CN102453784A

CN102453784A - 一种提高传热效率的熔融还原工艺用渣

Info

Publication number: CN102453784A
Application number: CN2010105158583A
Authority: CN
Inventors: 王东彦; 石洪志; 顾德仁; 韩晓杰
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2010-10-22
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2030-10-22
Also published as: CN102453784B

Abstract

一种提高传热效率的熔融还原工艺用渣，其成分包括：CaO，SiO₂，Al₂O₃，MgO，FeO及杂质，其为在1350摄氏度以上高温下得到的单一物相；按二元碱度R2即渣中CaO/SiO₂的比值，渣成分重量百分比为：R2＝1.1～1.4，MgO 7.5～10％，FeO＜5％，Al₂O₃ 21％～26％。本发明的熔融还原工艺用渣，提高熔渣的导热系数，从而使铁浴熔融还原炉内高温氧化区(主要为二次燃烧区)的热量更多地通过导热性更好的熔渣，到达铁液-渣界面和渣中其它还原界面(如氧化铁与还原介质(碳\CO\H₂)的反应界面，更好地弥补还原反应的吸热造成的温降，使还原反应能在高温下高效持续进行。

Description

一种提高传热效率的熔融还原工艺用渣

技术领域

本发明涉及熔融还原熔池中，从金属氧化物(如金属氧化矿石和/或已经部分还原的矿石)中生产液态金属和/或液态金属合金(特别是但不仅是铁和铁的合金)的方法，即通常所说的铁浴熔融还原生产铁水的方法，更确切地说，涉及到此类还原方法中必不可少的熔渣。

背景技术

现有铁浴熔融还原方法生产铁水技术---以HIsmelt工艺为代表，如中国专利CN98810993.X，其是在一个铁浴还原炉内，使铁氧化物在熔融状态下被碳氢及煤气还原成铁产品，这一过程需要大量的热能才能维持，但这些热能又来源于碳、氢及煤气的氧化燃烧，这些氧化燃烧过程形成的大量氧化性物质，会降低还原势，不利于铁氧化物的还原，甚至产生逆反应，使还原的铁重新再氧化，因此，铁浴熔融还原方法需要将氧化区和还原区尽量分开，但同时又希望在同样的炉况下，能将更多的热量由高温氧化区传到还原区(如渣中碳-氧化铁界面；渣中氧化铁-煤气界面、氧化铁-含碳铁液界面)。

为了达此目的，现有技术采用了″HIsmelt″的过渡区涌泉换热技术，将渣铁溅到二次燃烧区，使铁在渣膜的保护下，在二次燃烧区获得更多的热量。上述技术虽然强化了氧化区和铁液的换热，提高了氧化铁-含碳铁液界面的还原速度，但仍存在缺陷，即：

1)未通过提高渣的导热能力来强化涌泉换热，使通过渣膜传到铁滴的热量进一步增加，因而，未将渣对吸热贡献的潜力全面挖倔出来。

2)如上所述，铁浴熔融还原中，还原区不仅涉及到氧化铁-含碳铁液界面，还涉及到碳-氧化铁界面和渣中氧化铁-煤气界面，这两种界面的还原也消耗大量热，需要大量热才能维持反应所需的高温，如能提高渣的导热能力，不仅可以强化过渡区涌泉换热条件，还可同时提高过度区外的渣与二次燃烧高温区的换热能力，加快渣中碳-氧化铁界面和渣中氧化铁-煤气界面的还原速度。

但现有技术未通过成分的调整，提高渣的导热系数，进一步提高氧化区和渣中还原区的换热，从而限制了还原速度的进一步提高和产率的提高。如中国专利CN98810993.X中对所用的熔渣成分只给出了二元碱度(CaO/SiO₂)为1.3，其中含适量MgO和4wt％FeO的限制。此外，中国专利CN00133862.5中所给出的热传递效率未超过80％。

造成这一缺陷的原因是：

1)在于现有技术并未掌握该炉况下渣导热系数随成分的变化(从现有文献中查不到相关的资料就可说明这一点)。

2)现有技术只注意通过强化氧化高温区与涌泉区渣铁换热来强化高温氧化区与部分还原区的传热，忽略了渣本身导热系数的增加对涌泉区渣铁吸热及其它渣区与氧化高温区换热的影响，从而，未将渣导热系数提高对涌泉区铁氧化物的还原和渣层中其它部分发生的碳-氧化铁还原和氧化铁-煤气界面还原机制的能力全面发挥出来，一定程度上形成了技术盲点。

3)在人们的印象中，由对流产生的传热效果要远好于提高导热系数的效果。但在本发明情况下，在提高对流传热效果的同时，再氧化效果也增加，而提高导热系数则可在不增加再氧化效果的条件下，提高总的传热效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高传热效率的熔融还原工艺用渣，提高熔渣的导热系数，从而使铁浴熔融还原炉内高温氧化区(主要为二次燃烧区)的热量更多地通过导热性更好的熔渣，到达铁液-渣界面和渣中其它还原界面(如氧化铁与还原介质(碳\CO\H₂)的反应界面，更好地弥补还原反应的吸热造成的温降，使还原反应能在高温下高效持续进行。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

