第五章06 6造渣和脫硫定

2022-10-11 02:39:03 字數 4954 閱讀 5659

一、高爐造渣過程

(一)爐渣的作用

高爐冶煉不僅要求還原出金屬鐵,而且還要求未被還原的si、ca、mg、al、ti等元素的氧化物以及金屬硫化物形成爐渣,使鐵與爐渣熔化。由於爐渣具有熔點低、密度小和不溶於生鐵的特點,所以高爐冶煉過程中渣、鐵得以分離並,從而獲得純淨的生鐵,這就是高爐造渣過程的基本作用。另外,爐渣對高爐冶煉還有以下幾方面的作用:

1、渣鐵之間進行合金元素的還原及脫硫反應,起著控制生鐵成分和質量的作用。比如高鹼度渣能促進脫硫反應,有利於錳的還原,從而提高生鐵質量;sio2含量高的爐渣促進si的還原,從而控制生鐵含si量等。

2、初渣的形成造成了高爐內的軟熔帶和滴落帶,對爐內煤氣流分布及爐料的下降都有很大的影響。因此,爐渣的性質和數量,對高爐操作直接產生作用。

3、爐渣附著在爐牆上形成「渣皮」,起保護爐襯的作用。但是另一種情況下又可能侵蝕爐襯,起破壞性作用。因此,爐渣成分和性質直接影響高爐壽命。

總之,造渣過程是高爐內主要的物理化學變化過程之一,而且極為複雜。造渣過程對高爐治煉的技術經濟指標有著密切的關係。所以,在控制和調整爐渣成分和性質時,必須兼顧上述幾方面的作用。

(二)爐渣的主要成分

1、爐渣的主要成分是sio2、、a12o3、cao、mgo,它們主要來自以下幾個方面:(1)礦石中的脈石;(2)燃料(焦炭)灰分;(3)熔劑氧化物;(4)侵蝕的爐襯;(5)初渣中含有大量礦石中的氧化物(如feo、mno等)。對爐渣性質起決定性作用的是前三項。

脈石和灰分的主要成分是酸性氧化物sio2、和a12o3,而鹼性氧化物cao和mgo的含量很少。為了保證形成良好的爐渣,就需要加入一定量的含cao、mgo高的鹼性熔劑(石灰石、白雲石)。當這些氧化物單獨存在時熔點都很高,高爐條件下不能熔化。

例如sio2、、a12o3、cao、mgo的熔點分別是:1713℃、2050℃、2570℃、2800℃。只有它們之間相互作用形成低熔點化合物,才能熔化成具有良好流動性的熔渣。

原料中加入熔劑的目的就是為了中和脈石和灰分中的酸性氧化物,形成高爐條件下能熔化並自由流動的低熔點化合物。爐渣的主要成分就是上述4種氧化物。

用特殊礦石冶煉時,根據不同的礦石種類,爐渣中還會有caf2、tio2、bao、mno等氧化物。另外,高爐渣中總是含有少量的feo和硫化物(cas)。

2、爐渣的鹼度

爐渣的鹼度就是用來表示爐渣酸鹼性的指標。儘管爐渣的氧化物種類很多,但對爐渣影響較大和爐渣中含量最多的是cao、mgo、sio2、al2o3這四種氧化物,因此通常用其中的鹼性氧化物cao、mgo和酸性氧化物sio2、al2o3的質量分數之比來表示爐渣鹼度,常用的有以下幾種:

(1)二元鹼度 r=cao/sio2

(2)三元鹼度 r=(cao+mgo)/sio2

(3)四元鹼度 r=(cao+mgo)/(sio2+a12o3)

高爐生產中可根據各自爐渣成分的特點擊擇一種最簡單又具有代表性的表示方法。渣的鹼度在一定程度上決定了其熔化溫度、熔化性溫度、粘度及粘度隨溫度變化的特徵,以及其脫硫和排鹼能力等。因此鹼度是非常重要的代表爐渣成份的實用性很強的引數。

現場常用二元鹼度(r=cao/sio2)作為爐渣引數。

3、鹼性渣和酸性渣

爐渣成分可分為鹼性氧化物和酸性氧化物兩大類。現代爐渣理論認為熔融爐渣是由離子組成的。熔融爐渣中能提供氧離子的氧化物稱為鹼性氧化物;反之,能吸收氧離子的氧化物稱為酸性氧化物;有些既能提供氧離子又能吸收氧離子的氧化物則稱為中性氧化物或兩性氧化物。

組成爐渣的各種氧化物按其鹼性的強弱排列如下:

k2o、na2o、bao、pbo、cao、mno、feo、zno、mgo、caf2、fe2o3、al2o3、tio2、sio2、p2o5

其中caf2以前可視為鹼性氧化物,fe2o3、al2o3可視為中性氧化物,而tio2、sio2、p2o5為酸性氧化物。鹼性氧化物可與酸性氧化物結合形成鹽類,如cao·sio2、2feo·sio2等,並且酸鹼性相距越大,結合力就越強。以鹼性氧化物為主的爐渣稱為鹼性爐渣,以酸性氧化物為主的爐渣稱為酸性爐渣。

