铝酸钙炉渣冶金性能研究进展.pdf

2盖 山 西 冶 金 S H A N X I M E T A L L U R G Y T o ta l 1 4 3 N o ．3 ， 2 0 1 3 文章编号 1 6 7 2 1 1 5 2 2 0 1 3 0 3 - 0 0 0 1 0 3 铝酸钙炉渣冶金性能研究进展 梁计育 t ， 陈小红 z 1 ． 天津市大港油田天然气公司， 天津3 0 0 2 8 0 ； 2 ． 天津茂联科技有限公司， 天津3 0 0 4 0 0 摘要 简单介绍了炉渣在冶炼过程中的作用与重要性。 分别对四元、 五元、 六元及六元以上铝酸钙炉渣冶金性 能的研究现状归纳和总结。并提 出了应加强对高碱度、 高元铝酸钙炉渣冶金性能的研究。 关键词 赤泥铝酸钙炉渣COR E X工 艺 冶金性 能 中图分类号 T F 5 3 4 ． 3 文献标识码 A 收稿日期 2 0 1 3 0 3 0 4 平果拜耳法赤泥因含大量的铁和稀有金属而具 有非常高的综合利用价值 。目前， 国内外关于赤泥 的综合利用的研究有很多 2 ,3 ,4 ] ， 而应用熔融还原炼铁 技术 C O R E X工艺处理平果赤泥，是有充分相关实 践依据白 勺 [ 。通过 C O R E X工艺还原熔炼回收铁， 还 原得到的铝钙熔渣湿磨溶出回收铝、 钠， 同时稀有金 属在浸出渣中得到富集， 以便进一步回收， 从而使这 三大冶金过程有机衔接在一起。 而在这三大冶金过程 中， 通过 C O R E X工艺采用铝酸钙炉渣正常冶炼并获 得合格生铁及化学成分上适合于氧化铝浸出的铝酸 钙炉渣是该工艺的关键环节之一。因此 ， 对铝酸钙炉 渣渣系的冶金性能进行研究具有十分重要的意义 。 冶金炉渣是火法冶金 中形成的以氧化物为主要 成分的多组分熔体， 它是金属提炼和精炼过程中， 除 金属熔体以外的另一产 6 ] 。炉渣的主要作用是使 矿石和熔剂中的脉石和燃料中的灰分集中，并在高 温下与主要的冶炼产物金属、 锍等分离 。俗话说 “ 炼钢在于炼渣 ， 好渣之下出好钢” ， 生动说明了炉渣 在冶炼过程中起着非常重要的作用。通过控制炉渣 的化学成分、 温度及其所具有的物理化学性质， 如适 当的融化温度、 较低的黏度和密度等， 从而达到保证 冶炼操作顺利进行的目的。 铝酸钙炉渣 的主要 成分是 C a O， A 1 2 0 ， ， S i O ， 而 关于与 C a O A 1 O 一 S i O 三元渣系相关的研究已经很 系统全面 ， 因此主要对 四元 、 五元 、 六元及六元 以上 的铝酸钙炉渣渣系进行概括总结，为下一步工作做 准备。 作者简介 梁计育 1 9 8 3 一 ， 男 ， 天津市大港油田天然气 公司， 工程师。T e 1 0 2 2 - 2 5 9 7 2 6 0 4 ， E - m a i l l i a n g j i y u 2 0 0 4 1 6 3 ． 1 四元铝酸钙炉渣渣系冶金性能 关 于 四 元 铝 酸 钙 渣 系 的 研 究 大 都 在 C a O A 1 2 0 3一 S i O 2 的基础上分别加入 M g O ， T i O 2 ， C a F 2 等组元成分。 夏俊飞等 8 ] 建立了熔渣熔化温度与熔渣碱度， Mg O含量和 A1 0 ， 含量的关系式 ，发现随着 C a O含 量的增加， 熔化温度降低，熔化温度和熔化热焓增 大； 随着 S i 0 含量的增加， 熔渣熔化温度升高， 熔化 区间增大。J a - Y o n g C H O I 等 9 ] 指出， 在高 A 1 2 0 ， 1 3 ％ ， 低 w M g O 4 ％～ 7 ％ 渣型， 入炉矿品位高， 碱 度 m C a O I m S i O 为 1 ．- 1 ． 3的 条 件 下 ， 当 W A 1 2 0 ， 超过 1 3 ％时 ， 炉渣黏度 随着 A 1 2 0 ， 增加 而降低， 直到 w A 1 2 0 达到约 1 5 ％左右， 炉渣黏度才 达到一个最低值。 