李 亮，郝忠平，季文東，賈西明，鄧永春

（1.內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司稀土鋼煉鐵廠，內(nèi)蒙古包頭 014010；2.內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014010）

包鋼7號(hào)高爐渣黏度和熔化溫度的試驗(yàn)研究

李 亮1，郝忠平1，季文東1，賈西明1，鄧永春2

（1.內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司稀土鋼煉鐵廠，內(nèi)蒙古包頭 014010；2.內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014010）

以包鋼7號(hào)高爐渣為原料，通過配加分析純?cè)噭㏒iO2或CaO，研究了不同堿度對(duì)高爐渣黏度和熔化溫度的影響，研究結(jié)果表明：隨堿度的升高，熔化性溫度先降低后升高，當(dāng)堿度R0＞1.14后又呈現(xiàn)降低趨勢(shì)；熔化溫度隨堿度的升高而升高，當(dāng)堿度增大到R0＝1.17，熔化溫度呈現(xiàn)降低趨勢(shì)；恒溫黏度（1 500℃），在試驗(yàn)堿度范圍內(nèi)變化不大，為0.26 Pa·S左右；高爐渣最佳堿度為R0＝1.08。

高爐渣；堿度；熔化性溫度；熔化溫度

包鋼7號(hào)高爐有效容積4 150 m3，于2014年5月27日開爐投產(chǎn)，因與包鋼舊高爐爐料結(jié)構(gòu)有差別，投產(chǎn)以來沒有對(duì)新系統(tǒng)現(xiàn)有爐料結(jié)構(gòu)的爐渣性能進(jìn)行測(cè)定分析，爐渣堿度的控制只是參照國(guó)內(nèi)大高爐的平均水平與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況結(jié)合控制。開爐運(yùn)行的近兩年來，爐況出現(xiàn)了不同程度的波動(dòng)，尤其設(shè)計(jì)爐型轉(zhuǎn)變成操作爐型以后，爐腹、爐腰熱負(fù)荷的波動(dòng)尤為明顯，使得爐況在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不能穩(wěn)定順行。

爐渣黏度和熔化溫度是評(píng)價(jià)爐渣冶金性能好壞的重要參數(shù)，要求熔渣黏度和熔化溫度適宜，這不僅關(guān)系到冶煉過程能否順利進(jìn)行，而且對(duì)過程中傳熱、傳質(zhì)、反應(yīng)的速率以及熔池中雜質(zhì)的排出、金屬在熔渣中的損失、爐襯的壽命等都有重要影響［1］。

爐渣堿度是影響爐渣黏度和熔化溫度的重要原因，大量的研究工作表明［2～4］：隨著堿度升高，爐渣黏度先降低后升高，在R＝1左右，爐渣黏度和熔化溫度最低。

包鋼7號(hào)高爐以白云鄂博礦為主要原料，F(xiàn)、K、Na使礦石軟熔溫度低，軟熔溫度區(qū)間寬，爐料阻力大；同時(shí)在爐內(nèi)循環(huán)富集，降低爐渣熔化性溫度，使?fàn)t渣具有易熔、易凝、難重熔等特點(diǎn)，并黏結(jié)爐墻，侵蝕爐襯，破壞焦炭強(qiáng)度［5］。

試驗(yàn)以包鋼7號(hào)高爐渣為原料，通過配加分析純?cè)噭㏒iO2或CaO，研究不同堿度對(duì)高爐渣黏度和熔化溫度的影響，確定合適的爐渣堿度控制范圍，為7號(hào)高爐操作提供理論依據(jù)及技術(shù)支持，從而實(shí)現(xiàn)爐況穩(wěn)定。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原料及設(shè)備

試驗(yàn)原料：包鋼7號(hào)高爐渣，化學(xué)成分及堿度見表1；分析純?cè)噭㏒iO2、CaO，CaO使用前在馬弗爐中空氣氣氛下850℃焙燒2 h，去除吸附的水分。

表1 高爐渣成分及堿度

試驗(yàn)設(shè)備：熔化溫度測(cè)定的設(shè)備為重慶科技學(xué)院研制的MTLQ－RD－1300半球法熔點(diǎn)熔速綜合測(cè)定儀，如圖1所示。

