邢钢高炉渣冶金性能的实验室研究.docx

1、邢钢高炉渣冶金性能的实验室研究邢钢高炉渣冶金性能的实验室研究万爱珍摘要对邢钢高炉渣粘度、脱硫能力、熔化温度进行了实验测定和分析研究。研究结果表明:该渣是比较难熔且热稳定性不良的短渣,高温下流动性好但脱硫能力一般,配合系列人工合成渣样实验研究,初步预报了邢钢高炉渣适宜的成分范围。关键词高炉渣冶金性能实验室研究LABORATORY STUDY ON METALLURGICAL PROPERTIESOF BF SLAG IN XINGTAI IRON & STEEL CORP.Wan Aizhen(Institute of Science & Technology Hebei)SynopsisLab

2、oratory measurements and analysis have been made on the viscosity, desulphurizing ability and melting temperature of the BF slag in Xingtai Iron & Steel Corp. Results indicate that the slag identified as the short slag is more difficult to melt down and incomplete of thermal stability. Although its

3、desulphurizing ability is not too desirable, yet it shows excellent flowability under high temperature condition. In combination of the laboratory study on the synthetic slag series proper chemical compositions of the BF slag in Xingtai Iron & Steel Corp. have been determined.KeywordsBF slagmetallur

4、gical propertylaboratory study1前言邢台钢铁厂自投产以来尚无系统的高炉渣性质实验研究资料,难以提供选择渣制度的科学依据。本测试研究试图通过对炉渣熔点、熔化性温度、粘度、熔渣脱硫能力进行测定与推算,辅以计算机分析,寻找出各性质(粘度、脱硫能力)与炉渣成分和炉渣温度的关系。同时对邢台钢铁厂高炉渣样有选择地进行了矿相镜下观察,为分析和改善造渣制度提供了依据。2测试实验设计和实验方法对邢台钢铁厂高炉两个月生产数据进行统计分析,结果表明炉渣化学成分波动范围很小,CaO: 30 %40 %;MgO: 7 %8 %;SiO2: 28 %40 %;Al2O3: 10%13 %;S

5、: 0.5 %1.5 %;FeO: 0.3 %0.6 %。测试研究的炉渣成分范围在现场统计平均成分范围的基础上适当展宽,特别对碱度稍高的渣样进行了较多补充。为兼顾洗炉渣,在试验炉渣中配加了CaF2,除选取生产渣渣样以外,按混料单形重心设计配制了人工合成渣,并按R2w(CaO)/w(SiO2)、w(S)、w(MgO)、w(Al2O3)和w(CaF2)5个因素各3个数据水平进行编排,表1是高炉生产渣样和人工合成渣样成分表。表1邢钢高炉生产渣样和人工合成渣样成分(w)%渣样号CaOSiO2SMgOAl2O3CaF2FeOR2R392073号38.9033.551.027.8811.220.000.5

6、493.111.1591.3949号38.9033.551.067.6611.440.0092.611.1591.38870929号38.7235.751.087.4311.260.000.5494.781.0831.29170930号38.4837.121.107.5812.170.0096.451.0371.24192160号32.3540.600.967.6512.510.000.3894.450.7970.98692135号36.3038.861.087.9513.010.000.5497.740.9341.13971111号36.2638.761.087.8511.540.000.4

7、895.970.9361.13842299号28.0531.471.247.7611.300.000.5680.380.8911.13842208号32.2240.040.517.9611.400.000.4592.580.8051.00370921号36.0336.861.207.8110.720.000.5193.130.9771.189合成1号42.8135.690.5010.0011.000.000.00100.001.199 51.480 0合成2号38.7538.751.5010.0011.000.000.00100.001.000 01.258 0合成3号38.7536.750.

