Al2O3对高炉渣物化性能和结构影响研究综述

随着优质铁矿资源的消耗,钢铁企业可利用铁矿原料品位逐渐降低,高铝质铁矿原料的应用导致高炉渣中Al₂O₃质量分数增加,已影响到高炉的正常操作。着重阐明Al₂O₃对高炉渣物理化学性能和结构的影响,为高铝原料的高炉冶炼提供科学依据和理论指导。首先说明了Al₂O₃质量分数对高炉渣熔化性温度、黏度、密度、表面张力和脱硫能力的影响,讨论了铝硅酸盐炉渣的结构以及Al₂O₃在炉渣结构中扮演的角色,并结合结构信息分析了炉渣结构与物理化学性质之间的关系。探讨了目前针对高Al₂O₃质量分数渣系高炉冶炼的工艺和可能的基于铝硅酸盐基高炉渣的造渣制度。     

TiO2-Al2O3-CaO-SiO2低碱度高钛渣熔体黏度特性

研究了TiO₂含量、Al₂O₃含量以及二元碱度(CaO/SiO₂)对TiO₂-Al₂O₃-CaO-SiO₂低碱度高钛渣黏度的影响.实验采用旋转柱体法在1633-1873K温度范围内对渣系熔体黏度进行了测量.当TiO₂质量分数为23%-43%、Al₂O₃质量分数为3%-12%和二元碱度为0.3-0.7时,钛渣熔体黏度随TiO₂含量和碱度的增加而降低,随Al₂O₃含量的增加而增加.通过对转底炉-电炉熔分过程渣系脱硫能力计算,得知在低碱度高钛渣中TiO₂属于酸性.依据黏度测量数据和对TiO₂属性的界定,通过修正Urbain模型建立了低碱度高钛渣的熔体黏度预报模型.模型预测结果误差为11%,证明新模型对于低碱度高钛渣的黏度具有良好的预报效果.      

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...     

K2O和Na2O对高Al2O3炉渣组元活度和MgO含量的影响

 随着高品位铁矿石消耗的加快,资源逐渐趋于贫化,钢铁企业可利用的铁矿石原料逐渐向中低品位原料转变,尤其是高铝铁矿,这类原料的使用无疑会增加高炉渣中Al₂O₃质量分数,影响高炉现有的操作制度。Al₂O₃质量分数为15%～17%的高炉渣,由于Al₂O₃含量高而使高炉渣的冶金性能变差,为了保证高炉渣的冶金性能,必须在其中添加8%左右的MgO。然而,Al₂O₃含量相似的浦项钢铁的高炉渣,其MgO质量分数仅为4%左右,高炉实现了高效、稳定、顺行。因此,从高炉CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO四元渣系的物理化学机理出发,研究了K₂O、Na₂O对高炉渣四元渣系CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO中各组元活度的影响;研究了“渣-气”平衡条件下渣中碱金属氧化物和气体中碱金属的关系;计算了K₂O、Na₂O和MgO对黏度的影响。结果显示,在考虑高炉渣CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO中各组元活度、碱金属在渣-气间的分布和炉渣黏度的情况下,当碱金属氧化物K₂O和Na₂O存在时,可以适当减小MgO含量,并可以保证高炉渣各组元活度及炉渣黏度基本不变。这不仅有助于减少高炉原料中添加含镁熔剂、提高原料品位、高效排碱、降低碱危害、减少碳排放、延长高炉寿命及降低成本,还能促进钢铁企业实现节能减排的目标。     

TiO2对高铝高炉渣性能和结构的影响研究

随着国内各钢铁企业高炉配加经济性较高的高铝原料的增加,炉渣中Al₂O₃含量增加,渣铁流动性变差,给高炉冶炼带来一系列问题。以CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO-TiO₂五元渣系为研究对象,通过相图理论计算结合试验研究和炉渣结构分析,研究了高铝渣中不同TiO₂含量(低钛:5%,中钛:15%,高钛:25%)对高铝高炉渣黏度、熔化性温度的影响,并通过炉渣结构研究解析了影响炉渣物化性能的原因。结果表明:固定碱度R₂为1.25,TiO₂质量分数增加至25%过程中,炉渣熔化温度先下降后增高,当Ti0₂质量分数为7%时,炉渣液相析出相由斜长石类的钙铝硅酸盐(Ca₂Al₂SiO₇)转变为高熔点钛酸钙(CaTiO₃),其熔点为1975℃,炉渣熔化温度增加;TiO₂含量由低钛5%...     

