液态高铅渣还原过程炉渣熔化温度的研究

以PbO-FeO-CaO-SiO2-ZnO为基本渣系,探讨了液态高铅渣和实际还原过程中,当Pb含量范围在2.5%～50.0%,ZnO含量范围在13%～6%时,渣组分变化对炉渣熔化性能的影响。利用热力学计算软件FactSage 6.2计算分析了该五元渣系的低熔点区域及特定组分的熔点,并结合半球法实验室测定结果对其进行了验证。研究表明,当w(FeO)/w(SiO2)在1.5～2.2,w(CaO)/w(SiO2)在0.4～1.0之间时,炉渣的熔点随FeO/SiO2比的增大而升高,同时随还原过程中Pb含量不断减少而升高;渣含Pb及ZnO量固定,w(FeO)/w(SiO2)在1.6～2.0范围内,w(CaO)从10%增加到22%时,炉渣的熔点随CaO含量增大而降低;渣中Pb含量从50%减小到2.5%,w(CaO)/w(SiO2)为0.35～0.54,w(FeO)/w(SiO2)为1.2～1.8时,炉渣熔点均低于1150℃;TG-DSC和XRD分析显示,1500℃时高铅渣、中铅渣和低铅渣失重率分别为38.69%,21.62%和3.95%。PbO的挥发导致高铅渣和中铅渣的大量失重,生成Fe3O4和Ca2SiO4等高熔点物相,这是导致FactSage理论计算熔点值与半球法实验熔化温度测定值之间存在-40～150℃偏差的主要原因。     

w(SiO2)/w(V2O3)对含钒炉渣熔化温度及黏度的影响

摘要：为了对转炉提钒冶炼过程含钒炉渣熔化和流动性进行合理的控制，采用半球点法和内旋转黏度法分别测试了含钒炉渣熔化温度和黏度，采用XRD测试了含钒炉渣的物相，并采用综合碱度（BI′）反映渣中酸碱氧化物平衡关系。结果表明，在FeO质量分数一定的条件下，随着w（SiO2）/w（V2O3）增大，综合碱度由BI′>1单调下降至BI′<1，含钒炉渣熔化温度先降低后升高；随着FeO质量分数的增加，熔化温度最低点对应的w（SiO2）/w（V2O3）增大。随着w（SiO2）/w（V2O3）增大，黏度随温度变化的趋势变缓，高温熔融态含钒炉渣黏度增大，低温阶段黏度减小。综合考虑黏度对钢渣界面反应和钒渣流失的影响，FeO质量分数为44%时含钒炉渣w（SiO2）/w（V2O3）应控制为0.7。     

FeO、Al2O3和MgO质量分数对高炉初渣黏度的影响

以涟钢7号高炉软熔带炉料滴落形成的初渣为研究对象进行化学成分分析，采用分析纯试剂制备高炉炉渣渣样，探究CaO SiO2 MgO Al2O3 FeO五元渣系中，w(FeO)为3%～8%、w(Al2O3)为9%～13%及w(MgO)为2%～6%对涟钢7号高炉初渣黏度和熔化性温度的影响规律。结果表明，在碱度为1.373时，炉渣黏度随FeO质量分数的增加而减小，且FeO质量分数越大，炉渣的熔化性温度越低；当w(MgO)为7.38%、w(FeO)为5%时，炉渣黏度和熔化性温度都随着Al2O3质量分数的增加而减小；当w(Al2O3)为10.95%、w(FeO)为5%时，随着MgO质量分数的增加，炉渣黏度和熔化性温度都呈现降低趋势。     

高炉炼铁工艺中Al2O3的影响及适宜w(MgO)/w(Al2O3)的探讨

 高Al2O3铁矿石使用量的增加导致高炉炉渣Al2O3含量大幅度攀升。针对高Al2O3铁矿的高炉冶炼,定量综述了Al2O3对烧结工艺、烧结矿冶金性能、高炉冶炼产生的负面影响,分析了中国高Al2O3的高炉冶炼现状以及高Al2O3渣高炉冶炼应采取的措施,重点探讨了高炉炉渣适宜的w(MgO)/w( Al2O3)比。     

