含硼高爐鈦渣粘性特征與結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、高爐渣對高爐冶煉的順利進行具有決定性的作用，尤其是對于釩鈦磁鐵礦高爐冶煉過程。含鈦高爐渣由于含有一定量的TiO2，導(dǎo)致爐渣的性能與普通爐渣相比，有明顯的變化，如爐渣粘度變大、穩(wěn)定性變差、脫硫性能變壞等等。為了有效改善含鈦高爐渣的性能，有效手段之一是調(diào)整爐渣的成分。攀鋼曾經(jīng)在冶煉高鈦渣時加入一定量的CaF2，大大改善了流動性能，但是氟化物的加入，會腐蝕高爐爐襯和設(shè)備，氟的揮發(fā)和酸化又會污染環(huán)境、危害人的身體健康，因此，在大力提倡綠色清潔冶

2、金的時代，尋找具有良好粘性特征的中、高鈦渣成分成為釩鈦磁鐵礦成功冶煉的關(guān)鍵之一。研究表明，B2O3在渣中具有顯著的助熔功效，可以作為氟的替代品，因此如何充分利用硼對中、高鈦爐渣的各種功能和作用，使其能夠有效改善爐渣的流動性能、滿足高爐生產(chǎn)的需要，成為冶金工作者關(guān)注的重要問題。
　　本論文以西南地區(qū)鋼鐵廠實際高爐渣為基礎(chǔ)，結(jié)合企業(yè)爐料結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，重點考察了含硼不同成分爐渣的粘度、熔化性溫度等特性和礦相結(jié)構(gòu)，在實驗研究含硼高爐鈦渣粘性特

3、征與礦物組成和利用熱力學(xué)計算模型理論分析爐渣結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，探討了硼、鈦等組分對高爐鈦渣性能和微結(jié)構(gòu)的影響，得到了不同成分下鈦渣的流動特性與礦相組成的關(guān)系，建立了爐渣粘度的預(yù)測模型。研究結(jié)果對于加大高爐冶煉過程中釩鈦礦配入比例，提高攀西地區(qū)釩鈦礦資源的有效利用、改善中、高鈦高爐渣的性能以及豐富釩鈦磁鐵礦理論具有一定的理論和現(xiàn)實意義。
　　論文首先對無硼含鈦高爐渣的粘性特征進行了實驗研究和理論分析。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①當(dāng)渣中TiO2在18

4、.65％～26.45%之間變動時，其粘度—溫度曲線均表現(xiàn)出“短渣”特性。高溫下 TiO2含量和溫度對渣的粘度影響不明顯。隨著溫度的降低，爐渣的粘度呈現(xiàn)快速增大趨勢，尤其是低于轉(zhuǎn)折點溫度后，粘度急劇增加，很快增到4.0Pa.s以上。且渣中TiO2含量越高，該渣樣轉(zhuǎn)折點對應(yīng)的溫度越高，粘度增加的越快。各渣樣的粘度與溫度之間的關(guān)系符合Arrhenius方程。②當(dāng)渣中CaO/SiO2比值在1.06～1.20之間變化時，粘度—溫度曲線也表現(xiàn)出“短

5、渣”特性。隨著渣中CaO/SiO2比的增加，粘度變化很小，說明高溫下鈦渣的粘度與爐渣堿度的關(guān)系不大。但是，當(dāng)溫度低于1360℃時，溫度和CaO/SiO2比對爐渣粘度的影響非常明顯。且渣中CaO/SiO2比值越高，該渣樣轉(zhuǎn)折點對應(yīng)的溫度越高。③當(dāng)渣中MgO在8.65%～11.62%范圍內(nèi)變動時，鈦渣的粘度和熔化性溫度隨MgO的含量增加而增大。但是含量超過9.64%后，增加的幅度迅速變緩。
　　通過對含硼鈦渣的粘性特征進行實驗研究，并

6、與無硼鈦渣的性能進行比較，發(fā)現(xiàn)：①含硼高鈦渣同樣具有短渣特性，渣中TiO2在23.48%～27.28%范圍內(nèi)，B2O3在1%～4%范圍內(nèi)變化時，高溫下(高于轉(zhuǎn)折點溫度)，無硼高爐鈦渣和含硼高爐鈦渣的粘度差別很小，但是在其他成分相同的情況下，含硼鈦渣的轉(zhuǎn)折點溫度大大低于無硼高爐鈦渣。這說明渣中增加B2O3含量可以有效降低爐渣的轉(zhuǎn)折點溫度，添加量越多，作用越明顯，對于渣鐵的順利分離、化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)條件的改善，高爐冶煉周期的縮短起到至關(guān)重要的

