。
这是因为黏度低的炉渣有利于硫离子的扩散,促进脱硫反应。
第三,炉渣黏度影响放渣操作。
黏度过高的炉渣发生黏沟、渣口凝渣等现象,造成放渣困难。
最后,炉渣黏度影响高炉寿命。
黏度高的炉渣在炉内容易形成渣皮,起保护炉衬的作用,而黏度过低,流动性过好的炉渣冲刷炉衬,缩短高炉寿命。
长渣和短渣
长渣是炉渣黏度随温度降低而逐渐升高,在黏度—温度曲线上无明显转折点的炉渣(图3)一般酸性渣具有长渣特性,在生产中取渣样时,渣液能拉成长丝,冷却后渣样断面呈玻璃状。
短渣与长渣相反,在黏度—温度曲线上有明显的转折点,一般碱性渣为短渣,取样时渣液不能拉成长丝,冷却后渣样断面呈石头状。
影响炉渣黏度的因素
影响炉渣黏度的因素为:
(1)温度是影响炉渣黏度的主要因素,一般规律是黏度随温度升高而降低。
碱性渣(短渣)在温度超过熔化性温度的拐点以后,黏度低但随温度的变化不大,而酸性渣(长渣)的黏度始终是随温度升高而缓慢降低,且在相同温度下其黏度高于碱性渣。
(2)碱度。
图4为不同碱度时炉渣黏度与温度的关系,当碱度小于1.2时,炉渣的熔化性温度较低,相应其黏度也较低;随着碱度的提高,熔化性温度上升,黏度也升高。
造成这种现象的原因是随着碱性氧化物数量的增加,熔点升高,使一定温度下渣的过热度减小而使黏度增高,另外过多的碱性氧化物以质点悬浮在炉渣中使黏度增高。
在生产中如遇这些情况,加入少量CaF2可明显降低炉渣黏度,例如包头含氟矿冶炼时就是这样。
(3)MgO含量对黏度有相当大的影响,尤其在酸性渣中更为明显。
在含量不超过20%,MgO含量的增加使黏度下降,但在三元碱度不变,用MgO代替CaO时,这种作用就不明显。
但MgO含量在8%~12%时有利于改善炉渣的稳定性和难熔性。
(4)A12O3对黏度的影响是:
当A12O3含量不大时它可使碱性渣的黏度降低,但是高于一定数值后,对于不同碱度的炉渣,黏度开始增加,目前为提高人炉品位,使用高品位的东半球富矿,其)d2q含量偏高,造成炉渣中的A12O3含量达到15%,有的甚至达到16%以上,这时炉渣黏度上升。
为此应适当提高炉渣的碱度,例如宝钢的二元碱度值在1.22~1.24,二元碱度值在1.45~1.50;或适当提高渣中MgO含量,例如武钢炉渣中的MgO含量在11%~11.5%。
(5)FeO能显著降低炉渣黏度。
一般终渣含FeO很少,约0.5%,影响不大。
但初渣中它的含量却很大,最多可达35%,平均在2%~14%之间波动。
含FeO20%~30%的炉渣,其熔化温度不高于1150℃,因此,FeO能大大降低炉渣熔化温度和黏度,起着稀释炉渣的作用,对冶炼有一定好处。
但过多的FeO会造成初渣和中间渣的不稳定性,因为FeO在下降过程中不断被还原,使初渣和中间渣的熔化温度和黏度发生很大变化,引起炉况不顺。
(6)MnO对炉渣黏度的影响和FeO相似。
不过,目前我国炼钢生铁不要求含Mn,因此,高炉渣中MnO含量很少,影响不大。
(7)CaF2能显著降低炉渣的熔化性温度和黏度。
含氟炉渣的熔化性温度低,流动性好,炉渣碱度很高的情况下(1.5~3.0),仍能保持良好的流动性,因此,高炉生产中常用萤石(主要成分是CaF2)作洗炉剂。
(8)TiO2对炉渣黏度的影响:
碱度为0.8~1.4和TiO2含量为10%~20%的范围内,钛渣的熔化性温度在1300~1400℃之间,1500℃下的黏度为0.5Pa·s(5P)以下。
