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        冶煉過程產(chǎn)品和成分簡析

        2017-09-11 14:14:22劉錦徐海衛(wèi)董國順王偉李亞平
        化工管理 2017年23期
        關(guān)鍵詞:鐵水爐渣分析方法

        劉錦徐海衛(wèi)董國順王偉李亞平

        (1首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司 河北 唐山 063200;2唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動化工程系 河北 唐山 063200)

        冶煉過程產(chǎn)品和成分簡析

        劉錦1徐海衛(wèi)1董國順1王偉1李亞平2

        (1首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司 河北 唐山 063200;2唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動化工程系 河北 唐山 063200)

        為了實時監(jiān)控冶煉水平,掌握過程關(guān)鍵控制點,鐵水、爐渣和鋼產(chǎn)品都需要進行成分分析。不同的元素在冶煉過程中起到不同的作用,鋼鐵產(chǎn)品的品質(zhì)與過程中元素的添加或反應(yīng)密不可分,本文就冶煉過程中鐵水、爐渣和鋼的成分分析作簡要闡述。

        高爐冶煉;鐵水;爐渣;鋼;成分分析

        鐵水、爐渣和鋼中的元素成分含量與冶煉的過程直接關(guān)聯(lián),一方面,了解鋼鐵產(chǎn)品的生產(chǎn)過程,從而進一步理解各種成分在冶煉過程中的不同作用;另一方面,成分的定量分析可以指導(dǎo)生產(chǎn),因此掌握成分分析方法對于鋼鐵產(chǎn)品的實際生產(chǎn)具有重要意義。

        1 鐵水

        鐵水是高爐冶煉的最主要產(chǎn)品,可以依據(jù)碳含量的不同,將其分為煉鋼鐵水和鑄造鐵水[1]。一般情況下,煉鋼鐵水的碳含量比較低。高爐在生產(chǎn)過程中。原料與燃料在冶煉后,獲得其主要產(chǎn)品,并定時從鐵口排出。

        鐵水是高爐冶煉過程中鐵與渣交互作用而形成的。其過程十分復(fù)雜。

        1.1 高爐反應(yīng)與成分的關(guān)系

        硅還原。硅是生鐵中最重要的元素。高爐操作的重要任務(wù)之一是控制鐵中的硅素含量。[2]在爐特殊情況期間,鐵水硅會達到非常高的值,如爐溫較高時。因為鐵水中硅主要來自于煤渣內(nèi)SiO2,爐渣液相線溫度會升高.當(dāng)爐的渣堿度增加到一定程度,爐內(nèi)的沫渣不再是液態(tài),無法繼續(xù)熔煉.由此在爐內(nèi)滯留形成渣環(huán)圈,爐腹區(qū)尤為嚴重。該種情況的存在會影響到正常的熔煉工作,同時爐料下降會受影響。高爐降硅目的是降低成本,因通常情況下,每還原一個單位的硅是還原一個單位鐵所需消耗熱量的8倍,所以降硅是為了節(jié)約焦碳.低硅鐵水到了煉鋼也能縮短冶煉時間.降低成本。

        錳是貴重金屬元素。隨著錳礦加入到高爐中帶來了錳元素,也有少量Mn存在于鐵礦石中。高爐內(nèi)的Mn是由MnO直接還原獲得的,Mn0開始直接還原的溫度約在1100-1200℃之間。

        磷很難還原,且還原反應(yīng)很吸熱,爐缸的熱量高時,有利于磷還原反應(yīng)發(fā)生。磷被還原后以Fe2P化合物溶于生鐵,降低生鐵中的含磷量只有控制爐料的含磷量這條途徑,大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明,使用含磷量較高的礦石冶煉優(yōu)于相對于含磷量較低的普通礦石,會有5%-15%磷進入到爐渣中。

        鐵水硫。鐵水硫取決于爐渣成分,高爐勢態(tài),硫的輸入量等三方面因素。就硫的輸入量而言,通常是2.5—3.5kg/HM。其主要的來源是焦炭或者是還原劑。如石油或者是煤。

