高炉造渣过程课件.ppt

1、124.3.1 高炉内炉渣形成过程高炉内炉渣形成过程34二、造渣目的及作用二、造渣目的及作用(1)性能良好的炉渣，可以实现金属与氧化性能良好的炉渣，可以实现金属与氧化物脉石的有效分离物脉石的有效分离;(2)渣铁间热量及质量的交换是决定金属成渣铁间热量及质量的交换是决定金属成品最终成分及温度的关键品最终成分及温度的关键;(3)炉渣对炉衬起保护作用。炉渣对炉衬起保护作用。(渣皮的作用渣皮的作用)5三、三、对炉渣性能的要求对炉渣性能的要求6举例举例（1 1）包钢矿中含包钢矿中含CaF2,CaF2,强烈腐蚀炉衬，造渣时保证强烈腐蚀炉衬，造渣时保证足够的足够的CaOCaO，以免粘度过低，限制或削弱其侵蚀

2、能力。，以免粘度过低，限制或削弱其侵蚀能力。（2 2）钛渣护炉：高炉料含）钛渣护炉：高炉料含TiO2,TiO2,使渣中使渣中TiO2TiO2达到达到2%-2%-3%3%，铁液中含有一定的，铁液中含有一定的TiTi，Ti Ti 和和C C、N N生成熔点生成熔点20002000以上的以上的TiC TiC 及及Ti(CTi(C，N)N)，其在铁液中的溶解度，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。蚀处，起到自动补炉的作用。（3 3）在高炉成渣以后的中下部，炉墙结厚或结瘤或）在高炉成渣以后的中下部，炉墙结

3、厚或结瘤或炉缸堆积，可在炉料中配加炉缸堆积，可在炉料中配加MnOMnO、CaFCaF（萤石）或（萤石）或FeOFeO（均热炉渣）等洗炉料，冲刷掉粘结或堆积物。（均热炉渣）等洗炉料，冲刷掉粘结或堆积物。7四、炉渣形成过程四、炉渣形成过程 1初渣形成初渣形成 初渣的生成包括：初渣的生成包括：（1）固相反应；）固相反应；（2）软化；）软化；（3）熔融；）熔融；（4）滴落。）滴落。8 固相反应：固相反应：在高炉上部块状带发生蒸发、分解、还原，同时在在高炉上部块状带发生蒸发、分解、还原，同时在脉石与熔剂之间、脉石与铁氧化物之间进行固相反应脉石与熔剂之间、脉石与铁氧化物之间进行固相反应形成形成FeO-Si

4、O2、CaO-SiO2、CaO-Fe2O3等低熔点化等低熔点化合物。合物。9矿石的软化矿石的软化 铁矿石不是纯物质晶体，没有一定的熔点。它具铁矿石不是纯物质晶体，没有一定的熔点。它具有一定温度范围的软熔区间。有一定温度范围的软熔区间。矿石被加热到矿石被加热到9001100后，矿石的气孔降低，后，矿石的气孔降低，气孔壁粘结，产生变形而软化。随温度的进一步气孔壁粘结，产生变形而软化。随温度的进一步升高，由于被还原的矿石表面的熔化渣膜粘结、升高，由于被还原的矿石表面的熔化渣膜粘结、金属铁熔解，形成熔融层。金属铁熔解，形成熔融层。10 矿石在下降过程中温度逐渐升高，当接近和矿石在下降过程中温度逐渐升高

5、，当接近和达到其熔化温度等温线水平时，即达到其熔化温度等温线水平时，即在软熔区间，在软熔区间，固体矿石在这个温度区间内，经过一个半熔的固体矿石在这个温度区间内，经过一个半熔的塑性过程变为液态。由于软熔及上部炉料的荷塑性过程变为液态。由于软熔及上部炉料的荷重作用，块矿之间的孔隙度大大降低，透气性重作用，块矿之间的孔隙度大大降低，透气性变差，即形成了高炉内的软熔带。变差，即形成了高炉内的软熔带。软熔带的温度范围大致在软熔带的温度范围大致在10001200之间之间11 开始软化温度：通常将矿石荷重还原条开始软化温度：通常将矿石荷重还原条件下收缩率达到件下收缩率达到34时的温度称为时的温度称为 软化终

