唐鋼3 200 m3高爐爐渣成分及性能分析

李秀兵，趙軍

（唐山鋼鐵集團煉鐵部，河北唐山063000）

唐鋼3 200 m3高爐爐渣成分及性能分析

李秀兵，趙軍

（唐山鋼鐵集團煉鐵部，河北唐山063000）

近年唐鋼3 200 m3高爐由于爐料結構發生變化，渣中Al2O3含量最高達16%，影響了爐渣性能，對生產的穩定帶來了影響。通過檢測爐渣的成分及性能，結合相圖理論，分析了Al2O3、二元堿度及MgO含量對爐渣性能的影響，結果表明，二元堿度在1.15以下時，爐渣在較低溫度下仍有較好的流動性；R2為1.2時，MgO含量應低于8.69%。唐鋼高爐選擇Al2O3含量約為15%、MgO含量為6%～9%、R2≯1.2的渣型較為適宜。

高爐爐渣；黏度；熔化性溫度；Al2O3；二元堿度；MgO

1　前言

近年來唐鋼4#3 200 m3高爐爐料結構不斷發生變化，外礦比例逐漸增加到20%，入爐品位下降，渣量增加（渣鐵比最高時接近380 kg/t），且非主流礦品種增加。這些非主流外礦的冶金性能較差，有些Al2O3含量較高，如塞拉利昂礦中的Al2O3含量達到7%，而燒結礦中Al2O3含量一般在2%。高鋁外礦入爐后直接造成渣中Al2O3含量升高，最高時接近16%，影響了爐渣流動性和爐缸活躍程度，高爐出現下渣晚的情況，嚴重時出鐵120 min后仍不見下渣，對高爐造渣制度及生產的穩定帶來不利影響。為了適應這種情況，通過對近年來唐鋼爐渣成分性能的檢測分析，同時借鑒國內同行業在應對高鋁渣方面的經驗［1-2］并結合相圖理論，分析了唐鋼4#高爐爐況的爐渣成分及性能，找出了適宜的爐渣成分，以期對今后的高爐造渣制度進行指導。

2　高爐實際爐渣成分及性能

造渣制度兼顧了鐵水質量和渣鐵流動性兩個方面，合理的熱制度和造渣制度不僅使渣鐵物理熱充足和生鐵的一級品率提高，而且確保了高爐渣鐵有良好的流動性，有利于爐內操作。高爐爐渣黏度與熔化性溫度均是爐渣的重要性能。黏度和熔化性溫度適宜的爐渣具有良好的流動性，而且對穩定爐缸的熱狀態有重要意義。

高爐渣檢測項目包括化學成分和物理性能。物理性能檢測使用的設備主要是RTw一熔體物性綜合測定儀。爐渣黏度的測量采用內柱體旋轉法，其原理為：內柱體在熔體中插入一定深度，內柱體旋轉時產生扭矩，測定后由傳感器轉變為電子信號，通過測定黏度的主控計算機直接讀取熔體的黏度（Pa·s）。近幾年高爐爐渣黏度、熔化性溫度及對應的成分、堿度等測定結果見表1、表2。

表1　唐鋼3 200 m3高爐近年來爐渣黏度、熔化溫度及對應堿度

3　爐渣成分及性能分析

3.1Al2O3含量對爐渣性能的影響

根據冶煉條件的不同和對經濟效益的考慮，由表2可以看出，唐鋼4#高爐爐渣中Al2O3含量在14.58%～16%之間波動，屬于典型的高Al2O3爐渣（＞13%）。

表2　對應爐渣成分及鎂鋁比

根據熔渣離子理論：爐渣黏度隨著復合陰離子半徑增大而增大，所以隨著Al2O3含量增加，爐渣黏度和熔化性溫度有所增加。我國高爐熱風溫度較低，大多數高爐熱風溫度只能達到1 150℃，原燃料成分有一定范圍波動。另外爐容普遍較小，渣量較大。武鋼、首鋼等高爐在燒結礦配用部分澳礦粉（Al2O3含量較高）的條件下，選擇了高Al2O3（＞13%）、高MgO（10%左右）和適中堿度（CaO/SiO2= 1.0～1.1）的渣型。

唐鋼3 200 m3高爐根據目前的生產狀況和爐料結構，參考其他企業改善高Al2O3爐渣性能的途徑［3］，選擇高Al2O3、較高堿度和適中MgO的渣型比較合理。由不同Al2O3含量時，CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣系［3］等黏度圖可以看出：MgO含量為6%～9%、Al2O3含量約為15%時，堿度在≯1.2范圍內有一個低黏度區。由表1可見，爐渣在此成分區間時熔化性溫度低，可保證高爐的正常生產需要。

3.2二元堿度對爐渣性能的影響

由表1還可以看出不同二元堿度（R2）對爐渣黏度及熔化溫度（Ts）的影響。隨R2升高，其熔化性溫度相應升高：R2=1.11時，Ts=1 347℃（序號2）；R2= 1.22時，Ts=1 368℃（序號6）。R2太高，渣中高熔點的2CaO·SiO2必然增加，使得爐渣在高堿度時，高溫下黏度較小，但熔化性溫度明顯提高，爐渣穩定性降低。說明R2對爐渣性能影響較大，R2大時爐渣穩定性降低。

