D0I:10.13374/j.issm1001-053x.2000.01.028 第22卷第1期 北京科技大学学报 Vol.22 No.1 2000年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2000 高温下高炉渣与碳的还原 吴 铿 陈春元 刘兴慧 姚克虎 杜春荣 北京科技大学治金学院，北京100083 摘要在高温条件下合成和实际高炉渣与碳的还原过程中，SO2在2123K以上全部被碳还 原，Mg0在2173K以上可全部被还原，而A1,O,即使在2273K只被还原63%.合成高炉渣在 碱度不变时，增加MgO含量，可使渣中还原SiO,生成的SiC增加和SiO减少.随着温度升高和 与碳混合均匀，实际高炉渣中氧化物的还原和反应后渣中A1O,的含量都增加，而生成SC的 量减少：渣中MgO的含量明显降低，在较高的温度下渣中MgO全部被还原. 关键词高炉渣：合成渣：碳还原：高温 分类号TF524 SO2在高温下被碳还原的行为对不同的炼 炉的功率为30kW,碳管内径为60mm,长度为 铁工艺都产生重要的影响-).在熔融气化炉和 500mm,其恒温带长约110mm,±10℃.控温仪 全富氧高炉采用全氧的流程中，风口前的理论 为JWT-702型控温仪，钨铼热电偶测温，温度误 燃烧温度因富氧而大大升高，$O,被还原后形 差1%，总的控温精度为±15℃.石墨坩埚是在 成的气态SO,一部分被排出炉外.与此类似， 直径为40mm和高为100mm石墨上均匀钻成 高炉进行高富氧大喷煤和熔融气化法煤造气 3个直径为15mm和深为80mm的孔，在每孔 时，因风口前的温度大幅度地升高，灰分中的 内放入合成渣.在碳管炉内上下各安装1个钨 SiO2被还原，形成的SiO又可能被排出到炉外， 铼热电偶，下面的热电偶作为控温，而上面的热 使得硅负荷在炉内下部大量减少，这将给冶炼 电偶是作为测温的.在试验时炉内管通入氩气 过程带来一些不利的影响.对熔渣来讲，由于低 进行保护.炉口用炉盖封上，炉盖上有排气管. 硅冶炼CaO和AlO,的含量会大幅度上升，使 试验过程是，首先在石墨坩埚各孔中放入 熔渣粘度升高和流动性变差，导致熔渣不易排 按不同成分配好的试剂，试剂在入炉前烘干.采 出. 用容许电流升温至1673K恒温2min,而后采 在··些新的炼铁工艺中增加了纯氧的使 用最大容许电流快速达到试验的温度，恒温 用，使理论燃烧温度增加许多，但因在较高温度 12min.关电降温，降温过程一直通入保护气 试验的难度较大，有关这方面的研究报道较少， 体.试验冷却后将渣样取出，称重，并对渣样进 本文在实验室条件下，测定了合成和实际高炉 行化学成分分析和X射线衍射分析.每个试验 渣在.2123-2273K时和碳反应.对还原后的试 点进行3次取其平均值作为最后的结果. 样进行化学分析和X射线的衍射分析，讨论了 试验所用纯氧化物和合成渣均为分析纯试 不同因素对渣中SO2还原后生成产物的影响， 剂，所用的单元渣的成分w/%:Mg076.9,碳粉 为深入地了解不同炼铁流程中SO2在较高的温 23.1;Si0283.3,碳粉16.7：Al073.6,碳粉26.4.合 度下被碳还原的行为提供基础数据. 成渣样各组元的成分和加入的碳粉量如表1所 1试验设备和过程 示， 试验所用高炉渣为鞍钢九高炉生产制钢生 试验是在高温碳管炉中进行的，碳管电阻 铁的实际炉渣，其化学成分如表2所示.10g高 炉渣配2g碳粉，高炉渣一种是小于149m的 1999-10-29收稿吴铿男.48岁，副教授，博士 粉渣，另一种是2mm左右的粒渣. *国家自然科学基金资助课题No.59974002) 国家教委回国留学人员资助项目No.95-135)
第 2 2 卷 第 1 期 2 0 0 0 年 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 JO u r n a l o f U n i v e r si yt o f S e i e n e e a n d eT e h n o l o yg B e ij i n g M , L2 2 N o . 1 F e b . 2 0 0 0 高温 下 高炉 渣 与碳 的还 原 吴 铿 陈春元 刘 兴 慧 姚克 虎 杜春 荣 北 京科 技大 学冶金 学 院 , 北京 1 0 0 0 8 3 摘 要 在 高温 条件 下合 成和 实 际高炉 渣 与碳 的还原 过程 中 , 51 0 2 在 2 12 3 K 以上全 部被碳 还 原 , M g O 在 2 1 73 K 以 上可 全 部被还 原 , 而 1A 2O , 即使 在 2 2 7 3 K 只被 还原 63 % , 合成 高炉渣 在 碱 度不 变 时 , 增加 M g O 含量 , 可使 渣 中还原 5 10 2 生成 的 S CI 增加 和 51 0 减 少 . 随着 温度 升 高和 与 碳混 合 均匀 , 实际 高炉渣 中氧 化 物 的还 原和 反应 后渣 中 1A 2 O 。 的含 量都 增加 , 而生 成 S CI 的 量 减 少 ; 渣 中 M g O 的含量 明显 降低 , 在较 高 的温度 下渣 中 M g O 全 部被还 原 . 关键 词 高炉 渣 ; 合 成渣 ; 碳还 原 ; 高温 分 类号 T F 5 24 51 0 2 在高温下 被碳还原 的行 为对不 同 的炼 铁工 艺 都产生 重 要 的影 响 〔1一3] . 