一种提高传热效率的熔融还原工艺用渣，其成分包括：CaO，SiO₂，Al₂O₃，MgO，FeO及杂质，其为在1350摄氏度以上高温下得到的单一物相；按二元碱度R2即渣中CaO/SiO₂的比值，渣成分重量百分比为：R2＝1.1～1.4，MgO7.5～10％，FeO＜5％，Al₂O₃ 21％～26％。

进一步，Al₂O₃含量按下述规则选定，以R2＝1.2的Al₂O₃重量百分含量为23％为基准，R2每增加0.01，Al₂O₃含量线性增加0.1％；R2每减少0.01，Al₂O₃含量线性减少0.1％，以重量百分比计。

优选地，R2＝1.2～1.3，MgO 7.5～8.5％，以重量百分比计。相应的试验发现，在上述碱度范围内，将MgO重量百分比控制在7.5～8.5％，可使渣在保持较稳定的导热性的同时，相应的导热性还有所提高。

在复杂渣系熔体中，热传导由声子完成，即带有专门模式的格子框架的振动来完成。熔体共价键越多，声子的热传导能力越强。在一定二元碱度下，Al₂O₃氧化物表现为两性氧化物，因此，定性地说，它在一定成分范围内，将对形成共价键多的复杂离子有利，进而，对渣热传导性的提高有利，相反，在一定成分范围内，它又会对形成离子键多的离子有利，具体的成分确定，要由试验来确定。

广义多相炉渣中含有以下组分：CaO，SiO₂，Al₂O₃，MgO，FeO，含碳半焦，煤焦，金属铁，以及其它少量氧化物和杂质。本发明所述的渣则指除掉了含碳物质和金属铁等后，在1350摄氏度以上高温下的单一物相。

与现有技术中Al₂O₃重量百分含量一般小于17％，常用重量百分含量在15％左右相比，本发明中的Al₂O₃重量百分含量超过了20％。对比试验发现，在本发明所述的碱度和Al₂O₃重量百分含量范围内，熔渣的导热性均高于相同碱度范围内低Al₂O₃重量百分含量的导热性，说明本发明提高Al₂O₃重量百分含量的措施确对提高熔渣的导热性有利。

进一步的试验发现，在本发明所涉及的宽碱度范围内，相同碱度值对应的Al₂O₃重量百分含量和导热性也遵从一定的规律，即以R2＝1.2的Al₂O₃重量百分含量为23％为基准，R2每增加0.01，Al₂O₃含量线性增加0.1％；R2每减少0.01，Al₂O₃含量线性减少0.1％，以重量百分比计，这样确定的R2和Al₂O₃重量百分含量使在相同R2下对应的导热性最好，但Al₂O₃重量百分含量的增加量最小。

本发明的有益效果

采用本发明的熔渣，在相同的冶炼条件下，与现有技术相比，还原速率提高程度7.63～11.6％，热量利用率提高了8.24～11.76％。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

表1为现有技术的渣成分及其二次燃烧热利用率和还原速率。表2为本发明的渣成分及其二次燃烧热利用率和还原速率。

表1

渣组分	渣成份(wt％)
		CaO	37.67
SiO₂	30.11
		MgO	8
Al₂O₃	15
		FeO	4.12
R2	1.25(1550℃)
		其它	5.22
二次燃烧热利用率(％)	85％
		还原速率(吨/米²小时)	3.54

表2

从表1、表2可看到，本发明的还原速度与现有技术相比，最大可提高0.41吨/米²小时，相当于产率提高了11.6％，热量利用率最高则可达11.76％，这对产量巨大的钢铁业来说是个可观的节能量和产率提高量。以一个年产1000万吨铁的钢厂为例，每年节煤可达60多万吨，提高产量100多万吨。

Claims

1.一种提高传热效率的熔融还原工艺用渣，其成分包括：CaO，SiO₂，Al₂O₃，MgO，FeO及杂质，其为在1350摄氏度以上高温下得到的单一物相；按二元碱度R2即渣中CaO/SiO₂的比值，渣成分重量百分比为：R2＝1.1～1.4，MgO 7.5～10％，FeO＜5％，Al₂O₃ 21％～26％。

2.如权利要求1所述的提高传热效率的熔融还原工艺用渣，其特征是，Al₂O₃含量按下述规则选定，以R2＝1.2的Al₂O₃重量百分含量为23％为基准，R2每增加0.01，Al₂O₃含量线性增加0.1％；R2每减少0.01，Al₂O₃含量线性减少0.1％，以重量百分比计。

3.如权利要求1或2所述的提高传热效率的熔融还原工艺用渣，其特征是，R2＝1.2～1.3，MgO 7.5～8.5％，以重量百分比计。