轉(zhuǎn)爐渣熔化溫度的實(shí)驗(yàn)研究

宋佳強(qiáng)

【摘 要】鋼渣是鋼鐵企業(yè)固體廢物的主要來源之一，合理利用鋼渣關(guān)系到我國鋼鐵企業(yè)的健康發(fā)展。通過在實(shí)驗(yàn)室測定合成轉(zhuǎn)爐渣的熔化溫度，得出轉(zhuǎn)爐渣熔化溫度與各成分之間的回歸方程，為轉(zhuǎn)爐渣用于鐵水預(yù)處理提供理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】鋼渣；二次回歸正交設(shè)計(jì)；熔化溫度

0 前言

鋼渣是鋼鐵企業(yè)固體廢物的主要來源之一，能否合理利用這些鋼渣將關(guān)系到我國鋼鐵工業(yè)的健康發(fā)展?；诃h(huán)境保護(hù)和降低成本的需要，鋼渣在鋼鐵企業(yè)內(nèi)部循環(huán)利用是一種理想的方法。

轉(zhuǎn)爐渣具有高堿度、高氧化性的優(yōu)點(diǎn)，可以替代脫硅劑和脫磷劑中的一部分石灰和氧化劑，返回用于鐵水預(yù)處理。本實(shí)驗(yàn)?zāi)M轉(zhuǎn)爐渣和現(xiàn)行脫磷劑的組成，采用CaF2、Na2O為實(shí)驗(yàn)渣劑的助熔劑，測定渣劑的熔化溫度，為轉(zhuǎn)爐渣用于鐵水預(yù)處理提供理論依據(jù)。

1 研究方法

本實(shí)驗(yàn)探討堿度、Fe2O3含量、MgO含量、CaF2含量和Na2O含量對轉(zhuǎn)爐渣熔化溫度的影響。根據(jù)轉(zhuǎn)爐渣的成分和鐵水預(yù)處理脫磷劑的組成，各因素的變化范圍確定如下：

①堿度控制在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 實(shí)驗(yàn)方法及結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)采用東北大學(xué)生產(chǎn)的全自動(dòng)爐渣熔點(diǎn)熔速測定儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。整個(gè)爐渣性能動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)由爐溫控制系統(tǒng)、送樣系統(tǒng)、 溫度采集系統(tǒng)、放大成像系統(tǒng)、CCD圖像采集系統(tǒng)及相應(yīng)的試樣高度圖像處理軟件組成。

實(shí)驗(yàn)方法為半球法，也稱試樣變形法。每個(gè)試樣測三次，取最接近的兩次之一作為渣樣的熔化溫度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表3可見回歸方程在α=0.025水平上顯著，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與所采用的二次回歸模型是基本符合的。

將編碼公式代入回歸方程中，得到熔化溫度t關(guān)于原變量zj（j= 1，2，…，5）的回歸方程為

3 結(jié)果分析

3.1 單組分對合成轉(zhuǎn)爐渣熔化溫度的影響

考察單組分對合成轉(zhuǎn)爐渣熔化溫度的影響，令別的組分x值為0，可得出相應(yīng)的回歸方程，根據(jù)回歸方程可得以下趨勢圖。

通過以上的趨勢圖，結(jié)合理論分析，可以看出：

（1）隨著堿度升高，高熔點(diǎn)的硅酸鹽2CaO·SiO2（熔點(diǎn)2130℃）和自由氧化鈣（熔點(diǎn)2600℃）含量相對增加，導(dǎo)致了渣劑的熔化溫度呈上升趨勢。當(dāng)堿度由2增加到4，熔化溫度上升了100℃，可見堿度對熔化溫度的影響是比較大的。

（2）鐵的化合物熔點(diǎn)都較低，F(xiàn)eO（熔點(diǎn)1370℃）、Fe2O3（熔點(diǎn)1457℃）等都是降低渣劑熔化溫度的物質(zhì)。因此，增加Fe2O3有利于降低渣劑的熔化溫度。隨著Fe2O3的增加，合成渣熔化溫度逐漸降低，當(dāng)Fe2O3由20%增加到40%，熔化溫度下降了130℃。

（3）隨著MgO的增加，合成渣熔化溫度先降低后升高，在MgO含量在8%左右時(shí)合成渣熔化溫度達(dá)到最低值。這是由于MgO與CaO形成的二元相圖為共晶型，其共晶體為它們之間互相溶解形成的固溶體，因固溶體組成不同，導(dǎo)致對CaO的熔點(diǎn)影響不同。雖然MgO熔點(diǎn)很高（熔點(diǎn)2800℃），但在含量不超過12%的情況下，加入合適含量的助熔劑，轉(zhuǎn)爐渣的熔化溫度可以滿足鐵水預(yù)處理的溫度要求。