黏度測(cè)定的設(shè)備為東北大學(xué)研制的ND－Ⅱ型爐渣綜合測(cè)試儀，如圖2所示。

圖1 MTLQ－RD－1300半球法熔點(diǎn)熔速綜合測(cè)定儀示意圖

圖2 ND－Ⅱ爐渣黏度測(cè)試儀示意圖

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)以包鋼7號(hào)高爐渣為原料，配入分析純?cè)噭㏒iO2、CaO調(diào)整堿度，試驗(yàn)測(cè)定了不同堿度下高爐渣的黏度和熔化溫度，配料見表2。

表2 高爐渣不同堿度配料表

1.3 黏度測(cè)定方法

按設(shè)定渣系成分（表2），用天平稱量高爐渣和SiO2或CaO，混合均勻后裝入鉬坩堝，將裝好料的鉬坩堝放置在黏度儀的剛玉爐管內(nèi)（如圖1所示），在鉬坩堝上放置相同內(nèi)徑的石墨套，以保護(hù)鉬坩堝，高溫加熱爐底部通入氬氣，在氬氣氣氛下按程序升溫到1 500℃恒溫1 h使其完全熔化，首先測(cè)恒溫（1 500℃）黏度，然后測(cè)降溫黏度曲線。測(cè)定降溫黏度曲線時(shí)，按程序降溫，降溫速度為3℃／min，當(dāng)黏度達(dá)到7.0 Pa·S時(shí)，停止鉬轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)，升溫，當(dāng)爐溫達(dá)到1 500℃時(shí)，下降爐體，提出鉬轉(zhuǎn)頭，試驗(yàn)得到降溫黏度曲線。

采用石英管虹吸法將鉬坩堝內(nèi)的熔渣吸出，急速冷卻后，敲碎石英管取出其內(nèi)部熔渣，熔渣經(jīng)破碎，細(xì)磨到0.074 mm以下，作為熔化溫度測(cè)定的原料。

1.4 熔化溫度測(cè)定方法

采用重慶科技學(xué)院研制的MTLQ－RD－1300半球法熔點(diǎn)熔速綜合測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定。取石英管虹吸法得到的熔渣0.5 g，用模具制成Ф3 mm×3 mm的柱狀體試樣，放在剛玉片上，運(yùn)行測(cè)試軟件，設(shè)置升溫參數(shù)（溫度上限1 450℃，升溫速度15℃／min）后，開始升溫，當(dāng)溫度達(dá)到700℃時(shí)，將試樣裝入鉑絲爐內(nèi)，開始測(cè)試，隨著溫度的升高，渣樣逐步軟化變形，當(dāng)渣樣的高度降低為原來的75%時(shí)，此時(shí)的溫度為軟化溫度，當(dāng)渣樣的高度變?yōu)樵瓉淼?0%時(shí)，此時(shí)的溫度為半球點(diǎn)溫度，當(dāng)渣樣的高度變?yōu)樵瓉淼?5%時(shí)，此時(shí)的溫度為流動(dòng)溫度，半球點(diǎn)溫度為熔渣的熔化溫度。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 黏度試驗(yàn)

高爐渣堿度、恒溫（1 500℃）黏度及熔化性溫度結(jié)果見表3，降溫黏度曲線如圖3、圖4所示。

表3 高爐渣堿度、恒溫黏度及熔化性溫度表

由表3和圖3、圖4可以看出，高爐渣隨堿度的升高，熔化性溫度先降低后升高，當(dāng)R0＞1.14，熔化性溫度呈現(xiàn)降低趨勢(shì)；熔渣的恒溫黏度（1 500℃），在試驗(yàn)堿度范圍內(nèi)變化不大，在0.26 Pa·S左右。

圖3 不同堿度（R0＝1.02、1.05、1.08）高爐渣降溫黏度曲線圖

圖4 不同堿度（R0＝1.08、1.11、1.14、1.17、1.20）高爐渣降溫黏度曲線圖

熔化性溫度指熔渣能夠自由流動(dòng)的最低溫度，一般采用旋轉(zhuǎn)柱體法測(cè)出降溫黏度曲線，熔化性溫度的定義有兩種：（1）取45°直線與黏度曲線相切點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度；（2）取其黏度值為2.0～2.5 Pa·s時(shí)所對(duì)應(yīng)溫度。對(duì)于黏度曲線有明顯拐點(diǎn)的熔渣，其熔化性溫度按定義（1）選取，而對(duì)于黏度曲線拐點(diǎn)不明顯的熔渣，其熔化性溫度按定義（2）選取，一般選擇2.0～2.5 Pa·s之間的某一黏度值所對(duì)應(yīng)的溫度為熔化性溫度。

