低钛高炉渣脱硫能力研究.pdf

第3 7 卷第2 期 2 0 1 7 年0 4 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G V 0 1 ．3 7 №2 A p r i l2 0 1 7 低钛高炉渣脱硫能力研究① 董晓旭，张淑会，兰臣臣，吕庆 华北理工大学冶金与能源学院教育部现代冶金技术重点实验室，河北唐山0 6 3 0 0 9 摘要针对某钢厂低钛高炉渣的实际情况，研究了二元碱度 训 C a O ／w S i O 和M g O 等化学成分变化对该渣系脱硫能力的影 响规律。结果表明，低钛高炉渣的脱硫能力随着炉渣二元碱度增加而提高；当W M g O 1 0 ％时，炉渣脱硫能力随M g O 含量增加而 升高，继续增加M g O 含量，其脱硫能力反而降低；随着A 1 0 ，和T i O 含量增加，炉渣脱硫能力降低。建议高炉生产炉渣二元碱度保 持在1 ．0 5 ～1 ．1 0 ，炉渣M g O 含量应保持在9 ％～1 0 ％，同时应适当降低A 1 0 3 和T i 0 2 含量。 关键词高炉渣；低钛渣；脱硫 中图分类号T F 5 3 4文献标识码Ad o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．0 2 5 3 6 0 9 9 ．2 0 1 7 ．0 2 ．0 2 2 文章编号0 2 5 3 - 6 0 9 9 2 0 1 7 0 2 0 0 8 8 - 0 3 D e s u l p h u r i z a t i o nE f f e c to fB FS l a gw i t hL o wT i t a n i u mC o n t e n t D O N GX i a o x n ，Z H A N GS h u h u i ，L A NC h e n c h e n ，L UQ i n g C o l l e g eo fM e t a l l u r g y E n e r g y ，K e yL a b o r a t o r yo fM o d e r nM e t a l l u r g yT e c h n o l o g y ，M i n i s t r yo fE d u c a t i o n ，N o r t hC h i n a U n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，T a n g s h a n0 6 3 0 0 9 ，H e b e i ，C h i n a A b s t r a c t I n f l u e n c e so fd u a la l k a l i n i t y 埘 C a O ／w S i 0 2 a n dM g Oa n do t h e rc h e m i c a lc o m p o s i t i o n so nd e s u l p h u r i z a t i o n e f f e c to fB Fs l a gw e r es t u d i e df o ras o r to fB Fs l a gw i t hl o wt i t a n i u mc o n t e n t ．R e s u l t ss h o w e dt h a tt h ed e s u l p h u r i z a t i o n e f f e c to fB Fs l a gw a si m p r o v e dg r a d u a l l yw i t ha ni n c r e a s ei nd u a la l k a l i n i t yo fB Fs l a g ．W h e nW M g O 1 0 ％，t h e d e s u l f u r i z a t i o ne f f e c to ft h es l a gw a si n i t i a l l yi m p r o v e dw i t ht h ei n c r e a s i n go f 伽 M g O ，t h e nd e c r e a s e dw i t haf u r t h e r i n c r e a s ei nt h eM g Oc o n t e n t ．I ta l s od e c r e a s e dw i t ha ni n c r e a s ei nt h ec o n t e n to fA 1 20 3a n dT i 0 2 ．