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。     

济钢1750m-3高炉高Al2O3炉渣性能研究与冶炼实践

根据对高Al₂O₃(20%)炉渣性能的实验室研究结果分析,得出通过控制二元炉渣碱度1.15～1.20、四元炉渣碱度0.95～1.05,控制MgO含量10.0%～11.5%,渣温1 500～1 510℃,可以有效改善炉渣流动性,提高透气性指数和高炉稳定性。并提出了配入蛇纹石、上下部调剂、控制入炉原燃料等适合高Al₂O₃炉渣冶炼的措施,保证了高炉稳定顺行,提高了技术经济指标。     

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。     

82B硬线钢精炼渣和夹杂物研究

从Al₂O₃活度和夹杂物成分两方面来研究精炼渣对夹杂物的影响.采用Factsage软件对CaO-Al₂O₃-SiO₂-MgO(8%)-CaF₂(8%)炉渣中Al₂O₃活度进行了计算,并研究了碱度和(MgO)含量对Al₂O₃活度的影响.当炉渣碱度从1.0增加到2.0时,炉渣中Al₂O₃活度随着炉渣碱度的增加而降低;当炉渣碱度从2.0增加到3.8时,Al₂O₃活度变化幅度很小;(MgO)质量分数分别为5%和8%的渣,Al₂O₃活度差距较小;在碱度高的炉渣中[Al]_s容易被从炉渣还原到钢水中.在使用高碱度精炼渣的盘条中发现许多含有MgO的硬性夹杂物,并对此进行了分析,最后得出最适宜的炉渣碱度为2.5~3.0.      

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。     

京唐高炉渣性能评价及低镁渣性能分析

结合京唐高炉的生产实际,通过对京唐现场炉渣的取样和实验室分析,对京唐高炉渣的冶金性能进行评价,其炉渣的热稳定性及流动性均符合高炉冶炼要求。通过黏度试验研究,考察Al2O3以及二元碱度对低镁条件下炉渣黏度和熔化性温度的影响。试验结果表明,炉渣黏度随渣中Al2O3质量分数的增加而升高,随二元碱度的增加呈先降低后增加的趋势;炉渣的熔化性温度随渣中Al2O3质量分数和二元碱度的增加而升高;为保证低镁炉渣具有良好的流动性,当炉渣中MgO的质量分数保持为4.0%时,二元碱度可控制为1.19左右,Al2O3的质量分数控制为16%以下。     

Al2O3对超高碱度连铸保护渣理化性能的影响

Al₂O₃是一种两性氧化物,在高碱度条件下呈现酸性氧化物特征,而在低碱度条件下表现出碱性氧化物的行为,是冶金熔渣中常见的一种组元.以超高碱度保护渣(综合碱度R=1.75)为研究对象,分析了Al₂O₃对保护渣流动特性、熔化特性和凝固特性的影响规律.研究结果显示:渣中Al₂O₃质量分数每增加1%,熔化温度上升5℃左右,转折温度下降12℃左右,开始结晶温度平均下降11℃左右.平均结晶速率随渣中Al₂O₃质量分数的增加而减小.且随着Al₂O₃质量分数的增加,保护渣结晶矿相中晶体比例逐渐降低,但晶体保持枪晶石的种类不变.     

渣相组分对高炉炉缸死焦堆滞留率的影响

 为明确高炉炉渣组分对死焦堆中炉渣静态滞留率的影响,采用自行设计的炉渣穿焦试验装置模拟高炉炉渣穿过炉缸死焦堆的过程,探究不同二元碱度(w(CaO)/w(SiO₂))、镁铝比(w(MgO)/w(Al₂O₃))对炉渣滞留率的影响。试验结果表明,随着碱度的增加,炉渣穿过焦炭层的能力增强,滞留率降低;当炉渣镁铝比较低时,炉渣滞留率较高,当镁铝比为0.50～0.55时,滞留率出现最小值,当镁铝比较高时,由于渣焦间润湿性变好,“液桥”间炉渣滞留量增大,滞留率存在上升趋势;渣焦间润湿性较差。炉渣穿过焦炭层的过程主要为物理传输过程,但炉渣仍存在着向焦炭内部渗入的现象,渣焦界面发生反应生成SiC,该反应产物可改善渣焦界面润湿性。     

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。      

CaO-SiO2-Al2O3-MgO-FeO渣对Al2O3的溶解

为了控制低碳铝镇静钢中Al₂O₃夹杂物,并提升渣系对Al₂O₃夹杂物吸附能力,采用FactSage 8.1模拟计算CaO-SiO₂-Al₂O₃-5%MgO-5%FeO渣系的等黏度图和等ΔC/η(ΔC=C■-C■,η为渣的黏度)值线图。根据模拟计算图选取合适的五元精炼渣做Al₂O₃的吸附试验,试验研究了Al₂O₃在CaO-SiO₂-Al₂O₃-5%MgO-5%FeO渣系中的溶解速率,讨论了Al₂O₃棒浸入深度、直径、转速、渣成分以及温度对Al₂O₃溶解速率的影响,求解了Al₂O₃在溶解过程中的活化能。最后,采用场发射扫描电子显微镜(Apreo S HiVa...     

