MgO含量对高炉渣性质影响的理论解析.pdf

ＭｇＯ 含量对高炉渣性质影响的理论解析 ① 杨润德， 侯晓川， 李 贺 （长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 ４１００１２） 摘 要 采用热力学计算方法，分析了不同混合原料组成对高炉炉渣成分的影响，探讨了 ＭｇＯ 含量变化对炉渣性质的作用，并以 ＣａＯ⁃ＳｉＯ２⁃Ａｌ２Ｏ３⁃ＭｇＯ⁃ＦｅＯ 五元系终渣为研究对象，应用 ＦａｃｔＳａｇｅ 热力学软件，理论解析综合炉料终渣中 ＭｇＯ 对其熔化温度和粘度 的影响，得出了渣成分组成变化时高炉渣适宜的 ＭｇＯ 含量。 关键词 高炉渣； ＭｇＯ； 热力学计算； 液相线； 粘度 中图分类号 ＴＦ５１２文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１４．０６．０１６ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１４）０６－００６０－０５ Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ＭｇＯ Ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｂｌａｓｔ Ｆｕｒｎａｃｅ Ｓｌａｇ ＹＡＮＧ Ｒｕｎ⁃ｄｅ， ＨＯＵ Ｘｉａｏ⁃ｃｈｕａｎ， ＬＩ Ｈｅ （Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｃｏ Ｌｔｄ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００１２， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｄｏｐｔｉｎｇ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ， ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｏｎ ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｓｌａｇ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ＭｇＯ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｓｌａｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｗａｓ ｅｘｐｌｏｒｅｄ． Ｗｉｔｈ ＣａＯ⁃ＳｉＯ２⁃Ａｌ２Ｏ３⁃ＭｇＯ⁃ＦｅＯ ｔａｋｅｎ ｆｏｒ ｓｔｕｄｙ， ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ＭｇＯ ｉｎ ｔｈｅ ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｓｌａｇ ｏｎ ｌｉｑｕｉｄｕｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｌａｇ ｗａｓ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＦａｃｔＳａｇｅ． Ｆｉｎａｌｌｙ， ａ ｐｒｏｐｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ＭｇＯ ｆｏｒ ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｓｌａｇ ｗｉｔｈ ｖａｒｉａｂｌｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｓｌａｇ； ＭｇＯ； ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ； ｌｉｑｕｉｄｕｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ； ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ 炉渣的熔化性能是指炉渣熔化的难易程度。 熔化 温度是炉渣固液相间的转变温度，即相图中的液相线 温度，是炉渣熔化性能的标志之一。 液相线温度高，表 明它难熔；液相线温度低，表明它易熔。 在高炉内液相 线温度高的炉渣，在温度比较低的情况下，粘度可能升 高，影响成渣带以下的透气性，不利于高炉顺行；另一 方面，液相线温度高的炉渣成渣带低，进入炉缸时温度 高，增加炉缸热量，对高炉冶炼有利。 液相线温度低的 炉渣流动性好，有利于高炉顺行，但降低炉缸的热量， 增加炉缸热损耗。 因此，选择炉渣的液相线温度时，必 须兼顾炉渣流动性和炉缸热量两方面的因素。 炉渣粘 度是炉渣流动速度不同的相邻液层间产生的内摩擦力 系数，即在单位面积上相距单位距离的两个相邻液层 间产生单位流速差时的内摩擦力，炉渣粘度对高炉操 作具有非常实际的意义，是炉渣最重要的性质之一。 国内外关于炉渣粘度的研究工作很多，Ｊｏｏ Ｒｏ Ｋｉｍ 等通过对 ＣａＯ⁃ＳｉＯ２⁃Ａｌ２Ｏ３⁃ＭｇＯ⁃ＦｅＯ 五元渣系粘 度的研究，得出当渣中 Ａｌ２Ｏ３含量为１０％、ＭｇＯ 含量为 ５％时，能够得到最低的熔化温度和最宽的固液相共存 区［１］。 沈峰满等人通过对整个高炉冶炼过程的系统 研究，得出添加 ＭｇＯ 可以明显改善炉渣的流动性和脱 硫性能［２］。 何环宇等人通过实验得出 ＭｇＯ 含量对炉 渣粘度的影响有两种结果随着 ＭｇＯ 含量升高，在低 温区炉渣粘度升高，相反在高温区炉渣粘度下降［３］。 本文基于高炉物质守恒原理，结合某钢厂高炉实际生 产数据，系统综合的解析高炉含铁入炉炉料成分变化 对高炉终渣具体成分的影响；进而以 ＣａＯ⁃ＳｉＯ２⁃Ａｌ２Ｏ３⁃ ＭｇＯ⁃ＦｅＯ 五元系终渣为研究对象，采用 ＦａｃｔＳａｇｅ 热力 学软件，理论解析使用混合炉料所得炉渣中 ＭｇＯ 对终 渣液相线温度和粘度的影响，通过计算数据，进而总结 相关变化规律，从而为优化高炉终渣物理化学性能提 供理论基础和技术依据。 １ 实 验 １．１ 原 料 根据某钢厂高炉的实际生产数据，高炉入炉原料 ①收稿日期 ２０１４－０６－１９ 基金项目 国际海域资源调查与开发“十二五”项目（ＤＹ１２５－１１－Ｔ－０２）；长沙矿冶研究院基金项目（Ａ２０１２－１０２）；湖南省自然科学基金项目 （１４ＪＪ４０６５） 作者简介 杨润德（１９８９－），男，甘肃张掖人，硕士研究生，主要从事冶金分离科学与工程研究。 