唐鋼3 200 m3高爐爐渣成分及性能分析

李秀兵，趙軍

（唐山鋼鐵集團(tuán)煉鐵部，河北唐山063000）

唐鋼3 200 m3高爐爐渣成分及性能分析

李秀兵，趙軍

（唐山鋼鐵集團(tuán)煉鐵部，河北唐山063000）

近年唐鋼3 200 m3高爐由于爐料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，渣中Al2O3含量最高達(dá)16%，影響了爐渣性能，對(duì)生產(chǎn)的穩(wěn)定帶來(lái)了影響。通過(guò)檢測(cè)爐渣的成分及性能，結(jié)合相圖理論，分析了Al2O3、二元堿度及MgO含量對(duì)爐渣性能的影響，結(jié)果表明，二元堿度在1.15以下時(shí)，爐渣在較低溫度下仍有較好的流動(dòng)性；R2為1.2時(shí)，MgO含量應(yīng)低于8.69%。唐鋼高爐選擇Al2O3含量約為15%、MgO含量為6%～9%、R2≯1.2的渣型較為適宜。

高爐爐渣；黏度；熔化性溫度；Al2O3；二元堿度；MgO

1　前言

近年來(lái)唐鋼4#3 200 m3高爐爐料結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化，外礦比例逐漸增加到20%，入爐品位下降，渣量增加（渣鐵比最高時(shí)接近380 kg/t），且非主流礦品種增加。這些非主流外礦的冶金性能較差，有些Al2O3含量較高，如塞拉利昂礦中的Al2O3含量達(dá)到7%，而燒結(jié)礦中Al2O3含量一般在2%。高鋁外礦入爐后直接造成渣中Al2O3含量升高，最高時(shí)接近16%，影響了爐渣流動(dòng)性和爐缸活躍程度，高爐出現(xiàn)下渣晚的情況，嚴(yán)重時(shí)出鐵120 min后仍不見(jiàn)下渣，對(duì)高爐造渣制度及生產(chǎn)的穩(wěn)定帶來(lái)不利影響。為了適應(yīng)這種情況，通過(guò)對(duì)近年來(lái)唐鋼爐渣成分性能的檢測(cè)分析，同時(shí)借鑒國(guó)內(nèi)同行業(yè)在應(yīng)對(duì)高鋁渣方面的經(jīng)驗(yàn)［1-2］并結(jié)合相圖理論，分析了唐鋼4#高爐爐況的爐渣成分及性能，找出了適宜的爐渣成分，以期對(duì)今后的高爐造渣制度進(jìn)行指導(dǎo)。

2　高爐實(shí)際爐渣成分及性能

造渣制度兼顧了鐵水質(zhì)量和渣鐵流動(dòng)性?xún)蓚€(gè)方面，合理的熱制度和造渣制度不僅使渣鐵物理熱充足和生鐵的一級(jí)品率提高，而且確保了高爐渣鐵有良好的流動(dòng)性，有利于爐內(nèi)操作。高爐爐渣黏度與熔化性溫度均是爐渣的重要性能。黏度和熔化性溫度適宜的爐渣具有良好的流動(dòng)性，而且對(duì)穩(wěn)定爐缸的熱狀態(tài)有重要意義。

高爐渣檢測(cè)項(xiàng)目包括化學(xué)成分和物理性能。物理性能檢測(cè)使用的設(shè)備主要是RTw一熔體物性綜合測(cè)定儀。爐渣黏度的測(cè)量采用內(nèi)柱體旋轉(zhuǎn)法，其原理為：內(nèi)柱體在熔體中插入一定深度，內(nèi)柱體旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生扭矩，測(cè)定后由傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘?hào)，通過(guò)測(cè)定黏度的主控計(jì)算機(jī)直接讀取熔體的黏度（Pa·s）。近幾年高爐爐渣黏度、熔化性溫度及對(duì)應(yīng)的成分、堿度等測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

表1　唐鋼3 200 m3高爐近年來(lái)爐渣黏度、熔化溫度及對(duì)應(yīng)堿度

3　爐渣成分及性能分析

3.1Al2O3含量對(duì)爐渣性能的影響

根據(jù)冶煉條件的不同和對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的考慮，由表2可以看出，唐鋼4#高爐爐渣中Al2O3含量在14.58%～16%之間波動(dòng)，屬于典型的高Al2O3爐渣（＞13%）。