在 熔 融气化炉 和 全 富氧高炉采用 全氧 的流 程中 , 风 口 前 的理论 燃烧温 度 因 富氧 而 大大 升 高 , 5 10 2 被还原 后 形 成 的 气态 5 10 , 一 部分被 排 出炉 外 . 与此 类似 , 高炉进 行 高 富氧 大 喷煤 和 熔 融 气化 法煤 造 气 时 , 因风 口 前 的温度 大 幅度地 升 高 , 灰分 中 的 51 0 2 被还 原 , 形成 的 5 10 又可 能被排 出到 炉外 , 使得硅 负荷 在炉 内下 部大量减 少 , 这将 给冶炼 过 程带来一 些不利 的影响 . 对熔渣 来讲 , 由于 低 硅冶炼 C a O 和 1A 2 O 3 的含 量会大 幅度上升 , 使 熔渣粘 度升 高和 流动 性变差 , 导 致熔 渣不 易排 出 . 在 一 些 新 的 炼 铁 工 艺 中增 加 了 纯氧 的 使 用 , 使理 论燃烧温度增 加 许 多 . 但 因在较高温度 试验 的难度 较大 , 有 关 这方面 的研究报道 较少 . 本文 在实验 室 条件下 , 测 定 了合成和 实际 高炉 渣在 2 12 3一 2 2 7 3 K 时 和 碳 反应 . 对还原 后 的 试 样进行化 学分析和 X 射线 的 衍射分 析 , 讨论 了 不 同 因素对 渣 中 5 10 2 还 原后 生 成产物 的影响 , 为深入地 了解不 同炼铁流程中 51 0 : 在较 高的温 度下 被碳 还原 的行 为 提供基础 数据 , 1 试 验设备 和 过 程 试验 是 在 高温 碳管炉 中进 行的 , 碳管 电 阻 1 9 9 9 一 10 一 2 9 收稿 吴 铿 男 , 48 岁 , 副教 授 , 博士 * 国家 自然科 学基 金资助 课题 (N 0 . 5 99 7 4 0 0 2) 国家 教委 回国留 学人 员资助 项 目 困 0 . 95 一 13 5) 炉 的功 率为 3 Ok W , 碳 管 内径为 60 ~ , 长度 为 5 0 O m m , 其恒温 带长约 1 1 0 m m , 土 10 aC . 控温仪 为 JW T 一 7 0 2 型 控温仪 , 钨徕热 电偶测温 , 温度误 差 1 % , 总 的控温 精度为士 15 ℃ . 石墨 增祸 是在 直径 为 40 m ll l 和 高为 1 0 In ln 石墨 上均匀 钻 成 3 个直径 为 巧 ~ 和 深为 80 m m 的孔 , 在每孔 内放 入合成渣 . 在 碳 管炉 内上下 各安装 1 个 钨 徕热 电偶 , 下 面 的热 电偶作为控温 , 而 上面 的热 电偶是作 为测温 的 . 在 试验时 炉 内管通 入氢气 进行保护 . 炉 口 用炉盖 封 上 , 炉盖 上有排气 管 . 试验过程 是 , 首先在石 墨 增祸 各孔 中放入 按 不 同成分配好的试剂 , 试剂在入炉 前烘干 . 采 用 容许 电 流 升 温至 1 6 73 K 恒温 Z m in , 而后 采 用 最大 容许 电 流快 速达 到 试验 的温 度 , 恒 温 12 m in . 关 电降温 , 降温过程 一 直通入 保护 气 体 . 试验冷 却 后 将渣样取 出 , 称 重 , 并对渣样进 行化 学 成分分析 和 X 射 线衍射分析 . 每个试验 点进 行 3 次取 其 平 均值作为 最 后 的 结果 . 试 验所用 纯氧化物和 合成渣均 为分 析纯试 剂 , 所用 的单 元渣 的成 分 w /% : M g o 76 . 9 , 碳粉 2 3 . 1 ; 5 10 2 8 3 . 3 ,碳粉 1 6 . 7 ; A 1 2 0 3 7 3 . 6 ,碳粉 2 6 . 4 . 合 成渣 样各组元 的成分 和 加 入 的碳粉量 如表 1 所 不 . 试验所用高炉渣为鞍钢 九 高炉生 产制钢 生 铁 的 实际 炉 渣 , 其化学成 分如 表 2 所示 , 10 9 高 炉渣配 2 9 碳粉 , 高炉渣 一种是 小于 14 9 娜 的 粉渣 , 另一种是 Z m m 左右 的粒渣 . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2000. 01. 028
Vol.22 No.1 吴铿等：高温下高炉渣与碳的还原 13 表1合成高炉渣和碳的组成 Table 1 The composition of synthetic slags and carbon w0% Wwu / ws0./% WALD./%0 W碳标/% PCaorMgDyso, 31.9 4.6 31.9 13.7 18.0 1.14 30.5 6.0 31.9 13.7 18.0 1.14 27.5 9.0 31.9 13.7 18.0 1.14 24.0 12.5 31.9 13.7 18.0 1.14 表2实际高炉渣的组成 Table 2 The composition of the practice blast furnace slag Wewo/% Wro Wso.% WAIO./ W其包% iCOMOuso. 41.22 4.49 38.50 10.49 5.3 1.19 2试验结果和讨论 和A1.O,的交点在2273K0,由于反应气体产物 随着炉内热气体不断地被排出，使A1O,在 图1为纯物质在反应后还原率和温度的关 2123K温度下也能够与碳发生还原反应. 