第 ３４ 卷第 ６ 期 ２０１４ 年 １２ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３４ №６ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２０１４ 为烧结矿、球团矿和块矿，其中球团矿包括 ＰＵＫ 球团 矿、ＰＳＣ－１ 球团矿、ＰＳＣ－２ 球团矿、ＣＶＲＤ 球团矿 ４ 种， 块矿包括 ＳＩＳＨＥＮ 块矿、Ｒｏｂｅ 块矿 ２ 种，所选用各种矿 原料成分组成如表 １ 所示。 表 １ 矿石组成成分（质量分数） ／ ％ 成分烧结矿 球团矿块矿 ＰＵＫＰＳＣ－１ＰＳＣ－２ＣＶＲＤＳＩＳＨＥＮＲｏｂｅ ＦｅＯ８．２９０．１００．５２０．４７１．２９０．６９１．２２ Ｆｅ２Ｏ３７３．２７９２．４０９４．６８９５．２３９２．３３９２．９０８２．０６ ＭｎＯ２０．０００．０００．０００．０００．０００．１２０．１２ ＭｎＯ０．２５２．７２０．０９０．０９０．１００．０００．００ ＣａＯ９．４６０．４５１．５９１．７０２．７４０．２１０．３９ ＳｉＯ２５．０１３．５８２．１０１．５４２．４８４．３７５．１９ Ａｌ２Ｏ３１．７７０．４５０．５６０．５７０．７６１．０１２．６６ ＭｇＯ１．６７０．０８０．１３０．１３０．０３０．０２０．０１ Ｐ２Ｏ５０．１４０．０３０．１１０．１００．０７０．０８０．０４ ＴｉＯ２０．１００．０２０．０２０．０１０．０２０．０４０．０４ Ｈ２Ｏ化０．０００．１００．１１０．１００．１００．５５８．２４ ＣＯ２０．０００．０５０．０５０．０５０．０５０．０００．００ ＦｅＳ０．０４０．０３０．０３０．０１０．０３０．０００．００ ＦｅＳ２０．０００．０００．０００．０００．０００．０１０．０３ 合计１００．００ １００．００１００．００１００．００１００．００１００．００１００．００ 考虑高炉实际炉料使用情况，将原料按照一种烧 结矿、一种球团矿、一种块矿的形式进行配料组合，共 得到 ８ 种不同矿石组合，依次记为 Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、 Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２，各组组成如表 ２ 所示。 然后根据入炉原料 实际配比，采取烧结矿 ６５．９７％、球团矿 １８．０５％、块矿 １５．９８％的配比，通过各矿石的成分计算得到混合矿原 料中各元素的比例，结果如表 ３ 所示。 表 ２ 原料配料组合 编号组成编号组成 Ａ１烧结矿＋ＰＵＫ＋ＳＩＳＨＥＮＡ２烧结矿＋ＰＵＫ＋Ｒｏｂｅ Ｂ１烧结矿＋ＰＳＣ－１＋ＳＩＳＨＥＮＢ２烧结矿＋ＰＳＣ－１＋Ｒｏｂｅ Ｃ１烧结矿＋ＰＳＣ－２＋ＳＩＳＨＥＮＣ２烧结矿＋ＰＳＣ－２＋Ｒｏｂｅ Ｄ１烧结矿＋ＣＶＲＤ＋ＳＩＳＨＥＮＤ２烧结矿＋ＣＶＲＤ＋Ｒｏｂｅ 表 ３ 混合矿成分（质量分数） ／ ％ 编号ＦｅＯ Ｆｅ２Ｏ３ＭｎＯ２ ＭｎＯＣａＯ ＳｉＯ２Ａｌ２Ｏ３ Ａ１５．６０７９．８６０．０２０．６６６．３６４．６５１．４１ Ａ２５．６８７８．１３０．０２０．６６６．３９４．７８１．６７ Ｂ１５．６７８０．２７０．０２０．１８６．５６４．３８１．４３ Ｂ２５．７６７８．５４０．０２０．１８６．５９４．５１１．６９ Ｃ１５．６６８０．３７０．０２０．１８６．５８４．２８１．４３ Ｃ２５．７５７８．６４０．０２０．１８６．６１４．４１１．６９ Ｄ１５．８１７９．８５０．０２０．１８６．７７４．４５１．４７ Ｄ２５．９０７８．１２０．０２０．１８６．８０４．５８１．７３ 编号ＭｇＯＰ２Ｏ５ＴｉＯ２Ｈ２Ｏ化ＣＯ２ＦｅＳＦｅＳ２ Ａ１１．１２０．１１０．０８０．１１０．