低MgO高爐渣流動(dòng)性的實(shí)驗(yàn)研究

夏小勇，傅元坤，高建宇，孫舶航，王 平

(安徽工業(yè)大學(xué)冶金工程學(xué)院，安徽馬鞍山243002)

高爐渣黏度是高爐操作中重要的流動(dòng)性參數(shù)，在脫硫、焦炭消耗、操作平滑性、透氣性、熱傳導(dǎo)等方面影響高爐操作[1-2]。在高爐生產(chǎn)條件下，爐溫相對(duì)穩(wěn)定，爐渣黏度主要受其成分的影響。在高爐渣的主要成分中，MgO含量是影響其黏度的重要因素[3]。目前國內(nèi)鋼鐵廠高爐渣中w(MgO)主要控制在8%～10%[4-5]，以保證爐渣良好的性能。楊雙平等[6]認(rèn)為，在二元堿度1.02，w(Al2O3)=16.41%的情況下，根據(jù)龍鋼實(shí)際情況，建議渣中w(MgO)控制在9%～10%范圍內(nèi)；鄒祥宇等[7]認(rèn)為，鞍鋼高爐渣中w(MgO)最佳應(yīng)控制在8%～10%。

爐渣中MgO的來源主要是燒結(jié)礦配料中額外配加的白云石，過多配加白云石會(huì)降低入爐燒結(jié)礦品位，同時(shí)產(chǎn)生高爐產(chǎn)量下降、焦比升高、渣量增加等負(fù)面效應(yīng)。研究低MgO高爐渣的流動(dòng)性，可以為高爐實(shí)際生產(chǎn)中降低溶劑白云石帶來的一系列問題作參考。而國內(nèi)外關(guān)于低MgO高爐渣的流動(dòng)性研究較少[8]，僅少數(shù)學(xué)者對(duì)此進(jìn)行研究,如杜洪縉等[9]建立基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高爐預(yù)報(bào)模型，對(duì)高爐渣中w(MgO)在7%～8%之間進(jìn)行了預(yù)測(cè)，得出合理優(yōu)化爐渣組成，爐渣流動(dòng)性得到改善，但未對(duì)爐渣中w(MgO)在4%～8%之間進(jìn)行分析。因此，筆者研究爐渣w(MgO)控制在4%～8%的范圍內(nèi)，爐渣流動(dòng)性和熔化性溫度的影響因素，以期對(duì)高爐生產(chǎn)有一定的參考價(jià)值。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置與原料

采用東北大學(xué)RTW-14型熔體物性綜合測(cè)定儀(如圖1)對(duì)高爐渣物性進(jìn)行測(cè)試，本測(cè)定儀采用西門子PLC控溫，精度高、抗干擾能力強(qiáng)、重現(xiàn)性好，由計(jì)算機(jī)測(cè)定與管理，可恒溫測(cè)試定點(diǎn)黏度，自動(dòng)降溫測(cè)定黏度曲線，便于測(cè)試記錄與分析。主要技術(shù)指標(biāo)為最高溫度1 600℃，控溫(恒溫)、測(cè)溫精度±0.5℃，黏度測(cè)試范圍0～12 Pa·s，探頭位置控制精度為±0.5 mm，黏度測(cè)試精度滿足YB/T 185—2001標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)用渣樣由分析純化學(xué)試劑(CaCO3，SiO2，Al2O3，MgO)配制而成。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

采用控制變量法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，具體見表1。其中η1500℃，η1475℃，η1450℃分別表示試樣在1 500，1 475，1 450 ℃下的黏度。研究MgO，Al2O3含量及二元堿度(R2)對(duì)爐渣的熔化性溫度和流動(dòng)性的影響。選取w(Al2O3)=15%，16%，17%；w(MgO)=4%，5%，6%，7%，8%；R2=1.15，1.20，1.25三個(gè)因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)表1配制試樣，利用RTW-14型熔體物性綜合測(cè)定儀測(cè)試試樣的熔化性溫度和黏度。

表1 黏度與熔化性溫度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.1 Experimental data of viscosity and melting temperature

2 結(jié)果與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

爐渣黏度η與熔化性溫度t的測(cè)定結(jié)果見表1。由表1知：1 500℃時(shí)，爐渣黏度保持在0.244～0.462 Pa·s內(nèi)；1 475 ℃時(shí)，黏度在0.281～0.560 Pa·s內(nèi)；1 450 ℃時(shí)黏度在0.341～0.677 Pa·s內(nèi)。為保證爐渣的流動(dòng)性，R2=1.20，當(dāng)w(MgO)＝5%時(shí)，w(Al2O3)應(yīng)保持在15%以下，此時(shí)爐渣黏度保持在0.344 Pa·s水平，熔化性溫度保持在1 380℃水平；當(dāng)w(MgO)=6%時(shí)，w(Al2O3)應(yīng)保持在16%以下，爐渣黏度保持在0.341 Pa·s水平，熔化性溫度保持在1 383℃水平；當(dāng)w(MgO)=7%～8%時(shí)，w(Al2O3)應(yīng)保持在17%以下，爐渣黏度保持在0.285 Pa·s以下，熔化性溫度保持在1 395℃以下。當(dāng)w(MgO)＝4%時(shí)，w(Al2O3)=16%，爐渣黏度為0.434 Pa·s，爐渣的流動(dòng)性較差，因此本文主要討論w(MgO)在5%以上的爐渣流動(dòng)性的影響因素。