表2　對(duì)應(yīng)爐渣成分及鎂鋁比

根據(jù)熔渣離子理論：爐渣黏度隨著復(fù)合陰離子半徑增大而增大，所以隨著Al2O3含量增加，爐渣黏度和熔化性溫度有所增加。我國(guó)高爐熱風(fēng)溫度較低，大多數(shù)高爐熱風(fēng)溫度只能達(dá)到1 150℃，原燃料成分有一定范圍波動(dòng)。另外爐容普遍較小，渣量較大。武鋼、首鋼等高爐在燒結(jié)礦配用部分澳礦粉（Al2O3含量較高）的條件下，選擇了高Al2O3（＞13%）、高M(jìn)gO（10%左右）和適中堿度（CaO/SiO2= 1.0～1.1）的渣型。

唐鋼3 200 m3高爐根據(jù)目前的生產(chǎn)狀況和爐料結(jié)構(gòu)，參考其他企業(yè)改善高Al2O3爐渣性能的途徑［3］，選擇高Al2O3、較高堿度和適中MgO的渣型比較合理。由不同Al2O3含量時(shí)，CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣系［3］等黏度圖可以看出：MgO含量為6%～9%、Al2O3含量約為15%時(shí)，堿度在≯1.2范圍內(nèi)有一個(gè)低黏度區(qū)。由表1可見(jiàn)，爐渣在此成分區(qū)間時(shí)熔化性溫度低，可保證高爐的正常生產(chǎn)需要。

3.2二元堿度對(duì)爐渣性能的影響

由表1還可以看出不同二元堿度（R2）對(duì)爐渣黏度及熔化溫度（Ts）的影響。隨R2升高，其熔化性溫度相應(yīng)升高：R2=1.11時(shí)，Ts=1 347℃（序號(hào)2）；R2= 1.22時(shí)，Ts=1 368℃（序號(hào)6）。R2太高，渣中高熔點(diǎn)的2CaO·SiO2必然增加，使得爐渣在高堿度時(shí)，高溫下黏度較小，但熔化性溫度明顯提高，爐渣穩(wěn)定性降低。說(shuō)明R2對(duì)爐渣性能影響較大，R2大時(shí)爐渣穩(wěn)定性降低。

R2不超過(guò)1.15時(shí)，爐渣在較低溫度下仍有較好的流動(dòng)性，有利于高爐順行。R2較高時(shí)（＞1.15），為了保證高爐穩(wěn)定順行，必須保證高爐爐缸的熱量充沛，使?fàn)t渣溫度在熔化性溫度以上。

3.3MgO含量對(duì)爐渣性能的影響

從爐渣離子理論分析，MgO對(duì)爐渣黏度的影響與CaO一致。CaO、MgO都是堿性氧化物，屬于破壞網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)氧化物。當(dāng)二元堿度一定時(shí)，Al2O3含量升高，形成復(fù)合陰離子Al2O32-和硅—鋁—氧復(fù)合陰離子，則增加渣中的MgO比例，可以與SiO2、Al2O3、硅酸鹽（如CaO，SiO2）形成一系列的低熔點(diǎn)復(fù)雜化合物。但渣中MgO的含量超過(guò)13%時(shí)，渣中會(huì)出現(xiàn)難熔的方鎂石，形成高熔點(diǎn)的爐渣。

由于在目前原料結(jié)構(gòu)條件下，唐鋼3 200 m3高爐爐渣中Al2O3含量偏高，冶煉過(guò)程中需加入一定量的MgO來(lái)保證爐渣的流動(dòng)性。在高爐正常生產(chǎn)過(guò)程中，終渣溫度一般波動(dòng)在1 450～1 520℃。在此溫度下能保持液態(tài)的爐渣成分范圍只能在1 500℃等溫線(xiàn)所包圍的范圍內(nèi)。由CaO—SiO2—Al2O3—MgO四元相圖［3］可以明顯看出：在1 500℃溫度下，向渣中加入MgO，可以顯著擴(kuò)大液相區(qū)，縮小C2S及黃長(zhǎng)石區(qū)。

對(duì)于成分相同的爐渣，隨著液相區(qū)擴(kuò)大，多相區(qū)縮小，顯然都將使?fàn)t渣的熔化性能、流動(dòng)性及穩(wěn)定得到改善。但MgO的加入量有一個(gè)適宜值，當(dāng)增加到15%時(shí)，1 500℃等溫面的液相區(qū)反而縮小。實(shí)際生產(chǎn)中情況復(fù)雜，如由于硫化物及堿金屬氧化物的作用，初渣的熔化溫度比相圖給出的數(shù)據(jù)低。

