論高爐用螢石洗爐
摘 要：本文根據作者過去從事生產的經驗,結合省內外廠子的一些實踐,論述了用螢石洗爐的原理,清洗爐牆、爐缸時螢石的不同裝入方法、裝入量及其計算方法,對螢石洗爐的生產操作也提出了合理的工藝制度。
關鍵詞：洗爐 螢石 爐缸堆積
引言
在高爐生產過程中,由於各種原因,常會出現內型結厚或爐缸堆積,這時常需洗爐。省內各廠處理的辦法大多用螢石洗爐,以韶鋼為例,每年洗爐用螢石如表所列:
據上表所列,平均每座255立米高爐每日用螢石5噸以上,這說明洗爐頻繁,而且所用的量也是較大的,由於螢石洗爐作用強烈,常常因為洗爐方法不當,在洗爐的同時侵蝕了爐襯,許多高爐在爐缸燒穿的那一代爐役期中,都曾經常用螢石進行洗爐,廣鋼和韶鋼近年都先後發生過爐缸燒穿,因此對用螢石洗爐應持慎重態度,不是非用螢石不可時,不宜隨便使用。
下面根據自己的實踐經驗,結合省內的實踐,對高爐用螢石洗爐進行討論。
一、螢石洗爐的原理
用螢石洗爐,主要是利用螢石的氟化鈣,能夠和爐牆粘結物或爐缸堆積物生成低熔化合物,於是人為地製造一個環境,使螢石與清洗對象不斷接觸,不斷生成低熔化合物而消除。
我們知道,爐牆粘結物或爐缸堆積物的熔化溫度是由它們的組成決定的,通常生成爐瘤或堆積物的純氧化物具有較高的熔點如:
但當這些氧化物相互化合之後,從二元系、三元系和四元系的相圖都可以看到,其熔點降低,生產實踐和實驗(1）都表明,CaF2對降低爐渣的熔化性和粘度有顯著的影響,從圖一等熔化性曲線可以看出,儘管爐渣鹼度(CaO/SiO2)高達1.5~3.0,由於含CaF2,其熔化性溫度都是比較低的。
由圖二可以看出,在1400℃時所測範圍的爐渣粘度都在5泊以下,這是由於加入螢石後生成CaO一CaF2型及CaO一CaF2一F2O型初渣,從礦物組成看,大量存在易熔的槍品石(3CaO·CaF2·2SiO2),CaF2及鈣鐵橄欖石組成的物質,它們在1250℃以上時,粘度都在5泊以下,有很好的流動性,高爐用螢石洗爐正是基於這一原理。
具體地說,爐內需要清洗的物料,以韶鋼二高爐84年所結的爐瘤為例:(下面所列是典型的三種類型)
第1種類型瘤的成因是鹼度升高熔點升高而粘凝凝結;
第2種類型瘤成因是焦粉的滲入,使初渣失去流動性而粘結;
第3種類型瘤成因是高FeO初渣遇到赤熱的焦炭,產生直接還原大量吸熱溫度下降而凝結。
當螢石按計劃加入,在所安排的爐料負荷和控制的熱制度條件下,如上所述,由於含CaF2爐渣的熔化性溫度低,粘度小,流動性好,因此若與上述三種類型中任一種爐瘤或粘結物相遇時,立刻或降低高鹼度瘤的熔化溫度,或稀釋高炭瘤粘稠度,或熔解高Feo瘤體,特別三者皆含鉀鈉的氧化物,只要一重新熔解,由於他們及高FeO本身就有改善流動性的功能,因而粘結物很快就被清除。(爐缸堆積物大多是高熔點的高鹼度夾雜焦炭及石墨炭的混合物料也一樣被清除)。這裡的關鍵就是精心地安排的那個洗爐的「環境」,即下面所要論述的一系列的內容。
二、關於螢石洗爐時的裝入方法
清洗爐牆和爐缸螢石的加入方法是不同的,前者的加入是以掌握爐瘤的位置、性質為基礎的,一般判斷有以下幾種方法:
(1)通過探瘤孔探測或鑽孔打洞探測確定大小;
(2)通過熱電偶溫度或冷卻器水溫度變化的資料分析對比確定部位;
(3)空料線直接觀察;.