8、5015.0011.000.000.00100.001.0001.408合成4号38.2538.250.0510.0013.000.000.00100.001.0001.261合成5号34.2534.250.0510.0011.0010.000.00100.001.0001.292合成6号40.8637.141.0010.0011.000.000.00100.001.1001.369合成9号38.5035.000.5010.0011.005.000.00100.001.1001.386合成10号37.7537.751.0012.5011.000.000.00100.001.0001.325合成

9、11号38.5038.501.0010.0012.000.000.00100.001.0001.260合成12号36.5036.501.0010.0011.005.000.00100.001.0001.274合成13号37.5037.500.5012.5012.000.000.00100.001.0001.333合成14号35.5035.500.5012.5011.005.000.00100.001.0001.352合成15号36.2536.250.5010.0012.005.000.00100.001.0001.276合成16号39.2539.250.5010.0011.000.000.00

10、100.001.0001.255在熔点、粘度和脱硫能力实验中,各渣样重复两次,以检验数据的重现性。熔点、粘度测定结果见表2。脱硫能力测定结果见表3。 表2邢钢高炉渣样和人工合成渣样熔化性质与热稳定性数据渣样号熔化温度/=20 泊时的温度/=1.0时的温度/从20 泊至50 泊的温度间隔/(t25)的/泊92073号1 3821 3851 3911 385-1 378=7-11=9号1 3921 3961 394.51 396-1 381=15160-14.5=145.570929号1 4131 4141 415.51 414-1 410=4172.5-10=162.570930号1 3961

11、3911 3921 391-1 382=9175-13=16292160号1 4081 4151 4181 415-1 402=13156-12=14492135号1 3951 3901 3941 390-1 379=11-14=71111号1 4121 4251 4351 425-1 404=21114-10=10442299号1 4201 4111 4141 412-1 405=7235-9.5=225.542208号1 4161 4131 4181 411-1 400=11152-13=13970921号1 3871 3861 3931 386-1 380=6238-9.5=228.5人

12、工合成1号1 4441 5481 4871 548-1 507=4129.5-15=14.5人工合成2号1 4071 4171 4231 417-1 416=1400-8=392人工合成3号1 4121 4631 4501 463-1 441=2272-14.5=57.5人工合成4号1 3971 4251 4361 425-1 418=7168.5-6.5=162人工合成5号1 3081 2931 3001 293-1 290=3137-8.5=128.5人工合成6号1 4651 4701 4691 470-1 453=1768-10=58人工合成7号1 4721 6281 4931 628-

13、1 492=13622.5-17.5=5人工合成8号1 4181 4811 4301 481-1 425=5626-16.5=9.5人工合成9号1 3601 3921 3671 392-1 356=3636-15.5=20.5人工合成10号1 4261 4731 4221 473-1 417=5628-14.5=13.5人工合成11号1 4031 4671 4471 467-1 435=3240.5-9.5=31人工合成12号1 3451 3551 3591 355-1 348=7-5.5=人工合成13号1 4091 4621 4371 462-1 426=3634.5-14.5=20人工合成

14、14号1 3331 3631 3651 363-1 346=1773-5.5=67.5人工合成15号1 3121 3281 3021 328-1 296=3237-11.5=25.5人工合成16号1 4071 4711 4481 471-1 438=3339.5-9=30.5表3邢钢高炉生产渣样和人工合成渣样脱硫能力测定值样号w(s)/%ws/%Ls样号w(s)/%ws/%Ls920731.880.06528.923合成41.030.07114.50791.880.06727.891合成51.690.011153.636709291.640.06525.231合成61.740.03648.33

15、3709301.340.07717.403合成70.990.03826.053921601.440.09315.484合成81.140.07215.833921352.660.15017.733合成92.060.02971.034711111.520.09315.670合成102.340.18013.034422991.800.11915.126合成111.800.06129.508422081.750.11215.625合成122.090.04052.250709212.130.09422.660合成131.610.05032.200709211 h1.590.10714.860合成141.

