第三章3.3高爐造渣過(guò)程

1、第三章高爐冶煉過(guò)程的物理化學(xué)高爐造渣過(guò)程教師：國(guó)宏偉：62332353：MSN：冶金樓606內(nèi)容結(jié)構(gòu)3.3高爐造渣過(guò)程2/65冶金與生態(tài)鋼冶系4 爐渣脫硫4.1硫的簡(jiǎn)介4.2脫硫反應(yīng)熱力學(xué)4.3影響熱力學(xué)分析4.4脫硫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)4.5提高脫硫速率的措施4.6爐外脫硫2 爐渣形成過(guò)程爐渣形成過(guò)程初渣的生成中間渣的變化終渣的形成1 造渣概述造渣目的渣的來(lái)源性能要求渣的作用渣的成分堿度和渣量5 爐渣排堿5.1堿金屬在高爐行為5.2堿金屬5.3富集的危害5.4降低危害的措施3 爐渣的結(jié)構(gòu)與性能3.1爐渣的結(jié)構(gòu)（分子、離子、共存） 3.2爐渣的性能（熔化、表面性質(zhì)、脫硫、穩(wěn)定性）3.3對(duì)冶煉影響1造渣概

2、述1.1造渣的目的（1）渣鐵分離都很高（SiO21713，Al2O3各自的2050左右），不可能在高爐中熔化。即使它們有機(jī)會(huì)組成較低的化合物，其熔化溫度仍然很高，（約1545），在高爐中只能形成一些非常粘稠的物質(zhì)，造成渣、鐵不分，難于。因此，必須加入助熔物質(zhì)，如石灰石、白云石等作為熔劑。3.3高爐造渣過(guò)程3/65冶金與生態(tài)鋼冶系1造渣概述1.1造渣的目的（1）渣鐵分離盡管熔劑中的CaO和MgO自身的也很高（CaO2570，MgO2800），但它們能同SiO2 、Al2O3結(jié)低（MnO、FeO、CaS、TiO2(護(hù)爐)95%)，少量復(fù)合礦冶煉有：TiO2、V2O5(攀鋼)，CaF2、Nb2O5、

3、RExOy()3.3高爐造渣過(guò)程9/65冶金與生態(tài)鋼冶系1造渣概述1.5爐渣堿度和渣量（1）爐渣堿度 R2=%CaO/%SiO2 R3=(%CaO+%MgO%)/%SiO2R4=(%CaO+%MgO)/(%SiO2+%Al2O3)（2）渣量(常用)(煉低硅鐵時(shí)用) (高Al2O3時(shí)用)由爐料中TFe及脈石含量來(lái)決定，采用進(jìn)口礦渣量明顯下降；我國(guó)一般300400kg/thm，寶鋼280kg/thm3.3高爐造渣過(guò)程10/65冶金與生態(tài)鋼冶系內(nèi)容結(jié)構(gòu)3.3高爐造渣過(guò)程11/65冶金與生態(tài)鋼冶系4 爐渣脫硫4.1硫的簡(jiǎn)介4.2脫硫反應(yīng)熱力學(xué)4.3影響熱力學(xué)分析4.4脫硫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)4.5提高脫硫速率的

4、措施4.6爐外脫硫2 爐渣形成過(guò)程爐渣形成過(guò)程初渣的生成中間渣的變化終渣的形成1 造渣概述造渣目的渣的來(lái)源性能要求渣的作用渣的成分堿度和渣量5 爐渣排堿5.1堿金屬在高爐行為5.2堿金屬5.3富集的危害5.4降低危害的措施3 爐渣的結(jié)構(gòu)與性能3.1爐渣的結(jié)構(gòu)（分子、離子、共存） 3.2爐渣的性能（熔化、表面性質(zhì)、脫硫、穩(wěn)定性）3.3對(duì)冶煉影響2造渣的形成過(guò)程2.1爐渣形成過(guò)程：初渣中間渣終渣初渣：最初形成于軟熔帶上沿，至軟熔帶下沿開(kāi)始滴落特點(diǎn)：FeO高，一般1030動(dòng)性差%，熔融狀態(tài)，流初渣形成的早晚、位置的高低、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短，直接影響軟熔帶的位置和厚度，對(duì)高爐順行影響很大。3.3高爐造渣過(guò)程