０１０．０３０．００ Ａ２１．１２０．１００．０８１．３４０．０１０．０３０．０１ Ｂ１１．１３０．１２０．０８０．１１０．０１０．０３０．００ Ｂ２１．１３０．１２０．０８１．３４０．０１０．０３０．０１ Ｃ１１．１３０．１２０．０７０．１１０．０１０．０３０．００ Ｃ２１．１３０．１２０．０７１．３４０．０１０．０３０．０１ Ｄ１１．１１０．１２０．０８０．１１０．０１０．０３０．００ Ｄ２１．１１０．１１０．０８１．３４０．０１０．０３０．０１ １．２ 仪 器 主要仪器为 ＦａｃｔＳａｇｅ 数据处理系统［４］。 １．３ 试验方法 首先，根据高炉实际生产物料配比进行物料平衡 计算［５］，得出高炉渣的成分及含量。 在此基础上，选 取对炉渣液相线温度和粘度具有较大影响的 ＣａＯ、 ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＦｅＯ 组成五元渣系，进而通过调整碱 度获得 Ｒ＝１．０ 和 Ｒ＝１．１ 的五元渣成分组成；然后，利 用 ＦａｃｔＳａｇｅ 软件计算炉渣液相线温度和粘度随 ＭｇＯ 含量变化的相关数据。 ２ 结果及讨论 ２．１ 物料平衡计算 炉渣主要成分为 ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＦｅＯ、ＭｎＯ 等组分，该类组分主要来源于入炉混合矿、焦炭、煤粉和 熔剂，在生产过程中，这些成分的流失主要集中在炉尘、 炉渣以及元素相互反应消耗等。 因此，通过物料平衡计 算，可以得出炉渣成分含量，结果如表 ４ 所示。 表 ４ 渣量及成分计算结果 编号 成分（质量分数） ／ ％ ＣａＯＳｉＯ２ＭｇＯＡｌ２Ｏ３ＳＭｎＯＴｉＯ２ＦｅＯＣａＳ 渣量 ／ （ｋｇｔ －１ ） Ａ１３８．８５３５．３９７．０３１５．２１１．０７１．２００．７８０．４７２．４０２４９．０１ Ａ２３８．１３３５．２６６．８６１６．３３１．０３１．１８０．７６０．４５２．３３２５９．６１ Ｂ１４０．５０３４．１２７．１５１５．５３１．０８０．３５０．８００．４８２．４３２４５．２５ Ｂ２３９．７４３４．０１６．９７１６．６４１．０５０．３５０．７８０．４６２．３６２５５．７２ Ｃ１ ４０．８３３３．６７７．１９１５．６１１．０８０．３６０．７９０．４８２．４４２４３．７８ Ｃ２４０．０６３３．５７７．０１１６．７４１．０５０．３５０．７６０．４６２．３６２５４．２１ Ｄ１４１．０５３３．９３６．９１１５．４５１．０６０．３５０．７８０．４７２．３８２５０．３５ Ｄ２ ４０．２９３３．８３６．７５１６．５５１．０３０．３４０．７６０．４５２．３２２６０．９５ １６第 ６ 期杨润德等 ＭｇＯ 含量对高炉渣性质影响的理论解析 ２．２ 基于 ＦａｃｔＳａｇｅ 热力学软件的高炉渣高温性能理 论计算 在计算得出不同混合矿使用条件下的终渣成分 后，通过调整碱度，得到碱度分别为 Ｒ ＝ １．０ 和 Ｒ ＝ １．１ 的终渣成分含量，而后选取 ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、 ＦｅＯ 五种组分组成五元渣系，同时将不同碱度下的成 分总和折算为 １００％。 以使用混合矿 Ａ１（烧结矿＋ＰＵＫ ＋ＳＩＳＨＥＮ）为例，所得分离出的五元渣系成分及含量如 表 ５ 所示。 表 ５ 五元渣系成分 成分 Ｒ＝１．０Ｒ＝１．１ 含量／ （ｋｇｔ －１ ）占比／ ％含量／ （ｋｇｔ －１ ）占比／ ％ ＣａＯ９６．