高爐煉鐵需要保證渣和金屬鐵能夠順利分離，即期望高爐渣具有較低的黏度，爐渣流動(dòng)性能良好，具有較低的熔化性溫度，且熔渣溫度大于熔化性溫度時(shí)，黏度的變化受溫度影響較小，爐渣性能穩(wěn)定。一般認(rèn)為爐渣堿度與黏度有著密切的關(guān)系，堿度在中性附近時(shí)，熔渣具有最低的黏度，當(dāng)R＜1時(shí)，隨堿度的增大，黏度減?。划?dāng)R＞1時(shí)，隨堿度的增大，黏度增大。表3的數(shù)據(jù)表明，R0＝1.05時(shí)，爐渣具有最低的熔化性溫度，若考慮Al2O3對(duì)堿度的影響，此時(shí)熔渣在中性附近，故具有最低的熔化性溫度。

郝忠平［6］等人以對(duì)包鋼6號(hào)高爐渣為原料，研究了堿度變化對(duì)黏度的影響，研究結(jié)果表明：包鋼6號(hào)高爐渣在溫度大于1 400℃時(shí)，其黏度在0.5 Pa·s左右；在R＝1.00～1.07范圍內(nèi)，熔化性溫度在1 270～1 300℃；當(dāng)R＞1.07，熔化性溫度又逐步降低。其研究結(jié)果與本試驗(yàn)熔化性溫度的變化趨勢(shì)一致，不同之處在于，稀土鋼煉鐵廠7號(hào)高爐渣熔化溫度在R＞1.16后熔化性溫度才降低，且高溫黏度（1 500℃）低于6號(hào)高爐渣。

對(duì)于稀土鋼煉鐵廠高爐渣為了保證渣和鐵能夠徹底分離，由表3數(shù)據(jù)可知，堿度為2＃（R＝1.05），此時(shí)爐渣熔化性溫度最低，爐渣流動(dòng)性能最好；為了促進(jìn)渣和金屬界面的脫硫反應(yīng)的進(jìn)行，保證金屬中硫含量更低，可以適當(dāng)?shù)靥岣邏A度到3＃（R＝1.07），此時(shí)爐渣熔化溫度為1 290℃，相對(duì)較低，亦可滿足高爐冶煉要求。

2.2 熔化溫度試驗(yàn)

高爐渣堿度和熔化溫度結(jié)果見表4，高度曲線如圖5所示。

表4 高爐渣堿度和熔化溫度表

圖5 不同堿度下高度變化曲線圖

由表4和圖5可知，高爐渣熔化溫度隨堿度的變化規(guī)律和熔化性溫度基本一致，隨堿度的升高熔化溫度升高，當(dāng)堿度增大到某一值時(shí)（R0＞1.17），熔化溫度呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。

熔化溫度是指熔渣加熱時(shí)由固態(tài)完全轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蛞合嗷蚶鋮s時(shí)液相開始析出固相的溫度，也就是熔渣相圖的液相線或液相面溫度。熔化溫度的測(cè)定是熔渣的熔化過程，隨著熔渣溫度的升高，熔渣軟化變形直至流動(dòng)。熔渣熔化溫度的高低主要決定于晶體中離子鍵的強(qiáng)弱（若氧化物為離子晶體結(jié)構(gòu)），離子鍵越強(qiáng)，熔化溫度越高，各種氧化物若能形成復(fù)雜化合物或共晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，可降低熔渣的熔化溫度。

高爐煉鐵為了保證煤氣能夠順利地從爐缸向爐頂運(yùn)動(dòng)，希望有合理的煤氣分布，煤氣流在軟熔帶受到的阻力最大，此處礦石開始軟化熔滴，其透氣性主要通過焦炭的空隙，故期望軟熔帶盡量窄，即開始軟化到熔滴的溫差??；同時(shí)期望軟熔帶盡量下移，即開始軟化溫度盡量高，以此擴(kuò)大間接還原區(qū)，保證高爐過程順利進(jìn)行。

