1、3.3 炉渣与脱硫,一、炉渣概述,（一）炉渣的来源及主要成分： 1.炉渣的来源： 矿石中的脉石：SiO2,Al2O3 燃料中的灰分： SiO2,Al2O3 熔剂中的氧化物：CaO,MgO 被侵蚀的炉衬 Al2O3,2.炉渣的主要成分： SiO2,Al2O3,CaO,MgO四种氧化物 用特殊矿石冶炼时，炉渣中还会含有CaF2,TiO2,BaO,MnO等氧化物 炉渣中总含有少量的FeO:0.5%,（二）炉渣碱度： 碱度：炉渣中的碱性氧化物和酸性氧化物的比值1.二元碱度： R2CaOSiO2，一般为1.01.2之间2.三元碱度： R3(CaOMgO)SiO2，一般为1.3左右3.四元碱度： R4 (
2、CaOMgO)(SiO2Al2O3),（三）炉渣的作用：1.炉渣具有熔点低，比重小，不熔于铁的特点，使渣铁分离，得到纯净的生铁。2.去除生铁中的硫，并有利于选择或抑制Si，Mn的还原，起控制生铁成分的作用。3.炉渣的生成形成了高炉内的软熔带和滴落带，影响煤气流分布及炉料的下降。4.炉渣附在炉墙上，形成渣皮，起保护炉衬的作用。,（四）酸性炉渣和碱性炉渣炉渣中主要氧化物有：K2O,Na2O,BaO,PbO,CaO,MgO,MnO,ZnO,FeO,CaF2, Fe2O3,Al2O3,TiO2,SiO2,P2O5其中：CaF2以前为碱性氧化物， Fe2O3,Al2O3为中性氧化物， TiO2,SiO2
3、,P2O5为酸性氧化物 碱性炉渣：以碱性氧化物为主的炉渣 酸性炉渣：以酸性氧化物为主的炉渣,按成渣过程分： 初渣：开始形成的炉渣。 初渣内含FeO较多（一般10以下）中间渣：化学成分和物理性质处于不断变化过程中的炉渣。 炉渣向下流动，温度升高，（FeO）被还原，并吸收CaO，R终渣：最后排出炉外的渣。 主要成分：（SiO2）+（Al2O3）+（CaO）+（MgO）95%，（FeO）1%,(五） 对炉渣性能的要求,（1） 有良好的流动性，保证渣铁顺利分离，操作易进行；（2） 保证生铁质量。有充分参与所希望化学反应的能力，如Si 、Mn或其它有益元素的还原；吸收S与碱金属等；（3） 能满足允许煤气
4、顺利通过及渣铁、渣气良好分离的动力学条件；（4） 稳定性好，抵抗冶炼条件变化而不使炉渣性能急剧变化。,举例（1） 包钢矿中含CaF2,强烈腐蚀炉衬，造渣时保证足够的CaO，以免粘度过低，限制或削弱其侵蚀能力。（2）钛渣护炉：高炉料含TiO2,使渣中TiO2达到2%-3%，铁液中含有一定的Ti， Ti 和C、N生成熔点2000以上的TiC 及Ti(C，N)，其在铁液中的溶解度是有限的，由铁液中析出并沉积在炉缸、炉底砖衬侵蚀处，起到自动补炉的作用。（3）在高炉成渣以后的中下部，炉墙结厚或结瘤或炉缸堆积，可在炉料中配加MnO、CaF（萤石）或FeO（均热炉渣）等洗炉料，冲刷掉粘结或堆积物。,二、炉渣
5、性能,（一）炉渣的熔化性： 熔化性表示炉渣熔化的难易程度 炉渣熔化性常用熔化温度和熔化性温度来表示。,1.熔化温度： (1)定义：指过热的液体炉渣开始凝固的温度或炉渣加热时固体完全消失的温度 (2)熔化温度是炉渣熔化性的标志之一 熔化温度高，表示炉渣难熔。 熔化温度低，表示炉渣易熔。 (3)熔化温度只表明炉渣加热时固体完全消失的温度，不等于炉渣自由流动温度。,图 炉渣的熔化性温度的确定,其大小用粘度-温度曲线中明显转折点或曲线与45切线的切点温度来表示。,2.熔化性温度： 定义：炉渣熔化后能自由流动的温度,短渣（碱性渣）：能在很窄的温度范围内，由自由流动而变为凝固的炉渣. 长渣（酸性渣）：粘度
6、随温度缓慢变化，无明显转折点的炉渣 熔化性温度说明了某温度下炉渣能否自由流动,图 炉渣粘度与温度的关系,炉渣熔化性对冶炼的影响,影响软熔带位置的高低；难熔渣，开始软化温度高，软化区间小，软熔带温度高，软熔层薄；易熔渣，软熔带位置高，软熔层厚（不利透气）一般希望矿石软化温度要高些，软化区间要窄些。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700-1200之间。影响炉缸温度；难熔渣，熔化前吸热多，进入炉缸携带热量多，有利于提高炉缸温度；易熔渣，不利于提高炉缸温度,炉渣熔化性对冶炼的影响,影响炉内热消耗和热损失；难熔渣，消耗热量多，带出热量多，热损失大，焦