圖2為R2=1.20時(shí)，Al2O3，含量與爐渣黏度和熔化性溫度的關(guān)系。由圖2可看出：在R2=1.20，w(MgO)=7%的情況下，黏度隨Al2O3含量的不斷增加而上升；在高溫區(qū)間黏度隨著Al2O3含量的增加而緩慢增加；熔化性溫度隨著Al2O3含量的增加而明顯上升。

圖3為R2=1.20時(shí)，MgO含量與爐渣黏度和熔化性溫度的關(guān)系。由圖3(a)可以看出：當(dāng)w(MgO)＝4%時(shí)，渣樣黏度-溫度曲線接近于“長渣型”；當(dāng)渣樣中w(MgO)＞5%時(shí)，黏度-溫度曲線屬于“短渣型”；隨著渣樣中MgO含量不斷上升，黏度-溫度曲線開始下移，在低溫區(qū)域變陡，說明隨著爐渣中MgO含量的增加，爐渣黏度下降，爐渣的流動(dòng)性提高。這主要是因?yàn)殡S著爐渣中MgO含量上升，能帶入渣中更多的O2-，一方面降低了Al-O陰離子團(tuán)的聚合程度，同時(shí)也破壞了他們的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并且形成更加簡單的單、雙四面體結(jié)構(gòu)。O2-還能與Al2O3生成低熔點(diǎn)的物質(zhì)，也使得爐渣流動(dòng)性得到改善[10-12]。從圖3(b)，(c)能看出：當(dāng)溫度較高時(shí)，MgO含量的變化對(duì)爐渣黏度影響不明顯；隨著MgO含量的增加，爐渣的熔化性溫度隨著MgO含量不同有所變化，說明爐渣的穩(wěn)定性變差。

2.2 多元線性回歸分析結(jié)果與討論

2.2.1 黏度

對(duì)表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行三元回歸分析，得黏度線性回歸方程為

其中r為相關(guān)系數(shù)。根據(jù)方程(1)可得出，實(shí)驗(yàn)條件下，1 500℃時(shí)各因素對(duì)爐渣黏度影響的規(guī)律為：爐渣黏度與Al2O3含量呈正相關(guān)性，而與MgO含量和二元堿度呈負(fù)相關(guān)性，說明爐渣中MgO含量的增加對(duì)爐渣黏度起到了稀釋作用；w(Al2O3)每增加1%，黏度就上升0.012 Pa·s；w(MgO)每增加1%，黏度下降0.043 Pa·s；二元堿度每增加0.1，黏度下降0.009 Pa·s，MgO含量變化對(duì)黏度的影響最大，Al2O3含量對(duì)其的影響較MgO含量的影響小。

2.2.2 熔化性溫度

根據(jù)表1的數(shù)據(jù)，回歸計(jì)算出熔化性溫度的回歸方程為

根據(jù)方程(2)可得：本實(shí)驗(yàn)條件下，爐渣熔化性溫度與二元堿度和Al2O3含量呈正相關(guān)性，而與MgO含量呈負(fù)相關(guān)性，并且Al2O3含量對(duì)熔化性溫度影響較大，MgO含量對(duì)其影響較?。粻t渣中w(Al2O3)每增加1%，熔化性溫度就上升11.2℃；w(MgO)每增加1%，熔化性溫度下降2.4℃；二元堿度每增加0.1，熔化性溫度上升16.2℃。

3 結(jié) 論

在R2=1.15～1.25，w(MgO)=4%～8%，w(Al2O3)=15%～17%的條件下，進(jìn)行高爐渣流動(dòng)性實(shí)驗(yàn)，且采用多元線性回歸方程分析的方法，探討MgO，Al2O3含量及二元堿度對(duì)爐渣熔化性溫度和流動(dòng)性的影響，得出以下結(jié)論。

1)1 500 ℃時(shí)，爐渣黏度保持在0.244～0.462 Pa·s范圍內(nèi)；1 475 ℃時(shí)，黏度在0.281～0.560 Pa·s范圍內(nèi)；1 450℃時(shí)黏度在0.341～0.677 Pa·s范圍內(nèi)。爐渣黏度隨渣中Al2O3含量的增加而升高，w(Al2O3)增加1%，黏度上升0.012 Pa·s，爐渣黏度隨渣中MgO含量的增加而下降，w(MgO)增加1%，黏度下降0.043 Pa·s。

2)當(dāng)二元堿度等于1.20，w(MgO)＝5%時(shí)，w(Al2O3)應(yīng)保持在15%以下；w(MgO)=6%時(shí)，w(Al2O3)應(yīng)保持在16%以下；w(MgO)=7%～8%時(shí)，w(Al2O3)應(yīng)保持在17%以下。

3)二元堿度對(duì)爐渣黏度影響較小，對(duì)爐渣熔化性溫度影響較大，二元堿度增加0.1，黏度下降0.009 Pa·s，熔化性溫度上升16.2℃。因此，為保證低溫區(qū)間爐渣的流動(dòng)性，爐渣二元堿度應(yīng)保持在1.1～1.2范圍內(nèi)。

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