第三章3.3高爐造渣過程

1、第三章高爐冶煉過程的物理化學(xué)高爐造渣過程教師：國宏偉：62332353：MSN：冶金樓606內(nèi)容結(jié)構(gòu)3.3高爐造渣過程2/65冶金與生態(tài)鋼冶系4 爐渣脫硫4.1硫的簡介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 爐渣形成過程爐渣形成過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。即使它們有機會組成較低的化合物，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)(煉低硅鐵時用) (高Al2O3時用)由爐料中TFe及脈石含量來決定，采用進口礦渣量明顯下降；我國一般300400kg/thm，寶鋼280kg/thm3.3高爐造渣過程10/65冶金與生態(tài)鋼冶系內(nèi)容結(jié)構(gòu)3.3高爐造渣過程11/65冶金與生態(tài)鋼冶系4 爐渣脫硫4.1硫的簡介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 爐渣形成過程爐渣形成過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對冶煉影響2造渣的形成過程2.1爐渣形成過程：初渣中間渣終渣初渣：最初形成于軟熔帶上沿，至軟熔帶下沿開始滴落特點：FeO高，一般1030動性差%，熔融狀態(tài)，流初渣形成的早晚、位置的高低、持續(xù)時間長短，直接影響軟熔帶的位置和厚度，對高爐順行影響很大。3.3高爐造渣過程

5、12/65冶金與生態(tài)鋼冶系2造渣的形成過程中間渣：初渣到終渣，從軟熔帶下沿滴落開始直至爐缸特點：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：成分穩(wěn)定，F(xiàn)eO最低，一般0.5化驗的爐渣成分即指終渣。終渣成分對調(diào)整和控制生鐵成分及質(zhì)量作用顯%。日常著，對爐缸、風(fēng)口、渣口影響也較大。3.3高爐造渣過程13/65冶金與生態(tài)鋼冶系2造渣的形成過程3.3高爐造渣過程14/65冶金與生態(tài)鋼冶系2造渣的形成過程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、滴落幾個階段 。3.3高爐造渣過程15/65冶金與生態(tài)鋼冶系2造渣的形成過程固相反應(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高爐造渣過程16/65冶金與生態(tài)鋼冶系2造渣的形成過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，最終軟化下來變成了熔融、狀態(tài)?？梢娷浕堑V石從固態(tài)變成液態(tài)的一個過渡階段，是造渣過程中對高爐順行很有影響的一

7、個環(huán)節(jié)。3.3高爐造渣過程17/65冶金與生態(tài)鋼冶系2造渣的形成過程各種礦石有著不同的軟化性能。它主要表現(xiàn)在兩方面：一是開始軟化溫度，二是軟化溫度區(qū)間。礦石在高爐內(nèi)從開始軟化到熔化滴落，需要一段時間和空間（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，對氣流的阻力很大。3.3高爐造渣過程18/65冶金與生態(tài)鋼冶系2造渣的形成過程顯然，礦石開始軟化溫度愈低，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，對氣流的阻力愈大，對高爐

8、順行不利。所以一般希望礦石的開始軟化溫度要高，軟化區(qū)間要窄。這樣軟熔帶位置較低，軟熔層較窄，對高爐順行有利。一般說來礦石軟化溫度波動在7001200之間。礦石軟化性能可通過高溫荷重軟化實驗裝置來測定。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距離來讀出。3.3高爐造渣過程19/65冶金與生態(tài)鋼冶系2造渣的形成過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)域過去稱為成渣帶，現(xiàn)在叫做軟熔帶。根據(jù)近年來高爐解剖，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高爐造渣過程20/65冶金與生態(tài)鋼冶系2造渣的形成過程軟熔帶對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高爐造渣過程21/65冶金與生態(tài)鋼冶系2造渣的形成過程2.3中間渣的變化形成的初渣在滴落下降過程中，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，正在滴落過程中的爐腹渣。3.3高爐造渣過程22/65冶金與生態(tài)鋼冶系2造渣的形成過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，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，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，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高爐造渣過程23/65冶金與生態(tài)鋼冶系2 造渣的形成過程2.4終渣的形成中渣下達風(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。一般所說的高爐渣系指終渣。終渣對控制生鐵成分，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)在實踐中通過配料調(diào)整，使其達到適宜成分。3.3高爐造渣過程24/65冶金與生態(tài)鋼冶系2造渣的形成過程3.3高爐造渣過程25/65冶金與生態(tài)鋼冶系內(nèi)容結(jié)構(gòu)3.3高爐造渣過程26/65冶金與生態(tài)鋼冶系4 爐渣脫硫4.1硫的

