承钢高炉炉缸沉积物的形成机理

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1、第30卷第4期河北理工大学学报(自然科学版)Vo1．30No．42008年l1月JournalofHebeiPolytechnicUniversity(NaturalScienceEdition)Nov．2008文章编号：167442262(2008)04-0007424承钢高炉炉缸沉积物的形成机理吕庆’，张振峰，陈红建，张淑会，李福民(1．河北理工大学冶金与能源学院，河北唐山，063009；2．东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳，110004；3．承德新新钒钛股份有限公司炼铁厂，河北承德O67Oo2)关键词：高炉炉缸；沉积物；TiC；TiN摘要：在热力学分析的基础

2、上，研究了承钢高炉炉缸沉积物的形成机理。结果表明：承钢高炉炉缸沉积物中的高熔点物质主要为TiC及少量的Ti(N，C)、Tj(C，N)。炉渣中的TiO2与焦炭发生直接还原反应生成TiC，随着铁液的形成，渣中的TiC被铁滴吸附，包裹在铁滴周围。TiC包裹着铁液沉降到炉底形成炉缸沉积物；在渣一铁界面和铁水一炉底耐火材料界面，由于浓度梯度和温度梯度的存在析出Ti(N，C)、Ti(C，N)，铁水和炉渣团聚在炉缸中形成炉缸沉积物。中图分类号：TF534．1文献标志码：A0引言承钢以冶炼钒钛磁铁矿石而著称，由于原料所带人的TiO：含量不同，炉渣中的TiO含量亦不同，承钢高炉渣中

3、TiO含量为16％～18％，为中钛型高炉渣。此外，近年来，承钢还大量使用含AI：O，较高的国外铁矿石，使承钢高炉渣组成变化更为复杂'们O炉渣中AI20。、TiO：含量都比较高。随着高炉冶炼强度及产量的提高，承钢高炉炉缸粘结现象不断发生，沉积物呈锅底形分布在炉缸中，严重影响了高炉正常生产因此，通过实验研究，分析了承钢高炉炉缸沉积物的形成机理，并提出相应的解决措施以实现高炉的顺行。l试验对承钢高炉炉缸沉积物进行了矿相分析，得到其矿物组成如表1所示。表l炉缸沉积物的矿物组成及体积百分含量(％)由表可知，该沉积物中的高熔点物质主要TIC及少量的Ti(N，C)、Tj(C，N

4、)。而沉积物中钛的化合物主要是由炉渣和焦炭反应生成，因此为研究其生成机理，需模拟承钢高炉炉缸环境进行焦渣反应试验研究。根据承钢现场炉缸渣铁比，把盛有40g炉渣和100g生铁试样的石墨坩埚置于二硅化钼炉恒温区，当炉温升至1500'E时恒温并开始计时，其间每隔20rain用钼棒搅动渣铁试样，恒温2h后降温冷却，观察并取出试样进行矿相分析。试验所用渣样成分如表2所示。表2试验渣样的化学成分(％)收稿日期：2008-01—108河北理工大学学报(自然科学版)第30卷2分析与讨论2．1热力学分析高炉冶炼钒钛磁铁矿时，烧结矿中的钛大部分以钙钛矿的形式存在，其余的为钛磁铁矿和钛

5、赤铁矿的固溶体，这些钛氧化物和焦炭反应，被还原为TiC和TiN[7，引。Ti203+3C=2Ti+3CO△G。=79246—494．34TJ／mol(1)Ti2O3+5C=2TiC+3COAGo=793515-498．65mol(2)Ti3O5+8C=2TiC+5CO△G。=1316390—818．90TJ／tool(3)Ti3O5+5c+{，_N2=2TiN+5CO△c。=861279—572．82了／m0l(4)又由于有N：和过剩的C存在以及渣焦、渣铁良好的润湿和接触，发生直接还原：TiO2+2C=Ti+2CO△G。=290718—173．59zIJ／mol(

6、5)TiO2+3C：TiC+2COAC,。=524130—333．55z，J／m0l(6)TiO2+2C+N2=TiN+2COAG。=379189—257．54TJ／tool(7)Tio2+2c=丢+2coAG。=686263—397．62TJ／m。l(8)以上反应生成的TiC、TiN以固溶体形态弥散于渣相中，还原的Ti部分进入铁相，部分在渣中以TiC、TiN形态存在，在铁中1ri也可以TiC、TiN的形态析出，其反应为[Ti]+C=TiC(s)AG。=一145150+48．06TJ／mol(9)[]+[C]=Tic(s)△c。=一166483+93．11TJ／m

7、ol(10)[Ti]+N2=TiN(s)△G。=一279842+129．297tJ／Ilj10l(11)1TiS()+÷N2(8)=TiN(。)+[C]△G。=一131172+4171T(12)根据式(12)反应可以形成Ti(N，C)，当反应达到平衡时，AG。=一2．303RTlgk。，其中。=，因此可N2以得到lgqc一寻lgPN：_6851—2．28(13)根据式(13)在一定温度下作图即可得到TiC和TiN的分布区域。按上述方法，根据反应式(9)、(11)、(12)的热力学数据导出一定温度条件下碳活度和氮分压的关系式，进而得到Ti—c—N系状态图如图1所示，

8、其中虚线为