含钛铁液中高熔点物相析出及其护炉机理研究.pdf

中文摘要 摘 要 高炉长寿是钢铁企业长期稳定运行的保障，同时也是降低生产成本的有效技 术手段。在炼铁工业产能过剩、钢材价格波动、行业竞争激烈的今天，高炉长寿 技术显得尤为重要。针对高炉长寿的问题，国内外进行了多方面的研究，但高炉 炉缸区侵蚀问题仍未得到有效解决，导致高炉烧穿事故偶有发生，这是高炉长寿 面临的重大难题。 高炉冶炼时添加部分含钛物料是实现炉缸区在线修复的有效途径，也是国内 外许多高炉目前采用的方法。加钛护炉的机理是在炉缸侵蚀区形成高熔点TiC N X 1-X 沉积物，实现炉缸侵蚀区的在线修补。但高炉冶炼含钛物料时容易出现炉渣粘稠、 渣铁难分、出铁困难的等问题影响高炉顺行。因此，高炉加钛护炉必须与高炉系 统行为相匹配。本论文重点开展了高炉加钛护炉基础热力学、含钛铁液护炉机理 及含钛铁液护炉过程模拟的研究。通过研究得到以下主要结论： ① 热力学基础研究表明，原料中钛氧化物被还原的顺序为TiO →Ti O → [Ti] 2 3 5 或TiC N 。不同钛含量的熔融生铁凝固过程中，高熔点物相Fe C 和TiC 是其主 X 1-X 3 要的析出相，当Ti 含量低于0.1wt%时Fe C 为单一析出相。随着钛含量的增加， 3 TiC 开始析出。当生铁中钛含量低于0.45wt%，Fe3C 先于TiC 析出。若生铁中钛含 量高于0.45wt%，TiC 先于Fe C 析出。 3 ② 高熔点物相析出在线实验研究结果表明，当铁液中的钛含量小于0.47wt% 时，Fe C 首先析出。当铁液中的钛含量达到0.47wt%时，TiC 优先析出，随着温度 3 和铁液中的钛含量的降低，Fe C 析出。当铁液中的钛含量超过 0.47wt%时，钛含 3 量达到了饱和状态，容易从铁液中析出TiC 。与理论计算结果基本吻合。随着钛含 量增加至0.68wt ％，在目标温度下液态铁中存在大量TiC 。氮分压为1 个大气压， 铁液中的钛含量超过0.07wt%，TiN 首先析出。基于此，对现有的钛的溶解度与温 度之间的关系式进行了修正，修正后为：lg[%Ti]=-5099.88/T+2.48 ；氮分压为一个 大气压，含钛铁液中钛溶解度与温度间修正关系式为lg[%Ti]=-7515.9/T+3.746 。 ③ 含钛铁液溶解动力学研究表明内扩散型1-3(1-X)2/3+2(1-X)最符合碳饱和熔 融生铁中铁钛合金溶解。溶解活化能E 为442.97 kJ/mol ，溶解过程可分为两个阶 段——快速溶解阶段和缓慢溶解阶段。其中快速溶解阶段是护炉机理研究的依据， 经过此溶解阶段能够达到实验要求。 ④ 基于自行搭建实验平台，进行了高熔点物相析出机理研究，结果表明含钛 铁液凝固护炉过程为：炉底分为铁水区、边界层区、炉底砖区。铁水区从炉底中 心开始至炉底边界层，温度逐渐缓慢降低，对应的铁水粘度增加。在边界层里， I 重庆大学硕士学位论文 温度大幅度降低，铁水粘度快速上升。温度降低同时，边界层里Ti 以TiC N 的 X 1-X 形式析出，边界层粘度进一步增大，生铁逐渐凝固，高熔点 TiCXN 1-X 将冷却后生 铁钉扎在炉缸侵蚀区，从而形成以生铁为基体，TiC N