李秀兵，赵军

（唐山钢铁集团炼铁部，河北唐山063000）

唐钢3 200 m3高炉炉渣成分及性能分析

李秀兵，赵军

（唐山钢铁集团炼铁部，河北唐山063000）

近年唐钢3 200 m3高炉由于炉料结构发生变化，渣中Al2O3含量最高达16%，影响了炉渣性能，对生产的稳定带来了影响。通过检测炉渣的成分及性能，结合相图理论，分析了Al2O3、二元碱度及MgO含量对炉渣性能的影响，结果表明，二元碱度在1.15以下时，炉渣在较低温度下仍有较好的流动性；R2为1.2时，MgO含量应低于8.69%。唐钢高炉选择Al2O3含量约为15%、MgO含量为6%～9%、R2≯1.2的渣型较为适宜。

高炉炉渣；黏度；熔化性温度；Al2O3；二元碱度；MgO

1　前言

近年来唐钢4#3 200 m3高炉炉料结构不断发生变化，外矿比例逐渐增加到20%，入炉品位下降，渣量增加（渣铁比最高时接近380 kg/t），且非主流矿品种增加。这些非主流外矿的冶金性能较差，有些Al2O3含量较高，如塞拉利昂矿中的Al2O3含量达到7%，而烧结矿中Al2O3含量一般在2%。高铝外矿入炉后直接造成渣中Al2O3含量升高，最高时接近16%，影响了炉渣流动性和炉缸活跃程度，高炉出现下渣晚的情况，严重时出铁120 min后仍不见下渣，对高炉造渣制度及生产的稳定带来不利影响。为了适应这种情况，通过对近年来唐钢炉渣成分性能的检测分析，同时借鉴国内同行业在应对高铝渣方面的经验［1-2］并结合相图理论，分析了唐钢4#高炉炉况的炉渣成分及性能，找出了适宜的炉渣成分，以期对今后的高炉造渣制度进行指导。

2　高炉实际炉渣成分及性能

造渣制度兼顾了铁水质量和渣铁流动性两个方面，合理的热制度和造渣制度不仅使渣铁物理热充足和生铁的一级品率提高，而且确保了高炉渣铁有良好的流动性，有利于炉内操作。高炉炉渣黏度与熔化性温度均是炉渣的重要性能。黏度和熔化性温度适宜的炉渣具有良好的流动性，而且对稳定炉缸的热状态有重要意义。

高炉渣检测项目包括化学成分和物理性能。物理性能检测使用的设备主要是RTw一熔体物性综合测定仪。炉渣黏度的测量采用内柱体旋转法，其原理为：内柱体在熔体中插入一定深度，内柱体旋转时产生扭矩，测定后由传感器转变为电子信号，通过测定黏度的主控计算机直接读取熔体的黏度（Pa·s）。近几年高炉炉渣黏度、熔化性温度及对应的成分、碱度等测定结果见表1、表2。

表1　唐钢3 200 m3高炉近年来炉渣黏度、熔化温度及对应碱度

3　炉渣成分及性能分析

3.1Al2O3含量对炉渣性能的影响

根据冶炼条件的不同和对经济效益的考虑，由表2可以看出，唐钢4#高炉炉渣中Al2O3含量在14.58%～16%之间波动，属于典型的高Al2O3炉渣（＞13%）。

表2　对应炉渣成分及镁铝比

根据熔渣离子理论：炉渣黏度随着复合阴离子半径增大而增大，所以随着Al2O3含量增加，炉渣黏度和熔化性温度有所增加。我国高炉热风温度较低，大多数高炉热风温度只能达到1 150℃，原燃料成分有一定范围波动。另外炉容普遍较小，渣量较大。武钢、首钢等高炉在烧结矿配用部分澳矿粉（Al2O3含量较高）的条件下，选择了高Al2O3（＞13%）、高MgO（10%左右）和适中碱度（CaO/SiO2= 1.0～1.1）的渣型。

唐钢3 200 m3高炉根据目前的生产状况和炉料结构，参考其他企业改善高Al2O3炉渣性能的途径［3］，选择高Al2O3、较高碱度和适中MgO的渣型比较合理。由不同Al2O3含量时，CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣系［3］等黏度图可以看出：MgO含量为6%～9%、Al2O3含量约为15%时，碱度在≯1.2范围内有一个低黏度区。由表1可见，炉渣在此成分区间时熔化性温度低，可保证高炉的正常生产需要。