6、了温度：将矿石荷重还原条件下软化终了温度：将矿石荷重还原条件下收缩率达到收缩率达到3040的温度称为的温度称为 软化温度区间：软化开始温度到软化终软化温度区间：软化开始温度到软化终了温度之间的温度区间称为了温度之间的温度区间称为 将矿石开始软化到最终变成流动状态向将矿石开始软化到最终变成流动状态向下滴落的温度区间称为软融区间。下滴落的温度区间称为软融区间。12初渣生成 从矿石软化到熔融滴落，就形成初渣。13初渣成分特点：初渣成分特点：FeO含量较高，（含量较高，（220%）原因：矿石还原得到的原因：矿石还原得到的FeO 易与易与SiO2结合成硅酸铁，结合成硅酸铁，因此初渣含较高的因此初渣含较高

7、的FeO；矿石越难还原，初渣；矿石越难还原，初渣FeO 就越高）就越高）碱度为自然碱度碱度为自然碱度 各处成分不均匀各处成分不均匀142.中间渣中间渣 风口水平以上，软熔带以下，正在滴落的风口水平以上，软熔带以下，正在滴落的炉渣。炉渣。初渣与终渣之间的渣。初渣与终渣之间的渣。中间渣在滴落下降过程中，随温度的升高，中间渣在滴落下降过程中，随温度的升高，成分不断变化。成分不断变化。15中间渣成分变化特点：中间渣成分变化特点：（1 1）固体碳的还原作用使）固体碳的还原作用使FeOFeO含量不断降低；含量不断降低；SiOSiO2 2和和MnOMnO含量也降低；含量也降低；（2 2 CaOCaO不断溶入

8、渣中使碱度不断升高；不断溶入渣中使碱度不断升高；（3 3）炉渣流动性随炉温升高而增加；）炉渣流动性随炉温升高而增加；（4 4）吸收焦炭灰分及煤气中携带物质）吸收焦炭灰分及煤气中携带物质，如如SiOSiO、SiSSiS、K K、NaNa等蒸气。等蒸气。163.终渣终渣 中间渣经过风口区域后，其成分与性能再次变化（碱度与中间渣经过风口区域后，其成分与性能再次变化（碱度与粘度降低）后趋于稳定。粘度降低）后趋于稳定。在风口区，焦炭和煤粉的灰分参与造渣，除了焦炭灰分中在风口区，焦炭和煤粉的灰分参与造渣，除了焦炭灰分中部分部分SiOSiO2 2还原为还原为SiSi外，其余的外，其余的SiOSiO2 2和和

9、AlAl2 2O O3 3等全部进入渣中，等全部进入渣中，SiOSiO2 2和和AlAl2 2O O3 3明显升高，而明显升高，而CaOCaO和和MgOMgO相对降低，炉渣碱度降低。相对降低，炉渣碱度降低。流入炉缸形成终渣。流入炉缸形成终渣。经风口区再氧化的铁及其他元素在炉缸可能又还原到铁水经风口区再氧化的铁及其他元素在炉缸可能又还原到铁水中，使渣中中，使渣中FeOFeO含量降低。含量降低。铁水穿过渣层和渣铁界面发生脱硫反应使渣中铁水穿过渣层和渣铁界面发生脱硫反应使渣中CaSCaS增加。增加。终渣温度终渣温度1400140015501550，一般比生铁温度高，一般比生铁温度高5050。17造渣

10、过程造渣过程（即软熔带）（即软熔带）对高炉冶炼的影响对高炉冶炼的影响 造渣过程对高炉冶炼影响较大的两个因素造渣过程对高炉冶炼影响较大的两个因素是成渣带（即软熔带）的高度和厚度是成渣带（即软熔带）的高度和厚度 成渣带厚，对下降炉料的阻力大，不利于高成渣带厚，对下降炉料的阻力大，不利于高炉顺行；炉顺行；成渣带高，矿石还原不足，导致炉缸热量不成渣带高，矿石还原不足，导致炉缸热量不足。足。18矿石矿石焦炭焦炭块状带块状带焦炭天窗焦炭天窗软熔带软熔带滴落带滴落带风口带风口带渣铁贮存区渣铁贮存区炉身炉身炉喉炉喉炉腰炉腰炉腹炉腹炉缸炉缸图4.2高炉内各区域分布示意图焦炭疏松区焦炭疏松区死料柱死料柱194.3

