Al2O3对高炉渣性能和结构的影响及其应用

为了解决高铝矿高炉冶炼时炉渣流动性差、渣铁难分、软熔带透气性变差等问题,基于邯钢高炉炉渣成分变化区间,结合理论计算和试验,研究了Al₂O₃含量对炉渣成分、性能的影响,获得了炉渣中Al₂O₃质量分数为15%～18%时适宜的镁铝比(w(MgO)/w(Al₂O₃))和二元碱度调控区间,并将研究结果用于指导邯钢高炉高铝矿冶炼。研究结果表明,在Al₂O₃质量分数由15%增加到16%过程中,炉渣黏度随炉渣结构复杂化而逐渐增加,当温度为1 500℃时炉渣黏度一般小于0.4 Pa·s,不会影响高炉正常冶炼;当Al₂O₃质量分数由16%增加到17%时,由于炉渣结构不断复杂化以及高熔点镁铝尖晶石相的析出,造成炉渣黏度陡增,此时炉渣二元碱度为1.25～1.30,渣中镁铝比为0.4～0.6,能够保证邯钢2号、8号高炉的炉况稳定和冶炼指标。当Al₂O₃...     

基于熔渣结构的多元渣系黏度模型

黏度是冶金熔渣的基本物理性质,其大小直接影响到反应速率、熔渣分离效果等冶炼过程。通过深入探索熔渣黏度与其结构的关系,在分析熔渣黏度与其(NBO/T)比值（即单个聚合物粒子所拥有的非桥氧数量）相互关系的基础上,本文提出基于（NBO/T）比值的多元熔渣黏度计算模型。首先建立SiO₂–∑M_xO简单渣系的黏度计算模型,通过拟合纯氧化物和SiO₂–M_xO二元渣系的黏度数据得到模型参数,拟合平均误差在9%～18.5%之间;随后将该模型扩展至SiO₂–Al₂O₃–∑M_xO多元渣系的黏度计算,针对Al₂O₃在熔渣中同时表现出酸性氧化物和碱性氧化物的特点,在计算SiO₂–Al₂O₃–M_xO三元渣系黏度时,将其中的Al₂O₃拆分为酸性物质和碱性物质来计算（NBO/T）比值和黏度活化能。在SiO₂–M_xO二元系模型参数的基础上,通过拟合SiO₂–Al₂O₃–M_xO三元渣系的黏度数据得到含Al₂O₃渣系的模型参数,拟合平均误差在10%～25%之间。利用该模型计算了SiO₂–Al₂O₃–CaO–MgO–FeO–Na₂O–K₂O–Li₂O–BaO–SrO–MnO多元复杂渣系及其子体系的黏度值,计算平均误差在25%以内,取得了较好的预报效果。本模型基于熔渣结构理论,并借鉴了经验模型的数据处理方式,在预报效果和适用范围上都优于传统经验模型,在计算方式上比结构模型要简单。      

Al2O3和Cr2O3对自蔓延冶金法制备 CuCr合金冶炼渣性能的影响

自蔓延冶金法制备CuCr合金时,合金中的Al₂O₃和Cr₂O₃夹杂物会在熔渣精炼过程中被冶炼渣溶解,改变熔渣成分,从而影响冶炼渣的熔点、黏度、密度和表面张力等性能,给精炼过程带来不利影响.使用熔体物性测定仪针对Al₂O₃和Cr₂O₃含量变化对冶炼渣的性能影响规律进行了研究,结果表明:Al₂O₃和Cr₂O₃含量的增加均可以提高熔渣的黏度、凝固温度和表面张力,Cr₂O₃对黏度和表面张力的影响较大,Al₂O₃对凝固温度的影响较大;Al₂O₃使熔体密度上升,Cr₂O₃使熔体密度先上升后下降.      