16、730.05133.922709212 h2.160.09722.268合成151.900.03455.882709211400 1.6200.10914.862合成160.620.03020.667709211350 0.8390.1018.307合成171.600.14011.429合成11.870.024133.570合成182.350.11021.364合成22.090.2189.587合成191.790.07424.189合成31.920.14312.724合成201.670.2596.448注:其中17号16号平衡1 h;18号16号平衡2 h;19号20号于1 400 下平衡;2

17、0号12号于 1 350 下平衡 熔点测定采用渣柱自由塌落的试样变形法,将熔毕即渣柱完全液化的温度视为熔点测定值。熔渣粘度测定在ND1改型熔渣粘度测定仪上进行,渣样120 g装入高纯石墨坩埚中,坩埚内衬金属衬片,实验在液氨分解产生的3H3+N2弱还原性保护气氛下进行。各渣样升温最高点参照熔点测定值确定,一般超过熔点100 左右。至少测定5个温度点下的粘度值,各相邻温度点间一般温度间隔20 ,在粘度变化大的温度区域则缩短至10 ,每个粘度测定值至少重复两次,以重现平均值作为测定值。为测定熔渣脱硫能力,配制了高硫铁试样。由于采用在高炉前用高炉铁水溶解块状分析纯的FeS2来配制高硫铁样,因而它可以视

18、为饱和碳饱和硫的试样。由本实验测算的渣铁间硫分配比是高炉条件下的分配比,而不是渣与仅只含硫的Fe-S二元系相平衡的理论分配比。按照实际高炉生产数据确定脱硫实验的渣铁比为0.41.0,渣样坩埚装入渣样50 g,铁样坩埚装入125 g,渣铁全熔后使熔铁瞬时落入渣液中,参照有关资料确定恒温脱硫时间1.5 h,实验温度为1 450 。同时做了变温1 400 和1 350 、变时1 h和2 h的对比实验。实验表明1.5 h脱硫可达平衡,故LS可视为平衡值,无须再做饱和度校核。3测试结果与数据处理3.1炉渣性能依照实验数据进行计算机辅助分析,可获得下列粘度回归方程:=12.064 632 3w(SiO2)

19、+81.251 102 7R2+243.838 348 R3-499.354 847-0.241 127 939t(1)为简化计算,可采用近似式=12.065w(SiO2)+81.251R2+243.838R3-499.355-0.241t(2)式中熔渣的粘度w(SiO2)熔渣中SiO2的百分含量R2碱度，R3碱度，t熔渣温度/图1和图2是按方程(2)绘制的CaO-MgO-SiO2-10 %Al2O3赝三元系炉渣在1 400 下和1 450 下的等粘度曲线图(MgO:0 %25 %;SiO2:30 %70 %部分)。图11 400 下CaO-MgO-10 %Al2O3-SiO2赝三元系等粘度图

20、w(MgO):0 %22.5 %,w(SiO2)：30 %70 %部分图21 450 下CaO-MgO-10 %Al2O3-SiO2赝三元系等粘度图w(MgO):0 %22.5 %,w(SiO2)：30 %70 %部分实际炉渣不是简单的赝三元系渣,它们的熔融粘度值与方程(1)、方程(2)的计算值或图1、图2的标示值将有所差别。按邢台钢铁厂现场条件可按下式估算实际炉渣的熔融粘度(在1 450 下)=32.19w(CaO)+64.88W(SiO2)+281.44w(MgO)+0.502w(Al2O3)+541.87w(S)-0.21w(CaO).w(SiO2)-7.32w(SiO2).w(MgO)

21、-14.69w(CaO).w(S)-3 053.373(3)当渣中w(Al2O3)10 %,w(MgO)10 %,w(S)=1 %,上式又可简化为:9.21w(CaO)-8.3w(SiO2)-0.21w(CaO)w(SiO2)+307.92(4)依照脱硫实验数据,可得出1 450 下炉渣脱硫能力即渣铁间硫的分配比L1 450S的回归方程:L1 450S=985.377 5R2+72.780 4R3-24.607 7w(CaO)+1.736 9w(MgO)+23.844 8w(SiO2)+3.123 5w(S)-1.037 7w(CaF2)+6.108 210-6w(Al2O3)-60.113

