焦炭对高钛型钒钛磁铁矿高炉冶炼的适应性浅析

攀 钢 技 术 35 焦炭对高钛型钒钛磁铁矿高炉 冶炼的 适应性浅析 饶家庭 (攀钢钢铁研究院 ) 摘 要： 对比分析了普通矿冶炼 1 000 合高钛型钒钛磁铁矿高炉冶炼特点，分析了高钛型钒钛磁铁矿高炉冶炼参数对焦炭溶损反应的影响，研究了 1 000 关键词： 高炉；冶炼；钒钛磁铁矿；焦炭；溶损反应；适应性 0 引言 焦炭在高炉内起骨架、还原剂和燃料的作用，对于大高炉来说，骨架作用尤为重要。高炉内下降的液态炉渣及铁都需要通过焦炭料柱的孔 隙落入炉缸，而上升的气流也需要通过焦炭料柱的孔隙到达炉顶，因此，必须有良好强度的焦炭料柱以保证高炉冶炼过程能顺利进行。高炉炉容增大后，炉料在高炉内的停留时间延长，焦炭与煤气反应时间延长，加剧了焦炭的气化反应，因此高炉内焦炭料柱必须有足够的反应后强度，即焦炭的热性能要好 。高炉容积越大，对焦炭质量的要求也就越高 ，与 1 000 钛型钒钛磁铁矿冶炼高炉焦炭质量的热反应性好 (5% 40%）， 热强度低 (0% 55%），属于焦炭质量较差的一种，但高炉利用系数却达到 2.7 t/(d),居国内 1 000 此差的焦炭质量还能适用于高钛型钒钛磁铁矿大高炉冶炼 ,作者就焦炭对高钛型钒钛磁铁矿高炉冶炼的适应性进行了研究和分析。 1 1 000 炉 指标及焦炭 质量 高炉 技术指标 与 普通矿 冶炼相比，高钛型 钒钛 磁铁 矿 高炉冶炼综合入炉品位 低 约 5 8 个百分点，高炉利用系数略高，吨铁焦比高约 80 100 比相差不大，煤气中 2个百分点。 部分钢铁企业 1 000 。 表 1 部分钢铁企业 1 000 钢企 高炉容积 /炉品位 /% 利用系数 / t (d) 1 焦比 / (t 1) 煤比 / (t 1) 煤气 % 水钢 1 350 15 120 钢 1 000 80 140 钢 1 350 00 123 钢 1 200 80 500 120 高炉 焦炭 质量 国内部分 1 000 。由表 2 可见，国内 水钢、湘钢、宣钢三家钢铁企业1 000 40大于 80%， 反应性 于 30%，反应后强度 于60%。相比之下，攀钢高钛型钒钛磁铁矿冶炼高炉（ 1 200 焦炭 的 冷强度 （ 当，而热强度(远低于其它三家钢铁企业。 36 2009 年第 32 卷第 5 期 表 2 部分钢铁企业 1 000 钢企 高炉容积 / 水钢 1 350 30 60 钢 1 000 30 60 钢 1 350 25 62 钢 1 200 35 40 50 55 高炉冶炼高钛型钒钛磁铁矿的特点 入炉矿石铁品位低，渣量大、焦比高 攀枝花钒钛磁铁矿由于难磨难选，铁钛分离难度大，因此钒钛磁铁精矿 位低。与普通矿相比，钒钛磁铁精矿的 4%， 3%。钒钛烧结矿 位仅 49%左右，高炉入炉矿石 位 50%左右， 比一般 1 000 e 品位低 5 8 个百分点，因此，高钛型钒钛磁铁矿高炉冶炼渣量高达 650 kg/t，焦比 480 500 kg/t。 