含氟连铸保护渣黏度检测与预测模型

采用旋转柱体法对不同类型的含氟连铸保护渣黏度进行检测,并基于Arrhenius方程通过非线性回归分析建立了新的黏度预测模型,分析了组分变化对黏度的影响。结合模型计算和实验检测,建立了CaF₂?Na₂O?Al₂O₃?CaO?SiO₂?MgO渣系的等黏度图。结果表明,与传统的含氟连铸保护渣黏度预测模型相比,该模型计算的偏差在10%以内,当渣中w（CaF₂）超过20%时,偏差逐渐增大,主要由于氟化物挥发造成炉渣成分变化,最终黏度实测值与炉渣初始成分不符,造成模型无法对黏度有效预测。此外,研究发现,CaF₂的增加能显著降低炉渣黏度,而Al₂O₃和Na₂O对黏度的影响受CaF₂含量的限制。当w(CaF₂)>17%,炉渣黏度随Al₂O₃含量增加而减小,当w(CaF₂)<17%,Al₂O₃的增加使炉渣黏度显著增大;当w(CaF₂)>11.5%,炉渣黏度随Na₂O含量增加显著下降,当w(CaF₂)<11.5%,Na₂O含量变化对黏度的影响并不明显。此外,该等黏度图表明低黏度区w(CaF₂)接近14%。通过调整等黏度图中各组分比例,可以改善保护渣的黏度和流动性,供钢铁工业应用。      

高锌含量下ZnO-FeO-SiO2-CaO-Al2O3渣系黏度研究

ZnO-FeO-SiO₂-CaO-Al₂O₃是铅锌火法冶炼过程中重要渣系,本文研究高锌含量下ZnO-FeO-SiO₂-CaO-Al₂O₃渣系的黏度,为进一步优化铅锌氧化渣还原熔融设计提供理论支撑。研究过程中采用内旋转圆柱法测量了不同组成成分下ZnO-FeO-SiO₂-CaO-Al₂O₃渣系的黏度,采用傅里叶红外光谱仪测定了高温淬冷渣的结构,并计算了不同熔渣成分下的表观活化能。研究结果表明：初始ZnO含量(16%～32%)的增加可降低ZnO-FeO-SiO₂-CaO-Al₂O₃系炉渣黏度;进一步增加ZnO含量(>36%)则会使黏度大幅增加;当ZnO含量为36%时,温度较高(>1 623 K)时,Fe/SiO₂和CaO/SiO₂的增加可以降低炉渣黏度,但随着温度的降低,Fe/...     

FeV50合金浇铸沉降理论的应用及其影响因素

采用近似无限大流体重力沉降原理分析了多期法FeV50合金浇铸过程渣金分离及浇铸渣层钒的分布规律,考察了熔渣黏度、沉降粒度、浇铸温度、渣层厚度以及保温制度对渣中钒含量的影响.结果表明,浇铸渣中钒的赋存形式除了未还原完全的钒氧化物之外,还存在部分未完全沉降的初级合金;合金沉降速度随合金粒度的增加而增大,随熔渣黏度的增加而减小.1850℃条件下,当渣层厚度为50 mm,熔渣组分质量分数为65.2% Al₂O₃、15.5% CaO、14.6% MgO、1.9% Fe₂O₃、0.9% SiO₂时,粒径为100 μm的合金沉降时间及熔渣上浮时间分别为24.9和1.2 min.基于此,进行浇铸工艺优化试验,在渣层厚度35 mm,浇铸温度1900℃、熔渣主要成分质量分数Al₂O₃ 60%~65%、CaO 15%~20%、MgO 9%~15%、浇铸锭模保温层厚度9 cm的条件下,浇铸渣中平均TV质量分数由1.39%降低至0.58%.      

