高爐泡沫渣

高爐泡沫渣指在高爐冶煉釩鈦磁鐵礦時，爐渣中TiO2高達一定值後會有大量氣體以氣泡形式分散於渣中使爐渣的體積膨脹，這種爐渣即為泡沫渣。高爐冶煉釩欽磁鐵礦，當其爐渣中Ti02含量超過15%時，爐渣變稠現象開始嚴重，只有採取特殊的冶煉措施高爐才能正常冶煉。

基本介紹

• 中文名：高爐泡沫渣
• 外文名：Blast furnace slag
• 因素：TiO2
• 對應：特殊礦冶煉高爐造渣
• 後果：透氣性惡化，風口易掛渣
• 學科：冶金工程

簡介

高爐冶煉釩鈦磁鐵礦時，爐渣中TiO2高達一定值後會有大量氣體以氣泡形式分散於渣中使爐渣的體積膨脹。這種爐渣即為泡沫渣，它是特殊礦冶煉高爐造渣的一個重要問題。泡沫渣的產生將造成高爐生產過程渣鐵出不盡，料柱透氣性惡化，風口易掛渣，給高爐爐況順行和強化帶來困難。當爐渣進入渣罐後由於其體積膨大使渣罐利用率降低，甚至從渣罐上部溢出，造成事故。泡沫渣的形成有兩個條件，一是有大量的分散氣體生成，二是爐渣性能使分散氣體穩定存在，從而使渣中氣體量不斷增加。在釩鈦磁鐵礦的高爐冶煉中，高爐下部有較多的FeO、TiO2等氧化物從渣中還原，從而產生大量CO氣體。同時，高鈦型高爐渣表面吸附，富集的活性物質比普通渣高得多。表面活性物的存在使液膜的表面黏度比體積黏度高，從而阻礙了排氣速度，延長了泡沫的壽命。表面活性物的存在又使爐渣表面張力大大下降，造成渣內分散氣泡合併上浮困難，使氣泡更穩定，從而形成泡沫渣。解決泡沫渣問題的辦法是採用一切手段提高渣中“氧勢”，抑制TiO2還原，減少Ti(C、N)等膠質微粒的生成，也即減少表面吸附的活性物質量，從而阻止泡沫形成。

高爐冶煉釩欽磁鐵礦，當其爐渣中Ti02含量超過15%時，爐渣變稠現象開始嚴重，只有採取特殊的冶煉措施高爐才能正常冶煉。若爐渣中Ti02繼續增高，到一定數量時就會出現泡沫渣，攀鏘現場冶煉經驗認為泡沫渣明顯生成的TiO2界限含量為25%。

泡沫渣現象不僅出現於爐外，而且產生於爐內。在爐內產生泡沫渣，由於液泛現象及焦炭夾層的通液性變井，使高爐厂部透氣性變壞，容易造成風口涌渣，掛渣，給高爐順行和強化帶來困難。若在爐外形成泡沫濃，則渣罐利用率低，粘溝粘罐現象嚴衛，給爐前操作和生產調度帶來困難。探索泡沫清生成機理，尋求滿意的消泡方法，提高釩鈦礦高爐冶煉水平，直至目前仍不失為具有現實意義的研究課題。1979-1983年間，攀鋼和昆明冶金研究所等單位一起進行了由實驗室、半工業直到巨業性的試驗研究，取得了良好效果。

高爐中泡沫渣生成的原因

在高爐冶煉過程中氣休產物呈小氣泡分散於熔渣中，造潔成大量相界面的片散系，叫做泡沫渣。產生泡沫渣的條件大致是:

(1)能夠迅速產生大量氣體;

(2)小的氣泡在上升過程和液滴相碰撞產生集並，體積長大;

(3)形成的氣泡具有一定的強度和穩定性。

集並是一個自動過程，因而是不可避免的。在高爐冶煉的具體條件下，即使行程正常，鐵元素在爐腹部分也不是全部被還原。

同時已還原元素經過風口氧化區將受到再氧化作用。因此，鐵、錳、釩、矽、欽等元素總是有一部分在爐缸被還原。所以高爐爐缸溶渣中金屬氧化物被還原轉入鐵液的同時，會有相當數量的氣體逸出。即使冶煉普通礦也是如此。對於冶煉釩鈦磁鐵礦，由於TiO2的還原產生TiC，加之低矽鈦操作，爐缸溫度相應較低.，由熱力學可知，當爐缸溫度在1450℃以下時，一鐵水中的矽、錳等元素對鐵中的碳起保護作用，有利於鐵中碳的氧化。因此，相對而言冶煉釩鈦礦較之冶煉普通礦產生的氣體量要多些。而且渣中TiO2含最越多產生氣體的量就越多。這是冶煉釩鈦礦產生泡沫渣的一個原因。