系图.从图1可见，在本试验条件下纯SiO2在 表3给出了在2223K和Mg0含量的变化 2123K的温度以上可被碳完全还原，纯MgO 条件下，渣样失重率和试验后渣样化学成分分 要在2173K温度以上.SiO,和Mg0都是等摩 析的结果.由于在渣样中含有碳，表3中给出的 尔配碳，SiO2在被还原都形成了SiO气体.在高 成分是将渣样中的碳含量除去后重新计算的结 温反应时，随炉内排出的气体中有许多白色的 果.从分析结果可见，在2223K,渣中的SiO2和 细小颗粒，这是被还原的SO和Mg冷凝后的 MgO也都可以被还原.随着MgO的增加，渣样 产物.高温炉反应冷却后，在炉内管壁上附着许 的失重率也增加.这是因为在较高温度下，渣中 多这种白色细小颗粒.纯Al,O,在高温条件下也 的MgO可以全部被还原. 与碳进行反应，产生一些气态的铝氧化物，随炉 图2是2号样反应后渣样的X-射线衍射 内的气体排出，但还原率在2273K也不超过 分析的结果.从图2可见，反应后渣中的产物是 63%,在2123K还原率仅为15.6%左右，在 SiC,3Ca0·A0,1.8Ca0·Al,0和碳.依据表3 2223K后还原率变化趋于平稳.在氧势图上C0 的结果通过计算可以得到SiO2被还原后形成 100 SiC 80 ● 60 CaAlO 解 40 一-Si0, 照 20 --Mg0 -4Al0 21002150 2200 2250 2300 T/K 1525 35 4555 65 75 图1氧化物被碳还原率与温度的关系 201() Fig.1 The relationship between reduction rate of oxides 图2合成熔渣还原后的X射线衍射图 with carbon and temperature Fig.2 X-ray diffraction pattern of the reduced synthetic slag 表3合成渣样失重率和试验后成分 Table 3 The rate of lose weight and composition of reduced synthetic slags 序号 原渣质量mg失重率/% Wcw/% WALO/% Wsc/o Wwgo/%o W/% 1 8.78 55.7 32.36 26.61 32.84 0 8.19 2 8.62 56.6 31.56 28.31 33.90 0 6.23 3 8.51 57.0 32.78 29.60 35.20 0 3.42 8.12 60.1 27.96 28.59 38.30 0 5.15
V b l 一 2 2 N o . 1 吴 铿等 : 高温 下高 炉渣 与碳 的还 原 表 1 合成 高炉 渣和 碳 的组成 Ta b l e 1 T h e e o m P o s it oi n o f sy n th e t i e s l a g s a n d e a r b o n w c a o O/ w M : 。 %/ w osi o/ w A、 2 0 】 Oo/ w 碳 粉 %/ 3 1 . 9 4石 3 1 . 9 13 7 1 8 _ 0 1 _ 1 4 3 ] . 9 3 1 . 9 l3 l 3 1 8 . 0 1 8 . 0 l 4 l 4 l 4 .从126 .005 仁气J ù n … 0 7 才 4 气j , ù`, 表 2 实际 高炉 渣的组 成 aT b l e 2 T h e c o m P o s it i o n o f t h e P r a e ti c e b l a s t fu r n a c e s l a g w e a o /% w M四 /% ws 。 , %/ w ^ 10 3 /% r ( e a o 十 州 E。 )j 5 10 、 4 1 . 2 2 4 . 4 9 3 8 . 5 0 1 0 . 4 9 5 3 1 . 1 9 2 试验结 果 和 讨 论 图 1 为纯物 质在反 应后 还原率和 温 度的关 系 图 . 从 图 1 可见 , 在本试 验条件下 纯 51 0 2 在 2 12 3 K 的 温度 以上可被碳 完全还 原 , 纯 M g O 要 在 2 17 3 K 温度 以上 . 51 0 2 和 M g O 都 是 等摩 尔配碳 , 51 0 : 在被 还原都形 成 了 51 0 气 体 . 在高 温 反 应时 , 随炉 内排 出 的气体 中有许 多 白色 的 细 小颗 粒 , 这是 被还原 的 5 10 和 M g 冷凝 后 的 产 物 . 高温 炉 反 应冷却 后 , 在炉 内管壁上 附着许 多这种 白色细 小颗粒 . 纯 A 1 2 0 3 在高温条件下 也 与碳进行 反应 , 产生 一些气 态 的铝氧化物 , 随炉 内的气体排 出 , 但还 原率在 2 2 73 K 也 不 超过 63 % , 在 2 123 K 还原率 仅为 巧.6 % 左右 , 在 2 2 2 3 K 后 还原率变化趋 于平稳 . 在氧势 图上 C O 和 A 1 2 O , 的交 点 在 2 2 7 3 K 14] , 由于 反应 气 体产物 随 着 炉 内热 气 体 不 断 地 被 排 出 , 使 A 1 2 Q 。 在 2 12 3 K 温度下 也 能够与碳 发生 还原反 应 . 