爐渣成分的變化會(huì)引起熔化性溫度的變化，而爐渣的熔化性溫度是表征爐渣能否順利流動(dòng)的溫度，Ts與渣中MgO含量和二元堿度R2（CaO/SiO2）有以下近似關(guān)系［4］：

一般要求Ts低于爐缸實(shí)際溫度，并有較大溫差，以保證爐況波動(dòng)時(shí)爐渣仍具有足夠的流動(dòng)能力。根據(jù)大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，認(rèn)為T(mén)s應(yīng)不低于1 340℃，R2=1.05～1.25時(shí)，用（1）式計(jì)算的MgO最高允許含量如表3所示。

表3　Ts為1 340℃時(shí)不同R2允許的最大MgO含量

R2為1.10～1.15時(shí)，渣中最高允許的MgO含量為10.65%～12.61%，平均11.63%，從四元渣系相圖同樣可得出，當(dāng)爐渣Al2O3為15%，R2≯1.15時(shí)，MgO含量為10%～12%時(shí)，爐渣的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性最佳。R2為1.2時(shí)，MgO含量應(yīng)低于8.69%，能保證爐渣的熔化溫度低于爐缸實(shí)際溫度。

4　結(jié)論

4.1二元堿度在1.15以下時(shí)，爐渣在較低溫度下仍有較好的流動(dòng)性；R2較高時(shí)（＞1.15），為了保證爐渣穩(wěn)定性，必須保證高爐爐缸的熱量充沛，使?fàn)t渣溫度在熔化性溫度以上。

4.2MgO加入的主要作用是降低爐

渣黏度，改善流動(dòng)性。在高爐配料調(diào)整二元堿度時(shí)，要結(jié)合三元堿度變化。結(jié)合唐鋼實(shí)際，R2為1.2時(shí)，MgO含量應(yīng)低于8.69%，能保證爐渣的熔化性溫度低于爐缸實(shí)際溫度。

4.3根據(jù)唐鋼3 200 m3高爐的生產(chǎn)實(shí)際，爐渣成分在Al2O3含量約為15%、MgO含量為6%～9%時(shí)，在R2≯1.2的范圍內(nèi)有一個(gè)低黏度區(qū)，與高爐的生產(chǎn)指標(biāo)較為對(duì)應(yīng)。

［1］游錦洲，王希珍.柳鋼高爐爐渣性能的研究［J］.煉鐵，1998，17 （Z）：71-73.

［2］鄭修悅.論高爐爐渣性能［J］.武鋼技術(shù)，1992（2）：51-54.

［3］Dimitri Papanastassiou.高爐渣中Al2O3和MgO含量對(duì)渣特性的影響［J］.世界鋼鐵，2001（3）：20-24.

［4］黃希牯.鋼鐵冶金原理［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1989：123.

Abstrraacctt：In recent years，the burden structure of 3 200 m3blast furnace in Tangshan Steel has changed.The content of Al2O3in slag is up to 16%，that has affected the performance of slag，and influenced the stability of production.By detecting the composition and performance of the slag and integrated with phase diagram theory，the effects of the Al2O3，R2and MgO style on the properties of slag was analyzed.The results show that theR2is under 1.15，the slag at lower temperatures have better liquidity；R2is 1.2，the content of MgO style should be lower than 8.69%.The about 15%content of Al2O3，the 6%-9%content of MgO style，and the type slagR2≯1.2 chosen in Tanggang blast furnace is more appropriate.

Key worrddss：blast furnace slag；viscosity；consumable temperature；Al2O3；R2；MgO

Tangshan 3 200 m3Blast Furnace Slag Composition and Performance Analysis

LI Xiubing，ZHAO Jun
（The Iron Making Department of Tangshan Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Tangshan 063000，China）

試驗(yàn)研究

TF534.1

A

1004-4620（2016）03-0036-02

2016-04-01

李秀兵，男，1978年生，2005年畢業(yè)于河北理工大學(xué)鋼鐵冶金專(zhuān)業(yè)，碩士?，F(xiàn)為唐鋼煉鐵部高爐車(chē)間工程師，從事高爐煉鐵工藝技術(shù)及管理工作。