攀鋼高爐爐渣脫硫能力分析

攀鋼高爐 爐渣脫硫能力分析 饒家庭 1 ， 文永才 1， 張海軍 2 （ 團(tuán) 研究院 有限公司 ； 鐵廠 ） 摘要： 針對高鈦型釩鈦磁鐵礦高爐冶煉的特點(diǎn)，結(jié)合高爐渣脫硫的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件， 對攀鋼高爐爐渣脫硫能力低的原因進(jìn)行了分析 ，并定量研究了硫在攀鋼高爐鐵水與爐渣間的分配系數(shù)與 爐溫水平 的關(guān)系 。 關(guān)鍵詞： 高鈦型釩鈦磁鐵礦；高爐冶煉；爐渣脫硫；分配系數(shù) 0 引 言 普通礦高爐冶煉的 實(shí)踐表明 ，高爐的高溫、大渣量以及強(qiáng)還原 氣 氛是脫 硫的良好條件， 其 S一般可 控制到 右甚至更低 。但是高鈦型釩鈦磁鐵礦高 爐冶煉由于 爐 渣中含 大量 的 熔化溫度高，爐渣粘度大， 度低，加之高鈦型高爐渣冶煉溫度低，爐渣的脫硫能力遠(yuǎn)低于 冶煉 普通礦高爐的 爐渣。 為此，筆者 對攀鋼高爐爐渣脫硫能力低的原因以及目前條件下攀鋼高爐鐵水與爐渣間的分配系數(shù)與 爐溫 的關(guān)系 進(jìn)行了研究 ，為相關(guān)決策提供參考 。 1 高鈦型釩鈦磁鐵礦高爐冶煉的脫硫 能力 攀鋼高爐的硫分布 高爐中的硫來自于入爐原燃料，在使用人造熟料為主要含鐵原料的條件下，焦炭帶入的硫占總?cè)霠t硫量的 80%以上，冶煉每噸生鐵爐料帶入的硫稱為硫負(fù)荷。攀鋼高爐的硫 分布 見表 1（ 2009 年高爐月報(bào)數(shù)據(jù)） 。表 1 攀鋼高爐的硫分布 帶入 帶出 燒結(jié)礦 配礦 焦炭 煤粉 瓦斯灰 煤氣 爐渣 鐵水 含 S 量 /kg總 S 比例 /% 表 1 可知， 2009 kg/t，燃料帶入的平均硫量約為 3.3 kg/t，占硫負(fù)荷的 燒結(jié)礦帶入的硫量為 kg/t，占 生鐵則占了 而普通礦高爐冶煉爐渣約容納了入爐硫 總 量的 85%，生鐵中含硫量小于入爐 硫 總量的 5%，與之相比， 攀鋼高爐爐渣帶走的硫 低，脫硫率低。 攀鋼高爐渣的硫分配系數(shù) 爐渣的脫硫能力一般用硫在渣鐵間的分配 系數(shù) 表示， 硫在高爐內(nèi)的分配平衡關(guān)系可用 式 （ 1）推導(dǎo)得出 ： w(= w(+w(+w(， 令 LS=w(S)/w(S)為硫分配系數(shù) ， w(S 渣 )=Q 渣 w(S)=Q 渣 LSw S， w(S 料 )- w(S 氣 )=1000w(S)+Q 渣 LSw(S)（ Q 渣 為渣量） 。 w(S)=w(S 料 ) 氣 )） /(1+S) (1) 根據(jù)上面分析可 計(jì)算出 2009 年 攀鋼高爐中硫在渣鐵間的 平均 分配系數(shù) 如果要使 wS小于 則 0， 而普通礦高爐爐渣的硫分配系數(shù)一般大于 40。 2 攀鋼高爐渣脫硫能力 低 的 原因 從式 （ 1） 可知，要降低 S應(yīng) 采取的主要措施有： 降低硫負(fù)荷； 增大硫的揮發(fā)量； 加大渣量； 增大硫的分配系數(shù) 。 從實(shí)際操作 來看，增大渣量和揮發(fā)量是不現(xiàn)實(shí)的， 在原燃料條件一定的情況下， 實(shí)際有 效 地 降低鐵 水中 的硫含量 措施 是提高硫在渣鐵間的分配系數(shù) 響 因素取決于 32 2010 年第 33 卷第 6 期 爐渣 脫硫 的反應(yīng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件。 