含钛物料中护炉有效钛含量的控制模型

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θ Ｇ＝７４６４２３－５１６３２Ｔ． Δ ２
中ＴｉＯ计算用高炉炉渣来自唐山国丰钢２的活度．铁有限公司，其化学成分如表１所示．
由反应可得
表１高炉炉渣成分（质量分数）Ｔａｂｌｅ１ＳｌａｇｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｔｈｅＢＦ（ｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎ）ＳｉＯ２３２１０ＣａＯ３７６６ＭｇＯ１０７４ＡｌＯ２３１７９４ＦｅＯ０３５ＴｉＯ２０８０碱度１１７
［１－２］３］Ｔｉ含量一直没有定论．首钢和日本的经验表明［，
铁水中Ｔｉ的质量分数保持在００５％～００８％，可起到明显的护炉效果；但根据各个铁厂的实际生产数据来看，铁水中Ｔｉ的质量分数在０１２％～０２０％才能起到理想的效果．本文从含钛炉料护炉的机理出发，综合考虑各方面影响因素，定量给出铁水中有效Ｔｉ含量，为高炉配加钛化物护炉、延长高炉寿命提供指导．
摘要：研究了含钛炉料在高炉炉缸内的还原行为及其对炉缸的保护机制，在此基础上建立了渣铁中有效钛含量的控制模型．根据高炉的实际生产参数实时计算炉渣中的有效ＴｉＯ铁水中ＴｉＣ析出的临界Ｔｉ２含量、含量及对应的析出温度，从而指导生产实践，为护炉过程参数的选取提供理论依据．在文中给定的生产参数条件下，计算出炉渣中有效ＴｉＯ质量分数）应控制在０８％～１０％，能达到护炉效果的铁水中Ｔｉ含量２含量（（质量分数）应控制在０１１％～０１４％，并分析了铁水成分对ＴｉＣ析出的影响．关键词：高炉；炉缸保护；ＴｉＯＴｉ（Ｃ，Ｎ）；有效钛含量；控制模型２活度；中图分类号：ＴＦ５１文献标志码：Ａ文章编号：１００５－３０２６（２０１４）０８－１１６０－０５
θ Ｇ＝６７９９００－３９１７４Ｔ． Δ ３
由此可计算出炉渣中ＴｉＯ２的活度系数及活度分别为ｆ＝０８８，ａ＝０００８８．该活度系数值与ＴｉＯＴｉＯ２２
：
ｉＯｉＯｉＯｉＯ→ ＴｉｉＣ（Ｎ）， ①Ｔ →Ｔ２→ Ｔ３５→ Ｔ２３→ ＴｉＯｉＯｉＣｉＣＯｉＣ， ②Ｔ２→ Ｔ３５→ Ｔ０６７Ｏ０３３→ Ｔｘｙ→ ＴｉＯｉｉＣ；而对于有效护炉的铁水中临界 ③Ｔ →Ｔ →Ｔ２
收稿日期：２０１３－０８－０２基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１３０４０１４）．作者简介：焦克新（１９８８－），男，河南信阳人，北京科技大学博士研究生；张建良（１９６５－），男，天津人，北京科技大学教授，博士生导师．
θ Ｇ＝１２４５２０－８４２５Ｔ； Δ １
对于高炉炉渣中ＴｉＯ国内外进行了２的活度，大量的研究，但因测试条件不恒定，或因设备不理想，或因实验用的熔渣组元太少等因素，得出的数
５］据相差较大［．本文以分子理论为依托计算炉渣
２（ＴｉＯ）＋４Ｃ＋Ｎ２ＴｉＮ＋４ＣＯ，２２＝
第３５卷第８期２０１４年８月
东北大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）
Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．８Ａｕｇ．２０１４
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－３０２６．２０１４．０８．０２２
含钛物料中护炉有效钛含量的控制模型
，２，２，２，２焦克新１，张建良１，左海滨１，刘征建１
（１北京科技大学冶金与生态工程学院，北京１０００８３；２北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京１０００８３）
（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌａｎｄＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ；２ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ．Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ：ＺＵＯＨａｉｂｉｎ，Ｅｍａｉｌ：ｚｕｏｈａｉｂｉｎ＠ｕｓｔｂ．ｅｄｕ．ｃｎ）
Ｇ１２４５２０－８４２５Ｔ＋ＲＴｌｎ Δ １＝
( )
ｐＣＯ
ｐＣＯ
２
θ ｐ，ａＴｉＯ２
４
θ ｐＧ７４６４２３－５１６３２Ｔ＋ＲＴｌｎ． Δ ２＝ｐＮ２２ａＴｉＯ２ θ ｐ
( )
（ＴｉＯ）＋３Ｃ＝ＴｉＣ＋２ＣＯ，２
２３
１２渣铁界面ＴｉＯ２的还原随着高炉渣铁中钛含量的增加，铁液的表面张力及渣铁间的界面张力均明显下降，出现渣铁
７］不分现象［，渣铁间除生成ＴｉＣ，ＴｉＮ外，ＴｉＯ２也
＋ｎ１１３８ｍｏｌ．ＦｅＯ＝
ｉ，其反应式表示为可被Ｃ还原生成Ｔ（ＴｉＯ）＋２Ｃ＝［Ｔｉ］＋２ＣＯ，２