转炉吹炼不同阶段炉渣黏流特性变化

为明确转炉吹炼不同阶段炉渣黏流特性变化机理，结合不同时期典型的转炉炉渣成分，利用FactSage热力学模拟软件研究了碱度、FeO、MgO、MnO和Al₂O₃的变化对CaO-SiO₂-FeO-MgO-MnO-Al₂O₃系转炉渣黏度的影响，并结合生产实际给出了转炉冶炼不同阶段适宜的炉渣碱度、炉渣中合理的FeO、MgO、MnO及Al₂O₃含量。研究结果表明，不同碱度条件下转炉渣黏度随温度升高而逐渐减小，不同温度条件下转炉渣黏度随碱度增大呈现先增大后减小的趋势。炉渣黏度受FeO、MgO和Al₂O₃含量变化影响较大，受MnO含量变化影响相对较小。炉渣流动性主要与炉渣结构的聚合度和渣中固相质量分数有关，FeO、MgO和Al₂O₃含量增加可以破坏渣中硅酸盐聚合体的网络结构，多余MgO易导致渣中高熔点固相析出；Al₂O₃...     

B2O3对高铝渣稳定性的影响

为了明确B₂O₃对高Al₂O₃渣稳定性的影响,基于现场高炉渣的实际成分,通过熔体物性测定仪、扫描电镜、红外光谱仪分析了B₂O₃对高Al₂O₃渣黏度和基础玻璃微观结构的影响。结果表明,随着B₂O₃含量的增加,炉渣黏度降低;当炉渣温度低于1 360 ℃时,炉渣随着B₂O₃的增加稳定性增强;炉渣温度为1 216 ℃、B₂O₃质量分数为2.0%时,炉渣的稳定性最好。随着B₂O₃含量的增加,炉渣不断玻璃化,当B₂O₃质量分数为2.0%时,炉渣微观结构完全是玻璃态结构,表现为假性酸性渣的性质;随着B₂O₃含量的增加,[Si-O-Al]键断裂,[AlO₆]八面体结构振动峰增加,炉渣的稳定性越来越好。     

基于熔渣离子分子共存理论的CaO-MgO-SiO2-FeO-Al2O3熔渣黏度预测模型

研究了含FeO的CaO-MgO-SiO₂-FeO-Al₂O₃五元渣系的黏度预测模型，引入黏度的补偿效应，通过对前人的熔渣共存理论黏度预测模型进行改进，建立含FeO熔渣的黏流活化能和各结构单元之间的关系，模型计算的黏流活化能和拟合得到的数值吻合较好。根据补偿效应，利用模型计算的黏度值与实测值的误差在允许范围内。分析表明，随着渣中混合碱度w(CaO)/w(SiO₂+Al₂O₃)和碱性氧化物(如MgO和FeO)含量的增加，熔渣黏度降低。另外，熔渣黏度随着温度的升高而降低，低温条件下，熔渣组分的变化对熔渣黏度的影响较大。基于本模型计算的参数值可用补偿效应代替前人模型中的Ai参数拟合值，使模型参数值整体减少。     

温度对CaO-SiO2-Al2O3-MgO高炉渣系Al2O3活度的影响

 Al₂O₃作为熔渣中的主要组元之一,其对熔渣的冶金性能的影响尤为突出。对于高炉炼铁而言,高炉渣中Al₂O₃增加会对炼铁及脱硫造成不利影响。然而,随着中国钢铁工业的不断发展,相对低廉的高Al₂O₃进口铁矿石使用量不断攀升,使得高炉渣中Al₂O₃含量明显增加,高炉渣中Al₂O₃质量分数往往大于15%,更高的甚至大于20%。目前关于高Al₂O₃高炉渣系中Al₂O₃组元的热力学性质(例如采用参考渣法测定Al₂O₃的活度)及其对炉渣冶金性能的影响等研究鲜有报道,而温度是影响冶金熔渣冶金性能的重要热力学因素之一,因此探讨温度对冶金熔渣中Al₂O₃组元活度影响的规律不仅具有重要的研究意义,同时也为现场实践提供坚实的理论依据。采用参考渣法对1 773～1 873 K温度条件下CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO高炉渣系Al₂O₃活度进行测定,并采用Raman光谱对熔渣的结构进行检测。考察了温度对CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO高炉渣系Al₂O₃活度的影响。结果表明,随着温度的增加,熔渣中Al₂O₃的化学势降低,熔渣与铜金属熔液之间的反应向右移动来达到新的平衡,因而Al₂O₃的活度随着温度的增加逐渐降低。温度的增加使熔渣中Al₂O₃与碱性金属氧化物发生反应,使钙铝酸盐(CaO·Al₂O₃和CaO·2Al₂O₃)和镁铝酸盐(MgO·Al₂O₃)等复合物生成量增加,此时熔渣的结构由于O2-的增加而逐渐发生解聚,熔渣中的自由Al₂O₃减少,从而导致Al₂O₃活度逐渐降低。     