表 3 给 出 了在 2 2 2 3 K 和 M g O 含量 的变化 条件 下 , 渣 样失重 率和 试验后 渣样 化学成分分 析 的结果 . 由于 在渣样 中含有碳 , 表 3 中给 出 的 成分是将渣样 中的碳含 量除去 后 重新计算 的结 果 . 从分 析结果 可 见 , 在 2 2 2 3 K , 渣 中的 S刃 2 和 M g o 也 都可 以被还 原 . 随 着 M g O 的增加 , 渣样 的失重 率也 增加 . 这是 因为 在较高温度下 , 渣 中 的 M g o 可 以全 部被还 原 . 图 2 是 2 号样 反 应后 渣样 的 X 一 射线衍射 分 析的结果 . 从 图 2 可 见 , 反应后 渣 中的产物是 S IC , 3 C a O · A 1 2 O 3 , 1 . 8 C a O · A 1 2 O 3 和 碳 . 依据表 3 的结 果 通 过计 算可 以得到 51 0 2 被还 原后 形 成 1 0。 } :一一一 ’ 8 0 t 0 S I C △ C氏 A 1 2 0 ` . C 减 C a 】: A 1 2 O 4 : 铡 燃 6 0 呀月 罗 2 哥鸳旧\ - 山尸 - A 1 2 O 3 O L 一一一 ~ 一— 一 一一 2 1 0 0 2 1 5 0 2 2 0 0 2 2 5 0 2 3 0 0 T / K 图 1 氧化 物 被碳 还原 率 与温度 的 关系 F i g · 1 T h e r e l a it o n s h i P b e wt e e n er d u e t i o n r a t e o f o石 d e s w it h e a r b o n a n d t e m P e r a t u r e 助次习 , 1 5 2 5 2 0 /( o ) 图 2 合成 熔渣 还原 后 的 X 射 线衍射 图 F i g · Z X 一 r a y d i fr a e ti o n P a t t e r n o f t h e r e d u e e d sy n t h e t i c s l a g 表 3 合成 渣样 失重 率和 试验 后成 分 aT b l e 3 T h e r a t e o f fo s e w e i g h t a n d e o m P o s it iO n o f r e d u c e d s y n t h e t i e s l a g s 序 号 原渣 质 量m /g 失重率 /% w e a。 /% w lA oz/ % w is 夕% w M 酥 oJ/ w 其 他 /% 8 . 5 1 8 . 1 2 8 . 1 9 6 . 2 3 3 . 4 2 5 . 1 5 0 八CU J 件nU 只0 ùn,2 气、1 . … , ō内八Jj `,J ù,内j亡é1QO 60 , . . … ù、 é成U, 诊 0 一、 ù亡飞咬J6 口勺ùO 7 `U
14。 北京科技大学学报 2000年第1期 SO和SiC比例，图3给出了在三元碱度不变 wAo/(wco+wAo,+wsc+wMO)随温度的变化，从图4 条件下，随MgO量的增加生成SiO和SiC的示 可见，随着温度升高被还原后渣中A1,O,的含量 意图.由图3可见，随MgO含量的增加还原生 在逐步升高：细小渣粉粒比颗粒r值要高，在同 成SiO的量略有较少，而SiC的含量略有增加. 一温度下，反应的失重率和还原后渣中A1O,的 表4给出了实际高炉渣在不同温度下的失 比率都高，而SC的比率却下降， 重率和还原后熔渣成分分析.从表4可见，随着 图5为表4中序号3试验后渣样的X-射线 温度的升高，2种渣样的失重率在逐步增加，渣 衍射分析结果，与图2中衍射分析得到的物质 中的氧化镁的含量逐渐较少，在温度达到2273 组成完全相同.衍射图的背底略有些高，使一些 K时实际渣中都没有MgO存在.而温度的变 峰值确定不了为何物质.同样由化学分析结果 化，对反应后渣中由SiO2还原生成SiC量的影 可见，也存在一些未确定的物质.这些物质可能 响不大 是在过高的温度下形成的、较为少见的物质.由 图4给出了反应后渣中AlO的比率r(r= 表4可见，当渣中Mg0含量增加时，生成SiC 和失重率都有所提高.通过计算可以得到随 80 SiC MgO增加SiO2还原后生成SiC的比例增加.这 是因为当MgO还原增加后，气相中Mg的分压 60 增加，使SO的分压减少，这样有利于在碳过剩 40 的情况下硅进一步被还原和生成SC. 一 从高炉合成渣的试验结果看，在碳过剩和 0 碱度一定条件下，增加MgO的含量可以使还原 4 6 81012 14 WMgo/9 的SiO2生成SiO气体的量减少，而使产生的SiC 图3合成渣中Mg0含量对生成SiC和SiO的影响 量增加.