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碱金属在高炉冶炼中反应行为的研究

张勇  
【摘要】: 本文以石钢高炉生产条件为基础,对石钢高炉中碱金属平衡进行了调查研究,并利用实验室模拟设备,研究了高炉内碱金属的反应机理与分配规律。通过研究发现: 石钢高炉的碱金属(K2O+Na2O)负荷较高,为5.2~5.5kg/tFe。其中由烧结矿带入的碱金属占碱金属负荷的70%左右,球团矿和焦炭各占碱金属负荷的10%左右,其它炉料带入量较少。石钢高炉总排碱率为73%~79%,其中炉渣排碱率为68%~77%,炉顶煤气排碱率为5%左右。石钢高炉蓄积率保持在0.227~0.282kg/tFe·h之间,高炉处于蓄积期,且蓄积率较高。所以,建议石钢高炉的碱金属负荷临界值选取为4.0 kg/tFe。 在高温熔炼区碱金属硅酸盐大量分解形成碱金属蒸气并附着在炉料上,吸附量高达2.1%左右,到化学储备区炉料的吸附量最高达2.8%左右,到低温预热、预还原区炉料的吸附量又下降到0.3%左右。碱金属的吸附受炉料粒度大小的影响,平均粒度从17mm降到11mm,吸附量会从0.3%提高到1.3%。附着在炉料上的碱金属化合物对焦炭的熔损反应有催化作用,K2O含量超过1.5%,焦炭反应性会提高约23%左右,焦炭反应后强度降低约40%左右。碱金属化合物还会加速铁矿石的还原反应,使低温还原粉化率提高,当K2O含量超过2.56%,烧结矿的RDI值提高约30%,K2O含量超过1.5%,球团矿的RDI值提高约15%。 选择合适的炉渣化学成分,应兼顾排碱与脱硫。根据石钢炉渣模拟试验结果,建议石钢高炉正常生产的炉渣碱度(CaO/SiO_2)应保持在1.0左右,SiO2%应保持在37%左右,MgO%应保持在12%左右,Al_2O_3%应保持在14%左右。在石钢炉渣化学成分的基础上,将CaO/SiO_2变为1.0后,炉渣排碱率为26%,生铁硫含量小于0.027%;将SiO_2%变为37%后,炉渣排碱率为21%,生铁硫含量为0.026%;将MgO%变为12%后,炉渣排碱率为24%,生铁硫含量为0.0261%;将Al2O3%变为15%后,炉渣排碱率为24%,生铁硫含量为0.0275%。 石钢高炉渣量降低所造成的排碱量下降是高炉碱金属危害的主要原因。


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