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技术信息
技术名称: 低硅高炉锰铁冶炼实践
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详细介绍

高炉冶炼低硅锰铁是高炉锰铁生产的一项重要技术进步。本文就这一技术,从理论和实践两方面进行了阐述。
        还原机理。据近年有关研究,高炉内硅的还原是按照SiO2→SiO→Si的顺序逐级进行的。高炉中硅还原进入生铁的过程主要是在滴落带进行,并以SiO气体为中介还原转入铁水中,其还原机理可综合为如下反应:
        (SiO2)+C=SiO+CO               (1)
        SiO+[C]=[Si]+CO               (2)
        [Si]+2(MnO)=2[Mn]+SiO2            (3)
        [Si]+2(FeO)=2[Fe]+(SiO2)           (4)
        风口前焦炭燃烧后释放出的灰分中的SiO2虽进入炉渣,但基本上呈自由状态,活度大,与焦炭接触良好,所以反应(1)容易进行,使(SiO2)极易转变为气态SiO。气态SiO在滴落带挥发上升过程中与下降的铁水接触,被铁水中的[C]还原而进入生铁。因此,在风口高温区和滴落带,反应式(1)、(2)的热力学条件和动力学条件都是有利的,即在风口平面上是增硅的过程。风口平面以下则由于反应式(3)、(4)的进行而使已还原进入生铁的[Si]发生再氧化而呈现降硅过程。这一系列还原过程已为国内外高炉解剖及生产实践所证实。
        由于锰铁高炉炉渣中(MnO)含量比(FeO)含量高得多,显然(MnO)的再氧化脱Si作用要比(FeO)大,这一点是与生铁高炉显著不同的。
        原燃料条件稳定
        精料是高炉冶炼的物质基础,锰铁含硅量的高低与精料水平密切相关。这是因为锰铁高炉一般容积较小(平均容积≤100m3,最大容积≤400m3),热贮备少,低硅操作时炉缸热量更为紧张,对外界条件变化极其敏感,炉缸工作易波动而造成失常。若使用成分波动大的原燃料,高炉操作炉冷风险大。为了防止炉冷,操作者往往被迫采用低风温轻负荷,留有较大余地以备不测,但锰铁含硅量难以降低。
        操作管理水平高
        冶炼低硅高炉锰铁使炉缸热贮备长期处于炉况所允许的热临界状态下,经受不起炉况的剧烈波动。一旦顺行遭到破坏,需要炉缸在短期内付出巨额热量支出,势必带来诸如炉冷、炉缸冻结、连续性质量事故等严重后果。而且,处于重焦炭负荷低硅操作下的高炉,一旦顺行遭到破坏,由于其惯性较大,需要热补偿多,要恢复到正常顺行的稳定状态,必须要付出比轻焦炭负荷较高含硅量操作更大的代价。显然,操作管理水平低,失误多,也难以冶炼低硅锰铁。
        设备管理良好
        “工欲善其事,必先利其器”。欲冶炼低硅高炉锰铁,设备管理良好是又一重要先决条件。试想若设备故障频繁,无计划休风次数多,时间长,则连正常生产都保不住,更勿论冶炼低硅锰铁。
        根据国内外冶炼低硅生铁的先进经验,高炉降硅主要有两种途径:
        低燃料比操作  即提高理论燃烧温度和煤气利用率,减少炉体散热损失,从而增加焦炭负荷(热流比增加),降低滴落带高度(减少反应时间),进而减少气态SiO向铁水转移。
        高燃料比操作  即降低焦炭负荷,提高煤气利用率,以减少炉体散热损失从而降低理论燃烧温度(降低滴落带温度),减少气态SiO的发生量,进而减少Si向铁水中转移。
        根据我国国情,显然我们应采取低燃料比操作的降硅方针。我公司从1960年开始生产高炉锰铁。60年代末,为了节能降耗,满足用户要求,开始尝试降低锰铁含硅量,冶炼低硅高炉锰铁。近40年来,冶炼低硅高炉锰铁既有成功的经验,也有失败的教训。
        冶炼低硅锰铁工艺措施
        总结低硅高炉锰铁生产实践,在满足上述三项基本条件的前提下,还应辅之以相应工艺措施。
        采用高碱度高MgO烧结锰矿,提高熟料比  采用较高比例的高碱度高MgO烧结锰矿有利于提高焦炭负荷,降低焦比,使热流比增加,成渣带变薄,降低了软熔带位置,缩短了滴落带区间。据我公司统计数据,若烧结锰矿R2每提高0.1,锰铁含[Si]则下降0.05%~0.1%。若烧结锰矿R3每增加0.1,则锰铁含[Si]相应下降0.05%~0.08%。若熟料比每提高10%,锰铁含[Si]则减少0.10%~0.15%。
        减少入炉SiO2量  焦炭灰分和熔剂中的SiO2大多以自由态存在,活度高。焦炭灰分中的自由SiO2是气态SiO的主要来源。使用高品位低SiO2锰矿和低灰分焦炭,减少原燃料带入的自由SiO2,降低其活度,有利于降低焦比。
        选择合理造渣制度  根据高炉内锰还原特点,适当提高炉渣碱度和渣中MgO含量,选择高碱度高MgO难熔渣系,可使更多的CaO、MgO与自由SiO2结合而降低SiO2的活度,抑制SiO2还原并改善炉渣流动性。我公司锰铁高炉造渣制度一般是:R21.50±0.05、R31.80±0.05、(MnO)≤5%。实践证明,用三元碱度控制锰铁含硅量的效果更佳。据我公司统计数据,炉渣R2每提高0.1,锰铁[Si]含量下降0.05%~0.1%。炉渣R3每提高0.1,锰铁[Si]含量下降0.08%~0.15%。