I ti ss u g g e s t e dt h a tB F s l a gs h o u l dh a v ed u a la l k a l i n i t yk e p ta t1 ．0 5 ～1 ．1 0a n dW M g O a t9 ％～1 0 ％，m e a n w h i l eh a v et h eA 1 2 0 3a n dT i 0 2 c o n t e n ta p p r o p r i a t e l yd e c r e a s e d ． K e yw o r d s B Fs l a g ；l o wt i t a n i u ms l a g ；d e s u l p h u r i z a t i o n 随着国内外对钢铁产品需求的增加，高炉冶炼需 要的铁矿石量持续增加，进口铁矿石已成为我国高炉 冶炼重要的含铁原料之一。部分低品位进口铁矿石中 均含有少量的钛元素屯j ，高炉使用上述矿石冶炼产 生的炉渣通常认为是低钛炉渣。硫会引起钢材的热 脆，严重降低钢材质量，因此冶炼各环节都会努力降低 金属溶液中的硫元素含量旧叫』。而高炉冶炼过程具有 实现铁水脱硫最好的热力学条件，因此保证铁水硫元 素合格，并尽量降低铁水硫含量是高炉冶炼的首要 任务。 高炉内的硫元素多是通过炉渣脱除，因此炉渣脱 硫能力是评价其冶金性能的主要指标之一。炉渣中含 有的钛元素会影响其脱硫能力，而且因钛元素的存在， 炉渣脱硫适宜的碱度、M g O 含量等与普通炉渣亦会有 差别‘5 I 。基于此，本文针对某钢厂实际生产情况，研 究了炉渣二元碱度，M g O 、A 1 O 。和T i O 含量对低钛渣 脱硫能力的影响，得出低钛高炉渣脱硫的最优渣系，为 高炉冶炼脱硫提供参考。 1 试验方案 以河钢集团某高炉生产现场炉渣 化学成分见表 1 为标准，使用纯化学试剂配制成试验渣样。将化学 试剂按一定比例称量，在高温炉中进行预熔后，冷却破 碎，进行后续试验。根据现场高炉炉料硫负荷，设定生 铁初始硫元素含量为O ．3 8 3 ％。试验时首先利用现场 生铁 化学成分见表2 配加F e S 熔融制备不同硫元素 ①收稿日期2 0 1 6 1 1 一l l 基金项目河北省钢铁联合基金资助项目 E 2 0 1 5 2 0 9 0 7 3 ；华北理工大学杰出青年基金资助项目 J P 2 0 1 5 0 8 作者简介董晓旭 1 9 9 0 一 ，男，河北张家口人，硕士研究生，主要从事炼铁理论与工艺研究。 通讯作者张淑会 1 9 7 6 - ，女，河北定州人，博士，教授，主要从事炼铁理论与工艺研究。 万方数据 第2 期董晓旭等低钛高炉渣脱硫能力研究8 9 含量的生铁样品。按照质量比，将两种含硫量不同的 生铁样品混合以达到试验要求的生铁含硫量。 表1 高炉现场炉渣化学成分 质量分数 ／％ C a O S i 0 2A 1 2 0 3 M g O T i 0 2K 2 0K 2 0 注现场炉渣二元碱度为1 ．1 3 。 表2 高炉现场铁样化学成分 质量分数 ／％ 选取渣铁比为o ．4 0 ，称量一定量的炉渣和含硫生 铁样品放入石墨坩埚内，在高温炉内进行炉渣脱硫试 验。反应温度15 0 0 ℃，脱硫时间1h 。试验过程中每 隔一定时间对熔融样品进行搅拌，以使反应均匀。试 验结束后，采用化学分析法测定样品硫元素含量，分析 不同炉渣样品对脱硫能力的影响。保持其他条件相 同，分别以二元碱度 伽 C a O ／w S i O ，M g O 、A 1 0 T i O 含量为单一试验变量进行单因素试验。 2 试验结果与分析 2 ．1 二元碱度对炉渣脱硫能力的影响 二元碱度对生铁中硫含量的影响如图1 所示。由 图1 可知，炉渣二元碱度在1 ．0 ～1 ．2 0 范围内增加，生 铁中硫含量逐渐降低，炉渣的脱硫能力增强。当二元 碱度升高至1 ．2 0 时，样品中硫含量达到最低值，为 0 ．0 2 ％，此时炉渣的脱硫能力最强。根据分子一离子共 存理论，渣中碱度提高，炉渣中的C a 2 、0 2 一含量升高， 与铁水中的s 2 一反应几率增加，由于炉渣与金属液体的 传质过程，s 2 一可向渣中转移，从而降低了铁水中的硫 含量；渣中二元碱度增大，C a O 含量升高，0 2 一活度增 加。脱硫反应的分配系数随着0 2 一活度增加而变大， 炉渣的脱硫能力增强MJ 。但根据高炉冶炼操作，二元 碱度升高会提高炉渣的熔化温度，由此增加高炉操作 二元碱度 的难度；此外，高炉冶炼能量消耗也将增加。因此，二 元碱度应选择满足生铁要求即可，在1 ．0 5 ～1 ．1 0 范围 内为宜。 2 ．2 M g O 含量对炉渣脱硫能力的影响 M g O 含量对生铁中硫含量的影响如图2 所示。 