7、作用，為實現(xiàn)高爐穩(wěn)定、順行、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗奠定良好基礎(chǔ)。②當(dāng) B2O3含量較低時，TiO2含量增加會增大爐渣的粘度，且越來越明顯，說明越來越多的TiO2對爐渣性能的影響與B2O3的影響相比較，逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位；而當(dāng)TiO2含量較高時，隨B2O3含量的增加，粘度迅速降低，說明B2O3的助熔作用明顯。此外，隨TiO2含量的增加，爐渣的轉(zhuǎn)折點溫度升高，且TiO2含量越高，提升的幅度越大。TiO2含量相同時，渣中添加的B2O3越多，熔化性溫度

8、降低得越快。③堿度的增加會使?fàn)t渣的粘度逐漸增大，且粘度曲線越來越密，說明高堿度增大粘度的作用顯著，B2O3的加入，使?fàn)t渣粘度越來越低，有效地改善了爐渣的流動性，尤其是對于低堿度的爐渣。④高爐釩鈦礦冶煉過程中添加適量B2O3替代CaF2，改善鈦渣的流動性能完全可行，有利于延長高爐的壽命、改善外界環(huán)境。
　　利用NBO/T和Q參數(shù)分析了硼對爐渣結(jié)構(gòu)的影響，并根據(jù)實驗結(jié)果對NBO/T參數(shù)的計算公式進行了修正。結(jié)合對無硼鈦渣和含硼鈦渣的流

9、動性和熔化性的測試分析，通過 XRD、SEM等方法對這兩類鈦渣的礦物組成進行了研究。①隨著B2O3含量的增加，熔渣結(jié)構(gòu)單元的類別和數(shù)量發(fā)生變化，網(wǎng)絡(luò)化程度降低，從而粘度減小。②無硼高爐鈦渣析出的主要是CaO·SiO2·TiO2或CaO·TiO2等礦相，低鈦渣以黃長石類礦物為主，中、高鈦渣以鈣鈦礦類礦物居多。而含硼高爐鈦渣析出的礦相中會含有一定量的CaO·B2O3，MgO·B2O3等硼酸鹽礦相，使鈣鈦礦的析出數(shù)量減少，且 B2O3添加量越

10、多，效果越明顯。本研究中因為加入的B2O3數(shù)量較少，所以生成的含硼礦相不多。③生成的鈣鈦礦等高熔點礦物的數(shù)量越多，爐渣的粘度和熔化性溫度越高。渣中B2O3含量的增多，析晶率降低，鈣鈦礦等礦物數(shù)量減少，因而爐渣的粘度和熔化性溫度降低。添加的數(shù)量的越多，作用越顯著。
　　在分子-離子共存理論的基礎(chǔ)上建立了CaO-SiO2-TiO2-Al2O3-MgO-B2O3六元渣系的熱力學(xué)計算模型，對含硼爐渣結(jié)構(gòu)進行了理論分析。認為：在此六元渣系中

11、，CaO和SiO2主要可能形式存在是Ca2SiO4，MgO的主要可能存在形式為CaMgSiO4，CaO和TiO2主要可能形式存在是CaTiO3、Ca3Ti2O7，而CaO和B2O3主要可能形式存在為Ca2B2O5和Ca3B2O6。這與對爐渣進行礦相分析得出的結(jié)論相符。此外，進一步計算了熔渣混合自由焓和自由能隨渣系組成的變化規(guī)律，隨著渣中B2O3組分含量的增大，熔渣的混合自由焓和自由能同樣呈降低趨勢，但渣中TiO2含量同時增加時二者的降低

12、速度小于渣中堿度同時增大時引起的混合自由焓和自由能的變化速度，這說明渣中 CaO、B2O3組分增多后，更容易發(fā)生反應(yīng)，生成更多的硼酸鈣等鹽類。
　　在本研究的實驗數(shù)據(jù)和阿累尼烏斯公式的基礎(chǔ)上，對粘度預(yù)測模型中參數(shù) A和B進行了修正。通過比較本研究中粘度的實測值與計算值，效果尚可，但仍需進一步優(yōu)化完善。
　　本論文的主要創(chuàng)新性研究成果：
　　①進行了含硼高爐鈦渣流動性能和熔化性能研究，研究結(jié)果對于高爐進行高配比釩鈦磁鐵礦