郭兴忠等 加 J 系统地研究了 C a O A 1 0 ， 一 S i O 一 T iO 四元 中钛型炉渣 T i 0 5 ％～1 5 ％ 的冶金性能 ， 研究表明 随 T i O 的增加 ， 黏度增大 ， 熔化性温度 降低 ， 炉渣脱硫能力降低 ； 随着碱度的升高， 黏度降 低， 熔化性温度升高， 炉渣脱硫能力增强； M g o对黏 度的影 响不大 。随 Mg O 的增加 ， 熔化性温度升 高， 炉渣脱硫能力降低。 豆志河 “ ] 通过计算 C a O A 1 0 ， 一 C a F z - S i O 2 渣 系的的黏流活化能发现随着 c a F 2 含量的增加 以及 A 1 0 ， 含量的减少， 熔渣的黏度降低。 龙防等 2 ]通过调 整富 A 1 0 炉渣中的碱度与M g O含量以及添加少量 C a F 等措施， 从而保证高炉生产合适的炉渣黏度。 2 五元铝酸钙炉渣渣系冶金性能 李瑾等 3 ] 利用正交试验对 C a O A 1 2 0 3 - _ S i O rM 一 c a F 2 渣的熔点进行研究，最终得到各组分的最佳含 量为 R 2 7 ， w A 1 2 0 3 2 5 ％， w Mg O 7 ％， C a F 2 6 ％。 豆志河等 4 ]对 C a F 2 - C a O A 1 2 0 3 一 M g O S i O 五元精炼 山西冶金 E ma i l v e i i n s x 1 2 6 ．c o rn 第 3 6 卷 渣 系性能研究则认为 当 m C a O ／ m A 1 0 3 一定 时 ， 随着 C a F 2 含量增加 ， S i O 含量减少 ，精炼渣的黏度 减小， 电导率增大。 黄润等 -s ] 以水钢低钛渣 T i O 5 ％ 为原料 进行试验发现， 黏度与碱度成正比， w T iO 在 3 ％ ～ 4 ％ 范围内时， 能炉渣的黏度和溶化性温度降低， T i O 含 量 过高 则会增 大 炉渣 的黏度 和熔 化性 温度 。 A m i ta b h S h a n k a r 等 胡 对 C a O S i O 2 - M g O A 1 2 O 3一 T i O 2 渣系的黏度研究表明， 当碱度在 O ． 4 6 ～ 0 ． 8之间时 ， 黏 度与碱度成反 比； 碱度固定为 0 ． 8 ， 增加 T i 0 或者 减少 w S i O 都将减小炉渣的黏度。 祝贞学等 “ ] 在 C a O S i O 2 - A 1 2 O 3 一 C a F 渣 系 中加 入 B a O替代等量的 C a O或加入 B 2 0 替代等量的 C a F ，通过试验发现，加入 B a O能提高炉渣的脱硫 率； Jm人 B 20 ， 虽对脱硫性能无明显影响， 但 B 2 0 能 作为助溶剂加入到炉渣中， 从而减小 c a F 2 对炉衬的 腐蚀和对环境的污染。 3 六元铝酸钙炉渣渣 系冶金性能 刘承军等 18 ]采用二次回归正交设计 ， 分别研究 了黏度、 结晶温度、 黏性活化能与碱度、 N a O含量 、 C a F 2 含量 、 A l 2 0 含量 、 Mg o含量之间的关系， 并得到相应 的回归方程，利用回归方程为设计开发连铸保护渣 提供了理论依据。 研究还发现， 随着碱度、 N a O含量、 C a F 2 含量、 Mg O含量 的增加 ， 炉渣的黏度减小 ， 黏性 活化能与黏度有相似的变化规律， 并且 M g O在减小 黏度的同时能降低结晶温度。 G A O Y a n h o n g等 对 C a O S i O 2 - B a O C a F 2 - A 1 2 0 一 M g O精炼渣的脱硫性能进行研究后发现， 碱 度和 C a F 能明显增加炉渣脱硫效率， A 1 O ， 对脱硫 则有负面的影响， B a O由于其影响的复杂性， 最优含 量在 6 ％～ 1 0 ％之间。 王成立等 加 ] 对含有碱金属氧化物 、 T i O 的广钢 高炉渣黏度、 熔化性温度和脱硫能力进行了试验研究， 结果表明 含碱金属炉渣的黏度、 熔化性温度比不含 碱金属炉渣的低； 当碱金属氧化物的含量小于 0 ．