22、2(5)L1 450S=985R2+73R3-25w(CaO)+2w(MgO)+24w(SiO2)-860(6)图3是按方程(6)绘制的CaO-MgO-10%Al2O3-SiO2赝三元系的等L1 450S曲线图,可用于查估炉渣脱硫能力。图3合成渣LS在CaO-MgO-10%Al2O3-SiO2赝三元系中的模拟分布图(1 450 )3.2炉渣矿相矿相观察表明,邢钢高炉渣是结晶性能很强的铝黄长石镁铝黄长石型炉渣,很少含有玻璃相,却有少量C2S游离,见图4、图5、图6。由图可见,由于71111号与另两渣样相比碱度明显降低,因而铝黄长石含量显著减少,且有少量C2S相(2 %5 %)不均匀游离。图492

23、073号正交偏光矿相照片360图570929号正交偏光矿相照片720图671111号正交偏光矿相照片3604分析与结论(1)邢钢高炉现用渣系是结晶性能极强的黄长石系炉渣,熔点较高(1 3821 425 ),熔化性温度也较高(1 3851 425 ),熔化温度区间极窄(粘度从2Pa.s到5Pa.s的温度间隔仅721 ,平均10.4 ),热稳定性不良(t2025) 时的最小为10.4Pa.s,最大为,是典型的短渣。该渣熔后粘度不大(一般1.0Pa.s),且随温度的变化率不大,因此没有必要也不能依靠过热来改善其流动性。由于熔化区间窄又需有一定的过热度,要求炉缸有足够的热储备,以免炉温波动招致炉渣冻结

24、。(2)CaF2对邢钢渣系有降低熔点和降低熔融粘度的双重作用,但降低熔点的作用相当明显,而降低熔融粘度的作用并不明显,因而萤石只可作为助熔剂而不是稀释剂。(3)熔渣碱度特别是三元碱度R3是影响熔渣粘度的主要因素。熔渣等粘度线大体上与等碱度线相平行。因此在定w(Al2O3)及w(MgO)的条件下改变R2,或者定R3条件下以镁代钙即增加w(MgO)同时减小w(CaO),都将导致熔渣粘度的较大变化。在固定R2条件下增加w(MgO)则导致粘度缓升。(4)按等粘度线图分析,本渣系最低粘度应出现在(以0.5Pa.s为界限)1 400 :w(MgO)11.2 %,R20.8;1 450 :w(MgO)5.5

25、%,R20.8。尽管等粘度线图仅是对生产渣的近似模拟,但至少低粘度区在w(MgO)和R2都不高的区域是可以肯定的。因此,就炉渣流动性而言,在现在的基础上适当降低R2和w(MgO)是必要的。(5)与人工合成渣脱硫能力不高相比,邢钢现用高炉渣脱硫能力较强,可承受的高炉硫负荷较大。炉缸温度是影响渣铁间脱硫反应的重要因素。按合成渣12号、19号和20号渣样的比较,当R2=1.0,w(MgO)=10 %,R3=1.274的条件下,可知L1 450S=52.50,L1 400S=24.189,L1 350S-=6.488,即由1 450 降温50 ,LS下降(52.52-24.189)/52.50=53.

26、93%;由1 400 再降温50 ,LS下降(24.189-6.488)/24.189=73.34 %。邢钢高炉渣样70921号的对比实验,由1 450 降温50 ,LS=34.42%,由1 400 降温50 ,LS=44.11 %。(6)碱度特别是二元碱度R2的提高是改善炉渣脱硫的主要因素。实验表明,邢钢现用渣的R2不能低于0.9,否则脱硫能力将剧烈变坏。三元碱度R3对LS有不利影响,因此从炉渣脱硫的角度来看,邢钢炉渣中w(MgO)也不宜过高,特别是不能在固定R3的条件下以镁代钙。(7)综合上述,邢钢高炉渣为取得较好的脱硫能力应当维持较高的二元碱度和不高的w(MgO),为避免热稳定性不良带来的影响,又要维持较高的炉缸温度,使炉渣充分过热。