5、12/65冶金與生態(tài)鋼冶系2造渣的形成過(guò)程中間渣：初渣到終渣，從軟熔帶下沿滴落開(kāi)始直至爐缸特點(diǎn)：成分與特性都是不斷變化的， 如：FeO、MnO不斷減少（由于還原）CaO、MgO、Al2O3、SiO2不斷增加（由于不斷溶化，升高，粘度下降，性變好）終渣：爐缸積存的渣，從渣口或鐵口放出的爐渣特點(diǎn)：成分穩(wěn)定，F(xiàn)eO最低，一般0.5化驗(yàn)的爐渣成分即指終渣。終渣成分對(duì)調(diào)整和控制生鐵成分及質(zhì)量作用顯%。日常著，對(duì)爐缸、風(fēng)口、渣口影響也較大。3.3高爐造渣過(guò)程13/65冶金與生態(tài)鋼冶系2造渣的形成過(guò)程3.3高爐造渣過(guò)程14/65冶金與生態(tài)鋼冶系2造渣的形成過(guò)程2.2 初渣的生成初渣的生成包括著固相反應(yīng)、軟化

6、、熔融、滴落幾個(gè)階段 。3.3高爐造渣過(guò)程15/65冶金與生態(tài)鋼冶系2造渣的形成過(guò)程固相反應(yīng)是初渣生成的孕育階段CaO、SiO2與Fe2O3，SiO2與FeO，CaO與Al2O3之間在較低溫度下都能進(jìn)行固相反應(yīng)。其生成的低化合物為軟化和生成液相的初渣打下了基礎(chǔ)。3.3高爐造渣過(guò)程16/65冶金與生態(tài)鋼冶系2造渣的形成過(guò)程礦石軟化隨著爐料的下降，爐內(nèi)溫度升高，固相反應(yīng)生成的低化合物首先出現(xiàn)微小的局部熔化，這就是軟化的開(kāi)始。液相的出現(xiàn)改善了各種礦物的接觸條件，繼續(xù)下降和升溫，使液相不斷增多，最終軟化下來(lái)變成了熔融、狀態(tài)?？梢?jiàn)軟化是礦石從固態(tài)變成液態(tài)的一個(gè)過(guò)渡階段，是造渣過(guò)程中對(duì)高爐順行很有影響的一

7、個(gè)環(huán)節(jié)。3.3高爐造渣過(guò)程17/65冶金與生態(tài)鋼冶系2造渣的形成過(guò)程各種礦石有著不同的軟化性能。它主要表現(xiàn)在兩方面：一是開(kāi)始軟化溫度，二是軟化溫度區(qū)間。礦石在高爐內(nèi)從開(kāi)始軟化到熔化滴落，需要一段時(shí)間和空間（升溫），這就是所謂軟化溫度區(qū)間。處于這段空間，即相當(dāng)于軟熔帶內(nèi)的礦石，軟化、熔融成粘稠狀，形成軟熔層（或融著層），并受到上部爐料的壓力，因而礦石之間的空隙度和礦石本身的氣孔率大大降低，透氣性變差，對(duì)氣流的阻力很大。3.3高爐造渣過(guò)程18/65冶金與生態(tài)鋼冶系2造渣的形成過(guò)程顯然，礦石開(kāi)始軟化溫度愈低，初渣出現(xiàn)的愈早，軟熔帶位置就愈高；而軟化溫度區(qū)間愈大，則軟熔層愈寬，對(duì)氣流的阻力愈大，對(duì)高爐

8、順行不利。所以一般希望礦石的開(kāi)始軟化溫度要高，軟化區(qū)間要窄。這樣軟熔帶位置較低，軟熔層較窄，對(duì)高爐順行有利。一般說(shuō)來(lái)礦石軟化溫度波動(dòng)在7001200之間。礦石軟化性能可通過(guò)高溫荷重軟化實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)測(cè)定。礦樣軟化體積收縮使壓桿下降的距離，可從千分表指針移動(dòng)距離來(lái)讀出。3.3高爐造渣過(guò)程19/65冶金與生態(tài)鋼冶系2造渣的形成過(guò)程初渣生成從礦石軟化到熔融滴落就形成了初渣。由于礦石還原得到的FeO易與SiO2結(jié)低的硅酸鐵，所以初渣中總是含有較高的FeO，礦石越難還原，初渣中FeO就越高。這是初渣與終渣在化學(xué)成分上的最大差別。高爐內(nèi)生成初渣的區(qū)域過(guò)去稱為成渣帶，現(xiàn)在叫做軟熔帶。根據(jù)近年來(lái)高爐解剖，在礦石完