        1.2 不同分析方法比較

        國內(nèi)鋼鐵企業(yè)進行鐵水分析的一般方法有:選擇直讀光譜分析儀、X射線熒光光譜儀、碳硫元素分析儀、爐前碳硅分析等進行爐前快速分析,分析方法比較如下表所示:

        不同鐵水分析方法比較分析方法優(yōu)缺點直讀光譜分析儀一次性測量多個元素,儀器測量時間快;制樣簡單,檢測速度快。分析精度較高。設(shè)備投入成本較高X射線熒光光譜儀測量元素用時幾十秒到幾分,檢測速度快,試樣室可同時放多個試樣,不能過大;測碳比較困難且精度較低,其樣塊表面要求也要比發(fā)射光譜稍高,測定碳、硅等一些元素精度低于發(fā)射光譜法,設(shè)備成本高。碳硫元素分析儀①快速碳硫分析儀采用氣體容量法,速度快(分析時間不到一分鐘),精度優(yōu)于光譜法,儀器價格便宜,性價比高。②紅外碳硫分析儀:采用燃燒—紅外分析的方法,速度快(分析時間約一分鐘),精度高,是目前精度最高的碳硫分析儀,能滿足特殊材料對碳硫元素要求嚴格或碳硫含量太低,普通碳硫分析儀無法滿足的產(chǎn)品檢測使用。儀器價格便宜,能滿足軍工級企業(yè)檢測需求。爐前碳硅分析爐前鐵水快速分析儀,又叫碳硅分析儀,熱分析儀、鐵水質(zhì)量管理儀等等,測量速度快(2—3分鐘),對鐵水的溫度、碳當(dāng)量、碳含量、硅含量、共晶度等指標的分析,測碳精度與光譜分析法相當(dāng),測硅影響因素較多,需要修正,檢測項目有局限性。

        2 爐渣

        作為高爐煉鐵的副產(chǎn)品,經(jīng)過相應(yīng)加工處理后,可以用來作為建筑材料。在高爐生產(chǎn)過程中,將各種原材料和燃料冶煉后,除過鐵水與煤氣外,礦石中的脈石、熔劑,燃料中的灰分相互融合形成液態(tài)的爐渣。其溫度通常在1400℃—1600℃之間。

        2.1 爐渣成分關(guān)系

        爐渣主要是由焦炭灰分,脈石原料,輔助還原劑形成。生產(chǎn)過程中,由初渣發(fā)展成為終渣。冶煉有時需要調(diào)整爐料配比,爐況變化的同時爐渣成分也會發(fā)生變化。高爐渣原作為廢物經(jīng)水淬制成水渣,可用來制造渣棉、鑄石。

        爐渣的成分主要是Si02,Al2O3,CaO,MgO等。當(dāng)氧進入金屬熔池后,元素開始氧化反應(yīng)。各元素氧化速度不同,但都是按一定的次序進行的。一般地講,硅、錳最先被氧化,而碳隨后被迅速氧化,磷與碳同時進行。

        不同溫度條件下氧化反應(yīng)元素的順序

        氧化次序不同的原因是元素與氧的親和力存在差異,與氧親和力強的元素可以奪取更多的氧,氧化反應(yīng)開始的時間最早;反之,與氧親和力弱的元素則奪得較小的氧,它的氧化反應(yīng)開始的時間晚,氧化的效果也不如前者。

        爐渣不同氧化物的熔點

        爐渣主要是去除生鐵中的硫,對硅有選擇或抑制,促進錳還原,起到控制生鐵成分的重要作用,并保護爐襯。

        2.2 爐渣分析方法

        爐渣的一般分析技術(shù)和方法包括:電感耦合等離子體發(fā)射光譜、原子吸收光譜、X射線熒光光譜、分光光度、紅外線吸收、滴定法以及重量法等。

        3 鋼

        根據(jù)化學(xué)成分不同,鋼分為不同鋼種?;瘜W(xué)成分是鋼中各種化學(xué)元素的含量百分比。冶煉過程中通過檢驗鋼的化學(xué)成分,確定是否滿足鋼種要求和標準,是煉鋼的基本要求。