(4)護喉CO2曲線的變化,探尺反應、爐況變化等綜合判斷。
根據大量資料分析對爐瘤情況充分掌握之後,可以利用布料器將螢石加到爐瘤部位,但具體地在裝入方式上有採用在每批正常料加入洗爐料,採取緩慢的逐漸消除的所謂分散裝入法,其優點是有利於保護高爐磚襯,缺點則是爐況恢復的時間較長,但在及時發現或監測到爐型不潔或爐缸不暢的時候,採用此法是可取的。
有些高爐操作人員則習慣集中裝入,認為每批料加入一些太分散而且數量不大,常因稱量誤差而影響入爐的準確性,不如將幾批洗爐料集中起來一次裝入。這種幾批集中裝入法有其減少稱量誤羞的好的一面,但在集中裝入時,有時會產生局部偏析,常常會損壞了爐襯。
還有一種實踐,就是開始先將幾批分散的螢石料集中加入,然後採用隔批加入的方法,實踐表明,開始時只作一次將分散加入的螢石料集中裝入,只會強烈地洗刷粘結物或和堆積物發生猛烈反應而無餘力侵蝕爐襯,在此基礎上隔批裝入,能使洗爐保持連續不斷地進行,逐步地在不傷及內襯情況下達到恢復爐況的目的。
如果洗爐缸也可以採用上述的裝入方法但是要將螢石分布在高爐中心,使之在到達爐缸之前,遠離爐牆,不要和爐牆接觸,因為有些高爐爐襯皆使用耐火粘土磚、和黃石可按如下反應,既消耗了螢石,同時嚴重侵蝕爐襯:
2CaFe+SiO2=2CaO+SiF4
三、螢石加入量及其計算
在高爐生產現場,總是由於內型不潔或爐缸堆積影響到正常生產時才進行洗爐的。所以採用洗爐措施的時候,總想快見效果,爐子早些恢復正常,因而加入量常常偏多。理論與實踐表明,在加入方法對頭,加入量不足,則會貽誤時間,加入量過頭除造成浪費外,最嚴重的後果就是損壞爐襯大大地降低一代爐齡,因此高爐用螢石洗爐時,正確的加入量就成為一個關鍵問題。
由圖二可見,在爐渣溫度1400℃時,爐渣中的CaF2含量在5%左右時不同鹼度的爐渣粘度分別為1.5, 2.6, 4.5泊,而爐渣能夠從高爐順利流出的粘度為20泊。所以有著足夠的流動性,再增加其含量,已無意義。
由圖一又知,隨CaF2含量增加,其熔化性溫度降低,這就告訴我們,加入過量的螢石將導至:
(1)由於爐渣熔化性溫度低,在變成液滴進入爐缸之前吸熱不足,因此易使爐缸溫度低,熱儲量小,造成爐涼;
(2)含高量CaF2爐渣熔化性溫度低,流動性好,會嚴重地侵蝕磚襯。
根據圖一、圖二揭示的規律,給螢石洗爐加入量提供了理論根據。但是具體在清洗爐牆時,爐渣中的CaF2含量應小於5%,建議用2%,這是因為
(1)清洗爐牆時螢石高度集中在結厚部位。
(2)此時焦炭中的灰份(只能在爐缸中才能熔化)尚未能進入初渣中,因而實際在爐牆的物料中的CaF2含量遠在2%以上,到達爐缸後,由於螢石洗爐的作用已過,CaF2含量過高只有害而無利。
清洗爐缸為目的的終渣中CaF2含量則以上5%掌握為宜,在所安排的裝入方法中,使其不接觸爐牆而進入爐缸清洗堆積物,在爐缸溫度下爐渣含5多CaFZ時流動性最好,清洗爐缸可以達到最大的效果。
可用控制渣中MgO含量,計算白雲石加入員的原理去計算洗爐時每批爐料的螢石加入量:
式中X:每批料加入的螢石量,公斤
P:礦批重量,公斤
TFe,礦石含鐵量%。