高炉渣液相生成行为与结晶过程的热力学研究

摘要：根据实际高炉炉渣的化学组成,利用FactSage热力学软件结合实验研究对不同组分条件下高炉渣的冶金行为进行探究从而得出二元碱度R2、w(MgO)/w(Al2O3)和Al2O3含量对高炉渣熔化温度以及液相生成行为与结晶过程的影响。结果表明：熔渣的开始结晶温度处于液相生成区间即熔化区间内,当R2在0.9~1.2、w(MgO)/w(Al2O3)在0.35~0.60、Al2O3质量分数在12%~17%的范围内增加时可促进黄长石的生成而抑制硅灰石和假硅灰石的生成,促进高炉熔渣的液相生成。R2每增加0.1,熔化终了温度升高约34.3K;w(MgO)/w(Al2O3)每增加0.1,熔化终了温度升高约32.0K;Al2O3质量分数每增加1%,熔化终了温度升高约7.6K。     

CaF2-SiO2-Al2O3-CaO-MgO五元渣系的电导率

 为了系统研究五元含氟渣系各组元对熔渣电导率的影响,根据5因素2次正交旋转回归法设计渣系,使用RTW-10熔渣物性测定仪,采用交流4探针法,测定了1600℃下各渣系的电导率;研究了各组元对含氟渣系电导率的影响。结果表明：当CaF2的含量(质量分数,下同)在10%~75%时,随着Al2O3和SiO2含量的增加电导率逐渐减小,而随着CaF2、MgO和CaO含量的增加电导率逐渐增大;在w(Al2O3)=20%、w(MgO)=10%和w(CaF2)=50%时,当w(CaO)小于7%,随着w(SiO2)的递增电导率逐渐减小,而当w(CaO)大于7%时,随着w(SiO2)的递增电导率逐渐增大;在w(SiO2)=10%、w(MgO)=10%和w(CaF2)=50%时,当w(Al2O3)小于11%时,随着w(CaO)的递增电导率逐渐减小,当w(Al2O3)大于11%,随着w(CaO)的递增电导率逐渐增大。     

高炉渣钾容量的试验研究

为降低碱金属对高炉的危害,提高炉渣的排碱能力,采用气-渣平衡法测定了1 723 K时高炉渣的钾容量.依据广钢实际高炉渣成分,用纯化学试剂配制炉渣,用一定组成K(g)-CO-CO2-Ar混合气体提供一定的氧分压和钾分压.研究表明:试验条件下,w(MgO)和w(A12O3)一定时,钾容量随w(CaO)/w(SiO2)的增大而减小;在w(CaO)/w(SiO2)和w(A12O3)一定时,钾容量随w(MgO)的增大而增大;在w(CaO)/w(SiO2)和w(MgO)一定时,钾容量随w(A12O3)的增大而增大;当[w(CaO) w(MgO)]/w(SiO2)和w(A12O3)固定不变时,增加w(MgO),降低w(CaO),钾容量明显增大.广钢炉渣的合理成分为:w(CaO)/w(SiO2)保持在1.0,w(MgO)保持在12%～15%,w(A12O3)不超过15%.     

CaF_2渣系失重与成分变化的试验研究

针对ANF-6渣应用过程演化而成的CaF2-CaO-Al2O3-SiO2-MgO渣系,通过测定炉渣的失重量,建立二次回归正交设计模型,借此研究了熔渣的失重率与CaF2、CaO、Al2O3、SiO2和MgO含量的关系。结果表明:w(CaF2)由50%增加到65%,失重率大约升高6%,而且在相同的试验条件下,SiO2、Al2O3和MgO均可提高渣系的失重率,但随之CaO含量的增加,熔渣的失重率降低。此外,CaF2-Al2O3-CaO-SiO2-MgO渣系在熔点附近由于渣系中氧化物与氟化物发生反应,造成炉渣急剧失重,导致氟化钙渣系成分不断发生变化。     

渣组成对钢水洁净度的影响

 在实验室基础上对比研究了w(CaO)/w(SiO2)为5、w(Al2O3)为25%的渣系A,w(CaO)/w(SiO2)为8、w(Al2O3)为46%的渣系B,与高强度合金结构钢液在1600 ℃条件下反应90 min后钢水洁净度的变化,研究结果表明：随着渣系由A到B,钢中总氧质量分数平均值由12.25×10-6降低到9.25×10-6,硫质量分数平均值由19×10-6降低到8.63×10-6,炉渣的硫分配系数LS由7~17增加到120~260;渣系A、渣系B与合金钢液反应后钢中夹杂物大部分是钙镁铝硅酸盐类夹杂,并且得出渣系B精炼条件下钢中这类夹杂熔点明显低于渣系A精炼条件下的此类夹杂。     