12、簡介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 爐渣形成過程爐渣形成過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：可簡單說明爐渣的某些化學(xué)行為和反應(yīng)計量關(guān)系缺點：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)爐渣是由各種簡單陽離子和復(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-)；陽極：(O2-) O + 2 e總反應(yīng)： S +(O2-) (S2-) + O優(yōu)點： 基于實驗(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： 有非液相的高活度來修正。晶體，爐渣不是完全離子，應(yīng)用離子3.3高爐造渣過程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：缺點：能反應(yīng)爐渣內(nèi)的實際化學(xué)組成其計算離子、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際意義)時的最低溫度(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熱度性。性，3.3高爐造渣過程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)切線冶金點與的生溫態(tài)鋼為冶t系熔化3.3高爐造渣過程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熔過高：爐料過分難熔、粘滯 =“難行”；渣鐵分離，鐵水質(zhì)量難保合格；T熔太低： 軟熔帶位置過高，熔滴溫度過低，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=3.3高爐造渣過程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，其陰離子三長鍵結(jié)構(gòu) Si-O四長鍵) 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，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，2個F-可以取代一個網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的-O-位置，造成斷口生成的個-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，粘度波動不大。酸性渣(長渣)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時，爐渣性能變化不大。即熔化溫度、粘度、表面性質(zhì)和脫硫能力波動不大。3.3高爐造渣過程42/65冶金與生態(tài)鋼冶系3爐渣的結(jié)構(gòu)與性能3.3爐渣的理化性能對高爐冶煉的影響難行過高分離順行熔化性能T熔過低還原順行穩(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高爐造渣過程44/65冶金與生態(tài)鋼冶系4 爐渣脫硫4.1硫的簡介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 爐渣形成過程爐渣形成過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造渣對冶煉影響4爐渣脫硫4.1硫的簡介硫?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)，也是該章的重點之一。（1）高爐中硫的來源及其分布硫負荷和來源 ：原料中負荷為： 4 8 kg/thm80 %由焦炭帶入：焦炭含硫0.60.8 %(有機硫

22、為主)；礦石(無機硫)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進入渣鐵界面(參與脫硫反應(yīng))， CaS進入爐渣。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。3.3高爐造渣過程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)實際上脫硫反應(yīng)受渣鐵氧勢和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，實際Ls值只有50；轉(zhuǎn)爐實際Ls值 110，已接近于平衡值。原因：高爐動力學(xué)條件受到限制，脫硫反應(yīng)遠未達到平衡值；而轉(zhuǎn)爐動力學(xué)條件優(yōu)于高爐，故提高高爐Ls尚需改善動力學(xué)條件。3.3高爐造渣過程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：脫硫為吸熱反應(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%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)計算高爐LS=50100，轉(zhuǎn)爐LS=110。3.3高爐造

26、渣過程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渣口，渣鐵同出，攪拌使A，有利于脫硫 (轉(zhuǎn)爐吹氧強烈攪拌，A大，故脫硫動力學(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：因為 kS km(2個數(shù)量級)，所以需要 kS使得熔渣的 ； T會使熔渣的 kS性變好，粘度下降，達到3.3高爐造渣過程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 %減輕高爐脫硫負擔(dān)，放寬對硫限制，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，大大改善動力學(xué)條件，以較少費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，要補充脫硫。3.3高爐造渣過程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、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：機械攪拌法：NSCbara Reactor法、千葉NP法；德國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： 利用自然動力或加強攪拌3.3高爐造渣過程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)展趨勢爐外脫硫 脫硅 同時脫磷脫硫優(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。3.3高爐造渣過程58/65冶金與生態(tài)鋼冶系內(nèi)容結(jié)構(gòu)3.3高爐造渣過程59/65冶金與生態(tài)鋼冶系4 爐渣脫硫4.1硫的簡介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 爐渣形成過程爐渣形成過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造渣對冶煉影響5爐渣排堿堿負荷：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