高炉高铝炉渣性能研究

２ 研究方案与试验方法
２．１ 合理终渣成分计算机预报 预报过程综合考虑的因 素 ： 粘 度 、熔 化 性温 度、
脱硫能力、热稳定性、化学 稳定性， 并以马 钢 第 二炼 铁总厂 １＃ 炉 ２００４ 年 ３ 月份正常冶 炼时炉渣组成为 参照基准。终渣体系的变化范围： Ａｌ２Ｏ３： １４．５％￣２０％； ＭｇＯ： ８％￣１２％； 二元碱度 Ｒ（２ ＣａＯ／ＳｉＯ２） ： １．１￣１．２０； 四 元碱度 Ｒ（４ ＣａＯ＋ＭｇＯ） （／ ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３） ： ０．８７～１．０２。 ２．２ 粘度试验
炉渣粘度测定采用 ＲＴＷ－ ０８ 型熔体物性综合测 定仪测定， 其可以完成熔体降温过程粘度的连续测 定、恒温条件下粘度的定点测定以及改变粘度计测 试头转速的粘度测定。试验过程由计算机按控温参 数自动升温， 当温度达到 １５３０℃时恒温 ３０ ｍｉｎ， 然 后开始以 ２℃／ｍｉｎ 降温并测定炉渣粘度， 在测定值
图 ３ ＭｇＯ 含量对炉渣粘度的影响（ Ａｌ２Ｏ３１７％）
３．１．３ 碱度对炉渣粘度 的影响 图 ４ 为四元 碱 度 Ｒ４ 与炉渣粘度的关系。可以看出， Ｒ４ 与炉渣粘度具 有较好的相关性， 随着 Ｒ４ 的增加， 炉渣粘度值降低。 当 Ｒ４ 不 小 于 ０．９５ 时 ， １５００℃ 炉 渣 粘 度 值 都 在 ０．２８Ｐａ．ｓ 以下， 炉渣具有较好的流动性。
（ ３） 炉渣碱度对熔化性温度 Ｔｍ 的影响。图 ６ 为 二元、四元碱度与熔化性温度的对应关系。可以看 出， 对于同样的 Ｒ２， Ｒ４ 越大， 则炉渣熔化性温度越 低。说明在二元碱度确定时， 尽量提高四元碱度有利 于由于降低熔化性温度， 这与前述降低炉渣粘度的 操作完全一致。同时还可看出， 在四元碱度确定时， 二元碱度越小， 熔化性温度越低， 这也与前述讨论的 炉渣碱度对粘度影响的规律一致。
收稿日期： ２００５－ １１－ ０３ 作者简 介： 秦 学武（ １９７０－ ） ， 男， 安徽 无 为 县 人 ， １９９５ 年 毕 业 于 东 北 大 学钢铁冶金专业。现为马钢技术中心工程师， 从事炼铁工艺技术工作。
图 １ Ａｌ２Ｏ３ 含量对炉渣粘度和熔化性温度 Ｔｍ 的影响
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２００６ 年 ２ 月
炉渣的 Ｒ４。依据权重， Ｒ４ 每增加 ０．０５， 可以抵消增加 １％ Ａｌ２Ｏ３ 对粘度的影响。由（ ４） 式看出， 二元碱度对 炉渣脱硫能力影响的权重较大。结合前面讨论， 对于 高铝矿冶炼， 如硫的负荷较高时， 应选择二元与四元 碱度都比较高的渣系。表 １ 是结合关系式（ １） 、（ ２） 、 （ ３） 和（ ４） ， 优化出的炉渣组成（ ＊： 供参考） 。
结合以上讨论结果， 可以进一步推论： 对于 Ａｌ２Ｏ３ 含量较高的高炉渣系， 可以通过最大限度提高 ＭｇＯ 含量来提高渣系的四元碱度 Ｒ４， 籍此降低炉渣
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图 ５ 炉渣 Ａｌ２Ｏ３ 含量与熔化性温度 Ｔｍ 的关系
从图 ５ 还可以看出， 如果选择的渣系合理， Ｔｍ 随 渣中 Ａｌ２Ｏ３ 含量的增加可控制在 ２０℃以内。实际上，
η１５００＝０．００８５９×（ Ａｌ２Ｏ３％） － ０．００３９２×（ ＭｇＯ％） －
０．１８１９３×Ｒ４＋０．３３３８ （ １）（ 相关系数 ０．８３）
２００６ 年第 １ 期
图 ７ 炉渣脱硫系数 Ｌｓ 与四元碱度 Ｒ４、二元碱度Ｒ２ 的关系
