论高炉用萤石洗炉

摘  要：本文根据作者过去从事生产的经验,结合省内外厂子的一些实践,论述了用萤石洗炉的原理,清洗炉墙、炉缸时萤石的不同装入方法、装入量及其计算方法,对萤石洗炉的生产操作也提出了合理的工艺制度。

关键词：洗炉 萤石 炉缸堆积 

引言

      在高炉生产过程中,由于各种原因,常会出现内型结厚或炉缸堆积,这时常需洗炉。省内各厂处理的办法大多用萤石洗炉,以韶钢为例,每年洗炉用萤石如表所列:

      据上表所列,平均每座255立米高炉每日用萤石5吨以上,这说明洗炉频繁,而且所用的量也是较大的,由于萤石洗炉作用强烈,常常因为洗炉方法不当,在洗炉的同时侵蚀了炉衬,许多高炉在炉缸烧穿的那一代炉役期中,都曾经常用萤石进行洗炉,广钢和韶钢近年都先后发生过炉缸烧穿,因此对用萤石洗炉应持慎重态度,不是非用萤石不可时,不宜随便使用。

    下面根据自己的实践经验,结合省内的实践,对高炉用萤石洗炉进行讨论。

一、萤石洗炉的原理

      用萤石洗炉,主要是利用萤石的氟化钙,能够和炉墙粘结物或炉缸堆积物生成低熔化合物,于是人为地制造一个环境,使萤石与清洗对象不断接触,不断生成低熔化合物而消除。

      我们知道,炉墙粘结物或炉缸堆积物的熔化温度是由它们的组成决定的,通常生成炉瘤或堆积物的纯氧化物具有较高的熔点如:

      但当这些氧化物相互化合之后,从二元系、三元系和四元系的相图都可以看到,其熔点降低,生产实践和实验(1）都表明,CaF2对降低炉渣的熔化性和粘度有显著的影响,从图一等熔化性曲线可以看出,尽管炉渣碱度(CaO/SiO2)高达1.5~3.0,由于含CaF2,其熔化性温度都是比较低的。

      由图二可以看出,在1400℃时所测范围的炉渣粘度都在5泊以下,这是由于加入萤石后生成CaO一CaF2型及CaO一CaF2一F2O型初渣,从矿物组成看,大量存在易熔的枪品石(3CaO·CaF2·2SiO2),CaF2及钙铁橄榄石组成的物质,它们在1250℃以上时,粘度都在5泊以下,有很好的流动性,高炉用萤石洗炉正是基于这一原理。

       具体地说,炉内需要清洗的物料,以韶钢二高炉84年所结的炉瘤为例:(下面所列是典型的三种类型)

      第1种类型瘤的成因是碱度升高熔点升高而粘凝凝结;

      第2种类型瘤成因是焦粉的渗入,使初渣失去流动性而粘结;

      第3种类型瘤成因是高FeO初渣遇到赤热的焦炭,产生直接还原大量吸热温度下降而凝结。

       当萤石按计划加入,在所安排的炉料负荷和控制的热制度条件下,如上所述,由于含CaF2炉渣的熔化性温度低,粘度小,流动性好,因此若与上述三种类型中任一种炉瘤或粘结物相遇时,立刻或降低高碱度瘤的熔化温度,或稀释高炭瘤粘稠度,或熔解高Feo瘤体,特别三者皆含钾钠的氧化物,只要一重新熔解,由于他们及高FeO本身就有改善流动性的功能,因而粘结物很快就被清除。(炉缸堆积物大多是高熔点的高碱度夹杂焦炭及石墨炭的混合物料也一样被清除)。这里的关键就是精心地安排的那个洗炉的“环境”,即下面所要论述的一系列的内容。

二、关于萤石洗炉时的装入方法

      清洗炉墙和炉缸萤石的加入方法是不同的,前者的加入是以掌握炉瘤的位置、性质为基础的,一般判断有以下几种方法:

     (1)通过探瘤孔探测或钻孔打洞探测确定大小;

     (2)通过热电偶温度或冷却器水温度变化的资料分析对比确定部位;

     (3)空料线直接观察;.