        冶炼高牌号锰铁  据日本住友金属公司和歌山钢铁厂经验,提高生铁[Mn]含量,可使铁水中Si的活度升高,从而减少Si向铁水中的转移量。若生铁中[Mn]含量每上升0.1%,则生铁[Si]含量相应下降0.02%。如果锰铁高炉渣中(MnO)含量较高,则能提高炉渣氧位,在炉缸中发生SiO+(MnO)=(SiO2)+[Mn]反应,从而导致锰铁[Si]含量下降,[Mn]含量上升。据我公司统计数据,锰铁[Mn]含量每上升1%,锰铁[Si]含量则下降0.13%。
        适当富氧  富氧能改善高炉内热量分布,缓和锰铁高炉特有的“上热下凉”矛盾,促进高炉强化冶炼进程,降低入炉焦比,提高利用系数,从而降低锰铁含硅量。据统计,富氧率每上升1%,可增加产量6.33%-6.51%,焦比下降2.78%-2.88%,锰回收率提高1%-2%。
        提高入炉风温  提高风温可增加热流比,降低软熔带高度和吨铁热耗,减少(SiO2)和气态SiO与铁滴及焦炭的接触时间和空间,可抑制[Si]生成量。杭钢冶炼低硅生铁的经验是:风温每提高100℃,生铁[Si]含量可降低0.07%~0.09%。在采用高碱度渣操作时,提高风温的降硅效果更佳。据此推断,锰铁高炉采用高风温的降硅效果好于生铁高炉。
       提高炉内PCO  由反应SiO2+2[C]=[Si]+2CO知,若提高炉内PCO,可抑制[Si]的还原。PCO与炉内总压和煤气中CO浓度有关。因锰铁高炉煤气中CO浓度高,是冶炼低硅锰铁的一个有利因素。因此,保持全风操作,减少临时性减风降压,有利于降低锰铁含硅量。
       提高煤气利用率,减少炉体散热损失  高炉合理的煤气分布通常应符合三条原则:1)有利于高炉稳定顺行;2)有利于改善煤气利用率,以获得低燃料比;3)有利于维护合理炉型,延长高炉寿命。
        国内外先进高炉无一例外均采用“中心发展型”煤气分布。首钢采用“分装大批重,重边缘,高风速,高喷吹重负荷,实现中心开放型煤气流”。马钢的经验是“吹透中心,加重边缘”,都获得了生铁含硅量降低,增产节焦的好效果。实践证明,和生铁高炉类似,锰铁高炉合理煤气曲线应是“中心开放型”。这种煤气分布使炉缸生成的煤气优先集中于炉缸中心,炉缸工作均匀活跃,料柱疏松,炉内压差降低,形成位置较低的倒V型软熔带,对外部条件变化的适应能力强,有利于稳定炉况。同时使边缘气流减弱,炉墙热负荷及温度下降,炉体散热损失减少,有利于改善煤气利用率和延长高炉寿命,易于获得低硅锰铁。
        获得“中心开放型”煤气分布曲线的一个重要措施是采用类似法国SFPO锰铁公司的“上大下小,较高炉喉”高炉内型,以便充分利用煤气热量预热炉料,降低煤气流速,适当延长冶炼周期,增强中心气流,加重边缘,提高煤气利用率。据日本新日铁数据,炉内煤气流速每加快1m/s,焦比将增加约30kg/t铁。阳泉铁合金厂经验是高炉能否获得“中心开放型”煤气曲线,入炉焦比相差200kg/t锰铁,因而视之为“生命线”。
        推行标准化操作,提高炉温控制技术  高炉冶炼低硅锰铁的最大威胁是炉冷风险。由于炉缸热贮备处于炉况允许的最经济水平,精心操作稳定炉温,减少漏水、崩料、低料线等恶性炉况,提高炉温控制技术水平显得尤为重要。炉温稳定的重要标志是获得最小的锰铁含硅标准偏差值。即含硅标准偏差值愈小,则炉温愈稳定,允许的平均含硅量下限愈低。
        冶炼低硅高炉锰铁的经济优势
        节焦  硅是高炉内难还原元素之一。由SiO2中直接还原1kgSi所需热量相当于从FeO中直接还原1kgFe的8倍,是从MnO中直接还原1kgMn的4倍。据统计,锰铁含硅量每增加0.1%,相应的入炉焦比增加13kg/t-20kg/t。
        节矿  锰矿是比铁矿经济价值更高、更为稀缺的宝贵矿产资源。冶炼低硅高炉锰铁有利于减少锰的高温挥发损失。同时,由于焦比降低,渣量减少,炉渣锰损失也相应下降。这些都有利于降低锰矿消耗。据统计数据,锰铁含硅量每增加0.1%,锰金属回收率则下降0.4%-0.5%。
        增产  冶炼低硅高炉锰铁时,由于焦比降低,锰金属回收率提高,因而锰铁产量可相应增加。据统计,锰铁含硅量每增加0.1%,相应的高炉利用系数则降低0.04-0.06t/m3•d。
        优质  冶炼低硅高炉锰铁时,由于锰铁含硅平均水平下降,高硅废品将减少,有利于提高锰铁合格率。据统计数据,锰铁含硅量每上升0.1%,相应的锰铁合格率将下降0.08%-0.12%。
        采用低硅锰铁冶炼技术有利于改善技术经济指标,促进工艺完善和设备配套,提高企业综合素质、管理水平和经济效益,是生产高炉锰铁企业求生存和发展的技术手段,也是盈利企业增加技术贮备,促进发展后劲的有用工具。为此,各企业宜根据现有条件合理确定锰铁含硅下限,努力降低含硅标准偏差,促进低硅锰铁冶炼技术的推广和应用。


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