关键词：转炉;铁矿石;化渣机理;喷溅机理
摘 要：在钢铁行业形势严峻的今天,很多企业开始尝试使用铁矿石作为炼钢过程中“铁的来源”,通过提高矿石比来进行节能降本。但由于对铁矿石在转炉内使用的作用机理不明确,易出现溢渣、喷溅等问题,限制了铁矿石的使用量。因此本文在前人研究的基础上,对铁矿石在转炉内的作用机理进行剖析,包括对铁矿石在转炉内使用时“熔化”、“还原”的“即时冷却效应”进行理论计算,实验探究铁矿石对石灰成渣时间的影响规律以及铁矿石对转炉喷溅的影响机理,解决了铁矿石在转炉内的使用难点,为转炉内使用提供理论指导,为我国钢铁低碳生产、节能减排和降低炼钢生产成本提供理论和技术支撑。经研究,得到的主要结论如下:(1)铁矿石的“即时冷却效应”包括铁矿石的物理吸热和“即时化学吸热”两个方面。计算铁矿石的“即时冷却效应”为:Q总 =2418.68+0.286(T钢-1387.3)kJ/kg(2)从铁矿石在熔化过程中的还原率分析可知,铁矿石在熔化过程中的还原率在55%~65%波动,温度与所加铁矿石比例明显影响其还原率。(3)随着铁矿石的加入,产生了大量的(Fe O),增加了炉渣的氧化性。一方面,渣中的(FeO)可以与石灰形成低熔点的化合物,与石灰外层直接熔融,从而持续的向石灰表面扩散传质,使得溶解的氧化钙从相界面向炉渣深处传递,加速石灰的溶解;另一方面,在提高渣中(FeO)含量时,炉渣粘度随之降低,反应的动力学条件得到改善,利于(Fe O)在石灰晶格中迁移和扩散,进一步的加速石灰溶解成渣。通过提高铁矿石的加入比例、降低铁矿石的粒度,可以更加有效的快速增加渣中(FeO),促进冶炼前期石灰的溶解,实现快速成渣。(4)从铁矿石熔化特性的实验结果可知,温度、铁矿石密度、所加铁矿石比例对铁矿石的熔化时间均有影响,其中温度影响最为显著。密度较小的铁矿石,在加热后会发生裂解,从而显著缩短铁矿石的熔化时间。(5)在转炉冶炼初期加入铁矿石后,易出现前中期溢渣的现象主要机理在于:铁矿石的加入后,渣中(FeO)及熔池温度偏低造成的炉渣泡沫化增大,使得溢渣的几率增加。在转炉冶炼中期加入铁矿石后,易出现较大喷溅现象的主要机理在于:铁矿石一次性的加入量过大,造成熔池局部的降温过快,导致炉渣(FeO)瞬间大量的积累,剧烈的碳氧反应造成较大喷溅。(6)转炉冶炼初期,在保证转炉热量足够的情况下,增大加入铁矿石的比例,减小加入铁矿石的粒度和密度,快速增大渣中(FeO)的量,确保前期石灰的快速成渣,使得炉渣泡沫性出现最大化的时间提前,则可以有效避免前中期泡沫化喷溅的发生。在转炉冶炼中后期,多次小批量的加入密度较大的铁矿石,不易造成渣中(FeO)瞬间大量积累,从而避免爆发性喷溅的发生。
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