9 ％， 尺 控制在 0 ． 9 6 ～ 1 ． 0 6之间， W A 1 O ， 1 4 ％， w Mg O 控制在 1 2 ％ 1 5 ％之间时 ，炉渣具有较好的黏度 、 熔 化性温度和脱硫性能。 4 六元以上铝酸钙炉渣渣系冶金性能 对于六元 以上的铝酸钙炉渣渣系 ，由于渣系的 复杂性， 对于其冶金性能的研究较少。 郝占全等 针对含钛不锈钢连铸过程结晶器液 渣层 中 T i O 含量明显增加的问题 ， 研究 了 T i O 对不 同碱度保护渣的结晶温度、 熔化温度、 黏度和凝固温 度的影响。结果表明 T i O 的4 ．5 ％使碱度为 0 ．8 5 炉渣的结晶温度降低 ， 继续增加 T i O 含量， 结晶温 度不再变化 ； 碱度为 1时， 随 T i O 含量增加 ， 结 晶温 度先降低后升高, w T i O 8 ％ 时， 结晶温度最低； w T i O 0 在 0 ～ 1 2 ％ 范围增加时， 提高了保护渣的熔化温度， 降 低 了保护渣的黏度和凝 固温度 。 B o S o n g等 2 2 ] 研究含 M n 、 P炉渣 的热力学行为 后发现， M n 在炉渣与铁液间分配比例 № 随着 F e 0 含量的增加、 碱度的降低而增大； P在炉渣与铁液间 分配 比例 随着 F e O含量、 碱度 的增加而增大 ； A l 0 ， 的存在能明显增大￡ № ， 。 张盟等 矧 基于离子和分子共存理论 I M C T 结 合 C a O S i 0 2 - Mg O F e O F e 2 O 3 一 Mn O A 1 2 O 3 一 P 2 0 5 炼钢 渣系结构单元或离子对的质量作用浓度模型，建立 了顶底复吹转炉炼钢炉渣和钢液间的磷分配比热力 学模型 ； 炉渣中的 C a O F e O的综合作用控制着炼钢 过程中的脱磷反应 ，其主要产物是 3 C a O P 20 和 4Ca O P2 O5 。 5 结语 随着时代的进步和技术的发展， 对炉渣的要求也 越来越高。 因此， 在前人的基础上 ， 应当结合实际生产 和理论研究 ， 对铝酸钙炉渣的冶金性能进行深入、 系 统全面的研究， 从而找到适合冶炼的合理渣型， 为熔 融还原炼铁技术 C O R E X工艺处理平果赤泥提供理 论指导。 参考文献 [ 1 ] 曾德启． 平果铝矿伴生组分的综合利用前景[ J ] ． 轻金属 ， 2 0 0 0 8 7 1 0 ． [ 2 ] 尹中林． 从平果铝矿的拜耳法赤泥中提取氧化钪的初步试验研 究 [ J ] ． 铝镁通讯， 1 9 9 5 3 1 6 2 3 ． [ 3 ] 梅贤公， 袁明亮． 高铁拜耳法赤泥煤基直接还原工艺的研究[ J ] ． 有色金属 冶炼部分 ， 1 9 9 6 2 2 7 3 0 ． [ 4 ] 李朝祥． 从平果铝赤泥中回收铁半工业试验取得成功[ J ] ． 矿冶 工程， 2 0 0 0 1 5 2 ． I s ] 徐国群． C O R E X技术的最新进展与发展前景[ J ] ．炼铁， 2 0 0 4 2 5 O 一 5 5 ． [ 6 ] 黄希祜．钢铁冶金原理[ M] ．北京 冶金工业出版社， 2 0 0 8 1 3 5 ． [ 7 ] 傅崇说．有 色冶金原理[ M] ．北京 冶金工业出版社 ， 1 9 9 3 1 ． [ 8 ] 夏俊飞， 许继芳， 刘恭源， 等．C a O和S i O 含量对 C a O A 1 O ，一 S i O 2 - Mg O熔渣熔化性能的研究 [ J ] ． 过程工程学报 ， 2 0 1 0 1 0 7 8 8 2 ． [ 9 ] J a Y o n g C H O I ， H a e G e o n L E E ， J e o n g - S i k K I M， e t a 1 ．