含硼高爐鈦渣粘性特征與結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、高爐渣對(duì)高爐冶煉的順利進(jìn)行具有決定性的作用，尤其是對(duì)于釩鈦磁鐵礦高爐冶煉過(guò)程。含鈦高爐渣由于含有一定量的TiO2，導(dǎo)致?tīng)t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(shí)加入一定量的CaF2，大大改善了流動(dòng)性能，但是氟化物的加入，會(huì)腐蝕高爐爐襯和設(shè)備，氟的揮發(fā)和酸化又會(huì)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(shí)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(duì)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(dòng)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(wèn)題。
　　本論文以西南地區(qū)鋼鐵廠實(shí)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(jì)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(duì)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(dòng)特性與礦相組成的關(guān)系，建立了爐渣粘度的預(yù)測(cè)模型。研究結(jié)果對(duì)于加大高爐冶煉過(guò)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(shí)意義。
　　論文首先對(duì)無(wú)硼含鈦高爐渣的粘性特征進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)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(dòng)時(shí)，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(duì)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(shì)，尤其是低于轉(zhuǎn)折點(diǎn)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(diǎn)對(duì)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(shí)，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(shuō)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(shí)，溫度和CaO/SiO2比對(duì)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(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度越高。③當(dāng)渣中MgO在8.65%～11.62%范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，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(guò)9.64%后，增加的幅度迅速變緩。
　　通過(guò)對(duì)含硼鈦渣的粘性特征進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，并

6、與無(wú)硼鈦渣的性能進(jìn)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(shí)，高溫下(高于轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度)，無(wú)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(diǎn)溫度大大低于無(wú)硼高爐鈦渣。這說(shuō)明渣中增加B2O3含量可以有效降低爐渣的轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度，添加量越多，作用越明顯，對(duì)于渣鐵的順利分離、化學(xué)反應(yīng)動(dòng)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(shí)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(shí)，TiO2含量增加會(huì)增大爐渣的粘度，且越來(lái)越明顯，說(shuō)明越來(lái)越多的TiO2對(duì)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(shí)，隨B2O3含量的增加，粘度迅速降低，說(shuō)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(diǎn)溫度升高，且TiO2含量越高，提升的幅度越大。TiO2含量相同時(shí)，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(huì)使?fàn)t渣的粘度逐漸增大，且粘度曲線越來(lái)越密，說(shuō)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(lái)越低，有效地改善了爐渣的流動(dòng)性，尤其是對(duì)于低堿度的爐渣。④高爐釩鈦礦冶煉過(guò)程中添加適量B2O3替代CaF2，改善鈦渣的流動(dòng)性能完全可行，有利于延長(zhǎng)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(duì)爐渣結(jié)構(gòu)的影響，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)NBO/T參數(shù)的計(jì)算公式進(jìn)行了修正。結(jié)合對(duì)無(wú)硼鈦渣和含硼鈦渣的流

9、動(dòng)性和熔化性的測(cè)試分析，通過(guò) XRD、SEM等方法對(duì)這兩類鈦渣的礦物組成進(jìn)行了研究。①隨著B(niǎo)2O3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(wú)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(zhǎng)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(huì)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?yàn)榧尤氲腂2O3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(diǎn)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(jì)算模型，對(duì)含硼爐渣結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論分析。認(rèn)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(duì)爐渣進(jìn)行礦相分析得出的結(jié)論相符。此外，進(jìn)一步計(jì)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(shì)，但渣中TiO2含量同時(shí)增加時(shí)二者的降低

12、速度小于渣中堿度同時(shí)增大時(shí)引起的混合自由焓和自由能的變化速度，這說(shuō)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和阿累尼烏斯公式的基礎(chǔ)上，對(duì)粘度預(yù)測(cè)模型中參數(shù) A和B進(jìn)行了修正。通過(guò)比較本研究中粘度的實(shí)測(cè)值與計(jì)算值，效果尚可，但仍需進(jìn)一步優(yōu)化完善。
　　本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新性研究成果：
　?、龠M(jìn)行了含硼高爐鈦渣流動(dòng)性能和熔化性能研究，研究結(jié)果對(duì)于高爐進(jìn)行高配比釩鈦磁鐵礦