11、.2 4.3.2 对炉渣性质的要求对炉渣性质的要求1.1.初渣初渣 （1 1）开始软化温度）开始软化温度。开始软化温度愈高，初渣出。开始软化温度愈高，初渣出现愈晚，软熔带位愈低。软熔带位置降低，固态炉料现愈晚，软熔带位愈低。软熔带位置降低，固态炉料加热和还原时间延长，煤气利用改善，有利于提高炉加热和还原时间延长，煤气利用改善，有利于提高炉缸温度。缸温度。（2 2）软熔温度区间）软熔温度区间。开始软化温度与滴落温度之。开始软化温度与滴落温度之差为软熔温度区间。软熔温度区间愈小，表示在高炉差为软熔温度区间。软熔温度区间愈小，表示在高炉内软熔带厚度愈薄。内软熔带厚度愈薄。20 由于矿石的软化和熔融及

12、上部炉料的荷由于矿石的软化和熔融及上部炉料的荷重作用，矿块之间的空隙度大大降低，透气重作用，矿块之间的空隙度大大降低，透气性变差，上升煤气流受到的阻力显著增大。性变差，上升煤气流受到的阻力显著增大。因此要求因此要求矿石的软熔温度区间要窄矿石的软熔温度区间要窄，对高炉，对高炉顺行有利。顺行有利。212.2.中间渣中间渣 要求中间渣随温度的升高，粘度下降，要求中间渣随温度的升高，粘度下降，流动性提高，保证炉渣能够顺利沿焦炭空流动性提高，保证炉渣能够顺利沿焦炭空隙滴落至炉缸，防止因成分和温度的波动隙滴落至炉缸，防止因成分和温度的波动使其粘度增加或再凝固造成的高炉不顺，使其粘度增加或再凝固造成的高炉不

13、顺，甚至悬料和结瘤。甚至悬料和结瘤。中间渣能否顺利滴落取决于原料成分中间渣能否顺利滴落取决于原料成分和炉温稳定性。和炉温稳定性。223 3 终渣终渣 在炉缸中，当铁滴穿过铁液上的渣层时，在炉缸中，当铁滴穿过铁液上的渣层时，以及在渣铁界面上发生诸多反应，要求终渣以及在渣铁界面上发生诸多反应，要求终渣应具有良好的脱硫能力、适宜的流动性应具有良好的脱硫能力、适宜的流动性.以以调节渣铁的成分，控制生铁质量和顺利排出调节渣铁的成分，控制生铁质量和顺利排出炉外。炉外。23二、二、炉渣的性质炉渣的性质1 1 炉渣的化学成分炉渣的化学成分成分成分K2O+Na2O%3040818355010312.514501

14、500）的渣过分）的渣过分难熔，在炉缸温度下不能完全熔化，呈半熔融半难熔，在炉缸温度下不能完全熔化，呈半熔融半流动状态，引起黏度升高而不能采用。流动状态，引起黏度升高而不能采用。熔化温度较低，在较低温度下能完全熔化的熔化温度较低，在较低温度下能完全熔化的炉渣，其流动性不一定好。炉渣，其流动性不一定好。高炉要求炉渣在熔化后必须具有良好的高炉要求炉渣在熔化后必须具有良好的流动性。流动性。结论：对高炉更具有实际意义的是熔化性结论：对高炉更具有实际意义的是熔化性温度。温度。29(2)(2)熔化性温度：熔化性温度：定义：炉渣从不能流动转变为能自由流动时的定义：炉渣从不能流动转变为能自由流动时的温度。（表

