高煤比条件下低硅冶炼的理论与实践

高煤比条件下低硅冶炼的理论与实践金永龙徐南平!鞍山科技大学"刘振均朱仁良林成城敖爱国姜伟忠!宝山钢铁股份有限公司"摘要根据大喷煤高炉的实际情况#进行热力学计算并分析了高炉铁水$%&’还原的机理(同时#根据现场统计数据#论证了对低硅冶炼影响的条件)并得到了高炉大喷煤及其相关技术的采用有利于冶炼低硅生铁的证据(关键词高炉高煤比低硅冶炼理论计算*+,-./01234/15+65-.78.9:6865.2:;-8+62<96+,,6<,456/1+6.=>?@A B C D A B C E F ?G B H &B C!I B J K G BF B &L M N J &O PA Q %R &M B R M G B ST M R K B A D A C P"U >F V K M B W X B V Y F Z M B D &G B C U >?[K M B C R K M B C I \I &C X A =>I ?]^M &_K A B C!‘G A%K G B>N A BG B S%O M M D [A a #U O Sa "1b :+/15+I R R A N S &B CO AO K M‘cA H M N G O &A BH N G R O &R M #O K Md M R K G B &J d A Q J &D &R A BN M S X R O &A B&J e G J M S A B O K M N d A S P B G d &RR G D R X D G O &A B G B S J O G O &J O &R G DS G O G a T K M&B Q D X M B R &B C Q G R O A N JA QD A f J &D &R A BJ d M D O &BG N M S M d A B J O N G O M S a T K M X J M A Q K &C Kg [>N G O M G B SN M D G O &L M O M R K B A D A C &M J &J H N A L M S O Ae M N M J X D O J &B S &R G O M O K G O O K &J J O N G O M C P R G BB A O A B D P J G L M O K M M B M N C P #e X O G D J A &d H N A L M K M G O &B C M Q Q &R &M B R Pa h -09./3:N M K M G O &B CQ X N B G R M #X B &Q A N d N M S X R O &A B #N A D D &B CS M D G Pi 宝钢低硅冶炼和高煤比操作的进展和现状低硅冶炼是高炉冶炼制钢生铁的重要指标之一(随着高炉冶炼技术的不断革新进步#低硅冶炼技术越来越受到重视#成为高炉操作的重要课题(高炉铁水硅含量低#可达到高产j 稳产j 节焦j 优质的目标#降低生产成本#取得良好的经济效益(同时#可以满足转炉少渣冶炼的要求(在转炉冶炼或铁水k 三脱l 过程中#降低硅含量是脱磷的必要条件(因此对铁水含硅量的要求越来越高#国内外普遍展开了对低硅操作技术的研究(高炉冶炼低硅生铁是m n 年代新技术之一(o n年代#日本高炉生铁硅含量降到n a p qr 左右#最低生铁硅含量记录由新日铁公司名古屋s 号高炉创造#达到n a s pr 的世界最佳水平$s ’(韩国浦项钢铁公司光阳厂s t t u 年在高炉操作中通过降低铁水温度j 降低燃料比等手段使生铁含硅量在原燃料条件恶化的情况下降低到n a p o rvn a w x r $p ’(近年来#我国炼铁工作者在这方面的的研究也不断深入(从现场实践来看#以杭钢j 宝钢等企业为代表的低硅操作水平较高#其中杭钢低硅冶炼曾达到n a p n r 的水*联系人y 金永龙#副教授#鞍山!p n n x w s "鞍山科技大学材料学院万方数据平!近些年宝钢生铁含硅量稳定保持在"#$%&’"#()&左右*宝钢使用燃料的特点是煤比高+焦比低,燃料比较低*从-../年开始喷煤以来,煤比迅速升高,焦比和燃料比在逐步降低*图-是宝钢(座高炉煤比的实际变化过程!目前宝钢高炉的煤比已经达到了$""’$)"0123*@以标准态物质为基准,取T @W-,T E 5L $W-,]@L _-,由于焦炭中灰分含量相对较少,生成E 5L 的分压很小,因此可以取]E 5L _"#""-*代入X Y -式中计算得M‘Y -W)...)"Z()%#/([根据高炉实际条件取温度为-U U (a ,代入上式计算得MX Y -W($"""#(.b 2c =F 因反应式N -O 的吉布斯自由能负值比较大,而且焦炭中灰分与铁水中的碳接触良好,因此无论是从热力学条件还是从动力学来说,反应N -O 都可能完全发生*对于反应式N $O MX Y $W((.)"Z(%#%[P \[F H ]@L ^]R E 5ST E 5L ^T @以标准态物质为基准,由于硅含量较小,因此可以取T R E 5S W R E 5&S _"#""),]@L +]E 5L +T @取值参照反应式N -O ,代入上式得M X Y $W((.)"Z("#d /[求出反应起始温度为--"$a ,即在d $.e 左右即可反应*而高炉中从炉身上部开始往下的温度逐渐升高并大于d $.e,反应式N $O在热力学上是很容易进行的*由于反应是强吸热反应,因此温度对于反应的进行具有决定性的作用,随温度的升高,反应进行的趋势也越大,反应进行的程度也越深,铁水中的硅含量也就越高*在铁水向下流淌时,可能进行初渣中的E 5L $与铁水中的碳发生下列反应ME 5L $N GF :1OP$@WR E 5S P$@L N )OX Y )W%((.""Z($"#-[P \[F H T E 5^]$@LT @^T E 5L $取标准态物质为基准,]@L +T @+T E 5L 取值参照前面,假定初渣中T E 5L $较小,和T E 5同一数量级*根据X Y )计算的反应起始温度和根据标况下计算的起始温度N -U "UeO 相差不大,而高炉内该区域温度大多低于-)""e*因此,此反应在热力学上是不能发生的,由于初渣中48L 的含量很高,即使发生了,也会被氧化性强的48L 所氧化,这可以从下面的反应热力学分析计算得出*48L 与硅的反应方程式见反应式N /O *其标准吉布斯自由能Mfg K f 钢铁第(.卷万方数据!"#$%&’())##*+$,-.因此/在高炉实际条件下/即使取.%)((’0/!"#$%&12+#’1,’34567/反应趋势很大8由此可以推测/在渣铁下降过程中产生了初渣偏流/渣铁由于密度不同而分开/否则铁水中的硅即使还原出来也会被9:;氧化8高炉风口区的燃烧带由两个区域组成/有自由氧存在的地方称为氧化区/从自由氧消失处到二氧化碳消失处称为还原区/在这个区域进行着二氧化碳被还原成一氧化碳的反应8整个燃烧带/不论是氧化区还是还原区/完全不同于高炉其他部分/由于;1和<;1的存在/不仅能使燃料中的碳燃烧/而且能使已进入生铁中的硅氧化8渣铁在流经风口区时/由于风口区的氧势很高/很有可能被氧气或二氧化碳所氧化/反应式为=+>?=(>@A B C D *;1%B C ;1=E >=+>1B C ;=F >*;1%1B C ;1=G >=(>反应式=+>的!"+%&H ++2##*)21,’.*I .7JK B C ;1L ;1MK A B C D在高炉条件下/取标准态物质为基准/K B C ;1取)/取K A B C D %A B C ND O #,#)/根据宝钢现场数据L ;1O #,#221/得!"+%&H ++2##*+1,’(.取.%)-(’0=即)(##P>/得@!"%&($’$$’,--34567/负值很大/因此反应趋势极大8反应式=(>的!"(%&1#$’2##*1)-,’$.*I .7J K 1B C ;1L ;1ML 1B C ;在高炉条件下/L ;1%#,#221/L B C ;取#,##)/K B C ;1%)8!"(%&1#$’2##*’12,H (.取.%)-(’0=)(##P>/得!"%&)$##2+1,)-H 345678自由能变化为较大负值/同样证明了在风口区域由于A B C D 和B C ;气体受到氧化而使铁水中的硅含量趋向于减小8国内外高炉解剖数据表明/在风口区铁水的硅含量开始急剧下降/也同样证明了这一点8铁水通过风口后进入炉渣层/炉渣中的B C ;1可能会被碳还原/而生成硅与<;8但就冶炼制钢生铁而言/高炉解剖数据显示/高炉铁水硅含量在经过渣层前后的这段时间内明显降低8从热力学上也可以证明/实际炉渣中的B C ;1无法被铁水中的碳所还原/使铁水增硅Q 相反倒是铁水中的A B CD 被氧化而降硅8根据反应=2>/取标准态物质为基准/则K R 取)/K B C 由于硅含量很少/取K B C %A B C ND O #,#)/L <;取)/K B C ;1可根据文献A ’D中B C ;1活度图根据宝钢高炉渣成分获得8表)是宝钢炉渣典型成分8表)宝钢高炉炉渣典型成分表S T U 7:)S V :W X Y C R T 7R 65Y 6J :J W G 6Z [9G 7T FC J[T 6B W ::7NB C ;1<T ;\F ;S C ;1]71;’’’,’$#,(H ,-#,H +)2根据炉渣成分查活度图得@K B C ;1%#,#)2/则@!"^2%+’’-##&’1’,$(.取.O )((’0时=大约为高炉炉渣温度>/则!"^2%+#’H (,+-345678此反应在高炉条件下不可能发生8因此/铁水经过渣层时所发生的反应主要是硅的氧化反应/可能的反应如=’>和=$>8计算反应式=’>的标准吉布斯自由能@!"#’%&$#()##*+$,-.则标况下反应起始温度为+1(08高炉条件下取反应温度为)2##P/则!"#’为&1#1-’1’345678!"#’负值较大/说明反应趋势很大8对于反应式=$>8从氧势图可以看出/由于9:;与\J ;氧势位相近/\J ;在热力学上具有与9:;相似的氧化作用/对铁水硅具有与9:;类似的氧化效果8_,‘高煤比条件下低硅冶炼的统计分析根据热力学分析/高炉内硅的还原是强吸热反应/反应温度高有利于硅的还原8图1a’是高炉内反应区温度对A B CD 含量影响的统计关系8高煤比条件下低硅冶炼的理论与实践万方数据卷万方数据。