唐钢3200m3高炉合理炉渣结构理论分析

唐钢3200m³高炉合理炉渣结构理论分析

李秀兵  赵军

（唐钢炼铁部）

摘要：近年唐钢3200m³高炉炉料结构发生变化，渣中Al₂O₃含量最高达16%，影响了炉渣性能，对生产的稳定性带来影响。通过对炉渣性能的检测，应用相图理论分析，找出了适合唐钢3200m³高炉炉况的造渣制度。并对今后的高炉造渣制度进行指导。

关键词：高炉炉渣  粘度  熔化性温度  炉渣性能

1、引言

近年来唐钢3200m³高炉炉料结构不断发生变化，外矿比例逐渐增加到20%，入炉品位下降，渣量增加（渣铁比最高时接近380 Kg/tFe），且非主流矿品种增加，这些非主流外矿的冶金性能较差，有些Al₂O₃含量较高，例如塞拉利昂矿中的Al₂O₃含量达到7%，而烧结矿中Al₂O₃含量一般在2%，高铝外矿入炉后直接造成渣中Al₂O₃含量升高，最高时接近16%，影响了炉渣流动性和炉缸活跃程度，高炉出现下渣晚的情况，严重时出铁120min后仍不见下渣，对高炉造渣制度及生产的稳定性带来不利影响。为了适应这种现象，通过近年来对唐钢炉渣成分性能的检测分析，同时吸取国内同行业在应对高铝渣方面的经验，应用相图理论分析,找出了适合唐钢4#高炉炉况的适宜炉渣成分，并对今后的高炉造渣制度进行指导。

2、唐钢3200m³高炉实际炉渣成分性能检测

造渣制度兼顾了铁水质量和渣铁流动性两个方面，合理的热制度和造渣制度不仅使渣铁物理热充足和生铁的一级品率提高，而且确保了高炉渣铁有良好的流动性，有利于炉内操作。高炉炉渣粘度与熔化性温度均是炉渣的重要性能之一。粘度和熔化性温度适宜的炉渣具有良好的流动性，而且对稳定炉缸的热状态具有很大意义。

表1、唐钢3200m³高炉炉渣近年来炉渣粘度

高炉渣检测项目包括化学成分和物理性能检测，物理性能检测使用的设备主要是RTw一熔体物性综合测定仪。炉渣粘度的测量采用内柱体旋转法，其原理为：内外装置直径分别为d₁和d₂,使内柱体在熔体中插入深度h，使内柱体旋转时产生扭矩N，测定后由传感器转变为电子信号，在测定粘度的主控计算机种直接读取熔体的粘度（泊）。近年高炉炉渣黏度和熔化性温度测定结果如表1、表2：

表 2：对应炉渣成分、碱度、镁铝比

3、唐钢3200m³高炉适宜炉渣成分研究

3.1唐钢3200m³高炉炉渣中Al₂O₃含量的影响

 根据冶炼条件的不同和对经济成本的考虑，由表2可以看出，唐钢4#高炉炉渣中Al₂O₃含量14.58~16%区间范围波动，属于典型的高Al₂O₃炉渣（＞13%）。因此对高Al₂O₃炉渣的特点进行分析,并由此确定唐钢4#高炉炉渣的成分具有十分重要的意义。

根据熔渣离子理论：炉渣粘度随着复合阴离子半径增大而增大。所以随着Al₂O₃含量增加，炉渣粘度和熔化性温度有所增加。根据冶炼条件的不同和对经济成本的考虑，国内高炉的能源、燃料水平明显低于日本等国家，而且我国高炉热风温度较低，重点企业大多数高炉热风温度只能达到1150℃，原燃料成分有一定范围波动。另外炉容普遍较小，渣量较大，因此，武钢、首钢等高炉在烧结矿配用部分澳矿粉（Al₂O₃含量较高）的条件下，选择了高Al₂O₃（>13%）、高MgO（10%左右）和适中碱度度CaO/SiO₂=1.0---1.1的渣型。

唐钢3200m³高炉根据目前的生产状况和炉料结构，结合改善高Al₂O₃炉渣性能的途径：选择高Al₂O₃、较高碱度和适中MgO的渣型比较合理。由不同Al₂O₃含量时，CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO渣系^[3]等粘度图可以看出：MgO含量为6%-9%时，Al₂O₃含量约为15%时，碱度在不大于1.2范围内有一个低粘度区。但当Al₂O₃含量约20%时，在渣系^[3]等粘度图中该成分区域的炉渣粘度增加，炉渣的化学稳定性和热稳定性均较差。唐钢3200m³高炉炉渣Al₂O₃含量在16%时，有表1可见熔化性温度升高，高炉技术指标较13年有所下降 (见表3)。

表3、唐钢3200m³高炉近年经济技术指标

3.2 二元碱度对炉渣粘度及熔化性温度的研究

表4、R₂不同时高炉炉渣粘度

炉渣成分的变化，将会引起熔化性温度的变化，而炉渣的熔化性温度是表征炉渣能否顺利流动的温度，炉渣熔化性温度T_熔与渣中MgO含量和二元碱度R₂(CaO/SiO₂)有以下近似关系：

T熔=827.8+9.2MgO+360.2R₂  (1)^[4]

一般要求T熔低于炉缸实际温度，并有较大温差，以保证炉况波动使炉渣仍具有足够流的流动能力。根据大量实践经验和实验室测定，认为T熔应不低于1340℃，R₂=1.05---1.25时，用（1）式计算的MgO最高允许含量如表5。

表5在不同R₂时最大MgO含量

R₂为1.10-1.15时，渣中最高允许的MgO含量为10.65%-12.61%,平均11.63%，从四元渣系相图同样可得出，当炉渣Al₂O₃为15%，R₂为不大于1.15时，MgO含量为10%---12%时，炉渣的化学稳定性和热稳定性最佳。R₂为1.2时，MgO含量应低于8.69%，能保证炉渣的T熔低于炉缸实际温度。

通过唐钢3200m3高炉近年炉渣黏度和熔化性温度测定(见表1,2),结果可证明上述表5结论是在生产中可应用的。

4、结论：

1）炉渣R₂对生产的影响： R₂在1.15以下时，炉渣在较低温度下仍有较好的流动性。R₂较高时大于1.15，为了保证炉渣稳定性，必须保证高炉炉缸的热量充沛，使炉渣温度在熔化性温度以上。

2）MgO加入的主要作用是降低炉渣粘度，改善流动性。在高炉配料调整二元碱度时，一定要结合三元碱度变化。结合唐钢实际，R₂为1.2时，MgO含量应低于8.69%，能保证炉渣的T_熔低于炉缸实际温度。

3）根据唐钢3200m³高炉的生产实际，炉渣成分在：Al₂O₃含量约为15%时，MgO含量在6%-9%范围内，R₂在不大于1.2范围内有一个低粘度区。这与唐钢3200m³高炉的生产指标较为对应。

参考文献：

1）、游锦洲，王希珍，柳钢高炉炉渣性能的研究，炼铁/1998、17（增刊）—71-73

2）、郑修悦，论高炉炉渣性能，武钢技术/1992（2）—51-54

3）Dimitri Papanastassiou等，高炉渣中Al₂O₃和MgO含量对渣特性的影响，世界钢铁/2001、（3）—20-24

4）黄希牯，钢铁冶金原理，北京：冶金工业出版社，1989.123

5）张圣弼，相图原理计算及在冶金中的应用，冶金工业出版社1986：323-336