生產中常把二元鹼度cao/ sio2>1.0的渣叫鹼性渣,把cao/ sio2<1.0的渣叫酸性渣,把cao/ sio2=1的渣叫中性渣。

4、長渣和短渣

長渣:在粘度-溫度曲線上無明顯轉折點的爐渣稱長渣,即圖5-6所示的爐渣b。一般,酸性渣屬長渣,其特點是在取渣樣時,渣液能拉成長絲,冷卻後渣樣斷面呈玻璃狀。

短渣:與長渣相反,在粘度-溫度曲線上有明顯轉折點的爐渣稱短渣,即圖5-6所示的爐渣a。一般,鹼性渣屬短渣,其特點是在取渣樣時,渣液不能拉成長絲,冷卻後渣樣斷面呈石頭狀。

(三)爐渣的形成過程

高爐造渣過程是伴隨著爐料的加熱和還原而產生的重要過程――物態變化和物理化學變化過程。

各種爐料在爐內下降過程中的變化是不一樣的。其中焦炭一直保持固體狀態,除少部分碳素參加還原和生鐵參碳外,其餘絕大部分到達風口時才燃燒而氣化。因此,除做還原劑和發熱劑外,焦炭在爐內還起料柱骨架作用,對料柱的透氣性影響很大;石灰石在下降過程中,從530℃開始分解,在900~925℃大量分解,1000℃以上石灰石完全分解,分解生成的cao直至初渣以大量滴狀流過其表面時,才被溶解,參加造渣,這個過程直到風口時才大部分完成。

礦石在爐內下降過程中經歷的幾個階段的變化見圖5-1。

1、 高爐內不同區域的物理化學變化和物態變化

鐵礦石在下降過程中,受上公升煤氣的加熱,溫度不斷公升高。隨著溫度的公升高,礦石發生一系列物理化學變化,其物態也不斷改變,使高爐內形成不同的區域:塊狀帶、軟熔帶、滴落帶和下爐缸的渣鐵儲存區(圖5-1)。

圖5-1 高爐斷面各帶分布圖

(1) 塊狀帶。此帶發生游離水蒸發、菱鐵礦和結晶水分解、礦石的間接還原(還原度可達30~40%)等變化。但是礦石仍保持固體狀態,脈石中的氧化物與還原出來的低階鐵和錳氧化物發生固相反應,形成部分低熔點化合物,為礦石的軟化和熔融創造了條件。

(2)軟熔帶。固相反應生成的低熔化點化合物在溫度公升高和上面料柱重力作用下開始軟化和相互黏結,隨著溫度的繼續公升高和還原的進行,液相數量增加,最終完全熔融,並以液滴或冰川狀向下滴落。這個從軟化到熔融的礦石軟熔層與焦炭層間隔地形成了軟熔帶。

一般軟熔帶的上邊界溫度在1100℃左右,而下邊界溫度在1400℃左右。所以,在軟熔帶內完成的是礦石由固體轉變為液體的變化過程以及金屬鐵與初渣的分離過程,即:還原出的金屬經部分滲碳而熔點降低,熔化成為液態鐵滴,脈石則以低價鐵氧化物和錳氧化物等形成液態初渣。

(3)滴落帶。此帶在軟熔帶之下,是填滿焦炭的區域。在軟熔帶內熔化成鐵滴和匯集

成渣滴或冰川流的初渣滴落此帶,穿過焦柱而進入爐缸。穿過此帶的爐渣稱為中間渣。在此帶中鐵滴繼續完成滲碳和溶入直接還原成元素的si、mn、p、s等,而爐渣成分則發生較大變化,由「中間渣」轉化成「終渣」。

(4)下爐缸渣鐵儲存區。這是從滴落帶來的鐵和渣聚集的地區,在這裡鐵滴穿過渣層時在渣層與鐵層的交介面上進行著渣鐵反應,最突出的是矽的氧化和脫硫。

2、 爐渣的的形成

塊狀帶內固相反應形成低熔點化合物是造渣過程的開始;在軟熔帶內,低熔點化合物首先呈現少量液相,開始軟化黏結,隨著溫度的進一步公升高,液相數量增多,產生流動進行渣鐵分離,在軟熔帶內形成初渣。初渣的特點是feo和mno含量高,鹼度偏低(相當於天然礦和酸性氧化球團礦自身的鹼度),成分不均勻;初渣從軟熔帶滴下後成為中間渣,在穿越滴落帶時中間渣的成分變化很大:feo和mno被還原而降低,溶劑的或高鹼度燒結礦中的cao進入使中間渣鹼度公升高,甚至超過終渣的鹼度,直到接近風口中心線吸收隨煤氣上公升的焦炭灰分後,鹼度才逐步降低。