前面已经讨论过，高温条件下生成SC Fig.3 Influence of MgOcontent in the synthetic slag on formation of SiC and SiO a. 35 粉渣 殿 30 粒渣 25 20 21002150220022502300 15253545556575 2) TK 图4温度对还原后渣中A,O,比率的影响 图5实际高炉渣还原后的X-射线衍射图 Fig.4 Influence of temperature on Al.O,content in the re- Fig.5 X-ray diffraction pattern of the reduced practice duced practice blash furnace slag blast furnace slag 表4实际高炉渣失重率和试验后成分 Table 4 The rate of lose weight and composition of reduced practice blast furnace slag 序号 T/K 粒度/mm失重率/% Wcan/0 WA0/% Wsic/%o Wugo/90 W装他/% 1 2123 149×10-3 63.8 41.65 24.87 15.87 7.69 9.92 2173 149×10-3 65.0 43.59 26.45 15.45 2.98 11.53 3 2223 149×10-3 66.1 45.72 27.03 14.83 微量 12.42 2273 149×10- 66.9 46.23 28.29 15.33 0 10.15 2123 2 53.9 40.94 21.68 20.28 8.16 8.94 6 2173 3 55.2 42.88 22.88 21.35 3.35 9.54 2223 2 56.8 43.50 23.53 22.86 微量 10.11 2273 2 57.6 44.02 24.07 20.88 0 11.03
. 1 4 . 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 0 年 第 l 期 51 0 和 SI C 比 例 , 图 3 给 出 了在三元 碱度不 变 条件下 , 随 M g o 量 的增加 生 成 5 10 和 is C 的示 意图 . 由 图 3 可 见 , 随 M g O 含量 的增 加还原生 成 51 0 的量略有 较少 ,而 is C 的含量 略有增加 , 表 4 给 出 了实 际 高炉 渣在不 同温 度下 的失 重 率和 还原 后 熔渣成 分 分析 . 从表 4 可见 , 随着 温度 的升高 , 2 种渣样 的 失重率在逐 步增 加 , 渣 中的氧 化镁 的含量 逐渐 较少 , 在温度 达到 2 2 7 3 K 时 实际 渣 中都 没有 M g o 存在 . 而温度 的变 化 , 对 反 应后 渣 中 由 5 10 2 还原生 成 is C 量 的 影 响 不 大 . 图 4 给 出了 反 应后 渣 中 A 1 2 O 3 的 比率 r( r = 8 0 r 0 . 。 L一竺一一 - . — · 芝 沁 4 0 . 一 . O L _ 4 6 8 1 0 1 2 1 4 w Mg 。 /% 图 3 合 成渣 中 M g o 含 量 对生成 is C 和 51 0 的影 响 F i g . 3 I n l u e n e e o f M g o c o n t e n t i n t h e s y n t h e t i c s l a g o n fo r m a ti o n o f s i C a n d s io w A 1 2 。 / ( w c 。 + w A 、 。 + w s *e + w Mg() ) )随温度 的变化 , 从图 4 可见 , 随着温度升高被还原后 渣 中 A 1 2 O 。 的含量 在逐步升 高 ; 细 小 渣粉粒 比颗粒 r 值要高 , 在 同 一温 度下 , 反应 的失重 率和 还 原后 渣 中 1A 2 O 。 的 比 率都 高 , 而 SI C 的 比 率却 下 降 . 图 5 为表 4 中序号 3 试 验后 渣样 的 X 一 射线 衍射 分析 结果 , 与 图 2 中衍射分析得 到的 物质 组成完全相 同 . 衍射 图 的背底略 有些高 , 使一 些 峰值 确定不 了 为何物质 . 同样 由化学分 析结果 可见 , 也 存在一 些未确定 的 物质 . 这些 物质可 能 是在过 高的温度下 形成 的 、 较为少见 的物质 . 由 表 4 可 见 , 当渣 中 M g O 含量增加 时 : 生成 iS c 和 失 重率 都有 所 提高 . 通 过计 算 可 以 得 到 随 M g O 增加 5 10 2 还 原后 生 成 S i e 的比例 增加 . 这 是 因 为当 M g O 还原 增 加后 , 气相 中 M g 的分 压 增加 , 使 5 10 的分压减少 , 这样有利于 在碳过剩 的情 况下 硅进一 步被还原和 生成 is C . 从 高炉 合成渣 的试 验结 果 看 , 在碳 过剩 和 碱度一定 条件下 , 增加 M g o 的含量可 以使还原 的 5 10 2生成 51 0 气体 的量减 少 , 而 使产 生 的 S IC 量增加 . 前 面 己 经讨论 过 , 高温条件下 生 成 SI C 扮C C街 A 飞0 6 , C a , 。 