爐渣脫硫的熱力學(xué) 分析 爐渣脫硫的基本反應(yīng)為： (（ +( 可推導(dǎo)出： )F e O(S （ 2） 即 硫的 分配系數(shù)與反應(yīng)的 平衡 常數(shù) 在鐵水中的活度 系數(shù)S ，爐渣的氧勢 w(爐 渣堿度 R 有關(guān) 。 從式中可得出： 1） 溫度的單值函數(shù)，溫度越高， 2） 硫在鐵水中的活度系數(shù)S是由鐵水中的其它元素的含量決定的， 活度系數(shù)越高， 大。 C、 P可提高活度系數(shù)S，而 V、 降低活系數(shù)S。 3）爐渣氧勢低即（ 量低，還原氣氛強(qiáng)，有利于脫硫。 4）爐渣堿度)(S i OM g O )C 2/ ，提高爐渣堿度，以 增大 w( ( 爐渣脫硫的動(dòng)力學(xué)分析 渣和鐵液比重差異較大，兩者不能互溶，脫硫反應(yīng)是 多 相反應(yīng) ， 因此，該反應(yīng)只能在渣鐵界面進(jìn)行，擴(kuò)散過程是整體反應(yīng)的重要環(huán)節(jié)。爐渣脫硫反應(yīng)的環(huán)節(jié) 可分 為三個(gè)方面： 硫在鐵液中向渣鐵界面擴(kuò)散； 界面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)； 生成硫化物由界面向渣液擴(kuò)散 。 通過推導(dǎo)，可得出脫硫反應(yīng)的速率方程： S )S)(0 （ 3） 式中 M 鐵水重量； A 鐵水與渣接觸面積； 0 平衡狀態(tài)下硫在渣鐵間的分配系數(shù)； 硫在渣中的傳質(zhì)系數(shù)； 硫在鐵中的傳質(zhì)系數(shù)。 根據(jù)式 (3)可分析得出采取如下措施可提高脫硫反應(yīng)的速率： 加大渣鐵反應(yīng)界面 面積 A； 加大分配系數(shù) 0 增大硫在鐵水和渣中的傳質(zhì)系數(shù)。 實(shí)際研究表明， 硫 在爐渣中的擴(kuò)散是較慢的環(huán)節(jié)，因此改善脫硫效率，主要 從提高溫度 以 提高分配系數(shù) 0低爐渣粘度以及提高 硫 在渣中的傳質(zhì)。 鋼高爐渣脫硫能力低的原因分析 從爐渣的脫硫熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)條件分析可看出，攀鋼高爐渣脫硫能力低的主要因素有： 1） 高鈦型高爐渣的特性所致 高鈦型 高爐渣是一種短渣，熔化性溫度達(dá)到1350 1 380 ，液態(tài)時(shí)，能在溫度 20 30 波動(dòng)范圍內(nèi)凝固，主要原因是由于渣中含有高熔點(diǎn)結(jié)晶性強(qiáng)的礦物，如鈣鈦礦（ 點(diǎn) 1 970 ）、巴依石 (尖晶石 (；而普通礦則主要是低熔點(diǎn)的黃長石和鈣鎂橄欖石。