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河钢邯钢8号高炉炉渣性能分析

时间：2017-09-09 09:29 作者：舞阳钢厂点击:次

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积极作用。
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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。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异。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，临时在1.25~1.302016年之前炉况稳定，碱度一般取上限，1.27~1.30为低硅冶炼提供了基本制度保证。进入2016年3月份后，炉况出现了一定的动摇，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，额外增加了铁水本钱。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月份逐渐超越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，超越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3a所示。图3b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3b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CaOSiO2MgOAl2O34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，表示为长渣特性。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（2CaOSiO2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，研究者对罕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时上升的趋势。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/A l2O3对炉渣性能的影响。随着铁矿石资源日益短缺，劣质矿的使用不可防止，尤其是高铝矿的使用已经逐渐成为大多数高炉必需面对的问题。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。保证高炉能够正常生产的情况下，最大限度地降低MgO/A l2O3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终渣性能上面，也就是较高温度区间MgO/A l2O3对炉渣性能的影响。然而在高炉内部，尤其是软熔带区域，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/A l2O3影响。从理论角度分析，较低的MgO/A l2O3炉渣不只流动性差，而且在低温条件下炉渣稳定性还会大大降低。这就会发生两方面的危害：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动摇时容易重新凝结，尤其是炉腰、炉腹区域，造成炉墙结厚而发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1.20Al2O3含量15%时，不同MgO/A l2O3对黏度曲线的影响，MgO/A l2O3变化范围为0.40~0.60图6为二元碱度1.20Al2O3含量18%时，不同MgO/A l2O3对黏度曲线的影响，MgO/A l2O3变化范围为0.45~0.65

从图5和图6可以看出，Al2O3含量无论是15%还是18%炉渣，高温阶段，MgO/A l2O3越高，炉渣黏度越低。但是随着温度的进一步提高，比方在1480℃以上范围内，炉渣黏度差异逐渐减小。这说明MgO/A l2O3对炉渣高温性能虽然有改善作用，但是高温阶段其改善作用并不明显。一定的范围内，当温度高于一定水平，MgO/A l2O3高低并不会对炉渣性能发生决定性作用。高炉炉况稳定时，8号高炉炉渣温度一般都在1500℃以上，即使在较低MgO/A l2O3情况下依然能保证炉渣的流动性，这也是实现低镁渣冶炼的一个保障。
低温阶段，随着温度降低至转折点，炉渣黏度急剧升高，随着MgO/A l2O3从0.4升高至0.6炉渣转折点温度逐渐降低，即炉渣适应温度动摇的能力增强。高炉出现炉况波动时，炉渣温度变化较大，偶尔会出现渣铁温度过低的情况，此时维持较高的MgO/A l2O3有利于保证炉渣在较低温度下的流动性，有利于炉况恢复。
Al2O3含量对炉渣性能的影响。关于Al2O3含量对炉渣性能的影响，国内外已经有了诸多的报道，其中最重要一点就是铝含量增加导致炉渣黏度升高、稳定性下降。高炉渣碱度范围内，随着Al2O3含量升高，炉渣中（AlO45-离子团数量增加。其他高熔点复杂化合物如铝酸一钙（CaOAl2O3也比较容易形成，从而使炉渣的黏度升高、稳定性下降。
根据前文所述，提高MgO/A l2O3有利于改善炉渣性能，但是对于不同Al2O3含量的炉渣，MgO/A l2O3作用效果有所不同，这一点可以从MgO/A l2O3对炉渣转折点温度的影响进行分析。碱度为1.20氧化铝含量分别为15%和18%时，炉渣转折点温度与MgO/A l2O3关系见图7

Al2O3含量为15%时，虽然转折点温度随着MgO/A l2O3提高逐渐下降，但是转折点与MgO/A l2O3关系曲线有下凹的趋势，斜率逐渐降低。说明在Al2O3含量较低时，随着MgO/A l2O3提升，对黏度影响的边沿效益逐渐下降。即Al2O3含量较低时，维持适度的MgO/A l2O3即可起到对炉渣性能的明显改善作用，尝试推行低镁渣冶炼是合理的
Al2O3含量为18%时，转折点与MgO/A l2O3关系曲线有上凸的趋势，斜率逐渐升高。说明在Al2O3含量较高时，随着MgO/A l2O3提升，对黏度影响的边沿效益逐渐升高。即Al2O3含量较高时，需要比低Al2O3时更高的MgO/A l2O3才干起到对炉渣性能的明显改善作用，为了维持炉渣的稳定性，须保持一定的MgO/A l2O3下限。
以上分析说明，炉渣中MgO/A l2O3控制须参考Al2O3含量。Al2O3含量较低时，可以维持较低的镁铝比，有利于推行低镁渣冶炼；Al2O3含量较高时，为了维持炉渣性能稳定，须维持较高的镁铝比，适度提高镁铝比有利于维持炉况稳定。
调整炉渣结构利于恢复炉况
综上所述，分析炉渣性能时须同时考虑高温性能和低温性能，即高温流动性和低温稳定性。炉况稳定时，炉温波动较小，高温流动性为主要考虑因素，维持良好的高温性能即可。炉况动摇较大时，炉温变化较大，低温稳定性须当作主要因素来考虑，维持良好的低温性能有助于炉况的稳定。
二元碱度提升，高温阶段，炉渣黏度下降，有助于改善炉渣流动性；低温阶段，性能突变温度逐渐升高，炉渣稳定性下降。
MgO/A l2O3升高有助于改善炉渣流动性，同时也能提升炉渣在低温阶段的稳定性。
炉渣中MgO/A l2O3控制须参考Al2O3含量，当炉料发生变化导致渣中Al2O3含量升高时，为了维持炉渣性能稳定，要适当提高镁铝比。
对于炉况稳定、物理热充足的高炉，推行低镁渣冶炼是经济合理的
炉况出现动摇后，8号高炉主动调整炉渣结构，控制入炉原料中Al2O3含量的同时提高MgO含量，对炉况恢复起到积极作用。

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时间：2017-09-09 09:29 作者：舞阳钢厂 点击:次

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