锰矿代替42赤块配入高炉冶炼钒钛磁铁矿试验的研究

2018-05-26苟志远

中国设备工程 2018年10期

关键词：渣中锰矿炉渣

苟志远

（攀枝花攀钢集团设计研究院有限公司，四川攀枝花 617023）

为了降低高炉冶炼成本，减少入炉进口矿，增加钒钛磁铁矿用量，以锰矿代替42赤块进行了实验研究。

1 锰矿的作用机理综述

高炉希望通过添加少量的MnO来改善高钛型高炉渣的性能。理论分析表明，渣中（MnO）含量升高，能抑制渣中（TiO2）过还原、改善炉渣流动性和提高炉渣脱硫的能力。

1.1 抑制渣中（TiO2）过还原

MnO对（TiO2）过还原的抑制作用，主要是由于反应（1）的进行：

同时，渣中由于（MnO）的存在，在一定程度上削弱了C对（TiO2）的还原，该抑制作用主要通过反应（2）作用：即以渣中的直接还原为主。该反应促使高炉下部的氧势升高，抑制了(TiO2)的还原。

1.2 改善炉渣的流动性

在渣中添加少量的（MnO），适当提高渣中（MnO）含量，可以起到改善高钛渣流动性的作用。研究表明：渣中初始（MnO）含量对炉渣体相粘度和表面粘度有影响。提高渣中（MnO）含量对降低炉渣粘度、提高炉渣流动性有利。其原因是：MnO为碱性氧化物，其在渣中离解的O2－能破坏硅氧键，从而增加炉渣的离子团结构参数P，降低了炉渣粘度；另外，（Ti2O3）在渣中绝大多数呈四面体配位存在，导致结构参数P减小，增加炉渣粘度。而（MnO）由于能够抑制渣中（TiO2）的还原，减少了（Ti2O3）的生成量，也有利于炉渣粘度的降低。MnO促使大量的钙镁、钙铝黄长石生产，同时生成锰的复杂化合物，这些都有利于降低炉渣的黏度。

1.3 提高炉渣脱硫的能力

炉渣中的脱硫反应可用以下离子反应表示：

根据反应（3）可知，在液态渣铁界面处进行着离子迁移过程，铁水中呈中性的原子硫，在渣铁界面处吸收熔渣中的电子变为硫负离子S2-进入熔渣中，而熔渣内的氧负离子O2-在界面处，失去电子变成中性原子进入铁水中，并与铁水中C化合生成CO，从铁水中排出。由于铁水中有Si，Mn等其它元素存在，这些元素也与铁水中的S相互作用，以耦合反应形式加快脱硫反应：

碱度为0.9～1.1左右，（MnO）能显著抑制（SiO2）的还原，并加速脱硫。硫在渣铁间的平衡分配系数随（MnO）初始含量的升高而提高。分析认为：一是随着渣中（MnO）初始含量升高，硫在渣铁间的平衡分配系数LS逐渐升高，但（MnO）含量在达到1%以上后升高的幅度才会较大。二是由于其改善了炉渣的流动性，从而改善了脱硫的动力学条件，进一步发挥了高钛原本并不高的脱硫能力，从而起到改善炉渣脱硫效果的目的。

2 锰矿的冶金性能研究

2.1 化学成分

从表1可知，锰矿MnO含量在30%以上，TFe含量2.35%。2种矿成分的差别大。

2.2 熔滴性能

从表2可知，42赤块及铁锰矿在熔滴过程中的压差很低，说明这两种块矿在熔化过程中的流动性和透气性及透液性较好。铁锰矿的滴落温度较42赤块高。

表1 42赤块与锰矿的成分/%

表2 42赤块与锰矿的熔滴性能

表3 3.1～3.15日高炉铁水及炉渣主要指标

表4 基准期与实验期焦比校准

表5 基准期与试验期的高炉技术指标对比

3 锰矿高炉冶炼的影响

3.1 对铁水脱硫能力的影响

影响钒钛矿冶炼脱硫能力的因素有很多，如铁水[Ti]、炉渣（TiO2）、炉渣（MgO）、炉渣碱度等，高炉配加锰矿除去了解它是否能改善炉渣流动性的作用外，还需要印证它在理论上是否存在对脱硫能力的影响，并且有多大。

某炼铁厂选择了批矿稳定运行的一周作为基准期，并利用该批矿调整配加锰矿作为实验期。表3为2个阶段高炉铁水及炉渣的主要指标。

由表3可知，配加锰矿试验后，炉渣R、（MgO）变化不大，[Ti]较基准期下降了0.02%，炉渣（MnO）上升0.356%，[Ti]下降0.02%，[S]较基准期下降0.01%，L0S提高了1.49。可见，锰矿能增加钒钛磁铁矿脱硫的能力。

假设铁水[Ti]的影响系数为A,炉渣（MnO）为B，炉渣（TiO2）为C，炉渣（MgO）为D，炉渣R2系数为E，则有：

对试验与基准期每个铁次的铁水成分及炉渣成分进行标准化后，经多元回归处理得到：

从式（6）可知，铁水[S]与[Ti]、(MnO)、(MgO)、R2与成反比，与（TiO2）成正比，其中[Ti]对[S]值的影响最大，(MgO)次之，(MnO)与R2对[S]的影响相差不大。

3.2 对高炉技术指标的影响

进一步研究锰矿对高炉冶炼技术指标的影响。表3为基准期与实验期焦比校准，表4为基准期与实验期的高炉指标对比。从表5可知，在使用锰矿之后的实验期与基准期比较，高炉利用系数上升了0.021t/m3.d，铁损降低了0.44%，焦比降低了1kg/t，综合燃料比升高了4.92kg/t，透指降低了49。可知在锰矿替代42赤块后，高炉的主要技术经济指标并没有大的变化。且铁损仍然是降低的，则说明配加锰矿能够改善渣铁分离的效果。