3.2二元碱度对炉渣性能的影响

由表1还可以看出不同二元碱度（R2）对炉渣黏度及熔化温度（Ts）的影响。随R2升高，其熔化性温度相应升高：R2=1.11时，Ts=1 347℃（序号2）；R2= 1.22时，Ts=1 368℃（序号6）。R2太高，渣中高熔点的2CaO·SiO2必然增加，使得炉渣在高碱度时，高温下黏度较小，但熔化性温度明显提高，炉渣稳定性降低。说明R2对炉渣性能影响较大，R2大时炉渣稳定性降低。

R2不超过1.15时，炉渣在较低温度下仍有较好的流动性，有利于高炉顺行。R2较高时（＞1.15），为了保证高炉稳定顺行，必须保证高炉炉缸的热量充沛，使炉渣温度在熔化性温度以上。

3.3MgO含量对炉渣性能的影响

从炉渣离子理论分析，MgO对炉渣黏度的影响与CaO一致。CaO、MgO都是碱性氧化物，属于破坏网状结构氧化物。当二元碱度一定时，Al2O3含量升高，形成复合阴离子Al2O32-和硅—铝—氧复合阴离子，则增加渣中的MgO比例，可以与SiO2、Al2O3、硅酸盐（如CaO，SiO2）形成一系列的低熔点复杂化合物。但渣中MgO的含量超过13%时，渣中会出现难熔的方镁石，形成高熔点的炉渣。

由于在目前原料结构条件下，唐钢3 200 m3高炉炉渣中Al2O3含量偏高，冶炼过程中需加入一定量的MgO来保证炉渣的流动性。在高炉正常生产过程中，终渣温度一般波动在1 450～1 520℃。在此温度下能保持液态的炉渣成分范围只能在1 500℃等温线所包围的范围内。由CaO—SiO2—Al2O3—MgO四元相图［3］可以明显看出：在1 500℃温度下，向渣中加入MgO，可以显著扩大液相区，缩小C2S及黄长石区。

对于成分相同的炉渣，随着液相区扩大，多相区缩小，显然都将使炉渣的熔化性能、流动性及稳定得到改善。但MgO的加入量有一个适宜值，当增加到15%时，1 500℃等温面的液相区反而缩小。实际生产中情况复杂，如由于硫化物及碱金属氧化物的作用，初渣的熔化温度比相图给出的数据低。

炉渣成分的变化会引起熔化性温度的变化，而炉渣的熔化性温度是表征炉渣能否顺利流动的温度，Ts与渣中MgO含量和二元碱度R2（CaO/SiO2）有以下近似关系［4］：

一般要求Ts低于炉缸实际温度，并有较大温差，以保证炉况波动时炉渣仍具有足够的流动能力。根据大量实践经验和实验室测定，认为Ts应不低于1 340℃，R2=1.05～1.25时，用（1）式计算的MgO最高允许含量如表3所示。

表3　Ts为1 340℃时不同R2允许的最大MgO含量

R2为1.10～1.15时，渣中最高允许的MgO含量为10.65%～12.61%，平均11.63%，从四元渣系相图同样可得出，当炉渣Al2O3为15%，R2≯1.15时，MgO含量为10%～12%时，炉渣的化学稳定性和热稳定性最佳。R2为1.2时，MgO含量应低于8.69%，能保证炉渣的熔化温度低于炉缸实际温度。

4　结论

4.1二元碱度在1.15以下时，炉渣在较低温度下仍有较好的流动性；R2较高时（＞1.15），为了保证炉渣稳定性，必须保证高炉炉缸的热量充沛，使炉渣温度在熔化性温度以上。

4.2MgO加入的主要作用是降低炉

渣黏度，改善流动性。在高炉配料调整二元碱度时，要结合三元碱度变化。结合唐钢实际，R2为1.2时，MgO含量应低于8.69%，能保证炉渣的熔化性温度低于炉缸实际温度。

4.3根据唐钢3 200 m3高炉的生产实际，炉渣成分在Al2O3含量约为15%、MgO含量为6%～9%时，在R2≯1.2的范围内有一个低黏度区，与高炉的生产指标较为对应。

［1］游锦洲，王希珍.柳钢高炉炉渣性能的研究［J］.炼铁，1998，17 （Z）：71-73.

［2］郑修悦.论高炉炉渣性能［J］.武钢技术，1992（2）：51-54.

［3］Dimitri Papanastassiou.高炉渣中Al2O3和MgO含量对渣特性的影响［J］.世界钢铁，2001（3）：20-24.

［4］黄希牯.钢铁冶金原理［M］.北京：冶金工业出版社，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）

试验研究

TF534.1

A

1004-4620（2016）03-0036-02

2016-04-01

李秀兵，男，1978年生，2005年毕业于河北理工大学钢铁冶金专业，硕士。现为唐钢炼铁部高炉车间工程师，从事高炉炼铁工艺技术及管理工作。