４８３８．４９１０５．８１４０．３８ ＳｉＯ２９６．４８３８．４９９６．１６３６．７０ ＭｇＯ１９．４６７．７６２０．６１７．８７ Ａｌ２Ｏ３３７．０６１４．７９３８．５５１４．７１ ＦｅＯ１．１８０．４７０．８９０．３４ 合计２５０．６５１００２６２．０２１００ 从表 ５ 中可以看出，碱度为 １．０ 时，ＭｇＯ 含量为 ７􀆱 ７６％；碱度为 １．１ 时，ＭｇＯ 含量为 ７．８７％。 根据高炉 实际生产数据和以往研究经验，确定此次实验考察 ＭｇＯ 含量的变化范围分别为 ５．７６％～１３．７６％和 ５．８７％ ～１３．８７％，步长为 １．００％。 调整 ＭｇＯ 含量时，为了减 少单纯 ＭｇＯ 变化所产生的系统误差， ＣａＯ、 ＳｉＯ２、 Ａｌ２Ｏ３、ＦｅＯ 的含量依据 ＭｇＯ 含量的变化进行同比例 修正。 具体修正公式为 ωＣａＯ＝ ω原ＣａＯ （１ － ω原ＭｇＯ） （１ － ωＭｇＯ） （１） ωＳｉＯ２＝ ω原ＳｉＯ２ （１ － ω原ＭｇＯ） （１ － ωＭｇＯ） （２） ωＡｌ２Ｏ３＝ ω原Ａｌ２Ｏ３ （１ － ω原ＭｇＯ） （１ － ωＭｇＯ） （３） ωＦｅＯ＝ ω原ＦｅＯ （１ － ω原ＭｇＯ） （１ － ωＭｇＯ） （４） 式中 ωＣａＯ为调整后 ＣａＯ 的含量，％；ω原ＣａＯ为调整之前 ＣａＯ 的含量，％；ωＳｉＯ２为调整后 ＳｉＯ２的含量，％；ω原ＳｉＯ２ 为调整之前 ＳｉＯ２的含量，％；ωＭｇＯ为调整后 ＭｇＯ 的含 量，％；ω原ＭｇＯ为调整之前 ＭｇＯ 的含量，％；ωＡｌ２Ｏ３为调整 后 Ａｌ２Ｏ３的含量，％； ωＡｌ２Ｏ３为调整之前 Ａｌ２Ｏ３的含 量，％；ωＦｅＯ为调整后 ＦｅＯ 的含量，％；ω原ＦｅＯ为调整之前 ＦｅＯ 的含量，％。 在每种矿石组合下，经过调整 ＭｇＯ 含量之后，在 碱度为 １．０ 和 １．１ 时分别得到了 ９ 组不同的五元渣系 成分，在此基础上通过 ＦａｃｔＳａｇｅ 热力学软件计算液相 线温度和 １ ２００～１ ５２０ ℃ 温度范围内的粘度，考察液 相线温度和不同温度下的炉渣粘度随着 ＭｇＯ 含量变 化的趋势。 ２．２．１ ＭｇＯ 含量对炉渣液相线影响规律理论解析 分析 计算得到的数据可知，炉渣液相线温度随 ＭｇＯ 变化的 规律并不单一，而是因渣中 Ａｌ２Ｏ３含量而异，宏观表现 在以 １６％的 Ａｌ２Ｏ３为界而表现出两种不同的变化规律。 １） 第一种规律表现在混合矿 Ａ１和 Ａ２中，当终渣 Ａｌ２Ｏ３含量低于 １６％时，计算所得两组不同终渣在碱 度 １．０ 和 １．１ 的液相线数据见表 ６～９。 表 ６ ＭｇＯ 变化时液相线温度计算结果（Ａ１，Ｒ＝１．０） 含量／ ％ ＣａＯＳｉＯ２ＭｇＯＡｌ２Ｏ３ＦｅＯ 液相线温度 ／ ℃ ３９．３３３９．３３５．７６１５．１１０．４８１ ２６２．５３ ３８．９１３８．９１６．７６１４．９５０．４７１ ２６６．０１ ３８．４９３８．４９７．７６１４．７９０．４７１ ２８１．８０ ３８．０８３８．０７８．７６１４．６３０．４６１ ２９６．６８ ３７．６６３７．６６９．７６１４．４７０．４６１ ３０９．７７ ３７．２４３７．２４１０．７６１４．３００．４５１ ３２１．６７ ３６．８２３６．８２１１．７６１４．１４０．４５１ ３３２．０５ ３６．４１３６．４１１２．７６１３．９８０．４４１ ３４１．０５ ３５．９９３５．９９１３．７６１３．８２０．４４１ ３４８．５５ 表 ７ ＭｇＯ 变化时液相线温度计算结果（Ａ１，Ｒ＝１．