炉渣 度大，冶炼温度低 高钛型钒钛磁铁矿高炉冶炼的炉渣中含有大量的 冶炼过程中， 成钛的低价氧化物，在过还原条件下，生成 点高 (3 150 和 2 950 )，在高炉冶炼的 温度下不能熔化，以固体质点弥散、悬浮在渣中，并包裹在铁珠周围。在液态炉渣中悬浮及弥散有固体物质，必然使液态炉渣变稠，这是造成钒钛磁铁矿冶炼炉渣变稠的主要原因。此外，炉渣中含有较高的钙钛矿（ 其熔化温度较高（ 1 970 ），也会影响炉渣的流动性。高钛渣的熔化性温度比普通高炉渣高 80100 ，并且随着渣中 生成，炉渣变稠，粘度增加，以至出渣出铁困难， 炉缸堆积。为了抑制 生成，高钛型钒钛磁铁矿的冶炼温度控制比普通矿冶炼温度低50 80 。 风量大，冶炼周期短，下料速度快 目前高钛型 钒钛 磁铁 矿 冶炼 1 000 0%以上，料速平均 12 13 批/h，冶炼周期为 5.0 h。冶炼周期短，不仅要求上部炉料要“快进”，而且还要求炉缸渣铁 “快出”。高钛型钒钛磁铁矿冶炼高炉进出物料的速度对高炉冶炼的顺行具有非常重要的意义。因高炉下料快，冶炼必须及时排出高温渣铁，减少渣铁在炉内停留时间，从而减少炉渣中 N)的生成量及炉渣变稠，避免高炉受憋、炉缸粘结的现象；减少因炉内温度过热导致的初渣变粘，使煤气流上升和炉料下 降的阻力减小，促使高炉炉况稳定顺行。 钒钛矿软融温度高，软熔带位置低 从钒钛烧结矿的 软熔 性能看，由于钒钛烧结矿中的含钛氧化物 （ 如钛铁晶石、钛铁矿 ） 在烧结过程 的 高温作用下， 很好地结合形成熔化温度高的钙钛矿（ 点 1 970 ）及其它含钛高 熔点 矿物，因此，钒钛烧结矿软化温度较高，软化温度区间窄，一般在 100 以内，比普通矿软融带薄 ，而熔化滴落温度区间也较 窄 ， 见表 3。 钒钛烧结矿的 这一 性能一方面有利于改善高炉成渣带以上可塑层的透气性，另一方面降低了软熔带位置，对高炉冶 炼有利 。 表 3 部分钢铁企业烧结矿的软熔性能 钢企 开始软化 温度 / 软化终了 温度 / 软化区间 温度 / 熔化开始 温度 / 滴落开始 温度 / 熔滴区间 温度 / 济钢 1 143 1 270 127 1 309 1 518 209 本钢 1 164 1 278 114 1 320 1 502 182 马钢 1 168 1 280 112 1 315 1 460 145 攀钢 1 190 1 280 90 1 312 1 452 140 攀 钢 技 术 37 3 焦炭对高钛型钒钛磁铁矿高炉冶炼的适应性分 析 研究表明，高炉炉腹以下部位焦炭粉化是造成炉内透气性、透液性恶化的根源 1。这种情况在大喷煤条件下更为严重，因为大喷煤后，在风口回旋区煤粉大量燃烧，造成风口内气氛中 炭燃烧减少，而焦炭溶损反应量大大增加且停留时间延长。因此，相同质量的焦炭用于高炉大喷煤条件的冶炼时，焦炭的粉化大大增加。焦炭在高炉下部粉化的本质是焦炭在高温下的自身变化及经受高炉环境下的各种物理、化学作用，使焦炭微裂纹扩展，气孔率增加，气孔壁变薄，强度削弱，从而在料柱的压力和风口动能的作用下粉碎的综合表现。化学劣化主要是由直接 还原区内 焦 炭的气化反应引起的，物理性劣化则是由风口回旋区的机械磨损以及高温热力的作用造成的。