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。     

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。     

高炉渣适宜镁铝比分段管控的分析与应用

 为了给现代高炉渣适宜镁铝比(w(MgO)/w(Al2O3))提供理论依据，定性定量地指导高炉操作，针对高炉渣的适宜镁铝比问题展开研究。首先，分析了高炉渣中MgO的必要性，即在现代化大高炉的冶炼条件下，随着高Al2O3外矿用量的增加，炉渣中含有适宜的MgO是必须的。炉渣合理镁铝比可根据Al2O3质量分数不同进行分段管控：当渣中w(Al2O3)小于14%时，MgO可根据生产要求添加；w(Al2O3)为15%～17%时，适宜的镁铝比(w(MgO)/w(Al2O3))应控制在0.40～0.50，但需注意炉温的影响；当渣中w(Al2O3)大于18%时，适宜的镁铝比应控制在0.45～0.55。在理论分析与试验研究的基础上，进行了工业化应用试验。试验期炉渣镁铝比由0.51降低至0.47，高炉焦比由363.39降低至357.82 kg/t，综合燃料比由495.23降低至试验期的494.18 kg/t，取得了良好的技术经济指标，证明了现代高炉渣镁铝比分段管控技术的正确性和可应用性。     

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。     

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%.     

邯钢高炉渣脱硫能力的试验研究

根据邯钢目前高炉的冶炼条件,以现场渣为基准,利用化学试剂调整成分配制脱硫试验渣样,分别研究碱度、w(MgO)、w(Al2O3)和w(TiO2)等因素对邯钢炉渣脱硫能力的影响.结果表明,邯钢高炉渣的脱硫能力随炉渣碱度和w(MgO)的增加而提高,随w(Al2O3)和w(TiO2)的增加而降低.     

高铝褐铁矿在济钢炼铁生产中的应用

为应对过高的炼铁成本,济南钢铁集团公司第一炼铁厂大量使用了低价高铝褐铁矿,为此采取了提高烧结矿w（SiO2）和w（FeO）,实施厚料层烧结和将炉渣w（MgO）/w（Al2O3）比提高到0.6等一系列技术措施,在烧结矿w（Al2O3）达到3.0%-3.1%、高炉炉渣w（Al2O3）达到19%-20%情况下,使烧结生产和高炉生产基本保持了平稳。     

包钢高炉渣脱硫性能的研究

为提高包钢高炉渣的脱硫能力,根据包钢现场高炉渣的成分,配制了碱度、MgO、Al2O3三个系列的合成渣样,进行脱硫实验。结果表明,碱度在1.0左右,w(MgO)在10%~13%之间,w(A l2O3)小于15%的炉渣,脱硫能力强,适于包钢高炉生产。     

高镁铝高炉渣的冶金性能

在实验室条件下,研究高炉渣中MgO及Al2O3质量分数对高炉渣冶金性能的影响规律。试验结果表明,当高炉渣碱度为1.1、MgO质量分数为12%不变时,随着Al2O3质量分数的增加,高炉渣熔化性温度逐渐增加,且当Al2O3质量分数超过17.5%时,高炉渣初晶相由黄长石区域转变成尖晶石区域,而且在1500℃时,高炉渣黏度逐渐增加而渣铁硫分配比降低;当高炉渣碱度为1.1、Al2O3质量分数为20%不变时,随着MgO质量分数的增加,熔化性温度先降低后增加,当MgO质量分数超过11.8%时,高炉渣初晶相由黄长石区域转变成尖晶石区域,而且在1500℃时,高炉渣黏度逐渐降低而渣铁硫分配比增加。     

铝硅比对烧结成矿特性及冶金性能的影响

Al2O3和SiO2是复合铁酸钙的重要组分,适宜的铝硅比是获得良好烧结成矿特性和冶金性能的重要条件.基于某钢厂现场烧结原料结构,运用FactSage理论计算了烧结体系的平衡物相组成及液相组分变化规律,随着铝硅比由0.41降至0.34,烧结矿中液相、铁氧化物等优质物相含量增加,尖晶石等劣质物相含量下降,且液相中析出复合铁...     