中間渣穿過焦柱後進入爐缸聚集,在下爐缸渣鐵儲存區內完成渣鐵反應,吸收脫硫產生的cas和矽氧化生成的sio2等而轉化為終渣。

(四)造渣過程對高爐冶煉的影響

造渣過程對高爐冶煉影響較大的兩個因素是軟熔帶的厚度和高度,其次是渣量和造渣過程的穩定性。

1、 軟熔帶的厚度和高度

造渣過程中,爐渣在軟熔帶形成(故也把此帶叫作成渣帶),軟熔帶對高爐料柱透氣性影響最大。

(1)軟熔帶的厚度

軟熔帶是上公升氣流的最大阻力區,它也同時決定著煤氣流的分布狀況。高爐解體研究表明,爐料在下降過程中始終保持著層狀分布,只是層的厚度逐漸減小。因此,爐缸煤氣在經過滴下帶液相區之後,必須經過兩個礦石軟熔層之間橫向焦炭夾層,然後進入塊狀帶固相區。

焦炭夾層橫向通道的長短取決於軟熔帶的厚度,它是影響煤氣流壓力降的主要因素。軟熔帶越厚,橫向通道越長,造成的壓力損失越大,對下降爐料的阻力越大,這樣不利於高爐順行。

軟熔帶的厚度取決於礦石的軟化特性。礦石軟化區間越寬,軟熔帶越厚,對煤氣流的阻力越大,對高爐順行不利。一般含鐵品位低,酸性脈石含量多和脈石成分分布不均勻的礦石,其軟化區間寬,軟熔帶較厚。

高品位的自熔性燒結礦,脈石量少,脈石分布均勻及還原性好,故軟化溫度高,而且軟化區間窄,軟熔帶位置低而薄,這對減少煤氣阻力是有利的。

(2)軟熔帶高度

軟熔帶高度對爐缸溫度有很大的影響。通常成渣位置在爐腰附近,軟熔帶過高、過低都不利於順行。軟熔帶過高的爐渣,由於加熱不充分,流入爐缸時帶入的熱量少,且由於還原不充分,渣中的feo含量高, 這樣下降過程中參加直接還原將吸收很多熱量,導致爐缸熱量不足。

初渣中feo含量高,對高爐冶煉是很不利的。採用天然礦的高爐,很容易生產出feo含量高的初渣。這些feo在下降過程中被還原,不僅吸收熱量,而且由於渣中feo含量降低時,cao含量會上公升,從而使爐渣熔化溫度和粘度提高,因此,如果溫度的提高跟不上熔化效能的變化,就可能導致已熔化的爐渣重新凝結,即出現現場常說的爐渣「反幹」現象,其結果是使高爐難行,產生懸料、結瘤等事故。

這也是天然礦冶煉容易結瘤的乙個原因。用還原性好的燒結礦,由於初渣中feo含量小,成分均勻穩定,軟熔帶高度也比較低,所以高爐執行狀況會大大得到改善。但是,軟熔帶過低,也不利於高爐冶煉,如果直到爐腹才開始熔化成渣,則因爐腹形狀是上大下小的圓錐,與爐料受熱膨脹不相適應,會引起爐料在爐腹處於卡塞,造成難行。

因此在操作時,希望保持適當低的軟熔帶。

軟熔帶高度決定礦石軟化開始溫度和爐內溫度分布及礦石的還原性。礦石軟化溫度越低,初渣出現得越早,軟熔帶位置越高;反之,礦石軟化溫度越高,初渣出現較晚,軟熔帶位置越低。酸性脈石含量較多的礦石,其軟化開始溫度較低,位置較高。

爐內沿高爐高度方向上的溫度分布取決於焦比、風溫、爐內煤氣流的分布等因素。

所以,一般希望礦石軟化溫度要高些,軟化區間要窄些。這樣軟熔帶位置較低,初渣溫度較高,軟熔帶較窄,對煤氣阻力較小。一般礦石軟化溫度波動在900-1200℃之間。

第五章定積分及其應用

1 定積分的概念與性質 目的要求 理解定積分的概念和性質,能熟練的應用定積分的性質。重點 定積分的性質。難點 定積分的概念。教學方法 講授法 練習法 教學手段 板書 多 教參 高等數學 同濟大學版 教學環節及組織 引入新課 定積分是微積分學中的乙個重要概念,本章先從實際問題中引出定積分的概念,然後討...

第五章定積分及其應用 4。24

習題 a 一 選擇題 1 則下列不等式成立的是 a b c d 2 定積分 a 0bcd 3 設,則 abcd 4 下列各式中正確的是 a b c d.5 定積分,作適當變換後應等於 a b cd 6 如,則 a b c d 7 曲線圍成圖形面積為 a b c d 8 橢圓的面積為 a b c d ...

第五章工期和付款

32 導致工期延誤的原因有哪些?第一 承包商原因 施工組織計畫不到位 材料 不及時 合同工期緊張 現場施 工進度緩慢 專案經理管理能力差等。第二 業主原因 業主未按時提供開工條件 包括場地 水電連線點 水準點座標控 制點的交驗等 施工圖紙未提供 未確認 設計深度不夠或不全,設計未交底,預付 款 進度...