9、全熔化滴落之前，在軟熔帶內(nèi)仍基本上維持著焦、礦分層的狀態(tài)，只是固態(tài)的礦石層變成了軟熔層（融著層）。3.3高爐造渣過(guò)程20/65冶金與生態(tài)鋼冶系2造渣的形成過(guò)程軟熔帶對(duì)煤氣阻力和順行的影響，除礦石的軟化特性外，還與礦石品位及渣量有關(guān)。入爐礦品位愈高，渣量愈少，軟融層中粘稠物質(zhì)愈少，軟熔層愈薄，對(duì)氣流阻力愈小，愈利于順行。反之，阻礙順行。此外，還與礦、焦層厚度（料批重）有關(guān)。3.3高爐造渣過(guò)程21/65冶金與生態(tài)鋼冶系2造渣的形成過(guò)程2.3中間渣的變化形成的初渣在滴落下降過(guò)程中，隨著溫度升高，化學(xué)成分和物理性質(zhì)將不斷發(fā)生變化；FeO不斷被還原減少，性隨溫度升高而增加。實(shí)際上，中渣就是在風(fēng)口水平以上

10、，軟熔帶以下，正在滴落過(guò)程中的爐腹渣。3.3高爐造渣過(guò)程22/65冶金與生態(tài)鋼冶系2造渣的形成過(guò)程中渣能否順利落下，取決于原料成分和爐溫的穩(wěn)定。天然礦冶煉時(shí)，若礦石成分不穩(wěn)定，又有大量石灰石直接入爐，往往造成爐溫和中渣成分的激烈波動(dòng)，導(dǎo)致粘度的劇變，使高爐不順，甚至懸料和結(jié)瘤。使用成分穩(wěn)定的自熔性或熔劑性熟料冶煉時(shí)，只要注意操作和爐溫的穩(wěn)定，可基本排除上述弊病。當(dāng)然使用熱態(tài)強(qiáng)度高的焦炭，保證氣流正常分布是中渣順利滴落的基本條件。3.3高爐造渣過(guò)程23/65冶金與生態(tài)鋼冶系2 造渣的形成過(guò)程2.4終渣的形成中渣下達(dá)風(fēng)口水平，其成分還要發(fā)生一變化。風(fēng)口區(qū)、焦炭和噴吹煤粉燃燒后的灰分參與造渣，使渣中

11、Al2O3和SiO2明顯升高，而CaO和MgO卻較初、中渣相對(duì)降低。這樣的爐渣流入爐缸、鐵盛聚帶內(nèi)，形成終渣。其成分和性質(zhì)基本穩(wěn)定，變化不大。經(jīng)風(fēng)口區(qū)再氧化的鐵及其它元素在這里又可能還原到鐵水中，使渣中FeO含量降低。鐵水穿過(guò)渣層和渣鐵界面發(fā)生的脫硫反應(yīng)使渣中CaS有所增加。一般所說(shuō)的高爐渣系指終渣。終渣對(duì)控制生鐵成分，保證生鐵質(zhì)量有重要影響。終渣應(yīng)是預(yù)期的理想爐渣。若有不當(dāng)，應(yīng)在實(shí)踐中通過(guò)配料調(diào)整，使其達(dá)到適宜成分。3.3高爐造渣過(guò)程24/65冶金與生態(tài)鋼冶系2造渣的形成過(guò)程3.3高爐造渣過(guò)程25/65冶金與生態(tài)鋼冶系內(nèi)容結(jié)構(gòu)3.3高爐造渣過(guò)程26/65冶金與生態(tài)鋼冶系4 爐渣脫硫4.1硫的

12、簡(jiǎn)介4.2脫硫反應(yīng)熱力學(xué)4.3影響熱力學(xué)分析4.4脫硫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)4.5提高脫硫速率的措施4.6爐外脫硫2 爐渣形成過(guò)程爐渣形成過(guò)程初渣的生成中間渣的變化終渣的形成1 造渣概述造渣目的渣的來(lái)源性能要求渣的作用渣的成分堿度和渣量5 爐渣排堿5.1堿金屬在高爐行為5.2堿金屬5.3富集的危害5.4降低危害的措施3 爐渣的結(jié)構(gòu)與性能3.1爐渣的結(jié)構(gòu)（分子、離子、共存） 3.2爐渣的性能（熔化、表面性質(zhì)、脫硫、穩(wěn)定性）3.3對(duì)冶煉影響3爐渣的結(jié)構(gòu)與性能3.1爐渣結(jié)構(gòu)（1） 分子結(jié)構(gòu)理論爐渣是由各種氧化物和復(fù)雜化合物“分子”組成；如:氧化物與復(fù)雜化合物之間存在著生成和分解的平衡反應(yīng): (2FeOSiO2)

