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鋁礬土化渣工藝的試驗研究及應(yīng)用

螢石作為傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐化渣用助熔劑, 因其化渣迅速而得到廣泛應(yīng)用。但是螢石在快速化渣的同時, 會加劇對爐襯的侵蝕, 影響爐齡。而且在高溫和爐渣的作用下,螢石中的部分變成揮發(fā)物, 它不僅對設(shè)備、人身有腐蝕作用, 還會造成水體污染。探索一種無污染的環(huán)保型化渣劑是冶金工作者長期以來的難點之一。安鋼第二煉鋼廠于2007年7月份轉(zhuǎn)爐使用鋁礬土替代螢石化渣進(jìn)行了工業(yè)性試驗, 取得了良好效果。

1 試驗條件

1.1 鋁礬土化學(xué)成分

鋁礬土主要成分是AL2O3、SiO2、Fe2O3, 其理化指標(biāo)見表1:

1.2 試驗條件

加入方式:試驗中鋁礬土隨散裝料從高位料倉加入爐內(nèi)。轉(zhuǎn)爐冶煉按正常工藝控制, 試驗期間鐵水成分及轉(zhuǎn)爐工藝參數(shù)見表2、表3:

2 試驗方案

根據(jù)鐵水、廢鋼條件, 在不影響爐渣堿度基礎(chǔ)上, 鋁礬土加入量按2～5kg/t鋼控制, 在吹煉過程中分兩批加入, 第一批在吹煉至5min時加入, 約占總加入量的1/2～2/3, 余下在吹煉至7min時加入。盡量避免一次性大量加入。

3 螢石與鋁礬土化渣機(jī)理對比

3.1 螢石化渣機(jī)理

螢石的主要成分是CaF2。吹煉至中期時, 熔池溫度上升, C—O反應(yīng)激烈, 爐渣中 (FeO) 和 (MnO) 被大量消耗, 隨著石灰進(jìn)一步渣化, 形成大量高熔點的2CaO·SiO2, 導(dǎo)致爐渣粘稠, 出現(xiàn)“返干”現(xiàn)象。爐渣一旦發(fā)生“返干”, 會導(dǎo)致氧槍粘鋼、金屬噴濺, 爐渣脫P(yáng)、脫S能力下降等一系列問題, 影響冶金效果。在爐渣出現(xiàn)“返干”時加入螢石, 其中的CaF2能夠降低爐渣熔點, 加速爐渣快速熔化。但控制不當(dāng)會造成劇烈噴濺, 而且會加劇對爐襯的侵蝕。

3.2 鋁礬土化渣機(jī)理

鋁礬土主要是以Al2O3·SiO2形式結(jié)合的礦物存在, 在950℃左右受熱分解為γ-Al2O3以及其他物質(zhì)。其中γ-Al2O3是一種表面疏松、多細(xì)孔結(jié)構(gòu)的比表面大的活性氧化鋁。SiO2具有一定的化渣作用。鋁礬土中另一個主要成分是Fe2O3, 具有很強(qiáng)的化渣能力, 并且增加了爐渣的氧化性。向爐渣中加入一定數(shù)量的鋁礬土后, 爐渣組成 (CaO) - (Al2O3) - (SiO2) 和 (CaO) - (SiO2) - (Fe2O3) 兩個主要的三元渣系。根據(jù)文獻(xiàn)[1]介紹, 在1500℃時,一個三元渣系中ω (CaO) 約55%, ω (SiO2) 38%, 當(dāng)ω (Al2O3) 5%～12%范圍, 爐渣粘度最低, 約0.3Pa·s, 此處三元渣系的熔點在1310℃～1400℃范圍。后一個三元渣系, 在保證與前者渣系的堿度不變, ω (TFe) 在15%～20%左右時爐渣熔點在1300℃～1400℃范圍。該處三元渣系的粘度在0.2～0.25Pa·s程度。

3.3 鋁礬土和螢石對爐渣的熔點的影響對比

螢石中的CaF2可使渣中 (CaO) 熔點降低, 最低可達(dá)1360℃, 而鋁礬土中的Al2O3可使?fàn)t渣中 (CaO) 熔點降低至1395℃, 不如螢石中CaF2降低熔點幅度大。但是, 鋁礬土中的 (Fe2O3) 對爐渣中 (CaO) 熔點降低幅度就大多了, 最低可降至1155℃～1205℃。比較而言, 鋁礬土對熔點降低作用更強(qiáng)。

4 試驗結(jié)果及分析

4.1 化渣效果

鋁礬土基本在吹煉至5min時開始加入, 此時爐內(nèi)C—O反應(yīng)激烈, 爐口火焰強(qiáng)勁有力, 爐口有渣片飛出, 表明爐渣出現(xiàn)返干跡象。加入鋁礬土后約20s～30s可以明顯緩解, 火焰重新變得柔和、穩(wěn)定, 倒?fàn)t后爐渣泡沫化和流動性良好, 爐口和氧槍均無粘鋼現(xiàn)象, 表明化渣效果良好。

4.2 對轉(zhuǎn)爐脫P(yáng)、脫S能力的影響

使用鋁礬土化渣可以避免螢石中的CaF2對爐襯的嚴(yán)重侵蝕作用。在使用高壓氮氣濺渣時, 起渣迅速, 持續(xù)時間約1′30″～1′50″, 倒?fàn)t后爐壁上可見明顯濺渣層, 厚度約10mm～15mm, 與使用螢石化渣時濺渣效果相當(dāng)。

4.4 成本對比

使用鋁礬土化渣與螢石化渣時噸鋼成本對比見表6:

由表6可以看出, 在其他散裝料結(jié)構(gòu)不變的基礎(chǔ)上, 采用鋁礬土造渣比采用螢石造渣噸鋼成本可降低1.25元。

5 結(jié)論

通過對轉(zhuǎn)爐用新型化渣劑——鋁礬土化渣工藝的試驗研究及在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用實踐得出以下幾點結(jié)論:

1) 以鋁礬土作為助熔劑化渣, 可以替代螢石, 其化渣效果完全能夠滿足轉(zhuǎn)爐過程造渣的工藝需要;

2) 使用鋁礬土化渣, 改善了熔池反應(yīng)的動力學(xué)條件, 轉(zhuǎn)爐“三粘”事故減少, 爐渣脫磷、脫硫能力與使用螢石化渣時相當(dāng);

3) 使用鋁礬土化渣, 濺渣護(hù)爐效果與使用螢石化渣時效果相當(dāng);

4) 造渣劑噸鋼成本可降低1.25元, 以年產(chǎn)230萬t計算, 每年可節(jié)約288萬元。

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