高Al2O3含量高炉渣的脱硫行为

针对高炉炉渣中Al₂O₃含量(质量分数)偏高导致炉渣黏度增大、流动性变差、脱硫能力下降的问题,利用双层石墨坩埚模拟铁液滴下穿过炉渣的过程,探究了R[w(CaO)/w(SiO₂)],w(MgO)/w(Al₂O₃)和w(Al₂O₃)对高Al₂O₃型CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃四元高炉渣系脱硫能力的影响.当w(MgO)/w(Al₂O₃)=0.50,w(Al₂O₃)=20%时,R由1.05提高到1.35,炉渣的脱硫能力增强;当w(Al₂O₃)=20%,R=1.30时,w(MgO)/w(Al₂O₃)由0.25提高到0.55,炉渣的脱硫能力增强;当w(MgO)/w(Al₂O₃)=0.40,R=1.30时,w(Al₂O₃)由12%提高到20%,炉渣的脱硫能力下降.     

高炉高铝炉渣性能研究

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(2CaO/SiO2)、R(4(CaO MgO)(/SiO2 Al2O3))等对炉渣性能的综合影响。结果表明,随着高炉终渣Al2O3含量的提高,炉渣的熔化性温度上升、高温粘度增大、热稳定性变差、脱硫能力下降。较高的MgO含量与高的四元碱度R4可降低炉渣高温粘度、降低熔化性温度、拓宽高温低粘度区,提高炉渣脱硫能力。根据原料情况,马钢高炉炉渣Al2O3可达到17%左右,为马钢高配比使用外购高铝矿提供了依据。     

20CrMoH钢精炼过程中T[O]和夹杂物的研究

为优化生产工艺,改变冶炼方法和炉渣组成,进行了齿轮钢20CrMoH生产试验,分析讨论了生产过程钢中的T[O]、低熔点钙铝酸盐非金属夹杂物的形成过程.结果表明,出钢脱氧时加入足够的Al,钢水的T[O]含量降低非常快,当w(FeO) w(MnO)≤0.5%时,SiO2已经成为钢水氧化的氧源;选用w(CaO)=55%～60%,w=(Al2O3)35%～40%,w(MgO)≤6%的CaO-Al2O3-MgO渣系精炼,可以得到w(T[O])=0.0010%的钢水,夹杂物的变化过程和Ca处理时夹杂物的转变过程类似;钢包渣中w(CaO)/w(Al2O3)的比值为1.50～1.65时,能使钢液中的Al2O3夹杂转变为低熔点的钙铝酸盐,得到与钢液Ca处理相同的效果,在RH真空处理后不再需要钙处理.     

含碱高炉渣硫容量的研究

采用气-渣平衡法测定了1500 ℃时含碱高炉渣的硫容量.研究结果表明:实验条件下,w(CaO)/w(SiO2)为0.86～1.26时,硫容量随w(CaO)/w(SiO2)的增大而增大;w(MgO)为5%～18%时,硫容量随MgO含量的增大先增大后减小,在w(MgO)为8%左右时达到最大值;w(Al2O3)为12%～18% 时,硫容量随Al2O3含量的增大是先增大后减小,在w(Al2O3)为13%左右时硫容量达到最大值;在w(CaO)/w(SiO2)为0.86、0.96、1.06和1.16的条件下,硫容量随w(K2O Na2O)含量的增大而小幅度增大.     

w(MgO)和w(Al2O3)对混合炉料软熔性能的影响

 改善高w（Al2O3）矿石冶炼的常用方法是增加烧结矿w（MgO），则高碱度烧结矿中w（MgO）和w（Al2O3）均升高且w（MgO）/w（Al2O3）改变。为降低冶炼成本，需合理调控高炉综合炉料的w（MgO）和w（Al2O3）。以现场烧结矿和天然块矿为试验原料，考察了烧结矿中w（MgO）和w（Al2O3）均增加的条件下混合炉料软熔性能的变化规律，结合相图和X射线衍射分析w（MgO）和w（Al2O3）的影响机制。结果表明，随着烧结矿中w（MgO）和w（Al2O3）增加，混合炉料软化特征温度降低；渣相熔化温度和黏度下降引起混合炉料的熔化特征温度降低，添加MgO能改善高Al2O3炉料的软熔性能，达到适宜的 w（MgO）/w（Al2O3）即可。     

翼钢高炉炉渣的冶金性能研究

在目前的原燃料条件下,为保证翼钢高炉炉渣具有良好的流动性和较高的脱硫能力,以高炉渣中4种主要氧化物 (CaO、SiO2、Al2O3、MgO)为基础,实验研究了MgO、Al2O3含量及碱度对炉渣熔化性温度和流动性的影响.结果表明:为保持高炉顺行,炉渣的m(CaO)/m(SiO2)应控制在1.1～1.2之间,炉渣温度不宜低于1450℃.     