        3.1 煉鋼與成分的關(guān)系

        對于碳素結(jié)構(gòu)鋼,主要分析五大元素,即碳、錳、硅、硫、磷;對于合金鋼,除分析上述五大元素之外,還要分析合金元素。此外,對鋼中其他有害元素和殘余元素也有規(guī)定。[3]

        碳在鋼中的存在形式有兩種,一是化合碳,一是游離碳,以前者為主。一般檢驗碳含量為化合碳和游離碳的總和。含碳量增加,強度和硬度隨之增加,塑性和延展性隨著降低,當(dāng)碳含量超過0.23%時,鋼的焊接性能變壞,用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼,含碳量一般不超過0.20%,易于切削加工。

        硅作為煉鋼過程中的還原劑和脫氧劑,主要以硅化物的形態(tài)存在,屬于煉鋼的有益元素。如果含硅量超過0.50-0.60%,是為了使鋼獲得特殊性能而定量加入的,此時的硅屬于合金元素。比如,調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中加入1.0-1.2%的硅,強度可提高15-20%。

        錳在煉鋼過程中是弱脫氧劑和脫硫劑,一定程度上消除硫和氧對鋼材的熱脆性能的影響,從而影響加工性能。一般鋼中含錳0.30-0.50%。在碳素鋼中加入0.70%以上時就算“錳鋼”,較一般鋼有更好韌性,且有較高的強度和硬度,鋼的淬性提高,熱加工性能得到改善。錳量增高,抗腐蝕能力減弱,焊接性能降低。[4]

        一般來說,磷和硫是鋼中有害元素,通常,P以磷化物的形態(tài)存在。P含量高導(dǎo)致鋼的塑性和韌性降低,低溫時會發(fā)生冷淬現(xiàn)象。因此通常要求鋼中含磷量小于0.045%,優(yōu)質(zhì)鋼要求更低些。S在鋼中溶解度小,以FeS形態(tài)存在,鋼加熱到1200℃以上,使鋼產(chǎn)生熱脆性,降低塑性,鍛造和軋制時造成裂紋。所以通常要求硫含量小于0.055%,優(yōu)質(zhì)鋼要求小于0.040%。

        3.2 鋼中元素的分析方法。

        對于鋼鐵中的成分分析有多種方法可以選擇,如化學(xué)分析法,儀器分析法,對前者進行細分又可以將其分為滴定分析與重量分析。重量分析是通過化學(xué)反應(yīng)及一系列的操作步驟將行測物轉(zhuǎn)化為化學(xué)組成恒定的化合物,再通過對其質(zhì)量進行稱量一,從而計算出行測組分含量。而滴定法又可以依據(jù)不同的反應(yīng)類型進行細分。儀器分析方法包含的內(nèi)容比較多,如質(zhì)譜分析,光分析,電化學(xué)分析,色譜分析,熱分析。其中光分析方法又以可以又多種分類。如紅外,紫外,核磁,熒光法等。

        4 結(jié)語

        綜上而言,冶煉是一個非常復(fù)雜的過程,需要工作人員在冶煉過程和工藝方面重點把握,掌握不同的元素在過程中起到的不同作用,分析成分并及時掌握冶煉狀態(tài),通過調(diào)整工藝達到生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的目的。

        [1]郭澤琴;高爐冶煉終端產(chǎn)品鐵水和爐渣的成分分析[J].山西冶金,2012(06).

        [2]鄧守強;施月循;高爐硅還原機理探討和研究[J].鋼鐵, 1989(05).

        [3]吉廣平;如何進行管材供應(yīng)質(zhì)量管理[J].科協(xié)論壇,2010 (10).

        [4]閆葉飛;汽車螺栓性能試驗淺析[J]科協(xié)論壇,2012(02).

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