A 飞O 生 : 侧 燃 2 10 0 2 15 0 2 2 0 0 2 2 5 0 2 3 0 0 T / K 图 4 温 度 对还 原后 渣 中 A L0 3 比率 的影 响 F i g · 4 I n fl u e n e e o f t e m P e r a t u er o n A 1 2 O , c o n t e n t i n t h e er - d u e e d P r a c t i c e b l a s h fu r n a e e s l a g 1 5 2 5 3 5 4 5 5 5 6 5 7 5 2 0/ ( o ) 图 5 实际 高炉 渣还原 后 的 X 一射 线衍射 图 F ig · S X 一 r a y d i月份a e t i o n P a t t e r n o f t h e er d u e e d P r a e t i c e b l a s t fu r n a c e s l a g 表 4 实际 高炉 渣失 重率 和试 验后 成分 aT b l e 4 T h e r a t e o f l o s e w e i g h t a n d c o m op s it i o n o f er d u c e d P r a e t i c e b l a s t fu r n a e e s l a g 序号 刀X 2 1 2 3 2 1 7 3 2 2 2 3 2 2 7 3 2 1 2 3 2 1 7 3 2 2 2 3 2 2 7 3 粒 度 m/ m 14 9 x l 0 一 3 14 9 x l o 一 3 14 9 x l o 一 3 14 9 x l o 一 3 2 2 失重 率 /% 、 ca 。 o/ w A] 。 o/ w isc %/ w gM 。 /% 1 5 . 8 7 1 5 . 4 5 14 . 8 3 1 5 . 3 3 2 0 . 2 8 2 1 . 3 5 2 2 . 8 6 2 0 . 8 8 7 . 6 9 2 . 9 8 微量 0 8 . 1 6 3 . 3 5 微量 0 w 其他 %/ 9 . 9 2 1 1 . 5 3 12 . 4 2 10 . 1 5 8 . 9 4 9 . 5 4 10 . 1 1 1 1 . 0 3 7 ùI à,八伪jC,只OJ 才 R ù 4 八`U,只6 ù、 à . 0 … 4672 R1 内` 22 4 ,ù一, 勺八ùù丹, 、 4 0 6 20 勺勺ù 2 Z 八à, ù、nO . 0 … z à,`ù、 ù ù八`6U, ōj 44 4 OR ù,1 g 一八n,O6. … 八亡jJ / 0 6 内à、r ù了n7 厂06 厂麦OUù I à`、 ùúJ一
Vol.22 No.1 吴铿等：高温下高炉渣与碳的还原 ·15 对熔渣的影响比生成SO有利.在进行熔融还 乎全部还原.纯Mg0在2173K以上几乎全部 原气化工业模拟试验中，己发现在排出的炉顶 被还原，而纯A1,O即使在2273K的温度下也 煤气中含有SiO,这些Si0会被再氧化成SiO, 不能完全被还原.温度是影响SO2和碳还原的 凝结在煤气排出管路上例总而言之，减少气体 主要因素， 中SO的含量对于生产操作是有利的. (2)在2223K的温度条件下，四元渣与过剩 由实际高炉渣与碳还原的试验结果看，在 碳的还原，在碱度保持一定时，随着MgO含量 较高理论燃烧温度的条件下，渣中A1O,的含量 的增加也会使由SiO2还原生成的SiO减少并 会明显升高.在高于2223K的温度条件下，渣 使生成的SiC增加， 中的SiO2和MgO都会被还原.而温度变化对 (3)在较高的温度下，实际高炉渣被过剩的 由SiO2还原生成SiC的影响却不大， 碳还原后，渣中的Al,O,所占的比率较大幅度的 综上所述，温度对熔渣中氧化物还原起到 升高，这对生产的正常操作产生不利的影响. 决定性的作用.在一些炼铁工艺中风口前温度 对在过高的理论燃烧温度的情况，可采取增大 较高，虽然采用加水的方法能显著降低理论燃 喷煤量和加入含铁氧化物的细粉尘等措施，将 烧温度，可以抑制SO,被还原，又使气体中H2 理论燃烧温度控制在工艺允许的最低的水平， 的含量增加，但这使燃料比显著升高，并且在 参考文献 1083K还原其他氧化物所产生H0,使得一些 1 Turkdogan E T,Kor G,Rruehan R.Studies of Blast Fur- 氧化物成为氢氧化物，使之强度下降并易于粉 nace Reactions.Ironmaking and Steelmaking,1980,7(6): 化.所以用加水的方法来降低理论燃烧温度是 268 不可取的.近年来，随着高炉喷煤量的不断提高 2德田昌则，追谷畅男，大谷正康.高炉内)S1移动仁 和为改善环保采用喷吹方法处理粉尘，使喷吹 关寸热力学的考察.铁上钢，1972,58(2)：3 技术发展很快i).采用高于200kgt以上的喷 3上谷年男，高桥洋光，山崎信，等.高炉⑦低S1操作， 煤量和在喷煤过程中加入一些含铁氧化物的粉 川崎制铁技报，1985,17(4)：9 4黄希祜.钢铁治金原理.北京：治金工业出版社，1990 尘，都可以使风口前的理论燃烧温度降低.这样 5杨守礼，张建良，黄典冰，等.富氧煤气化直接还原中 既可以保持风口前的理论燃烧温度不至于过 几个工艺技术问题的研究，庆祝林宗彩教授八十寿 高，又可以降低焦比和处理工业细粉尘， 辰论文集.北京：冶金工业出版社，1996 6吴铿，杨天钧，Gudenau H W.采用喷吹的方法处理钢 3结论 铁冶炼过程产生的粉尘.钢铁，1999,34(12)：60 7郭可中，李肇毅.