高温渗碳齿轮钢铝氮含量对奥氏体尺寸的影响

 轨道交通用高端齿轮钢往往要求长时间高温渗碳处理以提高其表面硬度与耐磨性,利用合适的铝、氮含量实现AlN粒子对奥氏体晶界的有效钉扎对保证齿轮的晶粒度、力学性能与尺寸精度至关重要。在通常的渗碳温度下,AlN已经发生了部分固溶,为了保证高温渗碳后奥氏体晶粒细小,齿轮钢中的酸溶铝质量分数一般需要保持在0.02%~0.055%以保证析出足量细小的AlN第二相粒子来钉扎晶界,且氮质量分数要求为0.01%~0.016%。这一元素含量范围较广,因此有必要研究钢在高温渗碳时所需要的恰当铝氮积与铝氮比,也就是钢中w(Al)与w(N)的乘积和比值的取值范围,还需要研究AlN粒子对于奥氏体的钉扎作用。针对不同含铝含氮轨道交通用齿轮钢进行了伪渗碳试验与AlN第二相粒子Ostwald熟化和Gladman钉扎模型计算研究,揭示了奥氏体晶粒不均匀性因子Z与加热温度T的定量关系式。研究了含铝含氮齿轮钢高温保温过程奥氏体晶粒半径R_A的变化规律,以及不同铝氮积和铝氮比对奥氏体晶粒生长的影响。结果表明,加热温度T在1 173~1 273 K范围内,此类微合金高强钢的奥氏体晶粒长大不均匀性因子服从线性规律Z=3.742 97-0.001 76T;保温时间t一定时,lnR_A与1/T大致呈二次多项式关系;加热温度T一定时,lnR_A与lnt呈线性关系,奥氏体生长时间指数为0.33;当钢中铝氮积大于4.77×10-4、对应奥氏体晶粒粗化温度T_C>1 263 K时,在T=T_C-10 K温度下保温6 h后,铝氮比为1.5~3.8的钢均可保证其奥氏体晶粒度达到7级以上;当铝氮积或T_C为定值时,同样在T=T_C-10 K加热温度下保温6 h后,钢的奥氏体晶粒大小与其铝氮比呈线性正相关;铝氮比在1.5~3.8范围内,其奥氏体晶粒度相差约在1级以内。     

基于模糊控制系统的高炉铁水硅含量预报的研究

运用模糊控制理论建立了高炉铁水w(Si)的模糊控制预报模型,用某厂实际生产数据进行仿真检验得到了较好的预报效果。     

w(Al_2O_3)/w(SiO_2)对烧结液相生成的影响研究

通过研究w(Al_2O_3)/w(SiO_2)对烧结液相生成的影响及分析实际烧结生产中烧结矿w(Al_2O_3)/w(SiO_2)不同范围对转鼓强度的影响,得出烧结配料w(Al_2O_3)/w(SiO_2)控制在0.300~0.355有利于烧结矿质量的提高。在此基础上,进一步探讨了马钢烧结配料w(Al_2O_3)/w(SiO_2)应该控制的水平及3个炼铁总厂烧结矿现w(Al_2O_3)下w(SiO_2)适宜的控制范围,并提出了针对性的调整建议。     

直接还原铁作为废钢替代品在电弧炉中的应用

为了满足用户对优质钢和纯净钢的要求,直接还原铁作为废钢的替代品用于电弧炉炼钢应是一种可行的选择。概述了直接还原铁的特点,指出高比例使用DRI可以得到N、Cu、Cr、Ni、As、Sn等含量低的钢,直接还原铁可认为是一种较好的电弧炉炼钢原料。     

高铝高炉渣系的熔化特性

 为了掌握高Al₂O₃条件下(w(Al₂O₃)为15%以上)高炉渣系的熔化特性,利用差式扫描量热仪分析了不同w(MgO)/w(Al₂O₃)、碱度(R)以及w(Al₂O₃)对高铝高炉渣的熔化温度及熔化热的影响。试验结果表明,炉渣熔化开始温度为1 248～1 291 ℃、熔化结束温度为1 432～1 485 ℃、熔化热为137～211 J/g;当w(Al₂O₃)=15%、高w(MgO)/w(Al₂O₃)时,发生了共晶逆反应,导致高炉炉渣熔化开始温度逐渐降低,但由于高炉炉渣的液相线温度基本未变,所以炉渣熔化结束温度基本未发生改变;w(Al₂O₃)为20%时,随着w(MgO)/w(Al₂O₃)的增加,炉渣中易生成熔点较高的镁铝尖晶石,导致高炉炉渣熔化开始温度逐渐增大,与此同时,炉渣液相线温度逐渐降低,导致炉渣熔化结束温度逐渐降低;随着碱度R的增加,高炉炉渣中生成了具有高熔点的化合物、炉渣的液相线温度升高,使得高炉炉渣的熔化开始温度逐渐增加、炉渣熔化结束温度逐渐升高;随着w(Al₂O₃)的增加,发生了共晶逆反应,故炉渣的熔化开始温度逐渐降低,而随着w(Al₂O₃)的增加,炉渣中键能较大的Al—O键增多,需要在更高温度下才能实现炉渣的最终熔化,即熔化结束温度逐渐增加;随着w(MgO)/w(Al₂O₃)、R以及w(Al₂O₃)的增加,炉渣熔化热逐渐增多。分析认为,随着R的增加,炉渣中有高熔点化合物的生成,熔化热增加;随着炉渣中w(Al₂O₃)的增加,炉渣中Al—O键增多,解聚破坏熔渣结构消耗的热量增多;而随着w(MgO)/w(Al₂O₃)增加,高熔点化合物的生成或熔化开始温度降低,造成熔化热增加。     

攀钢高炉锌平衡的研究

对攀钢炼铁厂1、2号高炉进出物料进行了系统取样,测定了样品的w(Zn),结合高炉生产数据对1、2号高炉做了锌平衡计算.结果表明:在高炉冶炼稳定的条件下,进出高炉的锌总量基本平衡;瓦斯泥未经处理直接配入烧结是造成入炉原料锌负荷高的主要原因;高炉内的锌主要由煤气中的粉尘带出,而通过渣铁带出的锌量可以忽略.     

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。