高炉铁水中硫加速炉缸炭砖侵蚀机理及对策_陈立达.pdf

总第 328 期2023 年第 4 期HEBEI METALLUGYTotal No 3282023，Number 4专题研究高炉铁水中硫加速炉缸炭砖侵蚀机理及对策陈立达1，邓勇1，刘然1，陈艳波2(1 华北理工大学 冶金与能源学院，河北 唐山 063210;2 首钢京唐钢铁联合有限责任公司 技术中心，河北 唐山 063200)收稿日期:2022 12 23基金 项 目:河 北 省 高 等 教 育 教 学 改 革 研 究 与 实 践 项 目(2021GJTG214);唐山市科学技术研究与发展计划资助项目(22130203H)作者简介:陈立达(1995 )，男，华北理工大学冶金与能源学院研究生，从事高炉长寿方面 的研究，E mail:270596240 qq com通讯作者:邓勇(1988 )，男，博士，讲师，从事炼铁新技术、高炉长寿等方面的研究，E mail:ustbdy126 com摘要:为了延缓炉缸炭砖侵蚀，分析了炉缸铁水硫含量变化趋势，研究了硫元素加速炉缸炭砖侵蚀机理，提出了现代大型高炉脱硫技术措施。结果表明:高炉 铁水预处理联合脱硫、使用高比例球团是炉缸铁水硫含量升高的主要原因;炉缸炭砖与碳含量欠饱和的铁水接触是炭砖侵蚀的直接原因，硫含量升高使铁水表面张力下降、黏度下降，提高了界面反应速率，增大了铁水中碳的传质系数，加速了炭砖侵蚀。在低渣比条件下，控制炉渣碱度在 1 12 1 18，MgO 含量在 9%12%，Al2O3含量在 13 5%15 5%，并提高铁水中碳、硅、磷元素含量，降低锰、钛元素含量，采用控制炉渣成分和铁水成分的协同脱硫技术，是现代大型高炉脱硫的有效措施。关键词:硫含量;球团;碳含量;张力;黏度;炉渣中图分类号:TF573 1文献标志码:A文章编号:1006 5008(2023)04 0009 06doidoi:10 13630/j cnki 13 1172 2023 0402E E OSION MECHANISM AND COUNTEOSION MECHANISM AND COUNTE MEASUMEASU ESOF SULFUESOF SULFU ACCELEACCELE ATED FUATED FU NACE CYLINDENACE CYLINDECACA BON BBON B ICK IN BLAST FUICK IN BLAST FU NACE MOLTEN INACE MOLTEN I ONONChen Lida1，Deng Yong1，Liu an1，Chen Yanbo2(1 School of Metallurgy and Energy，North China University of Science and Technology，Tangshan 063210，Hebei;2 Technical Center of Shougang Jingtang Iron and Steel United Co，Ltd，Tangshan 063200，Hebei)AbstractAbstract:In order to delay the erosion of carbon bricks in furnace cylinders，the change trend of molten ironsulfur content in furnace cylinders was analyzed，the mechanism of sulfur element accelerated carbon brickerosion in furnace cylinders was studied，and modern large scale blast furnace desulfurization technicalmeasures were proposed The results show that the combined desulfurization of blast furnace molten ironpretreatment and the use of high proportion of pellets are the main reasons for the increase of molten iron sul-fur content in furnace cylinders The contact between the carbon brick of the furnace cylinder and the molteniron with undersaturated carbon content is the direct cause of the erosion of the carbon brick，and the increaseof sulfur content reduces the surface tension and viscosity of the molten iron，improves the interface reactionrate，increases the mass transfer coefficient of carbon in the molten iron，and accelerates the erosion of thecarbon brick Under the condition of low slag ratio，the alkalinity of the control slag is 1 12 1 18，theMgO content is 9%12%，the Al2O3content is 13 5%15 5%，and the content of carbon，silicon andphosphorus in molten iron is improved，the content