１） 含量／ ％ ＣａＯＳｉＯ２ＭｇＯＡｌ２Ｏ３ＦｅＯ 液相线温度 ／ ℃ ４１．２６３７．５０５．８６１５．０３０．３５１ ３２０．１４ ４０．８２３７．１０６．８６１４．８７０．３４１ ３２１．４３ ４０．３８３６．７０７．８６１４．７１０．３４１ ３２８．１０ ３９．９５３６．３０８．８６１４．５５０．３４１ ３４３．２１ ３９．５１３５．９１９．８６１４．３９０．３３１ ３５６．１６ ３９．０７３５．５１１０．８６１４．２３０．３３１ ３７１．３８ ３８．６３３５．１１１１．８６１４．０７０．３３１ ３７６．５３ ３８．１９３４．７１１２．８６１３．９１０．３２１ ３８３．９１ ３７．７５３４．３１１３．８６１３．７５０．３２１ ３８９．３７ 表 ８ ＭｇＯ 变化时液相线温度计算结果（Ａ２，Ｒ＝１．０） 含量／ ％ ＣａＯＳｉＯ２ＭｇＯＡｌ２Ｏ３ＦｅＯ 液相线温度 ／ ℃ ３９．０９３９．０９５．６７１５．８２０．３４１ ２７７．１７ ３８．６７３８．６７６．６７１５．６５０．３３１ ２８０．０３ ３８．２６３８．２６７．６７１５．４９０．３３１ ２８２．７２ ３７．８４３７．８４８．６７１５．３２０．３２１ ２８９．０６ ３７．４３３７．４３９．６７１５．１５０．３２１ ３０２．２４ ３７．０２３７．０１１０．６７１４．９８０．３２１ ３１４．１３ ３６．６０３６．６０１１．６７１４．８１０．３１１ ３２４．３８ ３６．１９３６．１９１２．６７１４．６５０．３１１ ３３３．２５ ３５．７７３５．７７１３．６７１４．４８０．３１１ ３４０．７７ ２６矿 冶 工 程第 ３４ 卷 表 ９ ＭｇＯ 变化时液相线温度计算结果（Ａ２，Ｒ＝１．１） 含量／ ％ ＣａＯＳｉＯ２ＭｇＯＡｌ２Ｏ３ＦｅＯ 液相线温度 ／ ℃ ４０．９６３７．２３５．７７１５．７００．３４１ ３３２．８９ ４０．５２３６．８３６．７７１５．５３０．３４１ ３３３．４８ ４０．０９３６．４４７．７７１５．３７０．３４１ ３３３．６５ ３９．６５３６．０４８．７７１５．２００．３３１ ３３５．７７ ３９．２２３５．６５９．７７１５．０３０．３３１ ３４８．７０ ３８．７８３５．２５１０．７７１４．８７０．３３１ ３５９．６５ ３８．３５３４．８６１１．７７１４．７００．３２１ ３６８．８６ ３７．９１３４．４６１２．７７１４．５３０．３２１ ３７６．１７ ３７．４８３４．０７１３．７７１４．３７０．３１１ ３８１．５８ 根据计算得到混合矿 Ａ１、Ａ２使用情况下五元渣 系随组分 ＭｇＯ 变化的液相线温度数据，所作趋势图见 图 １。 通过分析五元渣系成分组成，可知此情况下的 炉渣 Ａｌ２Ｏ３含量较低（小于 １６％）。 在低 Ａｌ２Ｏ３含量 下，随着 ＭｇＯ 含量增加，炉渣液相线温度逐渐升高，并 出现拐点，拐点前的液相线温度升高趋势较为平稳，拐 点之后液相线温度升高趋势大幅增大。 对于 Ａ１，拐点 处 ＭｇＯ 含量约为 ７％；对于 Ａ２，拐点处 ＭｇＯ 含量约为 ９％。 由此可以得出，当渣中 Ａｌ２Ｏ３含量低于 １６％时， ＭｇＯ 含量过高会导致炉渣液相线温度大幅升高，即炉 渣熔化温度升高，炉渣流动性变差，不利于高炉顺行。 ＭｇＯ 含量较低时，炉渣液相线温度增加幅度不大，在 适当的范围内，有利于炉缸内的渣铁保持适宜的过热 度，能够维持高炉顺行及产品质量。 同时可以得出，碱 度的升高提升了高炉终渣最适宜 ＭｇＯ 含量，同时也使 得液相线温度有较大幅度的升高。 