Fe生,生鐵中鐵含量%
Q:渣量,單位噸渣/噸鐵
N:洗爐時爐渣中CaF2的含量%,清洗爐牆取2%,洗爐缸取5%。
CaF2:螢石中CaF2含量%
利用上式,取N=5%~2%,以省內各鋼鐵廠為例,計算後如下表所列:
四、高爐洗爐時的合理的操作制度
1、熱制度的控制
以清洗高爐內型為目的洗爐,為了給採用發展邊沿的裝料制度和熔化洗下來的粘結物打下爐溫基礎,這就決定了必須維持較正常爐溫高的熱制度。一般以較正常生產的生鐵提高1一2個牌號為宜。
低於此爐溫則不足以創造洗爐的溫度條件,過高則鐵水流動性變壞,爐缸也不暢快,而爐溫越高,以後往正常過渡的時間變長,影響了產量,如縮短過渡期爐溫勢必收得猛,往往又引起爐況不順,影響洗爐效果。
由於按提高1一2個牌號掌握爐溫,焦炭負荷就可按各自的原燃料條件和原來的爐溫基礎而酌情減輕,很多實踐統計表明,大致在原來負荷基礎上減10一30%左右。如以清洗爐缸為目的,負荷用減10%的數值。
2、爐渣鹼度的計算和選擇
用含氟礦石冶煉時,CaF2進入了爐渣,現場的化驗人員一律將爐渣中Ca分離子當作CaO中的Ca分離子,因而出現化驗鹼度比實際鹼度高的假象,而常常導致操作人員作出不應作的調劑,因此有些書籍提出要用真鹼度計算才能避免出現的假象,用螢石作洗爐劑時計算爐渣碳度時同樣要採用真鹼度:
式中
—爐渣真鹼度
CaO—化驗單中爐渣的Cao含量%
SiO2—爐渣中的SiO2%含量
F2-爐渣中的F2%含量
1.473—CaO分子量與F2分子量的比值
由於一般洗爐時現場不分析F2,所以上式實際上無法使用,為了解決這個問題,我們提出使用下式計算爐渣鹼度:
式中:N—洗爐時擬在爐渣中保持的CaF2含量,和公式(1)中的N意義相同
38,78,一F2,CaF2的分子量
其它符號意義同前。
洗爐時一般爐溫較高,不怕生鐵含硫出格,所以一般都適當降低爐渣鹼度。另外,爐牆粘結物和爐缸堆積時常含高鹼度物料,在螢石裝入前插入幾批酸料(不帶熔劑料)常會提高洗爐效果而不會對規定的鹼度出現影響。
3、送風制度的使用
在洗爐時風量和風溫的使用應維持全風和保持正常的風溫,輕負荷的爐料提供了使用和順行的條件,大風能活躍整個爐缸,維持正常的風溫有利於保持爐缸工作正常和渣鐵流動性,配合起來有利於爐缸堆積的消除和熔化清洗下來的粘結物,有些操作人員在洗爐開始時採用慢風和降低風溫,許多實踐表明,這樣作效果並不好,並徒然人為地引起爐況變化和增加其複雜性。
五、結論
1、螢石洗爐是高爐處理內型失常和爐缸堆積的一個有力手段,當洗爐方法不正確時,往往損壞了爐襯,降低高爐的壽命,所以必須慎重進行。
2、螢石的加入方法和加入量是洗爐中最重要的環節,清洗爐牆或爐缸時螢石的裝入方法和裝入量都不相同,文中提出了兩者的裝人方法和裝入量,利用文中的公式(1),可計算出螢石的加入量。
3、洗爐的操作制度是影響洗爐效果的關鍵,文中根據長期的實踐、比較歸納提出了螢石洗爐的操作工藝制度,公式(3)的提出可解決洗爐時計算爐渣鹼度的困難。
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