高鈦型爐渣出現(xiàn)的這些高熔點(diǎn)物質(zhì)，隨著溫度的下降，導(dǎo)致高熔點(diǎn)組分的溶解度減小，成為難溶的分散狀固相 物質(zhì)，同時(shí)在爐內(nèi)高溫還原條件下，在高爐內(nèi)爐渣中 還原形成的高熔點(diǎn) 點(diǎn) 3 140 ）、 點(diǎn) 2 950 ）物質(zhì)，由于它們是高度彌散的膠體狀固相物，與爐渣有很好的潤濕性，爐渣出現(xiàn)不均勻的多相渣，使?fàn)t渣粘度比普通礦均勻性渣的粘度大得多，導(dǎo)致爐渣脫硫的動(dòng)力學(xué)條件變差 ， 渣鐵分離不好，鐵損增加 。 2）高鈦型釩鈦磁鐵礦 高爐 冶煉爐溫低 脫硫還原反應(yīng)是一個(gè)吸熱反應(yīng) ，因此適當(dāng)提高爐溫 不僅 有利于 加快反應(yīng)進(jìn)行，而且對于降低爐渣粘度，提高 硫 在渣、鐵中傳質(zhì)過程均有 利 。但是 ，高鈦型釩鈦 磁鐵 礦高爐冶煉對爐溫相當(dāng)敏 感， 高鈦型爐渣高爐冶煉，隨爐溫升高鐵水 量隨之升高，渣中 ,N)含量亦隨之增加。控制 爐溫 ，就可適當(dāng)控制渣中 ， N)的生成量，從而抑制了泡沫渣的形成并減緩爐渣變稠，使高爐冶煉順行。高鈦型高爐冶煉實(shí)際生產(chǎn)中采用 低爐溫水平 方針操作，鐵水溫度控制 相對于普通礦冶煉低 ， 同時(shí)由于 高鈦型 釩鈦 磁鐵礦 冶煉高爐本身操作難度大，爐溫控制范圍窄， 爐溫水平 與 C， N） 及鐵損 隨爐溫升高而增加，因此 提高爐溫 對釩鈦 磁鐵礦 冶煉是不利的，通過提高爐溫水平來 提高 爐渣 脫硫能力是有限的 。 3） 爐渣中 研究表明，高 鈦型高爐渣中的 與從而降低了渣中 普通礦相比，高鈦型高爐渣中的 鋼 技 術(shù) 33 是普通礦爐渣 60%，加之 高鈦型爐渣實(shí)際堿度 小于 遠(yuǎn)小于 這也是高鈦型高爐渣脫硫能力低的主要原因之一 。 4）渣中 攀鋼高爐渣中的 般大于 高于普通 高爐 爐渣，其主要原因是由于釩鈦燒結(jié)礦中的鐵是以十分復(fù)雜的鈦赤鐵礦 (約為 30%)和鈦磁鐵礦(約為 25%)的固溶體存在，其還原性能很差，釩鈦燒結(jié)礦在高爐內(nèi)的直接還原度高，導(dǎo)致礦石中的部分 爐缸區(qū)來不及還原便直接進(jìn)入渣中， 另外適當(dāng)提高爐渣的 i(C,N)的生成，防止?fàn)t渣變稠，但 從脫硫反應(yīng)的熱力學(xué)條件分析可知， 量高， 提高了爐渣氧勢， 是 不利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行 的 。 5） 硫 在 含釩鐵 水中活度 系數(shù) 較普通鐵 水 低 高鈦型釩鈦磁鐵礦高爐冶煉較普通礦冶煉鐵水 成分對 比 見表 2。 表 2 普通鐵水與含釩鐵水 成分 比較 % 鐵水種類 C n P S V 釩鐵水 通鐵水 從表 2可知， 含釩鐵水中的 P較低，而 V、高，根據(jù)鐵水中各元素對 度系數(shù)的影響規(guī)律， C、 P可提高其活度 系數(shù) ，而 V、 降低了硫在鐵水中 的 活度 系數(shù) 。 攀鋼高爐鐵水 數(shù) 計(jì)算 公式 如 （ 4）式 ： （ 4） 查表法將相互作用系數(shù) * 450 條件下的值，可求出表 2中攀鋼鐵水中 普通鐵水 在同等溫度下 為 此，從含釩鐵水的成分來看，硫在鐵水中的活度系數(shù) 較普通鐵水低，也是高鈦型釩鈦磁鐵礦高爐冶煉脫硫能力低的因素之一。 3 結(jié)語 高鈦型爐渣脫硫能力低是致使生鐵硫含量高的關(guān)鍵問題