碱度相同时,随着TiO2含量的增加熔化性温度升高,黏度降低。
从TiO2对炉渣的熔化性温度和黏度的影响来看,钛渣对高炉生产不会有多大影响。
但实际上钒钛铁矿的冶炼由于炉渣过于黏稠而感到困难。
这主要是由钛渣性质的不稳定造成的。
高炉还原气氛中,一部分TiO2很容易还原成低价氧化物(Ti2O3、TiO)和金属钛,生成的金属钛一部分进入生铁,还有一部分与炉内的C、N2作用生成熔点很高的TiC和TiN,呈固体颗粒掺人渣中,渣中钛的低价氧化物和碳氮化合物使炉渣黏稠起来,以致影响正常的出渣出铁。
因此,冶炼钒钛铁矿时必须防止TiO2的还原。
目前采取的办法是炉缸渣层中喷射空气或矿粉,造成氧化气氛,以防止或减少TiO2的还原。
上述各种炉渣成分对熔化温度和黏度的影响汇总于图6。
曲线I为基准,增加CaO、MgO、TiO2使之变为曲线III种渣,即熔化温度上升,黏度下降;而增加FeO、MnO、K2O、Na2O使之变为曲线Ⅳ这种渣,即熔化温度和黏度都下降;而增加SiO2、A12O3使之变为曲线Ⅱ,即成为长渣。
图6炉渣成分、黏度和熔化温度关系图
炉渣结构的理论
炉渣结构有两种理论:
(1)炉渣分子结构理论。
这种理论是根据固体炉渣的相分析和化学分析提出来的,它认为液态炉渣和固态炉渣一样是由各种矿物分子构成的,其理论要点是:
1)熔融炉渣是由各种自由氧化物分子和由这些氧化物所形成的复杂化合物分子所组成。
自由氧化物分子有SiO2、A12O3、P2O5、CaO、MgO、MnO、FeO、CaS、MgS等,复杂化合物分子主要有CaO·SiO2、2FeO·SiO2、3CaO·Fe2O3、2MnO·SiO2、3CaO·P2O5、4CaO·P2O5等。
2)酸性氧化物和碱性氧化物相互作用形成复杂化合物,且处于化学动平衡状态,温度越高,复杂化合物的离解程度越高,熔渣中的自由氧化物浓度增加,温度降低,自由氧化物浓度降低。
3)只有熔渣中的自由氧化物才能参加反应,如只有熔渣中的自由CaO才能参加渣铁间的脱硫反应:
[FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO)
当炉渣中的SiO2浓度增加时,由于与CaO作用形成复杂化合物,减少了自由CaO的数量,从而降低了炉渣的脱硫能力。
因此,要提高炉渣脱硫能力,必须提高碱度。
4)熔渣是理想溶液,可以用理想溶液的各种定律来进行定量计算。
这种理论由于无法解释后来发现的炉渣的电化学特性和炉渣黏度随碱度发生巨大变化等现象而逐渐被淘汰。
不过,在判断反应进行的条件、难易、方向及进行热力学计算等方面,至今仍然沿用。
(2)炉渣离子结构理论。
炉渣的离子结构理论是根据对固体炉渣的X射线结构分析和对熔融炉渣的电化学试验结果提出来的。
对碱性和中性固体炉渣的X射线分析表明,它们都是由正负离子相互配位所构成的空间点阵结构。
酸性氧化物SiO2虽然不是由离子构成的,但是SiO2所生成的硅酸盐却是由金属正离子和硅酸根负离子组成的。
硅酸根离子
中,Si和O之间是共价而硅酸根与金属之间是离子键。
对熔渣进行电化学试验的结果表明,熔体能导电,有确定的电导值,与典型的离子化合物的电值差不多,且随着温度的升高而导电性增强。
这正是离子导电的特性。
熔渣可以电解,在阴极上析出金属。
以上这些现象用熔至的分子结构理沦是无法解释的,于是提出了熔渣的离子结构理论。
离子结构理论认为,液态炉渣是属于由各种不同的正负离子所组配的离子溶液。