13、=2(FeO)+(SiO2)(2CaOSiO2)= 2(CaO)+(SiO2)氧化物“分子”才能參與化學(xué)反應(yīng):只有未形成化合物的如：FeS+(CaO)=(FeO)+(CaS)或FeS+(CaO)+C=(Fe)+(CaS)+CO優(yōu)點(diǎn)：可簡(jiǎn)單說(shuō)明爐渣的某些化學(xué)行為和反應(yīng)計(jì)量關(guān)系缺點(diǎn)：只能解釋熱力學(xué)規(guī)律，不能解釋爐渣的電化學(xué)性質(zhì)(如導(dǎo)電性)3.3高爐造渣過(guò)程27/65冶金與生態(tài)鋼冶系3爐渣的結(jié)構(gòu)與性能3.1爐渣結(jié)構(gòu)（2)離子結(jié)構(gòu)理論液態(tài)爐渣是由各種簡(jiǎn)單陽(yáng)離子和復(fù)合陰離子所組成；金屬氧化物離解后能電離；金屬相與渣相的反應(yīng)為電化學(xué)反應(yīng)，靠電子傳遞S2-O2-爐渣放出電子_ _+ +_ _+ +金屬吸收電

14、子SO3.3高爐造渣過(guò)程28/65冶金與生態(tài)鋼冶系3爐渣的結(jié)構(gòu)與性能3.1爐渣結(jié)構(gòu)（2）陰極：離子結(jié)構(gòu)理論S + 2e (S2-)；陽(yáng)極：(O2-) O + 2 e總反應(yīng)： S +(O2-) (S2-) + O優(yōu)點(diǎn)： 基于實(shí)驗(yàn)(電導(dǎo)、電解、雙電層)，能較好地解釋爐渣的電化學(xué)現(xiàn)象缺點(diǎn)： 有非液相的高活度來(lái)修正。晶體，爐渣不是完全離子，應(yīng)用離子3.3高爐造渣過(guò)程29/65冶金與生態(tài)鋼冶系3爐渣的結(jié)構(gòu)與性能3.1爐渣結(jié)構(gòu)（3）分子/離子共存理論根據(jù)電導(dǎo)測(cè)定結(jié)果 ：CaO、SiO2、MgO、Al2O3、P2O5的比電導(dǎo)低，不電離=分子;FeO、MnO、CaS ： 電離=離子： (Fe2+) (Mn2+

15、) (Ca2+)+ (O2-)；+ (O2-)；+ (S2-)(FeO)(MnO)(CaS)優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：能反應(yīng)爐渣內(nèi)的實(shí)際化學(xué)組成其計(jì)算離子、分子活度的公式較復(fù)雜。一些模型在發(fā)展中，應(yīng)用較難3.3高爐造渣過(guò)程30/65冶金與生態(tài)鋼冶系3爐渣的結(jié)構(gòu)與性能3.2爐渣的理化性能熔化性能穩(wěn)定性性能理化性能脫硫性能表面性能3.3高爐造渣過(guò)程31/65冶金與生態(tài)鋼冶系3爐渣的結(jié)構(gòu)與性能3.2爐渣的理化性能（1） 熔化性能熔化溫度及熔化性溫度熔化溫度：爐渣受熱升溫過(guò)程中固相完全的最低溫度，即相圖上液相線溫度(相當(dāng)于軟熔帶下沿溫度)熔化性溫度：爐渣可以真正具有實(shí)際意義)時(shí)的最低溫度(是爐渣溫度必須高于液相線溫

