转炉渣熔化温度的实验研究

宋佳强

【摘 要】钢渣是钢铁企业固体废物的主要来源之一，合理利用钢渣关系到我国钢铁企业的健康发展。通过在实验室测定合成转炉渣的熔化温度，得出转炉渣熔化温度与各成分之间的回归方程，为转炉渣用于铁水预处理提供理论依据。

【关键词】钢渣；二次回归正交设计；熔化温度

0 前言

钢渣是钢铁企业固体废物的主要来源之一，能否合理利用这些钢渣将关系到我国钢铁工业的健康发展。基于环境保护和降低成本的需要，钢渣在钢铁企业内部循环利用是一种理想的方法。

转炉渣具有高碱度、高氧化性的优点，可以替代脱硅剂和脱磷剂中的一部分石灰和氧化剂，返回用于铁水预处理。本实验模拟转炉渣和现行脱磷剂的组成，采用CaF2、Na2O为实验渣剂的助熔剂，测定渣剂的熔化温度，为转炉渣用于铁水预处理提供理论依据。

1 研究方法

本实验探讨碱度、Fe2O3含量、MgO含量、CaF2含量和Na2O含量对转炉渣熔化温度的影响。根据转炉渣的成分和铁水预处理脱磷剂的组成，各因素的变化范围确定如下：

①碱度控制在2～4；

②Fe2O3含量控制在20%～40%；

③MgO含量控制在6%～10%；

④CaF2含量控制在5%～15%；

⑤Na2O含量控制在0～10%。

2 实验方法及结果

本实验采用东北大学生产的全自动炉渣熔点熔速测定仪进行实验。整个炉渣性能动态测量系统由炉温控制系统、送样系统、 温度采集系统、放大成像系统、CCD图像采集系统及相应的试样高度图像处理软件组成。

实验方法为半球法，也称试样变形法。每个试样测三次，取最接近的两次之一作为渣样的熔化温度，实验结果见表2。

由表3可见回归方程在α=0.025水平上显著，实验数据与所采用的二次回归模型是基本符合的。

将编码公式代入回归方程中，得到熔化温度t关于原变量zj（j= 1，2，…，5）的回归方程为

3 结果分析

3.1 单组分对合成转炉渣熔化温度的影响

考察单组分对合成转炉渣熔化温度的影响，令别的组分x值为0，可得出相应的回归方程，根据回归方程可得以下趋势图。

通过以上的趋势图，结合理论分析，可以看出：

（1）随着碱度升高，高熔点的硅酸盐2CaO·SiO2（熔点2130℃）和自由氧化钙（熔点2600℃）含量相对增加，导致了渣剂的熔化温度呈上升趋势。当碱度由2增加到4，熔化温度上升了100℃，可见碱度对熔化温度的影响是比较大的。

（2）铁的化合物熔点都较低，FeO（熔点1370℃）、Fe2O3（熔点1457℃）等都是降低渣剂熔化温度的物质。因此，增加Fe2O3有利于降低渣剂的熔化温度。随着Fe2O3的增加，合成渣熔化温度逐渐降低，当Fe2O3由20%增加到40%，熔化温度下降了130℃。

（3）随着MgO的增加，合成渣熔化温度先降低后升高，在MgO含量在8%左右时合成渣熔化温度达到最低值。这是由于MgO与CaO形成的二元相图为共晶型，其共晶体为它们之间互相溶解形成的固溶体，因固溶体组成不同，导致对CaO的熔点影响不同。虽然MgO熔点很高（熔点2800℃），但在含量不超过12%的情况下，加入合适含量的助熔剂，转炉渣的熔化温度可以满足铁水预处理的温度要求。

（4）CaF2熔点低（熔点1418℃），能显著降低炉渣的熔化温度，促进炉渣流动，被广泛用于钢铁冶炼及铁合金生产等领域。随着CaF2含量的增加，合成渣熔化温度逐渐降低，当CaF2由5%增加到15%，熔化温度降低幅度达60℃左右。

（5）过多加入CaF2助熔，对炉衬的侵蚀较大，且氟蒸汽污染环境严重，Na2O助熔剂可替代部分CaF2助熔剂。随着Na2O含量的增加，合成渣熔化温度逐渐降低，当Na2O由0增加到10%，熔化温度降低幅度达60℃左右。可见，用Na2O替代部分CaF2助熔是可行的。

3.2 二元组分对合成转炉渣熔化温度的影响

考察二元组分对合成转炉渣熔化温度的影响，令别的组分x值为0，可得出相应的回归方程。

按照铁水预处理温度为1350～1400℃，熔渣过热度控制在150～180℃，则转炉渣剂的熔化温度要求≤1170℃。在每图中温度为1170℃作一水平线，讨论二元组分对合成转炉渣熔化温度的影响。

根据回归方程可得以下趋势图。

通过以上的趋势图，结合理论分析，可以看出：

（1）渣剂碱度越大，Fe2O3降低渣剂熔化温度的能力越强。

不论碱度高低，当CaF2加入量超过10%时，炉渣熔化温度降低值都较小，所以CaF2加入量不宜超过10%。碱度大于3时，曲线大部分在1170℃以上。

炉渣碱度小于3时，Na2O降低炉渣的熔化温度能力较强，且曲线大部分在1170℃以下；当碱度大于3时，加入Na2O炉渣熔化温度降低不大，且曲线大部分在1170℃以上。

综上，渣剂碱度不宜超过3。

（2）Fe2O3对渣剂熔化温度的影响很大，当Fe2O3含量小于30%时，炉渣熔化温度显著升高，曲线大部分都在1170℃以上，已失去用于铁水预处理的条件。提高Fe2O3含量有助于脱硅和脱磷反应的进行，所以转炉渣中Fe2O3含量大于30%为宜。

（3）CaF2含量大于10%时，渣剂熔化温度变化不大，为了减少CaF2对环境的污染，CaF2的加入量最好不要超过10%；当Na2O含量大于10%时，多加Na2O基本不能降低渣剂的熔化温度，所以Na2O的加入量也不宜超过10%。

4 结论

（1）回归方程的计算值与实验数据拟合是比较好的，回归方程在显著系数α=0.025水平上显著。

（2）对回归方程进行分析，在铁水预处理温度下，为了获得合适的炉渣熔化温度，炉渣碱度不宜超过3，Fe2O3含量不宜小于30%，MgO含量为8%左右为宜。

（3）复合助熔剂助熔效果优于单一的助熔剂，助熔剂中CaF2和Na2O的含量都不宜超过10%。

【参考文献】

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[责任编辑：汤静]