组成炉渣的离子主要有以下几种(1Å=0.1nm)。
离子
Si4+
Al3+
Mg2+
Fe2+
Mn2+
Ca2+
O2-
S2-
半径/Å
0.39
0.57
0.78
0.83
0.91
1.06
1.32
1.74
其中半径最小、电荷最多的Si4+与O2-结合力最大,按下式结合形成硅氧复合负离子:
Si4++4O2-=
Al3+半径也较小,电荷较多,因此有时也与O2-结合形成复合负离子
或
;,有时还以正离子Al3+的形态存在。
其他半径较大、电荷较少的不能形成复合负离子,单独以正离子的形态存在。
硅氧复合负离子按其结构特点又称硅氧复合四面体,如图7所示。
图7硅氧复合四面体结构图
a-氧离子的紧密堆积;b-四面体示意图;
c-四面体侧面;d-四面体平面投影
四面体的四个顶点是氧离子,四面体中心位置上是Si4+离子,Si4+的四个正化合价与四个氧离子的四个负化合价结合,而四个氧离子的其余四个负化合价,或与周围其他正离子Fe2+、Mn2+、Mg2+、Ca2+等结合,或与其他硅氧四面体的Si4+结合,形成共用顶点。
构成熔渣的离子中,硅氧复合负离子体积最大,四面体中Si—O之间的距离为1.32+0.39=1.91(Å),O--O之间的距离为1.32+1.32=2.64(Å)。
同时,复合负离子的结构最复杂,其周围结合的金属离子最多,因此,它是构成炉渣的基本单元,炉渣的许多性质决定于复合离子的形态。
只有xO/xSi=4时,一个Si4+与四个O2-结合形成四个负化合价的复合负离子,与周围的金属正离子结合形成一个单独单元,四面体才可以单独存在。
而当xO/xSi比值减小,四面体不能单独存在,此时是两个以上四面体共用顶点O2-,形成由数量不等的四面体结合而成的群体负离子,如图8所示。
具有群体负离子的渣,其物理性质与四面体单独存在的熔渣完全不相同,即熔渣的物理性质取决于复合负离子的结构形态。
以上就是熔渣的离子结构理论。
这种结构理论能比较圆满地解释炉渣成分对其物理化学性质的影响,是目前得到公认的理论。
图8硅氧离子结构示意图
用炉渣离子结构理论解释炉渣碱度与黏度之间的关系
炉渣离子结构理论认为,炉渣黏度取决于构成炉渣的硅单独存在,还是两个以上数量不等的四面体结合而成群体负离子。
比如,nO/nSi=3.5时,两个四面体连接在一起形成
;nO/nSi=3.0时,三个四面体连在一起形成
,或者四个四面体连在一起形成
,或者六个四面体连在一起形成
等等,如图8上部所示)。
连接形成的负离子群体越庞大越复杂,炉渣黏度也越大。
如果继续降低碱度,从而使nO/nSi比值进一步降低时,就进一步出现了由众多四面体聚合而成的巨大的负离子群,它们的结构形式又各不相同,有链状的
,环带形的
,层状的
,骨架状的
等等,如图8下部所示)。
最后一个由纯SiO2组成的无限多个四面体连接形成的骨架状负离子群
,实际上已经是不能流动的了。
相反,炉渣中增加碱性氧化物CaO、MgO、FeO、MnO等,增加氧离子浓度,从而提高nO/nSi比值,则复杂结构开始裂解,结构越来越简单,直到nO/nSi=4而成为完全能自由流动的单独的硅氧四面体为止,此时熔渣黏度降到最小值。
不过碱度过高时黏度又上升是由于形成熔化温度很高的渣相,熔渣中开始出现不能熔化的固相悬浮物所致。
炉渣的稳定性和对高炉冶炼的影响
