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河钢邯钢8号高炉炉渣性能分析

时间:2017-11-13 12:06 点击: 次来源:网络整理

  在炉况出现问题后,邯钢炼铁部和8号高炉车间积极采取各类措施,其中一项就是主动对炉渣结构进行调整,改善炉渣性能,对于炉况的恢复起到了积极作用。

 

邵久刚 侯健 郭先燊 王长华 姜曦

  造渣制度是高炉冶炼过程的基本制度之一,维持流动性和稳定性良好的炉渣是保证高炉稳定顺行的关键。河钢邯钢8号高炉经历了较长时间的稳定顺行,2013年~2015年各项指标在国内同级别高炉中均处于前列。进入2016年后,由于原燃料等外围条件变化频繁,8号高炉炉况逐渐变差。在炉况出现问题后,邯钢炼铁部和8号高炉车间积极采取各类措施,其中一项就是主动对炉渣结构进行调整,改善炉渣性能,对于炉况的恢复起到了积极作用。经过一系列调整,炉况已基本稳定,但是距离最优状态仍然有一定的差距。炉渣性能对炉况有重要影响,因此有必要对炉渣结构及其变化进行讨论,以期为炉况进一步恢复提供一定的参考。

  8号高炉基本渣系特征及其变化

  渣系特征。与国内大多数高炉相比,8号高炉炉渣具有高碱度和低镁两个特点。作为基本操作制度的一部分,这两点在近年来邯钢炼铁降本增效中发挥了重要作用。8号高炉炉渣碱度较高,长期在1.25~1.30。2016年之前炉况稳定,碱度一般取上限,在1.27~1.30,为低硅冶炼提供了基本制度保障。进入2016年3月份后,炉况出现了一定的波动,碱度有所降低,控制在1.25~1.27。

  适度的氧化镁含量能够改善炉渣性能,但是镁元素主要来源于烧结过程中添加的熔剂,额外增加了铁水成本。最大限度地减少镁灰使用、推行低镁渣冶炼,也是近年来低成本炼铁的一个发展方向。2015年5月,8号高炉炉渣中月平均氧化镁含量为7.01%、镁铝比为0.45,最低时氧化镁含量为6.81%、镁铝比为0.43。在推行低镁渣冶炼方面,8号高炉处于国内领先水平。

  变化情况。由于原燃料条件改变,进入2016年后,8号高炉炉渣结构发生了变化,对炉况产生了一定的影响。2015年初~2016年6月份炉渣主要成分变化如表1所示。

  进入2016年后,炉渣结构最明显的变化就是Al2O3含量升高,至2016年3月份逐渐超过16%,4月10日最高曾达到17.05%。2016年4月份,渣中MgO含量也有了一定的提高,超过8.1%,镁铝比超过0.50。炉渣中的铝主要来源于燃料灰分和烧结矿,其中烧结矿比例最大。2015年1月~2016年6月份炉渣氧化铝变化如图1所示。2015年1月~2016年6月份烧结矿氧化铝含量变化如图2所示。

  炉渣性能及其影响因素分析

  炉渣黏度变化及性能转折点。温度是影响炉渣黏度的最重要因素。对于绝大多数炉渣而言,随着温度降低,炉渣黏度逐渐下降。但是当温度低至性能转折点时,炉渣黏度会急剧升高,导致炉渣迅速丧失流动性。转折点定义为黏度曲线与45度角方向切线交点,如图3(a)所示。图3(b)中曲线1属于性能较稳定炉渣,随着温度降低,炉渣黏度变化平滑,转折点温度较高,炉渣性能稳定。实际炉渣黏度变化绝大多数遵循图3(b)中的曲线2,即转折点温度较高,随着温度降低炉渣性能容易发生突变。

  碱度对炉渣性能的影响。炉渣主要由CaO、SiO2、MgO、Al2O34种氧化物组成。碱度较低时,由于含有大量的硅氧复合离子,炉渣黏度较大,表现为长渣特性。随着二元碱度的提高,炉渣中O2-离子活度增大,促使硅氧复合离子解体,从而使炉渣黏度下降,流动性改善。随着碱度的进一步提高,炉渣中正硅酸钙(2CaO·SiO2)比例增加,导致炉渣的熔化性温度升高,短渣性能逐渐增强,炉渣稳定性变差。

  为了确定碱度对炉渣性能的影响,研究者对常见碱度范围内的高炉渣性能进行了分析,见图4。其中,Al2O3含量设定为15%,MgO含量为8.25%,碱度变化范围为1.10~1.30。

  对于图中信息,须从两方面进行分析。一方面,对于高温阶段,例如在大于1440℃以上的温度区间,炉渣黏度随二元碱度的提高而降低,相应流动性会得到改善。另一方面,对于低温阶段,即出现转折点的区间内,随着二元碱度的提高,炉渣转折点温度或者称为熔化性温度呈现不断上升的趋势。这说明随着碱度的提高,炉渣抗温度波动的能力下降,一旦温度低于转折点温度,炉渣很容易丧失流动性。

  MgO/Al2O3对炉渣性能的影响。随着铁矿石资源日益短缺,劣质矿的使用不可避免,尤其是高铝矿的使用已经逐渐成为大多数高炉必须面对的问题。通过提高炉渣MgO含量来改善高铝渣的性能,已经成为高炉炼铁行业的共识。在保证高炉能够正常生产的情况下,最大限度地降低MgO/Al2O3是降低铁前成本的一个有效措施。

  但是大多数关于高炉炉渣的研究都将焦点集中到了终渣性能上面,也就是在较高温度区间MgO/Al2O3对炉渣性能的影响。然而在高炉内部,尤其是在软熔带区域,还存在大量温度范围在1200℃~1400℃的中间渣,中间渣的性能同样会受到MgO/Al2O3的影响。从理论角度分析,较低的MgO/Al2O3炉渣不仅流动性差,而且在低温条件下炉渣稳定性还会大大降低。这就会产生两方面的危害:流动性差的中间渣会填充在焦窗中不易滴下,降低软熔带的透气性,增加料柱煤气阻力损失;不稳定的中间渣在炉内温度场波动时容易重新凝结,尤其是在炉腰、炉腹区域,造成炉墙结厚而产生更多更复杂的问题。

  为此,研究者做图进行了分析。图5为二元碱度1.20、Al2O3含量15%时,不同MgO/Al2O3对黏度曲线的影响,MgO/Al2O3变化范围为0.40~0.60。图6为二元碱度1.20、Al2O3含量18%时,不同MgO/Al2O3对黏度曲线的影响,MgO/Al2O3变化范围为0.45~0.65。

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