7、比增高；易熔渣，有利降低焦比影响炉衬的寿命：难熔渣，熔化性温度高于炉墙温度时，易在炉墙凝结成渣皮，对炉衬起保护作用；易熔渣，流动性过大，冲刷炉衬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。,（二）炉渣粘度： 1.定义：指流动速度不同的两层液体之间的内摩擦系数 粘度越大，流动性越差 单位：PaS(帕秒) 过去用P(泊) 1 PaS=10 P,2.温度对炉渣粘度的影响：炉渣的粘度随温度的升高都是降低的，流动性变好。 短渣在高于熔化性温度后，粘度比较低，以后变化不大。 长渣在高于熔化性温度后，粘度仍随温度的升高而降低。,3.炉渣粘度对高炉冶炼的影响（1）影响成渣带以下料柱的透气性。炉渣黏度
8、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 （2）影响炉渣的脱硫能力。黏度低的炉渣有利于硫离子的扩散，促进脱硫反应 （3）影响炉前放渣操作。黏度过高的炉渣发生黏沟、渣口凝渣等现象，造成放渣困难。 （4）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。,4.影响炉渣粘度的因素 （1）温度 温度是影响炉渣粘度的主要因素，炉渣粘度随温度的升高而降低。 （2）化学成分的影响 1）炉渣碱度的影响（二元） CaO/SiO20.81.2之间时炉渣粘度最低。 2）MgO的影响 在一定范围内随着 MgO的增加，粘度下降。 MgO对改善炉渣的稳定性有非常大的作用
9、。 炉渣中 MgO含量在 68%比较合适。,3)Al2O3的影响 CaOSiO21和 MgO含量不变时随 Al2O3的增加粘度增加。 Al2O3 10%时，炉渣的熔化性温度和粘度升高。 Al2O3 可改善炉渣的稳定性。 4)FeO 的影响 FeO 能显著降低炉渣粘度。 FeO 过多，会造成初渣和中间渣的不稳定性。,5) MnO的影响 MnO 能显著降低炉渣的熔化性温度和粘度，改善炉渣的流动性。 炉渣中加入23%的MnO，就可显著降低炉渣的粘度。6） CaS的影响 CaS 在渣中小于7%时能降低炉渣的粘度。 在碱性渣中增加CaS 数量，可降低炉渣粘度。 在酸性渣中增加CaS 数量，会提高炉渣粘度
10、。,7）CaF2的影响CaF2可显著降低炉渣的熔化温度和粘度，对炉渣有强烈的稀释作用。8）TiO2的影响 碱度一定时，炉渣的熔化性温度随TiO2的增加而升高，粘度随TiO2的增加而降低。,（三）炉渣的稳定性 1.定义：是指炉渣的化学成分和温度变化时，炉渣的粘度和熔化性温度能否保持稳定. 即对炉渣物理性能影响的程度。 2.分类：炉渣稳定性分为热稳定性和化学稳定性。热稳定性：若炉渣的温度变化对炉渣的物理性能影响不大，此渣具有良好的热稳定性可通过炉渣粘度-温度曲线转折点温度高低和转折的缓急程度来判断.化学稳定性：若炉渣的化学成分变化对炉渣的物理性能影响不大，此渣具有良好的化学稳定性,通常碱度在1.0
11、1.2的炉渣都是比较稳定的，碱度低于0.9的炉渣，虽然稳定性也好，但是脱硫能力差，不宜选用。,三、炉渣去硫,（一）硫的来源、存在形态及危害 1.硫的来源 燃料带入（煤和焦炭）：80%左右 部分由矿石，熔剂带入。 2.硫的存在形态 硫化物：FeS,FeS2 (焦炭,烧结矿) 硫酸盐：CaSO4,BaSO4 （熔剂） 有机硫：S （煤，焦炭）,（二）硫在煤气、渣、铁中的分配： 1.硫全部由炉料带入，又全部进入煤气，炉渣和生铁。料挥渣铁以Kg生铁为计算单位：料挥n（）渣中硫量与铁中硫量之比称为硫的分配系数Ls=(S)/ S 则料挥nLs,2.分析减少生铁含硫量的途径：减少冶炼单位生铁的炉料带入的总硫
12、量： 冶炼单位生铁，炉料带入的总硫量越少，则生铁含硫越低。 硫负荷：冶炼单位生铁，炉料中带入的总硫量称为硫负荷。,增加随煤气挥发的硫 增加挥发的硫量，可减少生铁含硫量。影响硫挥发的因素。A.焦比和炉温焦比和炉温高，生成的煤气量多，煤气流速加快，煤气在炉内的停留时间短，增加随煤气挥发的硫量。B.碱度和渣量 石灰和石灰石的吸硫能力很强，所以碱度升高，渣量增加，就减少挥发的硫量。,渣量对去硫的影响增大渣量，有利于去硫，但一般不用此法。因为：增加渣量会引起焦比升高，单位生铁焦炭带入炉内的硫量增加，削弱增加渣量的去硫效果。焦比和熔剂增加，使生铁成本增加，渣量增加，会恶化料柱的透气性，造成炉料难行和减产。