另一方面是高鈦渣表面張力小，表面活性物質及固相分散物的量多，使得氣泡的穩定性好，機械強度高形成泡沫渣。

高鈦渣是一種複雜渣系，其中的Fe2O8,SiO2, TiO2, Na3O, CaF2等，均能形成靜電矩很小的複合陰離子，成為渣中表面活性物質，降低熔渣的表面張力。此外，固相分散物如細小鐵珠，石灰粉，礦粒或冶鍊形成的高熔點產物也能在氣泡表面吸附，提高氣泡的機械強度。

從流體力學知，兩種液體與氣體的邊界相交，或氣固液三相接觸的清況下，若溶劑的表面張力小，它對於其上的液體或固體就不能夠很好的潤濕。這就十分有利於氣泡的形成和表面活性物質及固相分散物在氣泡表面吸附。

消泡措施及效果

為了減少和消除泡沫渣，強化高爐冶煉，改善爐前操作，提高生鐵含釩，方法之一是在高爐原料中配入一部分釩鈦富塊礦(-10%)。

配加釩鈦富塊礦就是以其難還原性和高FeO適當增加爐缸的直接還原，利用Fe0比Ti02具有更高的氧勢，達到抑制TiO2的還原減輕或消除泡沫渣的日的。同時由於原料帶入的總釩量增加,在釩收率變化不大的情況下，生鐵含釩提高。配礦的效果主要有以下幾點。

1漲泡高度降低

實驗室測定的不同原料配比情況下的漲泡高度，以太和塊礦的消泡效果最好。半工業性試驗現場渣樣測定與實驗結果亦相吻合。

2.風量增加，透氣性指數改善

在配加太和塊礦半工業試驗階段，由於渣鐵流動性改善，在理論渣量增加近100公斤的情況下，高爐下部阻損仍有所降低，風量自動增加，透氣性指數改善。

配加馬塊礦半工業試驗及攀鋼大高爐試驗期間透氣性指數也都有所增加

3.生鐵含釩量增加

根據攀鋼大高爐試驗，與配加普通塊礦比較，由於每噸生鐵爐料帶入的釩量增加0,34-0,535公斤，生鐵增釩幅度為0.017%。

配加釩鈦塊礦消泡機理淺析

1釩欽塊礦的難還原性

由於釩欽磁鐵礦原礦嵌布特徵呈稠密浸染狀或塊狀，結構緻密，使得它在高爐內的還原動力學條件差。目前普遍認為:高爐內鐵礦石的還原速度處於過渡範圍，即界面化學反應和內擴散成為限制環節。據化冶所球大光等同志的研究，釩欽磁鐵礦的還原反應機理也具有相同性質。鑒於釩鈦塊礦的結構特點，無論對界面反應向核心推移或是克服內擴散阻力都是不利的。所以釩鈦塊礦是很難還原的，欲使其較好的還原，有賴於在爐缸高溫區完成。配太和塊礦半工業試驗期間，爐腰採取的物料樣品中曾發現生礦就是證明。

2.FeO的作用

釩欽塊礦含FeO高，利用它比Ti02具有較高的氧勢，抑制TiO2在爐腹的還原。

混合礦=90%釩燒礦+10%太和塊礦

配加釩欽塊礦對鈦的還原有抑制作用，並能減少Ti(CN)的生成和欽的低價氧化物的含量。同時可以看出似乎燒結礦中的氧化鐵(FeO)在爐腹區容易直接還原，而塊礦中的FeO在爐腹還原較差。

3.爐渣表面張力與漲泡高度的關係

採用各種不同配礦方法，降低了渣中TiC及TiN含量，爐渣表面張力增大，漲泡高度降低，流動性改善。與前述泡沫渣的生成原因是一致的。

總結

1.冶煉高鈦型釩鈦磁鐵礦時會在高爐爐缸和渣罐中生成穩定的泡沫渣。由於TiO2的還原生成欽的低價氧化物和Ti(CN)，它一方面導致爐缸產生氣體的量較普通礦冶煉為多，同時使爐渣表面張力降低，增加表面活性物質和固相分散物，這是泡沫渣形成的一個重要原因。

2.在釩鈦燒結礦中配加百分之十左右的釩鈦原塊礦，以取代普通富塊礦，減少泡沫渣的生成，並增加生鐵含釩量。