宝钢高炉高煤比的新进展，钢铁， (1)在本试验温度条件下，纯SiO2将被碳几 1999,34(中国钢铁年会论文集增刊)：147 Reduction of Blast Furnace Slags with Carbon at High Temperature WU Keng,CHEN Chunyua,LIU Xinghui,YAO Kehu,DU Chunrong Metallurgy School,UST Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The reduction of the synthetic and practice blast furnace slags with carbon at high temperature was carried out.Over 2123K and 2173 K the SiO,and MgO can all be reduced respectively,but at 2273 K the Al.O,will be reduced only 63%.In the increasing of MgO at constant basicity of the synthetic slag,SiC and SiO formed by reducing SiO:in the slag can be increased and decreased respectively at the relative high temperature and enough carbon.By increasing the temperature and well mixing the practice slag and carbon, the reduction of oxides in the slag and Al2O,in the reduced slag will be increased,SiC and MgO in the reduced slag will be decreased.The MgO in the slag can all be reduced at relative high temperature. KEY WORDS blast furnace slag;synthetic slag;reduction with carbon;high temperature
Vb l . 2 2 N O . l 吴铿 等 : 高温 下 高炉渣 与 碳 的还 原 对熔渣 的 影 响 比 生 成 51 0 有利 . 在进行熔 融还 原 气化 工 业模拟 试验 中 , 已 发现 在排 出 的炉顶 煤气 中 含有 51 0 , 这些 51 0 会被 再 氧化成 5 1认 凝 结在 煤气排 出 管路上 `5 , . 总而 言之 , 减 少气体 中 5 10 的含量对 于 生产操 作是有利 的 . 由 实际 高炉渣 与碳还 原 的试验 结果 看 , 在 较高理论燃烧温度 的条件下 , 渣 中 1A 2 O 。 的含量 会 明 显 升高 . 在高 于 2 2 2 3 K 的温度 条件下 , 渣 中的 51 0 2 和 M g o 都 会被还 原 . 而 温度变 化对 由 5 10 2 还 原生成 S IC 的 影响 却 不 大 . 综上 所述 , 温度对 熔渣 中氧 化物还 原起 到 决定性 的作用 . 在 一些 炼铁 工 艺 中风 口前温 度 较 高 , 虽 然采 用加 水 的方法 能 显 著 降低 理论 燃 烧 温度 , 可 以抑 制 5 10 2 被还 原 , 又使气 体 中 H Z 的 含量增加 . 但这使燃 料 比显著 升高 , 并且在 1 08 3 K 还原 其他 氧化物所 产生 H Z O , 使得 一 些 氧 化物成为氢氧 化物 , 使之 强 度下 降并易于 粉 化 . 所 以用 加 水 的方法 来 降低 理论燃烧温 度是 不 可取 的 . 近年来 , 随着高炉 喷煤量 的不 断提高 和 为改 善环保采 用 喷 吹 方法处 理粉 尘 , 使喷 吹 技术发展很 快 .v6[] . 采用 高 于 2 0 k g 八 以 上 的喷 煤 量和 在喷煤过程 中加入一些含铁氧化物 的粉 尘 , 都可 以使风 口 前 的理论燃烧温度 降低 . 这样 既 可 以 保 持 风 口 前 的理 论燃 烧 温度 不 至 于 过 高 , 又 可 以降低 焦 比和 处 理工 业细 粉尘 . 乎全 部还原 . 纯 M gO 在 2 173 K 以 上 几乎全部 被还 原 , 而 纯 A 1 2 0 。 即 使在 2 2 7 3 K 的温 度下 也 不 能完全被还 原 . 温 度是 影 响 5 10 2 和 碳还原 的 主要 因素 . (2 )在 2 2 2 3 K 的温度条件 下 , 四元渣与过剩 碳 的 还原 , 在碱 度保持一 定时 , 随着 M g O 含量 的增 加 也 会使 由 5 10 2 还原 生成 的 51 0 减少并 使 生成 的 S记 增加 . ( 3) 在较 高的 温度下 , 实 际 高炉渣 被过剩 的 碳还 原 后 , 渣 中的 1A 2 O 3 所 占的 比率较大幅度 的 升 高 , 这 对生 产 的正 常操 作产生 不 利 的影 响 . 对 在过高 的理论燃烧温度 的情况 , 可采取增 大 喷煤 量和 加 入含铁氧化物 的细 粉尘等 措施 , 将 理论 燃烧温度控 制在 工 艺 允许 的最低 的 水平 . 