16、度，才可能有但高于液相線溫度的爐渣并非都具有足夠的要有足夠的過(guò)熱度性。性，3.3高爐造渣過(guò)程32/65冶金與生態(tài)鋼冶系3爐渣的結(jié)構(gòu)與性能熔化性溫度的確定粘度堿性渣A(“短A渣”)：t轉(zhuǎn)，就是熔化性溫度。B酸性渣B(“長(zhǎng)渣”)：-t曲線上斜率450t轉(zhuǎn)t熔化性溫度 t為1，(傾角為135)切線冶金點(diǎn)與的生溫態(tài)鋼為冶t系熔化3.3高爐造渣過(guò)程33/653爐渣的結(jié)構(gòu)與性能爐渣熔化溫度的要求：高好？低好？T熔過(guò)高：爐料過(guò)分難熔、粘滯 =“難行”；渣鐵分離，鐵水質(zhì)量難保合格；T熔太低： 軟熔帶位置過(guò)高，熔滴溫度過(guò)低，煤氣阻損增大=順行；間接還原不好，固態(tài)受熱不足；直接還原過(guò)高，下部熱耗增加；脫硫不好，鐵

17、水質(zhì)量和溫度難?！袄滂F”3.3高爐造渣過(guò)程34/65冶金與生態(tài)鋼冶系3爐渣的結(jié)構(gòu)與性能三元系爐渣液相等溫線：SiO2：40%Al2O3：20%CaO：40%3.3高爐造渣過(guò)程35/65冶金與生態(tài)鋼冶系3爐渣的結(jié)構(gòu)與性能（2）性能粘度：流體流體)。速度梯度、面積上的內(nèi)摩擦系數(shù)(：Pas(Ns/m2，kgm-1s-1)，1Pas=10泊(Poise)Pas(10P)為好，易產(chǎn)生“液高爐冶煉要求爐渣粘度適當(dāng)，一般以大(相對(duì)堿性渣)，Si-O陰離子形成四面體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，酸性渣中加入 CaO、MgO破壞網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)=3.3高爐造渣過(guò)程37/65冶金與生態(tài)鋼冶系3爐渣的結(jié)構(gòu)與性能堿性渣，高溫下粘度小。隨R原因:

18、RCaO、MgO固體懸浮質(zhì)點(diǎn)=3.3高爐造渣過(guò)程38/65冶金與生態(tài)鋼冶系3爐渣的結(jié)構(gòu)與性能c)渣中其它成分：) Al2O3 = 原因：在堿性渣中Al2O3呈現(xiàn)酸性，其陰離子三長(zhǎng)鍵結(jié)構(gòu) Si-O四長(zhǎng)鍵) TiO2 = (但影響小于原因：還原的與 、 生成碳氮化物，高，易析出固相質(zhì)點(diǎn)，TiC的T熔(3140)，TiN的T熔(2930) CaF2(螢石) = 原因：F是電極電位正值最大的元素，得到電子的傾向最強(qiáng)，2個(gè)F-可以取代一個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的-O-位置，造成斷口生成的個(gè)-O-鍵) K2O、Na2O = O2-又可以去破壞另一K2O、Na2O降低的作用比較小，但它們的危害大。3.3高爐造渣過(guò)程39/

19、65冶金與生態(tài)鋼冶系3爐渣的結(jié)構(gòu)與性能（3）爐渣的表面性質(zhì)表面張力表，與界面張力界液液表面張力表：生成耗的能量面積的液相與氣相的新交界面所消表：表面張力小，爐內(nèi)易產(chǎn)生液泛現(xiàn)象和渣(煉鐵)、爐外易起泡造成渣溝或渣罐外溢 = 危害?在爐外易形成渣、乳化渣 (如煉鋼)界面張力界：在液態(tài)渣鐵之間形成能量面積界面所消耗的界：界面張力小 渣中帶鐵，渣鐵分離3.3高爐造渣過(guò)程40/65冶金與生態(tài)鋼冶系相張力能量/面積面積能量/張力 m相渣/鐵m3爐渣的結(jié)構(gòu)與性能（4）爐渣的脫硫性能硫分配系數(shù)Ls將在爐渣脫硫一節(jié)中講述3.3高爐造渣過(guò)程41/65冶金與生態(tài)鋼冶系3爐渣的結(jié)構(gòu)與性能（5）爐渣的穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性：溫