R2不超過1.15時，爐渣在較低溫度下仍有較好的流動性，有利于高爐順行。R2較高時（＞1.15），為了保證高爐穩定順行，必須保證高爐爐缸的熱量充沛，使爐渣溫度在熔化性溫度以上。

3.3MgO含量對爐渣性能的影響

從爐渣離子理論分析，MgO對爐渣黏度的影響與CaO一致。CaO、MgO都是堿性氧化物，屬于破壞網狀結構氧化物。當二元堿度一定時，Al2O3含量升高，形成復合陰離子Al2O32-和硅—鋁—氧復合陰離子，則增加渣中的MgO比例，可以與SiO2、Al2O3、硅酸鹽（如CaO，SiO2）形成一系列的低熔點復雜化合物。但渣中MgO的含量超過13%時，渣中會出現難熔的方鎂石，形成高熔點的爐渣。

由于在目前原料結構條件下，唐鋼3 200 m3高爐爐渣中Al2O3含量偏高，冶煉過程中需加入一定量的MgO來保證爐渣的流動性。在高爐正常生產過程中，終渣溫度一般波動在1 450～1 520℃。在此溫度下能保持液態的爐渣成分范圍只能在1 500℃等溫線所包圍的范圍內。由CaO—SiO2—Al2O3—MgO四元相圖［3］可以明顯看出：在1 500℃溫度下，向渣中加入MgO，可以顯著擴大液相區，縮小C2S及黃長石區。

對于成分相同的爐渣，隨著液相區擴大，多相區縮小，顯然都將使爐渣的熔化性能、流動性及穩定得到改善。但MgO的加入量有一個適宜值，當增加到15%時，1 500℃等溫面的液相區反而縮小。實際生產中情況復雜，如由于硫化物及堿金屬氧化物的作用，初渣的熔化溫度比相圖給出的數據低。

爐渣成分的變化會引起熔化性溫度的變化，而爐渣的熔化性溫度是表征爐渣能否順利流動的溫度，Ts與渣中MgO含量和二元堿度R2（CaO/SiO2）有以下近似關系［4］：

一般要求Ts低于爐缸實際溫度，并有較大溫差，以保證爐況波動時爐渣仍具有足夠的流動能力。根據大量實踐經驗和實驗室測定，認為Ts應不低于1 340℃，R2=1.05～1.25時，用（1）式計算的MgO最高允許含量如表3所示。

表3　Ts為1 340℃時不同R2允許的最大MgO含量

R2為1.10～1.15時，渣中最高允許的MgO含量為10.65%～12.61%，平均11.63%，從四元渣系相圖同樣可得出，當爐渣Al2O3為15%，R2≯1.15時，MgO含量為10%～12%時，爐渣的化學穩定性和熱穩定性最佳。R2為1.2時，MgO含量應低于8.69%，能保證爐渣的熔化溫度低于爐缸實際溫度。

4　結論

4.1二元堿度在1.15以下時，爐渣在較低溫度下仍有較好的流動性；R2較高時（＞1.15），為了保證爐渣穩定性，必須保證高爐爐缸的熱量充沛，使爐渣溫度在熔化性溫度以上。

4.2MgO加入的主要作用是降低爐

渣黏度，改善流動性。在高爐配料調整二元堿度時，要結合三元堿度變化。結合唐鋼實際，R2為1.2時，MgO含量應低于8.69%，能保證爐渣的熔化性溫度低于爐缸實際溫度。

4.3根據唐鋼3 200 m3高爐的生產實際，爐渣成分在Al2O3含量約為15%、MgO含量為6%～9%時，在R2≯1.2的范圍內有一個低黏度區，與高爐的生產指標較為對應。

［1］游錦洲，王希珍.柳鋼高爐爐渣性能的研究［J］.煉鐵，1998，17 （Z）：71-73.

［2］鄭修悅.論高爐爐渣性能［J］.武鋼技術，1992（2）：51-54.

［3］Dimitri Papanastassiou.高爐渣中Al2O3和MgO含量對渣特性的影響［J］.世界鋼鐵，2001（3）：20-24.

［4］黃希牯.鋼鐵冶金原理［M］.北京：冶金工業出版社，1989：123.

Abstrraacctt：In recent years，the burden structure of 3 200 m3blast furnace in Tangshan Steel has changed.The content of Al2O3in slag is up to 16%，that has affected the performance of slag，and influenced the stability of production.By detecting the composition and performance of the slag and integrated with phase diagram theory，the effects of the Al2O3，R2and MgO style on the properties of slag was analyzed.The results show that theR2is under 1.15，the slag at lower temperatures have better liquidity；R2is 1.2，the content of MgO style should be lower than 8.69%.The about 15%content of Al2O3，the 6%-9%content of MgO style，and the type slagR2≯1.2 chosen in Tanggang blast furnace is more appropriate.

Key worrddss：blast furnace slag；viscosity；consumable temperature；Al2O3；R2；MgO

Tangshan 3 200 m3Blast Furnace Slag Composition and Performance Analysis

LI Xiubing，ZHAO Jun
（The Iron Making Department of Tangshan Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Tangshan 063000，China）

試驗研究

TF534.1

A

1004-4620（2016）03-0036-02

2016-04-01

李秀兵，男，1978年生，2005年畢業于河北理工大學鋼鐵冶金專業，碩士。現為唐鋼煉鐵部高爐車間工程師，從事高爐煉鐵工藝技術及管理工作。