高炉低w（TiO2）炉渣流动性的研究

为了有效地利用含钛磁铁矿,研究了低w(TiO2)炉渣的流动性。实验选定w(TiO2)的变化范围为1%～3%,碱度为1.15,以现场高炉渣为主,实验室添加化学试剂配半合成渣,研究了w(TiO2)的变化对炉渣流动性的影响。实验结果表明:在只变动w(TiO2)的条件下,w(TiO2)维持在2%左右有利于改善炉渣流动性;炉渣熔化性温度随着w(TiO2)的增加先减小后增加,当w(TiO2)为2%时炉渣熔化性温度最低。     

TiO_2对高炉渣黏度的影响

为了阐明TiO2对炼铁高炉渣黏度的影响,用Brookfield DV-Ⅱ型黏度计对五元渣系CaO-SiO2-7.5%MgO-15%Al2O3-TiO2(w(CaO)/w(SiO2)=1.18)炉渣的黏度进行了测量。结果表明:在1 773K时,随着w(TiO2)的增加炉渣黏度降低;同时用傅里叶光谱仪分析炉渣结构发现,随着w(TiO2)的增加,[SiO4]4-四面体离子结构逐渐解聚,这是典型的碱性氧化物特征,表明TiO2可提供促进解聚的氧离子。     

含Cr2O3转炉渣熔化温度的实验研究

利用变形法测定了含Cr2O3转炉初期渣的熔化温度,研究了含Cr2O3转炉初期渣熔化温度的影响因素。结果表明,随着Cr2O3含量的增加,初期渣熔化温度也随之显著增加,为了保证转炉吹炼顺利进行应尽量将Cr2O3含量控制在5%以下;当转炉渣中Cr2O3含量高于5%时,为降低转炉渣熔化温度,渣中MnO含量应控制在6%~9%范围内,MgO含量控制在7%~9%,Al2O3含量控制在2%左右,FeO含量控制在20%~30%;当转炉渣Cr2O3含量较高时(5%≤ω(Cr2O3)≤9%),向渣中添加一定量的白云石和铁矾土能促进转炉渣中高熔点相向低熔点相转变,有效降低转炉初期渣的熔化温度并促进了石灰的熔解。     

CaF2-SiO2-Al2O3-CaO-MgO五元渣系黏度的试验研究

为了研究含氟渣系成分变化对黏度的影响,根据五因素二次正交旋转回归法设计渣系配方,使用RTW-10熔渣物性测定仪,采用旋转柱体法,在1 600～1 300℃降温过程中对CaF2-SiO2-Al2O3-CaO-MgO渣系的黏度进行连续测定;建立了1 600℃下五元含氟渣系黏度的回归模型,研究了各组元对熔渣黏度的影响.结果表明:当CaF2的含量(质量分数,下同)在10％～70％时,随CaF2含量增加,黏度减小,随SiO2、Al2O3和MgO含量增加,黏度增大,CaO易受其他组元的作用而对黏度产生不同影响;在w(SiO2)=10％、w(MgO) =10％和w(CaF2)=50％时,随w(CaO)增加,黏度先增大后减小,w(CaO)=10％时黏度最大.在w(Al2 O3) =20％、w(MgO)=10％和w(CaF2)=50％时,随着w(CaO)增加,当w(SiO2)＜20％时,黏度先增大后减小;当w(SiO2)＞20％时,黏度持续减小.     

中性气氛下高铝中钛型高炉渣黏度的试验研究

采用RTW熔体物性测定仪研究了中性气氛条件下高铝中钛型高炉渣的黏度和熔化性温度,得到了碱度和化学成分等因素对其黏度和熔化性温度的影响规律。结果表明:在中性气氛条件下,当炉渣碱度从0.92提高到1.12时,炉渣的黏度降低、熔化性温度升高;随着渣中MgO含量的升高,炉渣的黏度先降低再升高;增加渣中Al2O3含量,炉渣的黏度显著提高。当Al2O3的质量分数大于14.75%后对炉渣黏度的影响不明显;当TiO2的质量分数在10.57%～14.57%范围内增加时,高铝中钛渣的黏度随之降低,即在理想条件下,TiO2含量和温度的增加对炉渣黏度影响均不大。但当高炉冶炼钒钛磁铁矿时,炉渣中的Ti(C,N)等高熔点物质随原料中TiO2含量的增加和炉温的上升而增加,将对炉渣黏度产生很大的影响,故冶炼时应控制高炉内TiO2的还原以少生成高熔点钛化合物,并且严格控制铁水温度以使高炉接受矿石钛含量。