15、示流动性的好坏）温度。（表示流动性的好坏）渣易熔，流动性好熔化性温度低渣难熔，流动性不好熔化性温度高 熔化性过高，则炉渣不能充分熔化和从炉内顺利熔化性过高，则炉渣不能充分熔化和从炉内顺利排出；排出；熔化性过低则炉渣过早熔化，很快流入炉缸，加熔化性过低则炉渣过早熔化，很快流入炉缸，加热时间短，增加炉缸热量消耗。热时间短，增加炉缸热量消耗。30图图4.4 炉渣的熔化性温度的确定炉渣的熔化性温度的确定31 高炉冶炼要求炉渣的熔化性温度有一个适高炉冶炼要求炉渣的熔化性温度有一个适宜的范围，为宜的范围，为12501350，熔化性温度高，熔化性温度高，有力于降低软熔带位置，提高炉缸温度。有力于降低软熔带位

16、置，提高炉缸温度。324 4 粘度（单位：粘度（单位：Pas Pas）（）（1 Pas=101 Pas=10泊泊 ）定义：速度不同的两层液体之间的内摩擦系数。定义：速度不同的两层液体之间的内摩擦系数。F=F=Adv/drAdv/dr 粘度（内摩擦阻力系数）；粘度（内摩擦阻力系数）；F F 流体流动时所克服的内摩擦力；流体流动时所克服的内摩擦力；A A 两液层接触面积；两液层接触面积；dv dv 两液层间速度差；两液层间速度差；dr dr 两液层间距离。两液层间距离。炉渣粘度是炉渣流动性的倒数。粘度愈低，流动性炉渣粘度是炉渣流动性的倒数。粘度愈低，流动性愈好。愈好。33炉渣粘度对高炉过程的影响炉

17、渣粘度对高炉过程的影响 （1)1)粘度过大的炉渣，破坏料柱透气性，并容易在粘度过大的炉渣，破坏料柱透气性，并容易在炉墙上结瘤；炉墙上结瘤；（2)2)粘度过大的终渣，造成炉缸堆积、渣铁难分、粘度过大的终渣，造成炉缸堆积、渣铁难分、难排、粘沟、粘罐；难排、粘沟、粘罐；（3 3）炉渣的脱）炉渣的脱S S能力与炉渣流动性有关。粘度小，能力与炉渣流动性有关。粘度小，流动性高的炉渣利于脱流动性高的炉渣利于脱S S；（4 4）粘度过低的炉渣，不利于提高炉缸温度；流动）粘度过低的炉渣，不利于提高炉缸温度；流动性太好，易冲刷炉衬，炉衬破损加剧，高炉寿命降性太好，易冲刷炉衬，炉衬破损加剧，高炉寿命降低。低。34一

18、般，适宜的高炉渣粘度一般，适宜的高炉渣粘度5 52020泊。泊。(0.52Pas)(0.52Pas)1Pas=101Pas=10泊泊35 炉渣粘度取决于温度和炉渣成分。炉渣粘度取决于温度和炉渣成分。（1）粘度随温度变化的规律：）粘度随温度变化的规律：E：粘流活化能：粘流活化能 B0：系数：系数 R：气体常数：气体常数 T：温度（：温度（K）)exp(0RTEB液体粘度与其组成质点的粘液体粘度与其组成质点的粘流流活化能及温度有关。大活化能及温度有关。大的质点移动需要的粘流活化能大，所以粘度就大；反的质点移动需要的粘流活化能大，所以粘度就大；反之，则相反。之，则相反。炉渣粘度随温度的增加而减小。炉

19、渣粘度随温度的增加而减小。36图图4.5 炉渣粘度与温度的关系炉渣粘度与温度的关系碱性渣碱性渣：具有急：具有急剧转折点，俗称剧转折点，俗称短渣或石头渣。短渣或石头渣。酸性渣酸性渣：无明显无明显转折点，俗称长转折点，俗称长渣或玻璃渣。渣或玻璃渣。37 （1)1)短渣（曲线短渣（曲线A A）温度降低到一定温度降低到一定值后，粘度急剧上升（斜率大）。此时渣的值后，粘度急剧上升（斜率大）。此时渣的碱度大于碱度大于1.01.0，称为碱性渣。，称为碱性渣。正常操作的高炉正常操作的高炉渣一般为碱性渣，以碱性氧化物为主。渣一般为碱性渣，以碱性氧化物为主。（2 2）长渣（曲线）长渣（曲线B B）随温度下降粘度随