D is s o l u t i o n R a t e o f A 1 2 O in t 0 M 0 I t e n C a O A I 20 3 一 S i O 2 S l a g s [ J ] ． I S I J 2 0 1 3年第 3期 梁计育， 等 铝酸钙炉渣冶金性能研究进展 3 I n t e rna t io n a l ， 2 0 0 0 ， 4 2 8 8 5 2 8 5 6 ． [ 1 0 ] 郭兴忠， 文广远 ， 张丙怀， 等． 中钛型高炉渣冶金性能的研究 [ J ] ． 四川金属， 2 0 0 0 3 1 8 2 2 ． [ 1 1 ] 豆志河， 姚建明， 张廷安， 等． C a O - A 1 2 0 3 - C a F 2 - S i O 渣系的黏度 [ J ] ． 东北大学学报， 2 o o 8 7 1 0 0 0 - 1 0 0 3 ． [ I 2 ] 龙防 ， 周 国凡． 富 A l 2 0 3 高炉炉渣粘度实验研究[ J ] ． 河南冶 金， 2 0 0 6 ， 1 4 1 1 1 - 1 3 ． [ 1 3 ] 李瑾 ， 刘锦霞， 张艳艳 ， 等． C a O A 1 2 0 一 S i 0 2 - M g O C a F 2 渣系熔 化温度的研究E G 3 ． 第十三届 2 0 0 9 年 冶金反应工程学会议论 文集 ， 2 0 0 9 6 0 0 6 O 4 ． [ 1 4 ] 豆志河， 张廷安， 姚建明， 等．C a F r - C a O A 1 O 3- M g O S i O 系精 炼渣性能研究[ J ] ．过程工程学报， 2 0 0 9 ， 9 1 1 3 2 1 3 5 ． [ 1 5 ] 黄润， 张金柱， 施丽丽， 等．碱度和 T i O 含量对水钢高炉炉渣流 动性的影响[ G ] ．第七届 2 0 0 9 年 中国钢铁年会论文集， 2 0 0 9 2 8 9 - 2 9 3 ． [ 1 6 J S h a n k a r A， G o e n e r u o M， L a h i r i A K，e t a 1 ．E x p e r i m e n t a l I n v e s ti g a ti o n o f t h e Vi s c o s i t i e s i n Ca O- S i O2 - Mg O- A| 2 03 a nd C a O S i O z - - M g O A 1 2 0 3 一 T i O 2 S l a g s [ J ] ． M e t a ll u r g i c al and M a t e ri a l s Tr an s a c t i o n s ， 2 0 0 7， 3 8 B 91 1 ． [ 1 7 ] 祝贞学， 李桂荣， 王宏明， 等． B a O， B O ， 对 C a O 基精炼渣熔化性 能及 脱 硫 能 力 的 影 响 [ J ] ． 北 京 科 技 大 学 学 报 ， 2 0 0 6 8 [ 1 8 ] [ 1 9 ] [ 2 0 ] [ 2 1 ] [ 2 2 ] [ 2 3 ] 7 2 5 - 72 7． 刘承军， 朱英雄， 姜茂发， 等．C a O S i O z - ．N a 2 0 - C a F 2 - - A 1 2 O y - M g O 保护渣系的 A l 2 吸收速率与黏度[ J ] ． 炼钢， 2 0 0 1 ， 1 7 3 4 2 - 4 6． GAO Ya n h o n g， BI AN L i n g t a o． De s u l f u r i z a ti o n Ch a r a c t e ris t i c s o f C a O - S i O 2 - B a O - C a F r A I 2 0 3 - M g O R e fi n in g S l a g [ J ] ．J ． I r o n a n d S t e e l R e s ． ， I n t ， 2 0 0 5 ， 1 2 5 1 - 2； 2 0 ． 王成立， 吕庆， 顾林娜 ， 等．高炉含碱金属氧化物炉渣性能的试 验研究[ J ] ． 东北大学学报， 2 0 0 6 ， 2 7 1 4 5 4 8 ． 