参 考 文 献 3 结论 ( l) 在 本试验温 度条件下 , 纯 5 10 2 将 被碳几 uT r k d o g an E T, K o r G , R n l e han R . S t u di e s o f B l a s t F u r - n a c e eR a c t i o n s · I or nm ak i n g an d s et e lm ak i n g , 19 8 0 , 7 ( 6 ) : 2 6 8 德 田 昌则 , 追谷 畅 男 , 大谷 正康 . 高炉 内 。 is 移 动 ` 关 寸 热 力学 的考察 . 铁 巴 钢 , 1 9 72 , 5 8 (2) :3 上 谷年 男 , 高桥 洋光 , 山崎 信 , 等 . 高炉 。 低 is 操 作 . 川 崎制铁 技报 , 19 8 5 , 1 7 ( 4 ) : 9 黄 希枯 . 钢 铁 冶金 原理 . 北京 : 冶 金工 业 出版社 , 1 9 90 杨 守礼 , 张建 良 , 黄典 冰 , 等 . 富氧煤 气化直 接还 原 中 几个 工 艺技术 问题 的研 究 . 庆祝 林宗 彩教授 八 十寿 辰论 文集 . 北 京 : 冶金 工业 出版 社 , 19 % 吴 铿 , 杨 天 钧 , G ud en au H W 采用 喷 吹的方法 处 理钢 铁 冶炼过 程产 生 的粉尘 . 钢铁 , 19 9 , 34( 12) : 60 郭可 中 , 李肇 毅 . 宝 钢高 炉高煤 比 的新进 展 . 钢铁 , 19 9 9 , 3 4( 中 国钢铁 年会 论文 集 增刊 ) : 14 7 R e du c t i o n o f B l a s t F二 a e e S l a g s w it h C a r b o n at H ihg eT m P e r aut r e 砰口 eK ng , 〔万忍N hC u ny au , IL U iX 刀g h u i , YA O eK hu , D U hC un or gn M e alt l u gr y S e h o o l , U S T B e ij i n g , B e ij i n g 10 0 0 8 3 , C h i n a A B S T R A C T T h e r e du e t i o n o f ht e s y n t h e t i e an d P r a e t i e e b l a s t fu r n a e e s l a g s w iht c a r b o n at h i g h t e m Pe r a t u r e w a s c a r r i e d o ut . O v er 2 1 2 3 K an d 2 1 7 3 K t 1 1 e S iO 2 an d M g O e an a ll b e re du e e d re s P e ct iV e vl, b u t at 2 2 7 3 K ht e A 1 2 O 。 w ill b e r e du e e d o n l y 6 3% . I n ht e in e r e a s i n g o f M g O at c o n s t a l l t b a s i c iyt o f t h e s y n th e ti e s l a g , S IC a n d 5 10 fo mr e d b y r e du e i n g 5 10 : i n ht e s lag e an b e i n e r e a s e d an d d e er e a s e d r e s P e e t i v e ly at t h e r e liat v e h igh t e m P e r a t Ll r e an d e n o gu h e a r b o n . B y i n c r e a s i n g ht e t e m P e r a utr e a n d w e ll m i x in g ht e P r a e t i e e s l a g an d e a r b o n , ht e r e du c t i o n o f o x id e s i n ht e s l a g an d A 1 2 O 。 i n ht e r e du c e d s l a g w i ll b e i n e r e a s e d , S IC an d M go i n ht e r e du e e d s l a g w ill b e d e e r e a s e d . hT e M g O i n t h e s l a g c an a ll b e r e d u c e d at r e lat i v e h i g h t e m P e r a ot r e . K E Y W O R D S b l a s t fu rn a e e s l a g : s y n t h e t i e s l a g : r e du e t i o n w iht c a r b o n ; h i g h t e m Pe r a t Llr e