ofmanganese and titanium is reduced，and the synergisticdesulfurization technology that controls the slag compo-nent and the molten iron component is adopted，which isan effective measure for the desulfurization of modernlarge scale blast furnacesKey wordsKey words:sulfur content;pellets;carbon content;tension;viscosity;slag9总第 328 期HEBEI METALLUGY0引言硫是高炉中的有害元素1 3，高炉中硫来于自烧结矿、球团矿、焦炭和喷煤等原燃料4。高炉的硫负荷一般为 4 6 kgt1，其中，焦炭带入高炉的硫比例最高，约占入炉硫负荷的 60%80%5。生产实践和研究表明，高炉炼铁时，炉渣约容纳了入炉硫总量的 85%，只有小于 10%的硫随煤气从炉顶逸出6。在炉缸中，铁水穿过渣层、存在渣铁界面，为脱硫创造了有利条件，使脱硫反应大量进行。随着高炉 铁水预处理联合脱硫技术的发展，炉缸铁水硫含量发生变化7 11。而近年来，高炉炉料结构中球团矿比例的不断提高，使高炉渣比有所降低12。在这种冶炼条件下，炉缸铁水硫含量增加，炉缸侧壁温度升高，炉缸炭砖侵蚀严重，对高炉长寿提出了更高的要求。本文从炉缸铁水硫含量变化趋势入手，分析铁水硫含量变化的原因;结合硫含量变化对炉缸侧壁侵蚀的影响，研究硫元素加速炉缸炭砖侵蚀的机理。并提出低渣比下现代大型高炉脱硫技术，为控制铁水硫含量、延缓炭砖侵蚀奠定理论基础，为延长高炉寿命提供技术保障。1炉缸铁水硫含量变化趋势1 1铁水脱硫的经济性对比高炉炉缸渣铁反应是脱硫的主要方式，近年来，随着铁水预处理脱硫技术的发展，硫含量可以在短时间内降低至0 01%以下13。因此，某些大型高炉逐渐将脱硫任务在高炉和铁水预处理间进行重新分配，即高炉进行粗脱硫，铁水预处理进行深脱硫。研究表明，采用高炉 铁水预处理联合脱硫吨铁成本和吨铁单位硫脱除成本可以衡量高炉 铁水预处理联合脱硫的经济性。高炉 铁水预处理联合脱硫吨铁成本反映的是高炉脱硫和铁水预处理联合脱硫消耗的总成本，高炉 铁水预处理联合脱硫吨铁单位硫脱硫成本反映的是每个硫的脱出成本，更多地是反映脱硫的经济性，见式(1)、(2)14。P=P1+P2(1)M=PS(2)式中，P 高炉 铁水预处理联合脱硫吨铁成本，元t1;P1 高炉脱硫成本，元t1;P2 铁水预处理脱硫成本，元t1;M 高炉 铁水预处理联合脱硫吨铁单位硫脱硫成本，元t1;S 脱硫量，t。取某大型高炉的原燃料条件和相关的操作参数为计算的初始值，进行高炉 铁水预处理脱硫吨铁单位硫脱硫成本计算，单位硫脱硫成本随炉缸铁水硫含量的变化趋势如图 1 所示。图 1高炉 铁水预处理脱硫吨铁单位硫成本Fig1Blast furnace molten ironpretreatment desulfurization ton iron unit sulfur cost由图 1 可知，随着炉缸铁水硫含量增加，高炉 铁水预处理联合脱硫吨铁单位硫脱硫成本缓慢下降，这说明将高炉脱硫任务部分转移至铁水预处理脱硫的经济性较好。因此，部分大型高炉降低了对炉缸铁水硫含量的要求，将炉缸铁水硫含量放宽至0 05%，甚至更高，导致炉缸铁水硫含量有逐渐升高的趋势。1 2炉料结构变化对炉缸铁水硫含量的影响目前，我国高炉较为普遍的炉料结构是烧结矿(约75%)+球团矿(约15%)+块矿(约10%)15。烧结矿生产过程会产生大量的 SO2、NOx和灰尘等有害物质，对环境有较大危害。近年来，由于环保的要求，烧结生产受到了严格限制。随着环保要求不断严格，有些高炉开始探索使用高比例球团矿的炉料结构。如果用球团矿代替一部分烧结矿，则可以减少污染物的排放，大大减少污染物治理的费用。炼铁学原理表明，入炉铁矿石品位每提高 1%，燃料比减少 1 5%，生铁产量增加 2 5%，炉渣减少1 5%16。球团矿的含铁品位高于烧结矿，提高球团矿配比可有效提高入炉的含铁品位，但同时渣铁比降低，不利于脱硫反应的进行。某大型高炉提高球团矿比例后，渣铁比变化如图 2 所示。01河北冶金2023 年第 4 期图 2某大型高炉改变球团矿比例后渣铁比变化Fig 2Changes in slag iron ratioafter changing pellet ratio in a large blast furnace上述高炉在 2013 2020 年间，渣比从 280 kg/t降低到 220 kg/t，渣比下降明显。统计 2013 年和2020 年高炉硫负荷、铁水硫含量等数据，如图 3 所示，2020 年铁水硫含量明显高于 2013 年。图3某大型高炉2013 年和2020 年硫负荷、铁水硫含量变化Fig3Changes of sulfur load and molten ironsulfur content of a large blast furnace in 2013 and 2020虽然此高炉 2020 年 3 5 月的硫负荷略高于2013 年同时期，但铁水硫含量差别较大;即使是硫负荷相同(1 2 月)，2020 年渣比降低后的铁水硫含量也高于 2013 年。这表明，渣比减小使得炉缸铁水硫含量难以降低。2硫对高炉炉缸炭砖侵蚀的影响2 1铁水侵蚀炭砖过程炉缸中的渗碳反应是炭砖侵蚀的重要原因17 19。在高温条件下，碳含量欠饱和的铁水与炭砖直接接触就会发生渗碳反应，如式(3)所示20。C=C(3)式中，C 固体结构中的碳，%;C 溶解在铁水中的碳，%。碳含量欠饱和的铁水与炭砖直接接触形成铁碳界面时，渗碳反应开始，炭砖被侵蚀。铁水通过炭砖的微孔进行渗透，由于铁水温度高、黏度低，形成渗透的主通道。