炉渣脱硫系数与 Ａｌ２Ｏ３ 含量关 系 。 可 以 看 出 ， 随 着 Ａｌ２Ｏ３ 含 量 的 增 加 ， 炉 渣 脱 硫 能 力 明 显 下 降 ， 因 此 在 高配比使用高铝矿时应尽量减小入炉料硫负荷。
图 ６ 炉渣四元碱度 Ｒ４ 与熔化性温度 Ｔｍ 的关系
表 １ 预选炉渣参考组成及其性能预测 ％
图 １０ ＭｇＯ 含量对炉渣脱硫能力的影响
３．３ 高 Ａｌ２Ｏ３ 含量炉渣的适宜渣系组成 根据试验结果， 采用多元回归方式分别得到
１５００℃、１４７５℃、１４４０℃熔渣粘度与 Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｒ４ 关
系公式和渣脱硫系数 ＬＳ 与 Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｒ４ 关系公式：
图 ２ Ａｌ２Ｏ３ 含量与炉渣粘度的散点图
３．１．２ ＭｇＯ 含量对炉渣粘度 的影响 不同 ＭｇＯ 含 量对炉渣粘度的影响见图 ３。可以看出， 在渣中 Ａｌ２Ｏ３ 含量和二元碱度确定时， 随着渣中 ＭｇＯ 含量增加， 粘度下降， 流动性得到明显改善。可以认为随着渣中 ＭｇＯ 含 量 的 增 加 ， ＭｇＯ 与 Ａｌ２Ｏ３ 生 成 一 系 列 低 熔 点 物质， 并有效扩大渣相中黄长石区， 降低炉渣的熔化 温度， 从而改善炉渣的流动性。
３．２ 对炉渣脱硫能力的影响 ３．２．１ 碱度对炉渣脱硫能力的影响 图 ７ 为炉渣脱 硫系数 ＬＳ 与四元碱度和二元碱度的试验关系曲线。 从图 ７ 可以看出， 渣脱硫系数 ＬＳ 与四元碱度相关性 很好， 说明通过 Ｒ４ 可以比较客观地估计炉渣脱硫能 力。当脱硫系数 ＬＳ 在 Ｒ４ 大于 ０．９ 以上时， ＬＳ 随 Ｒ４ 增 加而增大， 这与炉渣粘度与 Ｒ４ 关系的变化规律刚好 相反， 也说明通过增大四元碱度可以获得降低粘度 与增加脱硫能力的双重效果。参照马钢现场渣系的 脱硫能力， 应将 Ｒ４ 控 制在 ０．９８ 以上， 建议 最好控制 在 １．０３ 左右。
秦学武等
高炉高铝沪渣性能研究
对于渣温控制在 １５００℃以上， 渣系组成合理， Ｔｍ 随 渣中 Ａｌ２Ｏ３ 含量的升高不会带来太大影响。因此对于 高 Ａｌ２Ｏ３ 矿的冶炼， 其渣温应该相对控制得高一些。
（ ２） 炉渣 ＭｇＯ 含量对熔化性温度 Ｔｍ 的影响。结 合前述讨论可知， 对于确定的 Ａｌ２Ｏ３ 含量和炉渣四元 碱度， 随炉渣 ＭｇＯ 含量增加， 炉渣熔化性温 度 Ｔｍ 明 显降低。这一点目前已被公认， 在此不再赘述。
图 ４ 四元碱度 Ｒ４ 与炉渣粘度的关系
３．１．４ 炉渣成分对熔化性温度的影响 （ １） 炉渣 Ａｌ２Ｏ３ 含量对熔化性温度 Ｔｍ 的影响。炉
渣 Ａｌ２Ｏ３ 含量与熔化性温度 Ｔｍ 的关系见图 ５。从图 ５ 可 以 看 出 ， 随 着 炉 渣 Ａｌ２Ｏ３ 含 量 的 增 加 ， Ｔｍ 明 显 提 高， 炉渣 Ａｌ２Ｏ３ 含量每增加 １％， Ｔｍ 提高 １０℃左右， 即 炉 渣 可 操 作 温 度 范 围 被 压 缩 １０℃左 右 。 对 于 同 一 Ａｌ２Ｏ３ 含 量 水 平 ， 渣 系 的 Ｔｍ 会 因 组 成（ ＭｇＯ、Ｒ４） 的 不 同 而 不 同 ， 其 变 化 幅 度 甚 至 高 达 ４０℃， 说 明 在 高 Ａｌ２Ｏ３ 含 量 的 渣 系 里 是 可 以 找 到 相 对 低 粘 度 的 熔 渣 组成的。
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第 ２８ 卷