由于化学侵蚀是焦炭劣化的根本原因 ， 所以焦炭与 焦炭的溶损反应式为： C (1) 研究表明，高炉内影响（ 1）式反应的主要因素除了反应本身的热力学及动力学条件外，炉料中的 氧化物对（ 1）式 反应也有较大程度影响 2。其中 2O、 过吸附方式对溶损反应具有 正催化作用，而 有负催化作用。 根据高钛型钒钛磁铁矿高炉的原料成分及溶损反应的热力学及动力学条件，焦炭对高钛型钒钛磁铁矿高炉冶炼的适应性原因分析如下。 （ 1）高钛型 钒钛 磁铁 矿 高炉冶炼 周期 短。与普通矿高炉冶炼相比，高钛型 钒钛 磁铁 矿 的高炉冶炼 周期 缩 短 约 2 h，相应 焦炭在炉内的滞留时间也随之 缩短。 因此，高炉 炉内 焦炭的 实际 蚀损程度 比普通矿高炉冶炼 时要 低。 （ 2）高钛型钒钛磁铁矿高炉冶炼吨铁焦比高。高钛型钒钛磁铁矿高炉入炉矿石的 5 8 个百分点），致使高炉焦比高达480 kg/t，而 同类型普通矿冶炼高炉的焦比在 330380 kg/t，导致高炉在同等利用系数下的炉内焦炭量较普通高炉多约 30%。因此，炉内较多的焦炭量可以保证焦炭在高炉内的骨架作用，因为焦炭是高炉内唯一不软化熔融的物质，焦比高，矿焦比例低，则焦窗数目多，有利于改善焦炭料柱的透气、透液性和煤气流分布，从而冶炼强度高，冶炼周期短，有利于降低焦炭的蚀损 。 （ 3） 高钛型钒钛磁铁矿高炉冶炼的焦炭 负荷较低。 高钛型钒钛磁铁矿高炉 冶炼的焦炭负荷 一般比普通矿的负荷低约 0.4 t/t 以上 ， 因此 钒钛 磁铁矿冶炼时，高炉内矿石对焦炭 的 机械破坏作用较 普通矿要低。 （ 4）高钛型钒钛磁铁矿高炉冶炼渣量大，高炉渣的排碱能力强。 K、 其氧化物对焦炭基质具有较强侵蚀作用，并对碳溶反应具有极强正催化作用。但高钛型钒钛磁铁矿高炉冶炼渣量大，渣中量高，对抑制 K、 原和 K、 合物排出均有利，炉内 K、 环富积条件较普通矿高炉差，因此高炉内焦炭受 K、 蚀和催化而破损的程度要低。 （ 5）煤气中 量较低。焦炭在炉内破损主要是焦炭溶损所造成，高钛型钒钛磁铁矿高炉冶炼煤气流中 个百分点以上，而一般煤气中的 含 量变化不大，量降低则 量增加，从溶损反应式来看，压低而 压高有利于减少焦炭的溶损程度。 （ 6）高钛型钒钛磁铁矿高炉冶炼入炉矿综合品位低。入炉矿 位低，则由 素带入炉内的氧量减少，块状带间接还原的绝对量减少，煤气中 低，有利于降低焦炭的碳素溶损。计算表明，入炉品位降低 5 个百分点，则带入的氧量减少约 2%。 （ 7）高炉炉顶压与热风压力差值高。高钛型钒钛磁铁矿 1 200 0 30 于碳的溶损反应是一个体积膨胀的反应，较高 的压力可以抑制该反应的速率，从而降低了碳的溶损。 (8) 高钛型炉渣相关成分抑制了碳的溶损反应。与普通矿炉渣相比，高钛型炉渣 量高，量低约 10 个百分点， 碳的溶损反应起负催化作用，而 量低也降低了碳溶损反应的程度。 4 结语 分析表明，高钛型磁铁矿高炉冶炼对焦炭具有较强的适应性，其主要原因在于：高钛型钒钛磁铁 38 2009 年第 32 卷第 5 期 矿具有高熔点、低品位的特性，导致高炉的焦比高 ，渣量大，软融带位置低且温度区间窄，料