使用高铁矿的影响分析及对策探讨(5)

5.1.2. 高Al2O3对高炉软熔带的影响

Figure 4. Binary phase diagrams of Al2O3-CaO and Al2O3-SiO2图4. Al2O3-CaO和Al2O3-SiO2二元相图(注：文中相图图片均来源于《渣图集–(西德)德国钢铁工程师协会》)

使用高 Al2O3铁矿必然引起烧结矿中 Al2O3含量提高，烧结矿作为高炉入炉主要含铁炉料，其软融滴落性能会对高炉软熔滴落带的大小、位置和透气性等产生影响[9]。烧结矿熔融滴落行为伴随着金属铁的渗碳和聚合过程。通过渗碳反应使得还原得到的金属铁熔点降低并提高其流动性；还原流动的金属铁会产生聚合，但由于金属铁之间被渣相填充，故渣相的性能对金属铁的聚合有较大影响[10][11]。由图6和图7可知，在碱度为1.8左右使，渣相的液相线温度和粘度均随Al2O3含量的增加而提高。因此过高Al2O3烧结矿的滴落温度升高，造成在高炉炉身部位的软熔滴落带变宽，影响炉内压差，造成高炉操作上的困难。

Figure 5. Quarternary phase diagram of Al2O3-CaO-SiO2-MgO melts图5. 高炉渣系Al2O3-CaO-SiO2-MgO四元相图

5.1.3. 高Al2O3对炉渣脱硫能力的影响

高炉内脱硫反应可用式(1)表示：

铁水硫容量：

KS：迁移反应平衡常数

则当炉渣中Al2O3含量过高时，会与O2?结合形成铝氧复合负离子，降低了炉渣中O2?浓度，抑制反应向右进行，故在炉温、炉渣碱度一定的条件下，Al2O3含量上升将导致CaO等物质的绝对含量下降，从而减弱炉渣的脱硫能力。

针对高 Al2O3对高炉生产可能带来的几点负面影响，结合目前高炉生产指标和理论分析认为，可从三方面采取应对措施：

1) 增加烧结矿中MgO含量，可改善高Al2O3烧结矿的熔滴性和高炉软熔带特性。MgO促进含镁磁铁矿、钙镁橄榄石等高熔点矿物，烧结矿软化温度、熔化温度均上升，高炉内软熔区间和滴落区间变薄，压差减小。

Figure 6. Quarternary isothermal phase diagram of Al2O3-CaO-SiO2-MgO melts图6. Al2O3-CaO-SiO2-MgO四元渣系等温相图

Figure 7. Iso-viscosity contours of Al2O3-CaO-SiO2melts at 1500?C图7. 1500℃ Al2O3-CaO-SiO2三元渣系等粘度相图

2) 适当提高炉渣碱度控制目标值，一方面由图6和图7分析，一定碱度范围内提高炉渣碱度可改善因Al2O3升高引起的渣系液相温度上升和粘度上升等现象；另一方面碱度适当提高会增强炉渣脱硫能力。可参照目前炉渣碱度1.22控制。

3) 适当提高炉渣MgO控制目标值。现阶段湛钢高炉渣MgO含量是7.0%～7.5%、(%MgO)/(%Al2O3)比值在0.45～0.5的水平，炉渣性能良好。图8是渣中MgO含量在5%～15%波动时的CaO-SiO2-MgO-Al2O3四元渣系等温相图，对比发现：MgO含量低于10%时，提高MgO会增大低温熔化区域；若MgO上升至15%低温区域明显变小。再对比图9的CaO-SiO2-MgO-Al2O3四元等粘度相图中D点和E点两处渣系粘度，可见适当提高MgO有助于降低炉渣粘度。同时，由于MgO属于碱性物质，在熔融状态下会离解出O2?提高炉渣中自由氧离子，有利于脱硫。

6. 结论

1) 根据2017年预测矿价概算，高炉冶炼每提升渣中Al2O3含量0.1%，一年可降低配矿成本808万元，经济效益可观。

2) 一定量的 Al2O3有利于烧结矿中复合铁酸钙(SFCA)的形成，提高烧结矿强度；Al2O3含量太高会使烧结矿强度和低温还原粉化率性能变坏，影响烧结生产率。

3) 高Al2O3烧结生产时可考虑从以下几个方向改善烧结矿质量：根据高炉炉料结构适当提高烧结矿碱度；适当提高烧结矿的MgO含量；适当提高烧结矿的FeO含量。具体量化的最优值需根据生产实绩指标调整总结出。

4) 高炉渣中Al2O3在10%～15%区间内时，炉渣流动性、粘度以及稳定性较好，过低或过高均不利于炉渣性能；高Al2O3冶炼造成在高炉炉身部位的软熔滴落带变宽，影响炉内压差；炉渣中高Al2O3将导致CaO等物质的绝对含量下降，减弱炉渣的脱硫能力。一般渣中Al2O3不宜高于20%。

5) 炉渣中适宜的碱度和适宜含量的MgO有助于改善因高 Al2O3造成的终渣流动性、脱硫能力变差等负面影响。可根据目前实际生产中的(%MgO/%Al2O3)比值控制高Al2O3生产时适宜的碱度在1.22左右、适宜的MgO含量在6%～10%。

Figure 8. Quarternary isothermal phase diagram of Al2O3-CaO-SiO2-MgO melts图8. Al2O3-CaO-SiO2-MgO四元渣系等温相图

Figure 9. Iso-viscosity contours of CaO-SiO2-MgO-Al2O3melts at 1500?C图9. 1500℃ CaO-SiO2-MgO-Al2O3四元等粘度相图

文章来源：《烧结球团》 网址: http://www.sjqtzz.cn/qikandaodu/2021/0314/429.html