的粘度， 提高炉渣的稳定性。然而， 对于确定的四元 碱 度 与 Ａｌ２Ｏ３ 含 量 ， ＭｇＯ 含 量 的 增 加 ， 也 就 意 味 着 ＣａＯ 含量减少和二元碱度降低， 炉渣脱硫能力也可 能受到影响。所以， 当原料条件或其它因素限制炉渣 四元碱度进一步提高时， 增加 ＭｇＯ 含量的同时还必 须兼顾炉渣的脱硫性能。
关键词： 高炉； 高铝炉渣； Ａｌ２Ｏ３； 碱度； 高铝矿
中图分类号： ＴＦ５３４．２
文献标识码： Ａ
文章编号：１００４－ ４６２０（ ２００６） ０１－ ００２９－ ０４
１前言
马 鞍 山 钢 铁 股 份 有 限 公 司（ 简 称 马 钢） 大 型 高 炉 由 于 精 料 的 要 求 以 及 考 虑 到 炉 渣 中 Ａｌ２Ｏ３ 含 量 ， 通常需配用大量进口矿， 这些 矿因品位 高 、Ａｌ２Ｏ３ 含 量 低 而 价 格 昂 贵 。但 随 着 近 年 来 我 国 炼 铁 生 产 能 力 大幅度提高， 世界 范围内矿石（ 特别是粉 矿） 资 源日 益紧张， 对像马钢这样以使用进口矿石为主的钢铁 企业， 能否增加部分或全部使用廉价的高铝矿资源 令 人 关 注 ， 特 别 是 炉 渣中 Ａｌ２Ｏ３ 含量能否超越 １５％ 是个亟待研究的课题。解决该问题的关键是寻求适 宜的终渣组成， 以及逐步合理地提高终渣中 Ａｌ２Ｏ３ 含 量的成渣路线， 在保证稳定、高产、低耗的前提下， 最 大限度地提高高铝矿的使用配比， 以达到降低生铁 成本的目的。
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第 ２８ 卷
每 增 加 １．５％ 与 渣 中 Ａｌ２Ｏ３ 含 量 减 少 １％ 的 效 果 相 当。而在前述讨论中， 每增加 ２％ＭｇＯ 降低粘度的效 果与减少 １％ Ａｌ２Ｏ３ 效果基 本持平。这就意味 着， 当 通 过 增 加 ＭｇＯ 含 量 抵 消 Ａｌ２Ｏ３ 对 粘 度 负 面 效 应 时 ， 其同 样可以抵消相同 Ａｌ２Ｏ３ 增加引起 的 炉 渣 脱 硫 能 力的降低。
图 ７ 中 反 应 出 炉 渣 脱 硫 系 数 ＬＳ 与 二 元 碱 度 无 明显规律。原因在于渣中 Ａｌ２Ｏ３ 、ＭｇＯ 含量对渣的实 际碱度与脱硫能力已经产生明显影响， 仅由二元碱 度 Ｒ２ 已 经 不 能 客 观 反 映 高 铝 炉 渣 碱 性 的 强 弱 。 所 以， 对于高 Ａｌ２Ｏ３ 渣， 其脱硫系数或脱硫能力与三元、 四元碱度关系更为密切。 ３．２．２ Ａｌ２Ｏ３ 含 量 对 炉 渣 脱 硫 能 力 的 影 响 图 ８ 为 炉渣脱硫系数与 Ａｌ２Ｏ３ 含量的关系。可以看出， ＬＳ 随 Ａｌ２Ｏ３ 含 量 的 增 加 ， 总 体 呈 下 降 趋 势 ， 但 相 关 性 规 律 不明显。图 ９ 为炉渣二元碱度与 ＭｇＯ 含量确定时，
第 ２８ 卷 第 １ 期 ２００６ 年 ２ 月
山东冶金
Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ
Ｖｏｌ．２８， Ｎｏ．１ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２００６
·试验研究·
高炉高铝炉渣性能研究
秦学武， 宋灿阳， 阎媛媛
（ 马鞍山钢铁股份有限公司， 安徽 马鞍山 ２４３０００）
摘 要： 通 过高 炉现 场取样 和实 验室 配制 渣样， 研 究了 炉 渣 中 Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｒ（２ ＣａＯ／ＳｉＯ２） 、Ｒ（４ （ ＣａＯ＋ＭｇＯ） （／ ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３） ） 等 对