20、度變化不大時(shí)，粘度波動(dòng)不大。酸性渣(長(zhǎng)渣)穩(wěn)定性優(yōu)于堿性渣(短渣)，但良好組成的堿性渣在高溫下也可具有較好的穩(wěn)定性?；瘜W(xué)穩(wěn)定性：化學(xué)成分在一定范圍波動(dòng)時(shí)，爐渣性能變化不大。即熔化溫度、粘度、表面性質(zhì)和脫硫能力波動(dòng)不大。3.3高爐造渣過(guò)程42/65冶金與生態(tài)鋼冶系3爐渣的結(jié)構(gòu)與性能3.3爐渣的理化性能對(duì)高爐冶煉的影響難行過(guò)高分離順行熔化性能T熔過(guò)低還原順行穩(wěn)定性性能分離理化性能反應(yīng)渣脫硫性能表面性能分離3.3高爐造渣過(guò)程43/65冶金與生態(tài)鋼冶系內(nèi)容結(jié)構(gòu)3.3高爐造渣過(guò)程44/65冶金與生態(tài)鋼冶系4 爐渣脫硫4.1硫的簡(jiǎn)介4.2脫硫反應(yīng)熱力學(xué)4.3影響熱力學(xué)分析4.4脫硫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)4.5提高脫硫

21、速率的措施4.6爐外脫硫2 爐渣形成過(guò)程爐渣形成過(guò)程初渣的生成中間渣的變化終渣的形成1 造渣概述造渣目的渣的來(lái)源性能要求渣的作用渣的成分堿度和渣量5 爐渣排堿5.1堿金屬在高爐行為5.2堿金屬5.3富集的危害5.4降低危害的措施3 爐渣的結(jié)構(gòu)與性能3.1爐渣的結(jié)構(gòu)（分子、離子、共存） 3.2爐渣的性能（熔化、表面性質(zhì)、脫硫、穩(wěn)定性）3.3造渣對(duì)冶煉影響4爐渣脫硫4.1硫的簡(jiǎn)介硫?qū)︿撹F的產(chǎn)品有害的位置，表現(xiàn) 材料發(fā)生“熱脆”脫硫是高爐的重要任務(wù)，也是該章的重點(diǎn)之一。（1）高爐中硫的來(lái)源及其分布硫負(fù)荷和來(lái)源 ：原料中負(fù)荷為： 4 8 kg/thm80 %由焦炭帶入：焦炭含硫0.60.8 %(有機(jī)硫

22、為主)；礦石(無(wú)機(jī)硫)含S一般 0.1%，主要以FeS2、硫酸鹽存在；燒結(jié)礦中 S 以 CaS 存在。硫在高爐中熔融帶產(chǎn)生小量富集現(xiàn)象焦炭的有機(jī)硫SO2 爐料吸收CS、COS(C還原)CaS+FeS2 FeS2又分解： FeS2在565 FeS+S，F(xiàn)eS進(jìn)入渣鐵界面(參與脫硫反應(yīng))， CaS進(jìn)入爐渣。S=1/(1+uLS)(S總-S氣)/Q鐵式中：u=Q渣/ Q鐵 渣鐵比，即渣量3.3高爐造渣過(guò)程46/65冶金與生態(tài)鋼冶系4爐渣脫硫（3）影響生鐵含S量的爐料帶入的總硫量：S總限制)隨煤氣揮發(fā)的硫量：S氣需T頂)S(其受資源S(S揮，渣量u：uS(但u，增加能耗和帶入的硫)硫分配比：LsS在高

23、爐降低鐵水含S主要的著眼點(diǎn)。3.3高爐造渣過(guò)程47/65冶金與生態(tài)鋼冶系4爐渣脫硫4.2高爐內(nèi)爐渣脫硫反應(yīng)的熱力學(xué)分為三步：FeS-(FeS)(FeS)+(CaO)=(CaS)+(FeO)(FeO)+C=Fe+CO或(FeO)+1/2Si=Fe+1/2(SiO2)總反應(yīng)：FeS+(CaO)+C=(CaS)+Fe+COFeS+(CaO)=(CaS)+Fe+1/2O23.3高爐造渣過(guò)程48/65冶金與生態(tài)鋼冶系4爐渣脫硫4.2高爐內(nèi)爐渣脫硫反應(yīng)的熱力學(xué)脫硫離子反應(yīng)式：平衡常數(shù)：導(dǎo)出：3.3高爐造渣過(guò)程49/65冶金與生態(tài)鋼冶系4爐渣脫硫4.2高爐內(nèi)爐渣脫硫反應(yīng)的熱力學(xué)實(shí)際上脫硫反應(yīng)受渣鐵氧勢(shì)和C、