含钛高炉渣黏度和熔化性能

基于混料试验中单纯形质心法建立了CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO-2%TiO₂渣黏度和熔化性能预测模型,利用预测模型、FactSage和X射线衍射(XRD)研究了不同w(Al₂O₃)含钛炉渣的冶金性能,并探讨了高Al₂O₃炉渣中w(MgO)/w(Al₂O₃)对黏度和熔化性能的影响。结果表明,炉渣黏度和熔化性能预测模型具有较高的精度,误差分别小于5%和2%。随着Al₂O₃质量分数由10%增加至18%,黏度(η)、熔化性温度(t_M)和液相线温度(t_L)均升高;低熔点相黄长石(Melilite)开始析出温度和析出量逐渐增大,高熔点相钙钛矿(CaTiO₃)和低熔点相硅灰石(CaSiO₃)开始析出温度先增大后减小,还析出了少量高熔点相尖晶石。当A...     

CaO-SiO2-MgO-Al2O3渣系渣铁间硫分配比热力学模型

 为了探明高炉渣系组成对高炉渣脱硫能力的影响,根据分子-离子共存理论,建立了CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃高炉渣系与铁液间硫分配比的热力学模型,利用试验测定值对其进行验证与修正,探究碱度R、w((MgO))/w((Al₂O₃))和w((Al₂O₃))对炉渣脱硫能力的影响。研究结果表明,修正后的CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃高炉渣系硫分配比(L_S)热力学模型能较好地预测熔渣的脱硫能力,修正后的相对误差为8%,较修正前的相对误差降低了11%;当w((MgO))/w((Al₂O₃))=0.25~0.45,w((Al₂O₃))=15%时,随着碱度R的增加,炉渣的脱硫能力(L_S)增大;当w((Al₂O₃))=15%,R=1.15~1.25时,随着w((MgO))/w((Al₂O₃))的增加,炉渣的脱硫能力(L_S)增大;当w((MgO))/w((Al₂O₃))=0.25~0.45,R=1.20时,随着w((Al₂O₃))的增加,炉渣的脱硫能力(L_S)减小,故高Al₂O₃条件下应适当增加炉渣中的w((MgO))/w((Al₂O₃))。     

w(MgO)/w(Al2O3)对复合炉料熔滴性能的影响

 高炉炉料中适宜的w(MgO)/w(Al₂O₃)可以提高炉渣的冶金性能,有利于高炉的冶炼,以达到增产、节能和降耗的目的。为探究MgO质量分数对复合炉料性能的影响,在试验过程中分别改变复合炉料内烧结矿、球团矿的w(MgO)/w(Al₂O₃),使用高温熔滴炉检测其熔滴性能,并对未滴落物进行XRD、SEM-EDS检测,探究渣中成分和分布规律,最终得到合理的MgO配分结构。试验结果表明,烧结矿中w(MgO)/w(Al₂O₃)由0.8增加至1.2的过程中,滴落温度先减小后增大,软熔带位置不断下移并呈现先变窄后变宽的趋势,镁硅钙石和镁黄长石的含量不断增大,而尖晶石和方镁石含量在w(MgO)/w(Al₂O₃)超过1.0后逐渐增大;球团矿中w(MgO)/w(Al₂O₃)由1.39增加至2.09的过程中,熔化区间先减小后增大,软熔带先上移后下降。烧结矿中w(MgO)/w(Al₂O₃)为1.0、球团矿中w(MgO)/w(Al₂O₃)为1.74时,熔滴特征值为95.55 kPa·℃,复合炉料熔滴性能最佳,有利于高炉顺行。     

无缝管用低硅ST30A1钢LF精炼过程钢水硅含量控制

分析了低硅钢ST30Al（/%:0.06~0.10C,≤0.05Si,0.30~0.45Mn,≤0.015P,≤0.005S,0.025~0.050Al）在LF精炼过程中钢水回磷量、钢水铝含量、精炼渣二元碱度、精炼渣Al₂O₃含量等因素对钢水增硅量的影响,得出转炉下渣量、钢水铝含量、精炼炉渣碱度是影响增硅的主要因素。通过控制转炉下渣、降低原辅料中的硅含量、调整精炼渣中SiO₂、Al₂O₃含量、控制精炼渣二元碱度14,渣中Al₂O₃为27%,控制钢水铝含量0.010%~0.020%,LF钢水增硅量由原0.033%~0.047%降低到0.004%~0.018%,成品钢水硅含量≤0.035%。