（4）CaF2熔點(diǎn)低（熔點(diǎn)1418℃），能顯著降低爐渣的熔化溫度，促進(jìn)爐渣流動(dòng)，被廣泛用于鋼鐵冶煉及鐵合金生產(chǎn)等領(lǐng)域。隨著CaF2含量的增加，合成渣熔化溫度逐漸降低，當(dāng)CaF2由5%增加到15%，熔化溫度降低幅度達(dá)60℃左右。

（5）過多加入CaF2助熔，對爐襯的侵蝕較大，且氟蒸汽污染環(huán)境嚴(yán)重，Na2O助熔劑可替代部分CaF2助熔劑。隨著Na2O含量的增加，合成渣熔化溫度逐漸降低，當(dāng)Na2O由0增加到10%，熔化溫度降低幅度達(dá)60℃左右?？梢?，用Na2O替代部分CaF2助熔是可行的。

3.2 二元組分對合成轉(zhuǎn)爐渣熔化溫度的影響

考察二元組分對合成轉(zhuǎn)爐渣熔化溫度的影響，令別的組分x值為0，可得出相應(yīng)的回歸方程。

按照鐵水預(yù)處理溫度為1350～1400℃，熔渣過熱度控制在150～180℃，則轉(zhuǎn)爐渣劑的熔化溫度要求≤1170℃。在每圖中溫度為1170℃作一水平線，討論二元組分對合成轉(zhuǎn)爐渣熔化溫度的影響。

根據(jù)回歸方程可得以下趨勢圖。

通過以上的趨勢圖，結(jié)合理論分析，可以看出：

（1）渣劑堿度越大，F(xiàn)e2O3降低渣劑熔化溫度的能力越強(qiáng)。

不論堿度高低，當(dāng)CaF2加入量超過10%時(shí)，爐渣熔化溫度降低值都較小，所以CaF2加入量不宜超過10%。堿度大于3時(shí)，曲線大部分在1170℃以上。

爐渣堿度小于3時(shí)，Na2O降低爐渣的熔化溫度能力較強(qiáng)，且曲線大部分在1170℃以下；當(dāng)堿度大于3時(shí)，加入Na2O爐渣熔化溫度降低不大，且曲線大部分在1170℃以上。

綜上，渣劑堿度不宜超過3。

（2）Fe2O3對渣劑熔化溫度的影響很大，當(dāng)Fe2O3含量小于30%時(shí)，爐渣熔化溫度顯著升高，曲線大部分都在1170℃以上，已失去用于鐵水預(yù)處理的條件。提高Fe2O3含量有助于脫硅和脫磷反應(yīng)的進(jìn)行，所以轉(zhuǎn)爐渣中Fe2O3含量大于30%為宜。

（3）CaF2含量大于10%時(shí)，渣劑熔化溫度變化不大，為了減少CaF2對環(huán)境的污染，CaF2的加入量最好不要超過10%；當(dāng)Na2O含量大于10%時(shí)，多加Na2O基本不能降低渣劑的熔化溫度，所以Na2O的加入量也不宜超過10%。

4 結(jié)論

（1）回歸方程的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合是比較好的，回歸方程在顯著系數(shù)α=0.025水平上顯著。

（2）對回歸方程進(jìn)行分析，在鐵水預(yù)處理溫度下，為了獲得合適的爐渣熔化溫度，爐渣堿度不宜超過3，F(xiàn)e2O3含量不宜小于30%，MgO含量為8%左右為宜。

（3）復(fù)合助熔劑助熔效果優(yōu)于單一的助熔劑，助熔劑中CaF2和Na2O的含量都不宜超過10%。

【參考文獻(xiàn)】

[1]趙俊學(xué)，李小明，等.鋼渣綜合利用技術(shù)及進(jìn)展分析[J].鞍鋼技術(shù)，2013，381（3）：1-6.

[2]郭上型，郭湛.鐵水預(yù)處理溫度下轉(zhuǎn)爐渣劑的熔化特性[J].鋼鐵研究，2004，32（3）：1-3.

[3]朱偉勇，段曉東，唐明，等.最優(yōu)設(shè)計(jì)在工業(yè)上的應(yīng)用[M].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1993.

[4]歐陽奇，謝志江，溫良英，等.基于興趣區(qū)面積最大的爐渣性能動(dòng)態(tài)測量法研究[J].冶金自動(dòng)化，2006，30（5）：51-54.

[責(zé)任編輯：湯靜]