24、Si、Mn耦合反應(yīng)綜合控制 S+(CaO) = (CaS)+OS+(CaO)+C =(CaS)+COS+(CaO)+ 1/2Si=(CaS)+ 1/2(SiO2)S+(CaO)+ Mn=(CaS)+ (MnO)高爐中，熱力學(xué)理論Ls值 = 50100，實(shí)際Ls值只有50；轉(zhuǎn)爐實(shí)際Ls值 110，已接近于平衡值。原因：高爐動(dòng)力學(xué)條件受到限制，脫硫反應(yīng)遠(yuǎn)未達(dá)到平衡值；而轉(zhuǎn)爐動(dòng)力學(xué)條件優(yōu)于高爐，故提高高爐Ls尚需改善動(dòng)力學(xué)條件。3.3高爐造渣過(guò)程50/65冶金與生態(tài)鋼冶系4爐渣脫硫4.3影響爐渣脫硫的熱力學(xué)脫硫離子反應(yīng)式：S+(O2-)(S2-)+OGo=124455-50.20T(% S )LS%

25、 S （1）溫度T：脫硫?yàn)槲鼰岱磻?yīng) TLS（2）爐渣堿度：Ra(O2-) LS提供(O2-)能力： CaO MnO MgO，如煉Mn鐵高爐，渣中 (MnO)多，故脫硫好。SiO2和Al2O3酸性氧化物消耗(O2-)，脫硫不利。3.3高爐造渣過(guò)程51/65冶金與生態(tài)鋼冶系4爐渣脫硫4.3影響爐渣脫硫的熱力學(xué)脫硫離子反應(yīng)式：S+(O2-)(S2-)+OGo=124455-50.20T(% S )LS% S （3）氣氛氧勢(shì)%O：%OLSa.b.還原性氣氛，渣中(FeO)%O；C、Si、Mn高，直接還原、耦合反應(yīng)高爐脫硫熱力學(xué)優(yōu)于轉(zhuǎn)爐：依據(jù)熱力學(xué)計(jì)算高爐LS=50100，轉(zhuǎn)爐LS=110。3.3高爐造

26、渣過(guò)程52/65冶金與生態(tài)鋼冶系4爐渣脫硫4.4高爐內(nèi)爐渣脫硫反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)由液-液反應(yīng)“雙膜”理論，可導(dǎo)出化學(xué)反應(yīng)不成為限制性環(huán)節(jié)的爐渣脫硫過(guò)程速率方程為：式中，A渣鐵交界面積，m2;V鐵水體積，m3;-平衡狀態(tài)下硫的分配系數(shù)，可由平衡常數(shù)得出； Ks，Km分別為硫在爐渣和鐵水中的傳質(zhì)系數(shù)，m/s。3.3高爐造渣過(guò)程53/65冶金與生態(tài)鋼冶系4爐渣脫硫4.5提高爐渣脫硫速率的措施加大渣鐵間交界面面積A：增加攪拌，加大鐵滴與渣滴接觸面，高爐爐內(nèi)渣鐵滴落區(qū)A大，脫硫優(yōu)于爐缸渣鐵層大高爐無(wú)渣口，渣鐵同出，攪拌使A，有利于脫硫 (轉(zhuǎn)爐吹氧強(qiáng)烈攪拌，A大，故脫硫動(dòng)力學(xué)優(yōu)于高爐)提高硫分配系數(shù) LS：熱力

27、學(xué)上 看 T ； R(前面已經(jīng)增大硫在鐵液及渣液中的傳質(zhì)系數(shù) km)和 kS：因?yàn)?kS km(2個(gè)數(shù)量級(jí))，所以需要 kS使得熔渣的 ； T會(huì)使熔渣的 kS性變好，粘度下降，達(dá)到3.3高爐造渣過(guò)程54/65冶金與生態(tài)鋼冶系4爐渣脫硫4.6 高爐爐外脫硫（1）爐外脫硫意義 滿足用戶對(duì)超低的需求：如軸承鋼S0.002%歐洲：90年代， 70 % 鋼材S 0.015 %； 50 %鋼材 S 0.010 %； 28 % 鋼材 S 0.005 %； 10 % 鋼材 S0.002 %減輕高爐脫硫負(fù)擔(dān)，放寬對(duì)硫限制，提高產(chǎn)量，降低煉鋼采用低硫鐵水冶煉，可獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益；爐外脫硫可保持象高爐內(nèi)良好熱力學(xué)