郝占全， 陈伟庆， C a r s t e n L i p p o l d ， 等． 氧化钛对含钛不锈钢连铸 保护渣性能的影响[ J ] ．过程工程学报， 2 0 0 9 ， 9 3 5 1 4 5 1 9 ． Bo S o n g， S e o n -Hy o Ki m， J i n g h o ng Man ， e t a 1 ． Th e r mo dy n a mi c Be h a v i o r o f Mang a ne s e and P h osp s o ms Be t ween Li q u i d I r o n an d C a O - M g O - S i O 2 - A I 2 0 3 - F e t O - M n O - P 2 0 5 S l a g s [ J ] ．J O U R N A L O F UNI VERS I TY OF S CI E NC E AND T EC HNOLOGY BE I J I NG。 2 0 0 1 ， 8 3 1 7 1 1 7 6 ． 张盟 ， 段建 平 ， 张永亮 ， 等 ． 顶底复 吹转 炉炼钢过 程 中 C a O S i O 2 - Mg O F e O F e 2 0 3 一 M n O A 1 2 0 rP 2 渣系与钢液间的 磷分配比热力学模型[ G ] ． 第十五届 2 0 1 1 年 冶金反应工程学 会议论 文集 。 2 0 1 1 6 6 3 6 7 2 ． 编辑 苗运平 Ad v a n c e o f M e t a l l u r g y Pr o p e r t i e s Re s e a r c h o f Ca l c i u m Al u mi n a t e S l a g LI ANG J i y u ，CHEN Xi a o h o n g 1 ． T i a n j i n D a g a n g O i l N a t u r a l G a s C o ． ，T i 肌j i n 3 0 0 2 8 0 ，C h i n a ； 2 ． T i a n j i n M a o l i a n T e c h n o l o g y C o ． ， L t d ． ，T i a n j i n 3 0 0 4 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t T h i s a r t i c l e b r i e fl y d i s c u s s e s t h e r o l e a n d i mp o r t a n c e o f t h e s l a g i n t h e s me l t i n g p r o c e s s ． An d s u mma r i z e d t h e r e s e a r c h o f t h e f o u r ， fi v e ， s i x an d mo r e t h an s i x y u a n me t all u r g i c al p r o p e r t i e s o f c alc i u m a l u mi n a t e s l a g ．F i n a l l y ，t h e h i g h alk ali n i t y ，t h e h i g h e l e me n t c alc i u m alu mi n a t e s l ag m e t all u r gic a l p r o p e rt i e s s h o u l d b e s t r e n g t h e n e d i n t h e f u t u r e ． Ke y wo r ds r e d mu d，c a l c i um alu mi n a t e s l a g，COREX pr o c e s s ，me t a l l u r g c a l p r o p e r t y