图 １ Ａ１、Ａ２组五元渣系液相线温度随 ＭｇＯ 含量变化图 ２） 第二种趋势表现在混合矿 Ｂ１～ Ｄ２，当终渣 Ａｌ２Ｏ３含量高于 １６％时，所计算得到具体数据较多，仅 列举具有代表性的 Ｃ１组数据，见表 １０～１１。 根据计算得到的混合矿 Ｂ１～ Ｄ２的五元渣系随组 分 ＭｇＯ 变化的液相线温度数据，作图 ２。 通过分析该 渣系成分组成可知，此时的炉渣 Ａｌ２Ｏ３含量较高（大于 １６％）。 在高 Ａｌ２Ｏ３含量下，随着 ＭｇＯ 含量逐渐增大， 炉渣液相线温度起初变化不大，而后出现一个拐点，之 后 炉渣液相线温度急剧升高，拐点位于ＭｇＯ含量在 表 １０ ＭｇＯ 变化时液相线温度计算结果（Ｃ１，Ｒ＝１．０） 含量／ ％ ＣａＯＳｉＯ２ＭｇＯＡｌ２Ｏ３ＦｅＯ 液相线温度 ／ ℃ ３８．０６３８．０６４．００１９．５１０．３８１ ３３７．５１ ３７．６６３７．６６５．００１９．３００．３７１ ３３８．１８ ３７．２７３７．２６６．００１９．１００．３７１ ３３８．６６ ３６．８７３６．８７７．００１８．９００．３７１ ３３８．４６ ３６．４７３６．４７８．００１８．７００．３６１ ３３８．０８ ３６．０８３６．０７９．００１８．４９０．３６１ ３３７．２９ ３５．６８３５．６８１０．００１８．２９０．３５１ ３３５．９７ ３５．２８３５．２８１１．００１８．０９０．３５１ ３５２．２６ ３４．８９３４．８８１２．００１７．８８０．３５１ ３７５．６３ 表 １１ ＭｇＯ 变化时液相线温度计算结果（Ｃ１，Ｒ＝１．１） 含量／ ％ ＣａＯＳｉＯ２ＭｇＯＡｌ２Ｏ３ＦｅＯ 液相线温度 ／ ℃ ４０．２５３６．５９４．５７１８．２２０．３８１ ３７２．５２ ３９．８３３６．２０５．５７１８．０３０．３７１ ３７１．９５ ３９．４０３５．８２６．５７１７．８４０．３７１ ３７０．４８ ３８．９８３５．４４７．５７１７．６５０．３６１ ３６８．５４ ３８．５６３５．０５８．５７１７．４６０．３６１ ３６６．０７ ３８．１４３４．６７９．５７１７．２７０．３６１ ３６２．８１ ３７．７２３４．２９１０．５７１７．０７０．３５１ ３５８．８５ ３７．２９３３．９０１１．５７１６．８８０．３５１ ３７９．５０ ３６．８７３３．５２１２．５７１６．６９０．３４１ ４００．９９ 图 ２ Ｂ１～Ｄ２组五元渣系液相线温度随 ＭｇＯ 含量变化图 ３６第 ６ 期杨润德等 ＭｇＯ 含量对高炉渣性质影响的理论解析 １０％～ １１％范围内。 由此可知，高 Ａｌ２Ｏ３含量下，当 ＭｇＯ 含量低于 １１％时，液相线温度变化不大；当 ＭｇＯ 含量高于 １０％，ＭｇＯ 含量增加使炉渣液相线温度急剧 升高，炉渣流动性恶化。 因此，为了维持炉渣良好流动 性及高炉生产顺行，ＭｇＯ 含量应控制在 １１％以下。 ２．２．２ ＭｇＯ 含量对炉渣粘度影响规律理论解析 根 据热力学计算得到的矿石组合 Ａ１～Ｄ２五元渣系随组分 ＭｇＯ 变化的炉渣粘度数据，各组计算结果所表现出的炉 渣粘度随 ＭｇＯ 变化规律大体一致，因而本文仅列出由 Ａ１组数据所作趋势图，如图 ３ 所示。 由图 ３ 可以得出， 随着 ＭｇＯ 含量增加，炉渣粘度有着逐渐降低的趋势。 温度越低，粘度随 ＭｇＯ 增加而降低的趋势越大，如 １ ２００ ℃下，粘度由 ２．８９ Ｐａｓ 降低到 １．７２ Ｐａｓ；温 度越高，粘度随 ＭｇＯ 增加而降低的趋势逐渐减小，如 １ ５２０ ℃下的粘度变化，只由最初 ０．