表4數(shù)據(jù)表明，高爐渣堿度在R0＝1.02、1.17、1.20（1＃、6＃、7＃）時(shí)，其軟化溫度和半球溫度的差值較大，特別是6＃，差值為71℃，這表明在上述堿度條件下，高爐渣開始軟化后不會(huì)迅速地熔滴，從而使軟熔帶變寬，煤氣的透氣性變差，使煤氣流分布不合理，給高爐冶煉造成困難；而堿度在R0＝1.05～1.14（2?！?＃）范圍內(nèi)，其軟化溫度、半球溫度和流動(dòng)溫度差距很小，即礦石開始軟化后會(huì)迅速地熔化滴落，其軟熔帶很窄，可以滿足高爐冶煉要求，且隨著堿度的升高，熔化溫度升高，使軟熔帶下移，間接還原區(qū)擴(kuò)大，故單純考慮熔化溫度，在R0＝1.05～1.14范圍內(nèi)，堿度越高越有利于高爐冶煉，但由高爐渣粘度隨溫度曲線可知，堿度R0在1.05～1.14，隨著堿度的升高，熔化性溫度升高，對(duì)渣鐵分離不利，綜合考慮高爐冶煉過程，既保證渣鐵徹底分離、渣金界面脫硫反應(yīng)順利進(jìn)行，又保證礦石軟化熔滴性能良好，高爐渣最佳堿度應(yīng)為R0＝1.08（3＃），此堿度下高爐渣的恒溫粘度（1 500℃）為0.254 9 Pa·S，熔化性溫度為1 290℃，熔化溫度為1 356℃，軟化溫度和流動(dòng)溫度分別為：1 354℃、1 357℃，熔渣的物化特性均滿足高爐冶金過程的需求。

3 結(jié) 論

1.高爐渣粘度試驗(yàn)表明：隨堿度的升高，熔化性溫度先降低后升高，當(dāng)R0＞1.14后又呈現(xiàn)降低趨勢(shì)；恒溫黏度（1 500℃），在試驗(yàn)堿度范圍內(nèi)變化不大，在0.26 Pa·S左右。

2.高爐渣熔化溫度試驗(yàn)表明：隨堿度的升高熔化溫度升高，當(dāng)堿度增大到R0＝1.17，熔化溫度呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。

3.綜合考慮高爐冶煉過程，既保證渣鐵徹底分離、渣金界面脫硫反應(yīng)順利進(jìn)行，又保證礦石軟化熔滴性能良好，高爐渣最佳堿度應(yīng)為R0＝1.08。

［1］ 黃希祜.鋼鐵冶金原理（第3版）［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2005.211.

［2］ 佟志芳，喬家龍，陳濤.爐渣組分對(duì)CaO－Al2O3－SiO2－TiO2－MgO－Na2O渣系粘度的影響［J］.過程工程學(xué)報(bào)，2016，16（2）：189－196.

［3］ 穆紅旺，張淑會(huì)，呂慶，等.中性氣氛下高鋁中鈦型高爐渣黏度的試驗(yàn)研究［J］.鋼鐵，2012，46（6）：18－21.

［4］ 孫璐艷，任耘，趙福才，等.對(duì)以高爐渣為主料的中間包覆蓋劑的熔化溫度研究［J］.硅酸鹽通報(bào)，2014，33（6）：1 520－1 525.

［5］ 杜鶴桂，馬喜明.包鋼高爐渣含氟和堿金屬限量的試驗(yàn)研究［J］.鋼鐵，1997，（3）：4－10.

［6］ 郝忠平，郭卓團(tuán)，廉華.提高包鋼高爐渣堿度的試驗(yàn)研究［J］.鋼鐵釩鈦，2016，37（3）：99－102.

Study on Viscosity and Melting Tem perature of No.7 Blast Furnace Slag from Baotou Steel

LILiang1，HAO Zhong-ping1，JIWen-dong1，JIA Xi-ming1，DENG Yong-chun2
（1.Inner Mongolia Baotou Steel Union Co.，Ltd.，Rare Earth Steel Iron Plant，Baotou 014010，China；2.School of Materials and Metallurgy Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou 014010，China）

In this paper，by adding pure reagents SiO2or CaO to thematerial No.7 blast furnace slag from BaotouSteel，the effect of different basicity on the viscosity and melting temperature of No.7 slag was tested.The results showed that the free-running temperatures dropped before rose as the basicity increased，then declined when R0＞1.14（R0refers to basicity）.The results also told that the slagmelting temperature went up with the rise of basicity and went down when that the basicity reached up to1.17，that is R0＝1.17.Besides，the constant-temperature viscosity varied inconspicuously at1 500℃under about 0.26 Pa·S during the experiments.The ideal basicity of No.7 blast furnace slag was 1.08，that is，R0＝1.08.

blast furnace slag；basicity；consumable temperature；melting temperature

TF803

A

1003－5540（2017）01－0034－04

2016－11－20

李 亮（1982－），男，工程師，主要從事煉鐵技術(shù)研究工作。