     (4)护喉CO2曲线的变化,探尺反应、炉况变化等综合判断。

      根据大量资料分析对炉瘤情况充分掌握之后,可以利用布料器将萤石加到炉瘤部位,但具体地在装入方式上有采用在每批正常料加入洗炉料,采取缓慢的逐渐消除的所谓分散装入法,其优点是有利于保护高炉砖衬,缺点则是炉况恢复的时间较长,但在及时发现或监测到炉型不洁或炉缸不畅的时候,采用此法是可取的。

      有些高炉操作人员则习惯集中装入,认为每批料加入一些太分散而且数量不大,常因称量误差而影响入炉的准确性,不如将几批洗炉料集中起来一次装入。这种几批集中装入法有其减少称量误羞的好的一面,但在集中装入时,有时会产生局部偏析,常常会损坏了炉衬。

       还有一种实践,就是开始先将几批分散的萤石料集中加入,然后采用隔批加入的方法,实践表明,开始时只作一次将分散加入的萤石料集中装入,只会强烈地洗刷粘结物或和堆积物发生猛烈反应而无余力侵蚀炉衬,在此基础上隔批装入,能使洗炉保持连续不断地进行,逐步地在不伤及内衬情况下达到恢复炉况的目的。

      如果洗炉缸也可以采用上述的装入方法但是要将萤石分布在高炉中心,使之在到达炉缸之前,远离炉墙,不要和炉墙接触,因为有些高炉炉衬皆使用耐火粘土砖、和黄石可按如下反应,既消耗了萤石,同时严重侵蚀炉衬:

2CaFe+SiO2=2CaO+SiF4

三、萤石加入量及其计算

      在高炉生产现场,总是由于内型不洁或炉缸堆积影响到正常生产时才进行洗炉的。所以采用洗炉措施的时候,总想快见效果,炉子早些恢复正常,因而加入量常常偏多。理论与实践表明,在加入方法对头,加入量不足,则会贻误时间,加入量过头除造成浪费外,最严重的后果就是损坏炉衬大大地降低一代炉龄,因此高炉用萤石洗炉时,正确的加入量就成为一个关键问题。

      由图二可见,在炉渣温度1400℃时,炉渣中的CaF2含量在5%左右时不同碱度的炉渣粘度分别为1.5, 2.6, 4.5泊,而炉渣能够从高炉顺利流出的粘度为20泊。所以有着足够的流动性,再增加其含量,已无意义。

      由图一又知,随CaF2含量增加,其熔化性温度降低,这就告诉我们,加入过量的萤石将导至:

     (1)由于炉渣熔化性温度低,在变成液滴进入炉缸之前吸热不足,因此易使炉缸温度低,热储量小,造成炉凉;

     (2)含高量CaF2炉渣熔化性温度低,流动性好,会严重地侵蚀砖衬。

根据图一、图二揭示的规律,给萤石洗炉加入量提供了理论根据。但是具体在清洗炉墙时,炉渣中的CaF2含量应小于5%,建议用2%,这是因为

     (1)清洗炉墙时萤石高度集中在结厚部位。

     (2)此时焦炭中的灰份(只能在炉缸中才能熔化)尚未能进入初渣中,因而实际在炉墙的物料中的CaF2含量远在2%以上,到达炉缸后,由于萤石洗炉的作用已过,CaF2含量过高只有害而无利。

      清洗炉缸为目的的终渣中CaF2含量则以上5%掌握为宜,在所安排的装入方法中,使其不接触炉墙而进入炉缸清洗堆积物,在炉缸温度下炉渣含5多CaFZ时流动性最好,清洗炉缸可以达到最大的效果。

      可用控制渣中MgO含量,计算白云石加入员的原理去计算洗炉时每批炉料的萤石加入量:

式中X:每批料加入的萤石量,公斤

P:矿批重量,公斤

TFe,矿石含铁量%。

Fe生,生铁中铁含量%

Q:渣量,单位吨渣/吨铁

N:洗炉时炉渣中CaF2的含量%,清洗炉墙取2%,洗炉缸取5%。

CaF2:萤石中CaF2含量%

利用上式,取N=5%~2%,以省内各钢铁厂为例,计算后如下表所列:

四、高炉洗炉时的合理的操作制度

     1、热制度的控制

     以清洗高炉内型为目的洗炉,为了给采用发展边沿的装料制度和熔化洗下来的粘结物打下炉温基础,这就决定了必须维持较正常炉温高的热制度。一般以较正常生产的生铁提高1一2个牌号为宜。

     低于此炉温则不足以创造洗炉的温度条件,过高则铁水流动性变坏,炉缸也不畅快,而炉温越高,以后往正常过渡的时间变长,影响了产量,如缩短过渡期炉温势必收得猛,往往又引起炉况不顺,影响洗炉效果。

     由于按提高1一2个牌号掌握炉温,焦炭负荷就可按各自的原燃料条件和原来的炉温基础而酌情减轻,很多实践统计表明,大致在原来负荷基础上减10一30%左右。如以清洗炉缸为目的,负荷用减10%的数值。

      2、炉渣碱度的计算和选择

      用含氟矿石冶炼时,CaF2进入了炉渣,现场的化验人员一律将炉渣中Ca分离子当作CaO中的Ca分离子,因而出现化验碱度比实际碱度高的假象,而常常导致操作人员作出不应作的调剂,因此有些书籍提出要用真碱度计算才能避免出现的假象,用萤石作洗炉剂时计算炉渣碳度时同样要采用真碱度:

式中

—炉渣真碱度

CaO—化验单中炉渣的Cao含量%

SiO2—炉渣中的SiO2%含量

F2-炉渣中的F2%含量

1.473—CaO分子量与F2分子量的比值

       由于一般洗炉时现场不分析F2,所以上式实际上无法使用,为了解决这个问题,我们提出使用下式计算炉渣碱度:

       式中:N—洗炉时拟在炉渣中保持的CaF2含量,和公式(1)中的N意义相同

      38,78,一F2,CaF2的分子量

      其它符号意义同前。

      洗炉时一般炉温较高,不怕生铁含硫出格,所以一般都适当降低炉渣碱度。另外,炉墙粘结物和炉缸堆积时常含高碱度物料,在萤石装入前插入几批酸料(不带熔剂料)常会提高洗炉效果而不会对规定的碱度出现影响。

      3、送风制度的使用

      在洗炉时风量和风温的使用应维持全风和保持正常的风温,轻负荷的炉料提供了使用和顺行的条件,大风能活跃整个炉缸,维持正常的风温有利于保持炉缸工作正常和渣铁流动性,配合起来有利于炉缸堆积的消除和熔化清洗下来的粘结物,有些操作人员在洗炉开始时采用慢风和降低风温,许多实践表明,这样作效果并不好,并徒然人为地引起炉况变化和增加其复杂性。

五、结论

      1、萤石洗炉是高炉处理内型失常和炉缸堆积的一个有力手段,当洗炉方法不正确时,往往损坏了炉衬,降低高炉的寿命,所以必须慎重进行。

      2、萤石的加入方法和加入量是洗炉中最重要的环节,清洗炉墙或炉缸时萤石的装入方法和装入量都不相同,文中提出了两者的装人方法和装入量,利用文中的公式(1),可计算出萤石的加入量。

     3、洗炉的操作制度是影响洗炉效果的关键,文中根据长期的实践、比较归纳提出了萤石洗炉的操作工艺制度,公式(3)的提出可解决洗炉时计算炉渣碱度的困难。

参考文献

（1）范显玉:中国炼铁三十年,1981年冶金工业出版社394页及398页。

（2）何作法等:《韶钢科技》1984年第3期4页。

（3）贺友多主编炼铁学土册1980年冶金工业出版社312页