20、温度下降粘度上升缓慢。此时炉渣的碱度小于上升缓慢。此时炉渣的碱度小于1.0,1.0,称为酸称为酸性渣，以酸性氧化物为主。性渣，以酸性氧化物为主。38（2）炉渣成分对炉渣粘度的影响）炉渣成分对炉渣粘度的影响SiO2：含量为：含量为35%左右时，炉渣粘度最低，此后，随左右时，炉渣粘度最低，此后，随 SiO2 含量增加，粘度不断升高；含量增加，粘度不断升高；CaO：低：低CaO时，时，CaO含量增加，粘度逐渐降低，含量增加，粘度逐渐降低，当当 CaO/SiO2=0.81.2时，粘度最低，之后继续增时，粘度最低，之后继续增 加加CaO，粘度急剧上升；，粘度急剧上升；Al2O3:510%，Al2O3，粘

21、度降低，粘度降低，1520%，Al2O3，粘度上升粘度上升MgO：与：与CaO的影响基本相同的影响基本相同FeO和和MnO:能显著降低炉渣粘度。能显著降低炉渣粘度。FeO对酸性渣影响对酸性渣影响大，大，MnO对碱性渣影响大对碱性渣影响大395.炉渣的表面性质炉渣的表面性质（）（1）表面张力：生成单位面积液相与气相的新的交）表面张力：生成单位面积液相与气相的新的交界面所消耗的能量。界面所消耗的能量。l表面张力小的炉渣，流动性好，有利于炉渣脱硫。表面张力小的炉渣，流动性好，有利于炉渣脱硫。l 表面张力越小，越易形成泡沫渣，在高炉内易形成表面张力越小，越易形成泡沫渣，在高炉内易形成液泛现象。液泛现象

22、。40泡沫渣泡沫渣 当有大量气体进入熔渣并以气泡的形式分当有大量气体进入熔渣并以气泡的形式分散于熔渣时，形成具有相界面很大的分散体散于熔渣时，形成具有相界面很大的分散体系，即形成泡沫渣。系，即形成泡沫渣。/低是形成稳定泡沫渣的充分且必要的条件。低是形成稳定泡沫渣的充分且必要的条件。当渣中当渣中SiO2、TiO2、FeO、P2O5及及CaF2等表面等表面活性物质含量高时，表面张力降低，易形成活性物质含量高时，表面张力降低，易形成泡沫渣。泡沫渣。4142（2）界面张力（）界面张力（界界）定义：定义：两凝聚相接触的界面上，质点间出现的张力。两凝聚相接触的界面上，质点间出现的张力。界面张力越小，越容易

23、形成新的渣铁间的相界面界面张力越小，越容易形成新的渣铁间的相界面，两相润湿的程度越大，两相越不易分离。，两相润湿的程度越大，两相越不易分离。436.炉渣稳定性炉渣稳定性 定义：炉渣性质（主要是熔化性温度和粘度）随其成定义：炉渣性质（主要是熔化性温度和粘度）随其成分和温度变化而波动的幅度大小。分和温度变化而波动的幅度大小。稳定渣：稳定渣：当炉渣成分和温度波动时，其性质变化不当炉渣成分和温度波动时，其性质变化不大或保持在允许范围内。大或保持在允许范围内。不稳定渣：不稳定渣：热稳定性：热稳定性：炉渣在炉渣在的情况下，保持性能稳定的能力的情况下，保持性能稳定的能力.化学稳定性：化学稳定性：炉渣在炉渣在成分波动成分波动的情况下，保持性能稳定的能力的情况下，保持性能稳定的能力.44 通常碱度在通常碱度在1.01.2的炉渣都是比较稳定的炉渣都是比较稳定的，碱度低于的，碱度低于0.9的炉渣，虽然稳定性也好，的炉渣，虽然稳定性也好，但是脱硫能力差，不宜选用但是脱硫能力差，不宜选用。