13、,硫的分配系数的影响 增大Ls，可使进入渣中的硫量增加，可提高脱硫效果。,（三）炉渣的脱硫能力 生铁脱硫主要通过提高硫的分配系数S，硫经反应后变为CaS和FeS，CaS进入渣中，FeS进入铁中。1.脱硫位置铁水滴穿过渣层时。炉缸中渣铁界面。,FeS+(CaO)=(CaS)+(FeO) (FeO)+C=Fe+COFeS+(CaO)+C=(CaS)+Fe+CO CO上升时，产生搅拌作用，带走CaS，加速CaS在渣中扩散，加速脱硫反应,2.根据炉渣离子理论，去硫反应的方程式为： S+2eS2- + O2-2e+O S+O2-S2-+O 要想使S减少，S2-增多，渣中O2-要增多 MgO,CaO利于去
14、硫，SiO2,Al2O3不利于去硫。 当铁中O减少时，S也会减少，渣中FeO多，不利于去硫。,（四）影响炉渣脱硫能力的因素1.炉渣化学成分炉渣碱度炉渣碱度提高，脱硫能力提高。炉渣碱度不是越高越好。,MgO MgO脱硫能力不及CaO MgS不及CaS稳定。Al2O3 Al2O3不利于脱硫，因为O2-与它形成铝氧复合离子AlO2-,降低渣中氧离子浓度。FeO FeO极不利于脱硫，因为增加生铁中的氧浓度 Fe2+ + O2-=Fe+O,2.渣铁温度脱硫反应吸热，提高温度对脱硫反应有利。提高温度可降低粘度，促进硫离子和氧离子的扩散，可加快脱硫反应速度能使FeO加速还原，降低渣中FeO量，对脱硫反应有利
15、。,3.炉渣粘度 粘度低，流动性好，有利于硫离子和氧离子的扩散，有利于脱硫。4.高炉操作 高炉操作稳定，保证高炉顺行，有利于脱硫。有利于脱硫的炉渣条件：适当高的碱度、适当高的温度、适当的渣量、流动性好或粘度低、（FeO)含量低、操作稳定,必须指出，小型高炉比大高炉的脱硫率低。其原因大致有以下几点: (1)小高炉焦比高，因此原料(主要是焦炭)带入高炉的相对总硫量要比大高炉多，即硫负荷较高。 (2)小高炉的炉温较低，渣中(FeO)含量往往比较高，降低了炉渣的脱硫能力。 (3)由于焦比高，渣中Al2O3较高，即使有些炉渣碱度CaO/SiO2不低，CaO在渣中的绝对量并不多，这也使炉渣脱硫能力降低。
16、(4)小高炉铁水的含碳量较大高炉低。铁水中硫的活度系数降低，影响脱硫率。,实际生产中有关脱硫问题的处理 1.如果炉渣碱度未见有较大波动，但炉温降低，S有上升出格趋势。此时首先解决炉温问题，如有备风温时尽量提高风温，有加湿鼓风时要关闭。如果下料过快要及时减风，控制料速。如有长期性原因导致炉温降低，应考虑适当减轻焦炭负荷。 2.炉渣碱度变低，炉温又降低时，应在提高炉缸温度的同时，适当提高炉渣碱度，待变料下达，看碱度是否适当。亦可临时加2030批稍高碱度的炉料，以应急防止S的升高(但需注意炉渣流动性)。 3.炉温高，炉渣碱度也高而生铁含S不低时，要校核硫负荷是否过高，如有此因，要及时调整原料。如原料
17、硫负荷不高，脱硫能力差，系因炉渣流动性差，炉缸堆积所造成，应果断降低炉渣碱度以改善流动性提高LS值。 4.炉温高，炉渣碱度与流动性合适而生铁含S不低，主要原因是硫负荷过高。应选用低硫焦炭。如是矿石硫高应先焙烧去硫或采用烧结、球团等熟料。,四、生铁的形成 生铁的形成过程主要是渗碳和其它元素进入的过程,（一）生铁渗碳： 1.炉身上部海绵铁渗碳 固体状态下，接触条件不好和海绵铁本身溶解碳的能力很弱，所以固体金属铁中含碳量很低 。,2.高炉下部高温区液体状态铁的渗碳在软熔带，矿石还原度达70%，致密的金属铁和炉渣混在一起。初渣与金属铁分离温度到13001400时，焦炭空隙中形成金属铁的“冰柱”，含碳0.31.0%金属渗碳，熔点降低，开始熔化，生成液态铁，开始大量渗碳。 生铁渗碳大部分是在炉腰和炉腹部分,3.影响生铁最终含碳的因素 一般生铁含碳量为4%左右 提高生铁含碳的元素 能与碳作用形成稳定化合物的元素，都能促进渗碳如：Mn,Cr V,Ti等 降低生铁含碳的元素 能促进碳化物分解与铁作用形成稳定化合物的元素都能阻止渗碳如：Si,P,S,（二）元素进入： Mn、Si、P、S、Ti、V等元素都可溶于生铁中，数量的多少与炉料中该元素带入量和还原度有关。,