３０ Ｐａｓ 降低到 ０􀆱 ２１ Ｐａｓ。 同时可以得出提升碱度有助于炉渣粘度 的降低，对比图 ２ 中的（ａ）、（ｂ），可以看出碱度 Ｒ＝１．１ 时的炉渣粘度明显低于碱度 Ｒ＝１．０ 时的炉渣粘度。 图 ３ Ａ１组五元渣系粘度随 ＭｇＯ 含量变化图 出现以上变化规律的原因为 ＭｇＯ 是一种碱性氧 化物，可以像 ＣａＯ 那样向熔渣提供 Ｏ ２－ ，因为可以提供 更多的 Ｏ ２－ ，减少 ＡｌＯ 阴离子团的聚合度，破坏它们 的网状结构，形成简单的单、双四面体结构，与 Ａｌ２Ｏ３ 生成一系列低熔点物质。 同时增加渣中 ＭｇＯ 含量，能 使渣中复杂的硅氧复合阴离子 ＳｉｘＯｙ ２－ 解体，从而降低 熔渣的粘度，改善炉渣的流动性。 ３ 结 论 １） ＭｇＯ 对炉渣液相线的影响较为复杂，在低 Ａｌ２Ｏ３含量下（小于 １６％时），随着 ＭｇＯ 含量升高，液 相线缓慢升高。 但当 ＭｇＯ 含量超过 ９％时，液相线将 会急剧升高，因此在低 Ａｌ２Ｏ３含量下，ＭｇＯ 含量应控制 在 ９％以下。 ２） 在高 Ａｌ２Ｏ３含量下（大于 １６％时），逐渐升高 ＭｇＯ 的含量，液相线最初变化不太明显，但随着 ＭｇＯ 含量达到 １０％以后，出现一个明显的拐点，拐点之后， 液相线将会急剧升高。 ３） 在低 Ａｌ２Ｏ３含量下，碱度的升高提升了高炉炉 渣最适宜 ＭｇＯ 含量。 在任意 Ａｌ２Ｏ３含量下，碱度升高 均会使得炉渣液相线温度有较大幅度的升高。 ４） ＭｇＯ 对粘度的影响较直观，随着 ＭｇＯ 含量升 高，粘度不断降低，低温下升高的趋势比高温下更显 著。 提升碱度，有助于炉渣粘度的降低。 参考文献 ［１］ Ｊｏｏ Ｒｏ Ｋｉｍ， Ｙｏｕｎｇ Ｓｅｏｋ， Ｄｏｎｇ Ｊｏｏｎ ＭＩＮ． Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ＭｇＯ ａｎｄ Ａｌ２Ｏ３ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｎ Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｔｙｐｅ ｓｌａｇｓ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ＦｅＯ ［Ｊ］． ＩＳＩＪ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ， ２００４， ４４（８）１２９１－１２９７． ［２］ Ｆｅｎｇｍａｎ ＳＨＥＮ， Ｘｉｎ ＪＩＡＮＧ， Ｇａｎｇｓｈｅｎｇ ＷＵ． Ｐｒｏｐｅｒ ＭｇＯ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｉｎ ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ［Ｊ］． ＩＳＩＪ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２００６，４６（１）６５－ ６９． ［３］ 何环宇，王庆祥，曾小宁． ＭｇＯ 含量对高炉炉渣粘度的影响［Ｊ］． 钢铁冶金学报，２００６，１８（６）１１－１３． ［４］ 曹战民，宋晓艳，乔芝郁． 热力学模拟计算软件 ＦａｃｔＳａｇｅ 及其应用 ［Ｊ］． 稀有金属，２００８，３２（２）２１６－２１９． ［５］ 成兰伯． 高炉炼铁工艺及计算［Ｍ］． 北京冶金工艺出版社，１９９７． ４６矿 冶 工 程第 ３４ 卷