炉渣稳定性是指当炉渣成分和温度发生变化时,其熔化性温度和黏度能否保持稳定。
稳定性好的炉渣,遇到高炉原料成分波动或炉内温度变化时,仍能保持良好的流动性,从而维持高炉正常生产。
稳定性差的炉渣,则经不起炉内温度和炉渣成分的波动,黏度发生剧烈的变化而引起炉况不顺。
高炉生产要求炉渣具有较高的稳定性。
炉渣稳定性分热稳定性和化学稳定性。
热稳定性可以通过炉渣黏度—温度曲线转折点的温度(即熔化性温度)高低和转折的缓急程度(即长渣短渣)来判断,而化学稳定性则可以通过等黏度曲线和等熔化温度曲线随成分变化的梯度来判断。
炉渣稳定性影响炉况稳定性。
使用稳定性差的炉渣容易引起炉况波动,给高炉操作带来困难。
炉渣的表面性质和对高炉冶炼的影响
高炉渣的表面性质是指炉渣与煤气之间的表面张力和炉渣与铁水之间的界面张力。
这类张力可理解为两相(液—气、液—液)间生成单位面积的新的交界面所消耗的能量,如渣层中生成气泡。
表面张力以代表、界面张力以界代表,炉渣的在0.2~0.6N/m;界在0.9~1.2N/m,而金属的表面张力(即铁水与煤气之间的口)可达1~2N/m,比炉渣的口大很多,这是因为金属质点质量大,金属键作用力也强。
炉渣的表面张力是由其各种氧化物表面张力的加权和
式中:
xi为i组分的摩尔分数;i为纯i组分的表面张力)。
高炉渣内的SiO2、TiO2、K2O、CaF2等表面张力较低,这些物质在表面层中的浓度大于内部的浓度,成为“表面活性物质”。
高炉炼铁是多相反应,即在相界面上发生反应,炉渣的表面性质必然对多种反应的进行和不同相的分离过程产生影响。
典型的例子是攀钢和包钢炉渣的泡沫渣和一些高炉的铁损严重。
经过研究认为高炉内有很多产生气泡的反应和气体穿过渣层的现象,因此生成气泡是不可避免的,关键在于气泡能否稳定地存在于炉渣层中,一旦形成稳定的气泡就成泡沫渣。
滴落带焦层中的“液泛”现象就是属于这个范畴;当炉渣流出炉外时,由于大气压力低于炉内压力,溶于渣中气体体积膨胀,起泡尤为严重,造成渣沟及渣罐外溢,引起生产事故。
攀钢渣中有TiO2,包钢渣中有CaF,由于它们是表面活性物质从而降低了炉渣的表面张力,一旦与炉渣黏度的比值过小时,就出现上述泡沫渣现象。
如果说普通炉渣的,/在1.0左右,攀钢的高TiO2炉渣的/则只有0.3,在生产中就会出现相当严重的泡沫渣。
而当界/偏小时,液态铁珠”乳化”为高弥散度的细滴,悬浮于渣中,形成相对稳定的乳状液,结果造成较大的铁损。
高炉内硫的循环富集
答:
炼铁炉料中天然矿以Fe2S、CaSO4、BaSO4的方式,高碱度烧结矿以CaS和少量硫酸盐方式,焦炭以有机硫CnSm、灰分中FeS等方式带人炉内。
每吨生铁炉料带人炉内的总硫量称为硫负荷,在我国其值在4~6kg/t,其中65%~80%是由焦炭带入的。
随着炉料在炉内下降受热,炉料中的硫逐步释放出来;焦炭的部分硫在炉身下部和炉腹以CS和COS形式挥发,而矿石中的部分硫则分解和还原以硫蒸气或SO2进入煤气。
但主要还是在风口发生燃烧反应时以气体化合物的形式进入煤气,燃烧和分解生成的SO2,经还原和生成反应成硫蒸气和H2S等,所以在炉缸煤气中有CS、S、CS2、COS、H2S,它们随煤气上升与下降的炉料和滴落的渣铁相遇而被吸收,在1000℃及其以下地区的煤气中仅保留COS和H2S。
炉料中自由碱性氧
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