由图2 可知，炉渣脱硫能力随M g O 含量增加先升高后 降低，M g O 含量为9 ．4 6 ％时，炉渣脱硫能力达到最高。 炉渣中M g O 呈现弱碱性，C a O 呈强碱性。当M g O 含 量小于9 ．4 6 ％时，随着M g O 含量升高，渣中有部分阴 离子解体，形成较小的硅氧阴离子。同时，M g O 可以 与S i O 结合形成黄长石等低熔点化合物o7 } ，可以改善 炉渣的流动性从而有利于炉渣脱硫；而当M g O 含量超 过9 ．4 6 ％后再继续提高M g O 含量将会生成高熔点化 合物，炉渣黏度升高，脱硫能力反而下降旧J 。高炉炉 渣脱硫能力与渣中M g O 含量密切相关。建议M g O 含 量控制在9 ．4 6 ％左右，此时脱硫效果较好。 零 ＼ 鲫 缸 ∞ M g o 含最／％ 图2 炉渣中M g O 含量与生铁中S 含量的关系 2 _ 3 A | O ，含量对炉渣脱硫能力的影响 A 1 0 ，含量对生铁中硫含量的影响如图3 所示。 由图3 可知，在试验范围内，A 1 0 ，含量增加，炉渣的 脱硫能力逐渐降低。当A 1 0 ，含量为1 0 ．7 6 ％时，生铁 中硫含量最低，炉渣的脱硫能力最强，而当A I 0 ，含量 为1 8 ．7 6 ％时，生铁中硫含量最高，炉渣脱硫能力最弱。 A 1 0 。在炉渣中表现为弱酸性，其与高炉渣中0 2 一可以 冰 鲫 缸 ∞ A 1 2 0 ，含量／％ 图1炉渣二元碱度与生铁中S 含量的关系 图3 炉渣中A I O ，含量与生铁中S 含量的关系 零＼删邻∞ 万方数据 矿冶工程第3 7 卷 生成A 1 。O2 - 和硅铝氧复合阴离子，并形成高熔点的硅 铝酸钛盐。当炉渣中含有T i O 时，还可以形成硅铝酸 钛复合盐，使炉渣黏度升高，脱硫反应进行困难归叫川。 所以应尽量降低炉渣中的A 1 O ，含量，以保证炉渣有 较好的脱硫效果。 2 ．4 T i O ，含量对炉渣脱硫能力的影响 T i O ，含量对生铁中硫含量的影响规律如图4 所 示。由图4 可知，随T i O 含量增加，炉渣的脱硫能力 逐渐下降。T i O 呈现弱酸性，随着T i O 含量增加，炉 渣中的0 2 一活度降低。同时T i O 含量增加导致炉渣中 C a O 含量降低，炉渣的脱硫能力也有所降低。高炉生 产中，应控制T i O 含量不宜过高。 T i O 含6 ／％ 图4 炉渣T i O 含量与生铁中S 含量的关系 3 结论 强后减弱；炉渣中A l O ，含量增加，炉渣的脱硫能力逐 渐减弱；T i O 含量增加不利于炉渣的脱硫。 2 对于低钛炉渣，适当提高二元碱度有利于炉渣 脱硫，其适宜的取值为1 ．0 5 ～1 ．1 0 ；M g O 的合理含量为 9 ％～1 0 ％；同时，应尽量减少渣中A l O ，、T i 0 2 含量。 参考文献 [ 1 ]赵巍．钛矿高位运行背后的博弈[ J ] ．中国金属通报，2 0 1 1 2 7 2 1 ． [ 2 ] 王新安．新西兰高钛粗矿粉造球技术的开发应用[ J ] ．安徽工业 大学学报，2 0 0 5 ，2 2 4 4 3 9 4 4 1 ． [ 3 ] 卢郑汀，董瑞章，仇友金，等．昆钢2 5 0 0m 3 高炉有害元素分析与 控制[ J ] ．炼铁，2 0 1 5 ，3 4 5 3 3 3 5 ． [ 4 ] 张明，姬光刚，李贡生，等．莱钢高炉有害元素的危害与控制 [ J ] ．炼铁，2 0 1 5 ，3 4 1 5 5 5 8 ． [ 5 ]穆红旺，张淑会，吕庆，等．中性气氛下高铝中钛型高炉渣黏度 的试验研究[ J ] ．钢铁，2 0 1 2 ，4 7 6 1 8 - 2 1 ． [ 6 ]张旭升，吕庆，刘小杰，等．中低钛型高炉渣脱硫能力研究[ J ] ． 钢铁钒钛，2 0 1 5 ，3 6 1 6 4 6 7 ． [ 7 ]杨润德，侯晓川，李贺．M g O 含量对高炉渣性质影响的理论解 析[ J ] ．矿冶工程，2 0 1 4 ，3 4 6 6 0 - 6 4 ． [ 8 ]袁骧，张建良，毛瑞，等．镁铝比对高炉渣脱硫力的影响[ J ] ． 东北大学学报 自然科学版 ，2 0 1 5 ，3 6 1 1 1 6 0 9 1 6 1 3 ． [ 9 ] 杨福，吴志清，程建文．” M g O 对高炉高铝渣高温性能的影响 [ J ] ．钢铁研究，2 0 1 1 ，3 9 1 4 7 ． [ 1 0 ] 蒋胜，杨冬梅．碱金属对钒钛磁铁矿高炉冶炼的影响对策[ J ] ． 钢铁钒钛，2 0 0 7 ，2 8 1 5 6 - 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