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｔｉｔａｎｉｕｍｂｅａｒｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｒｅｄｕｃｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒａｎｄｔｈｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｆｏｒａｈｅａｒｔｈｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ｂａｓｅｄｏｎｗｈｉｃｈ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅＴｉｃｏｎｔｅｎｔｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅＴｉＯｃｏｎｔｅｎｔ，ｃｒｉｔｉｃａｌＴｉｃｏｎｔｅｎｔｗｉｔｈｗｈｉｃｈＴｉＣｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄａｎｄｔｈｅ２ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｕｌｄｂｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｔｈｅｍｏｄｅｌａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅａｌｔｉｍｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅＢＦｉｎｔｈｅａｃｔｕａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｉｎｏｒｄｅｒｔｏｇｕｉｄｅｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒａｃｔｉｃｅ．Ｇｉｖｅｎｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅＴｉＯｏｎｔｅｎｔｓｈｏｕｌｄｂｅ２ｃ０８ｗｔ％－１０ｗｔ％，ａｎｄｔｈｅＴｉｃｏｎｔｅｎｔｉｎｍｏｌｔｅｎｉｒｏｎ，ｉｎｗｈｉｃｈｔｈｅｈｅａｒｔｈｃｏｕｌｄｂｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｐｒｏｔｅｃｔｅｄ，ｓｈｏｕｌｄｂｅ０１１ｗｔ％－０１４ｗｔ％．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｈｏｔｍｅｔａｌｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓｏｎｔｈｅｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｏｆＴｉＣｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅ；ｈｅａｒｔｈｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ＴｉＯｃｔｉｖｉｔｙ；Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）；ｅｆｆｅｃｔｉｖｅＴｉｃｏｎｔｅｎｔ；２ａｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅｌ含钛炉料护炉成为高炉炉役末期延长高炉寿命最有效的措施之一，其作用机理引起冶金工作者的广泛关注．国内外曾对钛矿护炉机制进行了大量研究，普遍认为ＴｉＯ２还原反应是逐级进行的，根据理论及实验研究，形成了三种观点
第８期
焦克新等：含钛物料中护炉有效钛含量的控制模型
１１６１
１高炉炉缸Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）生成热力学分析
１１高炉炉渣中Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）生成含钛高炉渣还原生成难溶的Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）是造成炉渣黏度较大的原因，高炉内渣焦反应是碳氮
４］化物形成的主要形式，其反应式表示为［
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
％
假定渣中存在的简单氧化物为ＣａＯ，ＭｇＯ，ＡｌＯ，ＦｅＯ，ＴｉＯ，复合氧化物为ＣａＯ ·ＳｉＯ２３２２和ＣａＯ · ＴｉＯ，且复合氧化物不发生分解，炉渣的质２量为１００ｇ，则渣中总氧化物的含量为＝ｎ ∑ｎＣａＯ＋ｎＭｇＯ＋ｎＡｌＯ
ＣｏｎｔｒｏｌＭｏｄｅｌｏｆＥｆｆｅｃｔｉｖｅＴｉＣｏｎｔｅｎｔｆｏｒＨｅａｒｔｈＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎｂｙＴｉｔａｎｉｕｍＢｅａｒｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌ
１，２１，２１，２１，２ＪＩＡＯＫｅｘｉｎ，ＺＨＡＮＧＪｉａｎｌｉａｎｇ，ＺＵＯＨａｉｂｉｎ，ＬＩＵＺｈｅｎｇｊｉａｎ