高炉中氯的反应机理和分配规律研究

近年来，我国高炉生产的原燃料条件发生了变化，同时大中型高炉均采用了系列先进工艺技术。如因烧结矿粉化严重、喷煤量增加，各企业普遍使用烧结含氯抑制剂、喷煤含氯添加技术；炼铁优质焦煤减少，进口矿使用量增加；多数大中型高炉采用干法除尘技术。上述因素使进入高炉的氯元素明显增多，氯对高炉冶炼过程的影响增大。为此，提出高炉中氯元素的反应机理和分配规律研究。研究氯化物自身在高炉冶炼条件下的反应步骤及产物；研究氯化钙、焦炭及煤粉中氯元素在高炉内各物料上的吸附、脱附机理及受温度、气氛的影响，得到氯和各物料反应的热力学和动力学数据；确定氯是否在高炉内循环富集及规律；研究氯元素在块状炉料、渣、铁、煤气中的分配及氯元素对炉料、炉渣冶金性能的影响，得到氯元素在不同区域内气、固、液各相中分配规律，建立高炉中氯元素的平衡。研究结果可为高炉中氯元素的反应机理和分配规律提供基础数据，并为有效防控氯元素的危害操作提供理论指导。

随原燃料条件和冶炼技术的变化，氯元素对高炉冶炼的影响增大。系统研究了氯元素在高炉内的反应和分配规律，完善了其在高炉内反应和分配的基础理论，为现场有效防控氯元素提供理论指导。结果表明，氯化物在高炉冶炼条件下多生成HCl气体。在高温区HCl气体可以稳定存在，低温区其可与熔剂和铁氧化物发生反应。HCl还可以与碱金属反应形成碱金属氯化物并参与循环。生成的含氯物质随高炉煤气上升，部分吸附在含铁炉料和焦炭上并随之下降，部分随高炉煤气排出，少量氯被炉渣和铁吸收。氯化钙和HCl气体在Fe2O3表面均发生化学吸附，形成新键，使Fe2O3结构趋于稳定。随温度升高，烧结矿吸附氯元素的含量增多，焦炭吸附的氯元素含量先增加后减少。随HCl气体流量增加，烧结矿吸附的氯元素含量逐渐增多；随着炉料粒度的增大，烧结矿吸附的氯元素含量逐渐减少，焦炭吸附的氯元素含量逐渐增大。CaCl2影响矿石的还原过程，降低其粉化率并抑制中温还原性。HCl气体的存在抑制烧结矿的粉化、阻碍烧结矿的还原、恶化焦炭的高温冶金性能。在风口区域，煤粉中氯的析出率仅为40%~60%，低于常规燃烧条件下的析出率。高炉原燃料中烧结矿带入的氯元素最多，焦炭和煤粉次之。炉顶煤气带走的氯进入重力灰、布袋灰和净煤气。进入高炉的氯不能完全排出，部分氯会吸附在炉料上或与炉料参加反应，在炉内产生循环，而大部分氯会随煤气排出炉外。应建立微量元素检测制度，控制原燃料的微量元素含量。在高炉块状带，随温度的升高，烧结矿和焦炭中氯元素含量均先升高后降低；球团矿中氯元素含量无明显变化，块矿中氯元素含量降低。烧结矿、块矿以及焦炭中氯元素含量随HCl气体流量的增加而增加，球团矿中氯元素含量缓慢增加。在块状带，氯元素在高炉煤气中的分配系数最大，其次为烧结矿、焦炭、块矿和球团矿。软熔带铁和渣中的氯含量均随原料氯含量的增加而增加，且渣中增加的的氯元素量大于铁中增加的氯元素量。焦炭中的氯含量随原料氯含量的增加而降低。入炉炉料碱度升高，软熔带铁和焦炭中的氯元素含量变化不大，渣中氯元素含量增加。高炉渣中氯元素含量随炉渣碱度提高而增加，随MgO含量的增加先增加后降低，随Al2O3含量(<16%)的增加而增加。随温度升高和时间延长，炉渣氯含量均降低。应适当提高炉渣碱度，保持MgO和Al2O3含量约为11.0%和16.0%，降低炉渣温度和增加出渣铁次数，以提高炉渣的排氯能力。