28、條件，但還可采用攪拌措施，大大改善動(dòng)力學(xué)條件，以較少費(fèi)用獲得很高的脫硫效率； 某些特殊爐況下要造酸性渣，如排堿，鐵水含S高，要補(bǔ)充脫硫。3.3高爐造渣過(guò)程55/65冶金與生態(tài)鋼冶系4爐渣脫硫4.6 高爐爐外脫硫（2）爐外脫硫劑發(fā)展方向： 高效、廉價(jià)、易得的復(fù)合脫硫劑石灰系： CaO(+CaCO3+CaF2+C，+CaC2，+Al) CaO(S) + S + C = (CaS) + CO電石系： CaC2(+CaO+CaCO3+CaF2)；CaC2(S)+S=(CaS)+2C系：Na2CO3(+氧化劑，同時(shí)脫磷脫硫)；Na2CO3(l)=Na2O(l)+ CO2；Na2O(l)+S + C =

29、(Na2S) + CO金屬鎂系：Mg-coke (鎂焦)，Mg-Fe-Si，Mg-CaO，覆膜鎂粒(310%惰性保護(hù)物質(zhì))，覆膜混合鎂粒 (coated Mg granules，3080%Mg)Mg(g)+S=(MgS)3.3高爐造渣過(guò)程56/65冶金與生態(tài)鋼冶系4爐渣脫硫4.6 高爐爐外脫硫（3）爐外脫硫方法噴吹法：ThyssenATH法(斜插噴槍)；新日鐵NSCTDS法(頂噴)攪拌法：機(jī)械攪拌法：NSCbara Reactor法、千葉NP法；德國(guó)Demag Ostberg)法、Rheinstahl法；吹氣攪拌法：NSC PDS法(底噴)、CLDS法(頂噴)鎂系脫硫法：噴吹法和鐘罩壓入法(J

30、anes LaughlinCo.)鐵水溝連續(xù)脫硫法： 利用自然動(dòng)力或加強(qiáng)攪拌3.3高爐造渣過(guò)程57/65冶金與生態(tài)鋼冶系4爐渣脫硫4.6高爐爐外脫硫（4）鐵水預(yù)處理發(fā)展趨勢(shì)爐外脫硫 脫硅 同時(shí)脫磷脫硫優(yōu)化鋼鐵冶金工藝：高爐 分離脈石、還原鐵礦；鐵水預(yù)處理 脫硅、脫磷、脫硫；轉(zhuǎn)爐脫碳、升溫；鋼水爐外精煉 去夾雜、合金化爐外脫硫，雖多一道工序，鐵水少量降溫，但利大于敝，特別是煉優(yōu)質(zhì)鋼或特殊鋼種，提高鋼材質(zhì)量的較經(jīng)濟(jì)。3.3高爐造渣過(guò)程58/65冶金與生態(tài)鋼冶系內(nèi)容結(jié)構(gòu)3.3高爐造渣過(guò)程59/65冶金與生態(tài)鋼冶系4 爐渣脫硫4.1硫的簡(jiǎn)介4.2脫硫反應(yīng)熱力學(xué)4.3影響熱力學(xué)分析4.4脫硫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)4

31、.5提高脫硫速率的措施4.6爐外脫硫2 爐渣形成過(guò)程爐渣形成過(guò)程初渣的生成中間渣的變化終渣的形成1 造渣概述造渣目的渣的來(lái)源性能要求渣的作用渣的成分堿度和渣量5 爐渣排堿5.1堿金屬在高爐行為5.2堿金屬5.3富集的危害5.4降低危害的措施3 爐渣的結(jié)構(gòu)與性能3.1爐渣的結(jié)構(gòu)（分子、離子、共存） 3.2爐渣的性能（熔化、表面性質(zhì)、脫硫、穩(wěn)定性）3.3造渣對(duì)冶煉影響5爐渣排堿堿負(fù)荷：入爐料中堿金屬氧化物(K2O+Na2O)的總量，kg/t鐵高爐： 新日鐵 2.5 kg/thm，川崎3.1 kg/thm我國(guó)高爐： 46 kg/thm (包、酒、昆、宣鋼較高)5.1 K、Na在高爐中的行為 下部高溫區(qū)被 C 還原K、Na 蒸汽 氣