铜冶炼炉渣的X射线衍射Rietveld全谱图拟合物相定量分析

为了回收铜冶炼闪速熔炼炉渣和闪速吹炼炉渣中铜,首先利用X射线荧光光谱仪(XRF)对样品中的元素进行了分析,再利用X射线衍射仪(XRD)测定了闪速熔炼炉渣和闪速吹炼炉渣的物相组成,最后采用Rietveld全谱图拟合法分析出各个物相的含量。闪速熔炼炉渣的主要物相为Fe₂SiO₄和Fe₃O₄,其质量分数分别为75.04%和24.96%。闪速吹炼炉渣的主要物相为ZnFe₂O₄、Ca₄Fe₉O₁₇、Ca₂Fe₂O₅、CuFeO₂、Cu₂O、Cu和PbO,其质量分数分别为45.06%、10.01%、10.29%、6.29%、17.74%、9.12%和1.47%,闪速吹炼炉渣的主要物相与常规转炉吹炼炉渣的主要物相不同。在闪速熔炼炉渣样品和闪速吹炼炉渣样品中加入一定量的Al₂O₃,Rietveld全谱图拟合法分析出样品中Al₂O₃的质量分数与实际值一致,可见上述物相定量分析结果是准确的。研究结果能为闪速熔炼炉渣和闪速吹炼炉渣的回收利用提供基础数据。     

组分对100 t LF高碱度精炼渣粘度和TC80钢脱硫的影响

试验研究了组分对碱度3~5的LF精炼渣(/%:37.5~54.8CaO,9.8~18.2SiO2,20~30Al2O3,4~10MgO,3~10CaF₂)粘度的影响。结果表明,CaF₂和Al₂O₃对渣粘度影响较大,碱度和MgO对粘度影响较小。随着CaF₂含量的增加,渣粘度先降低后增加;随着Al₂O₃含量的增加,渣粘度逐渐降低。渣中Al₂O₃含量为20%,CaF₂≥6%或渣中Al₂O₃含量为25%,CaF₂≥3%时,1500℃渣的粘度值低于0.5 Pa.s。试验得出粘度较优组分为4~5R,25%~30%Al₂O₃,6%~10%MgO,3%~6%CaF₂。100 t LF精炼TC80钢生产试验表明优化后精炼渣将钢水中的硫由0.020%脱至0.005%以下,脱硫率从优化前的72%提高至84%,LF精炼终点平均T[O]为14×10^-6。      

覆铜板废边角料熔炼渣熔化温度研究

覆铜板废边角料是一种具有明显“高硼低铁”特征的电子废料,为使覆铜板废边角料冶炼过程中具有合适的熔化温度,采用化学试剂配置合成了17组“高硼低铁”渣,利用RDS-2010型智能测试仪通过半球熔点法测定其熔点。对所测得数据进行了多元非线性回归分析,得到了熔化温度与熔炼渣化学组成之间的数学表达式,基于回归方程考察了FeO含量（w（Feo））、Fe₃O₄含量（w（Fe₃O₄））、Al₂O₃含量（w（Al₂O₃））、B₂O₃含量（w（B₂O₃））及钙硅比（m（Cao）/m（SiO₂））单一组分变化对熔炼渣熔点的影响规律。结果表明,回归方程预测值与实际值吻合度较高;熔化温度在熔渣组成成分范围内低于1 100 ℃,具有良好的冶炼性能;熔渣的熔化温度随着w（Fe₃O₄）、w（Al₂O₃）的增加而升高,随着w（Feo）、w（B₂O₃）、m（Cao）/m（SiO₂）的增加而下降。研究结果为电子废料的绿色回收提供数据支持。      

硫含量对KR脱硫渣中硫赋存状态的影响

KR脱硫渣中的CaO是转炉冶炼工艺中重要的造渣原料,将其回用于钢铁冶炼工艺可降低冶金企业的CaO原料消耗,减少企业KR脱硫渣堆积量,节约企业冶炼的经济成本.KR脱硫渣中的2CaO·SiO2 (C2S)在转炉脱磷冶炼过程中可与炉渣中的磷形成稳定的2CaO· SiO2-3CaO· P2O5固溶体,提高磷在渣中的稳定性.将K...     

GCr15轴承钢精炼渣冷却过程矿相析出热力学分析和应用

采用FactSage热力学计算及实验室研究相结合的方法,研究了碱度（R）2.5~5.4、Al₂O₃（14%~30%）和MgO（3%~15%）对GCr15轴承钢CaO-Al₂O₃-SiO₂-MgO四元精炼渣矿相析出的影响,结果表明,1 600℃时,随着碱度由2.4增加至5.4,硅酸盐类矿物的析出量由56%降低至30%,Ca₃Al₂O₆、Ca₃MgAl₄O₁₀和CaAl₂O₃三种矿物的总析出量从28.0%增加至58.2%;当渣中Al₂O₃含量由14%增加至30%时（R4.4,7%MgO）,析出的金属氧化物固溶体由26%降低到3.5%,硅酸盐类矿物析出量由42%降低到33%,Ca₃Al₂O₆、Ca₃MgAl₄O₁₀和CaAl₂O₃三种矿物的析出量则由32.2%增大到63.2%;当渣中MgO含量由5%增加至15%时（R4.4,26%Al2O3）,硅酸盐类矿物,Ca₃Al₂O₆、Ca₃MgAl₄O₁₀和CaAl₂O₄析出量变化并不显著。当碱度4~5,4.5%~5.5%MgO,24%~27%Al₂O₃时,四元渣具有适宜的黏度和熔化温度,有较好的流动性和吸附夹杂物能力。热态重熔实验确定的渣系矿相组成与热力学模拟结果一致。     

Al2O3 -SiO2 -CaO精炼渣系对55SiCrA弹簧钢夹杂物形态控制的影响

在实验室采用Al₂O₃坩埚硅钼管式炉研究了(/%)38.5～45.8CaO-38.2～42.0SiO₂-8～15Al₂O₃-8MgO精炼渣系的成分和碱度(1.0～1.2)对55SiCrA弹簧钢(/%:0.53C、1.50Si、0.70Mn、0.69Cr、0.008P、0.003S、0.005Als)中夹杂物形态的影响,并用Factsage热力学软件对夹杂物成分进行热力学计算和分析在三元相图中的分布。结果表明,夹杂物中Al₂O₃含量随精炼渣中Al₂O₃含量的增加而增加,当渣碱度为1.2,Al₂O₃为8%时钢中夹杂物分布在Al₂O₃-SiO₂-MnO相图低熔点区域,夹杂物中Al₂O₃含量为30%～40%。热力学计算表明,渣碱度1.0～1.2时,对应的钢中Als为0.008%与试验结果吻合。因此用1.0～1.2低碱度和≤8%Al₂O₃精炼渣可控制弹簧钢中的夹杂物形态。      

120t LF精炼渣系对弹簧钢55SiCrA夹杂物塑性的影响

在分析"120 t LD→LF→RH→150 mm×150 mm连铸坯→线材轧制"工艺流程生产的弹簧钢55SiCrA的基础上,应用Factsage热力学计算软件进行热力学计算,对精炼工艺进行优化研究.结果 表明:精炼渣系中含SiO241％～ 46％、CaO 36％～41％、Al2O30％～3％、MgO 10％,渣碱度0...