超高Al2O3含量高炉渣的黏度及脱硫行为.doc

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1、超高Al2O3含量高炉渣的黏度及脱硫行为杜长坤1，杨静2，赵贤哲3，石永敬1，尤静林4，高绪东1(1.重庆科技学院冶金系，重庆401331；2.北海诚德镍业有限公司，广西北海536000；3.重钢集团铁业有限责任公司，重庆402268；4.上海大学上海市钢铁冶金重点实验室，上海200072)摘要：基于诚德镍业450m3高炉冶炼的高Al2O3含量的红土烧结矿原料组成及炉渣特征，采用分析纯配置高Al2O3含量的高炉渣，并通过吊丝旋转黏度测定系统及高温拉曼光谱法研究ω(MgO)及ω(Al2O3)对炉渣黏度及脱硫的影响。结果表明，当炉渣二元碱度稳定在1.0

2、3时，调整ω(Al2O3)或ω(MgO)可以降低炉渣的黏度及改善脱硫效果。关键词：红土镍矿；炉渣；脱硫；黏度；拉曼光谱红土镍矿是一种含有NiO的高含水氧化物疏松黏土状矿石。据测算，红土镍矿中含有的镍资源占全球陆基探明镍资源总量的70%以上[1]。因此，未来一段时间，在不锈钢及其他镍合金冶炼的驱动下，国内外对红土镍矿的需求将会进一步加大。中国自2005年开始进行小高炉冶炼红土镍矿生产镍铁以来，取得一定的进展。红土镍矿的成分非常特殊，尤其是ω(Al2O3)(超过20%)及ω(MgO)(8%左右)较高，造成炉渣黏稠、渣量增加及脱硫效果差等一系列问题。根据

3、高炉冶炼普通生铁的经验，影响炉渣黏度及脱硫效果的主要因素是炉渣成分、二元碱度及温度。对于高炉冶炼红土镍矿而言，主要的炉渣成分为CaO、MgO、SiO2及Al2O3等4种组分。基于冶炼高ω(Al2O3)普通烧结矿的实际情况，一些文献报道了ω(Al2O3)及ω(MgO)对炉渣黏度及脱硫效果的影响，但这与小高炉冶炼红土镍烧结矿的冶炼条件相差甚远[2-5]。根据CaO-MgO-SiO2-Al2O3四元系等温熔化图，ω(Al2O3)<5%时，熔化温度受炉渣二元碱度的影响较大；当ω(Al2O3)>10%以后，炉渣的低熔化区有所扩大，炉渣的稳定性增加，熔化温度受

4、二元碱度的影响已非常有限。当ω(Al2O3)≥17%，炉渣的黏度会随着温度的降低而增加，同时熔化性温度有大幅度升高趋势，炉渣的稳定性明显变差[6]。杨福等人的研究表明，ω(MgO)/ω(Al2O3)的值对降低炉渣的熔化性温度及炉渣黏度有显著的影响[7]。为了解决高ω(Al2O3)炉渣黏稠的问题，王立芬等人通过添加MnO降低炉渣的黏度[8]。小高炉冶炼红土镍矿通过在原料中添加部分萤石作为正常炉料使用，在一定程度上缓解了炉身下部及炉缸堆积的问题[9-10]。本文根据诚德镍业公司冶炼低镍生铁的原料条件及冶炼条件，采用分析纯配置高Al2O3炉渣，对高氧化铝

5、炉渣的黏度及脱硫效果进行了研究。1试验装置与方法诚德镍业冶炼镍铁高炉容积为450m3。试验参考镍铁成分及高炉渣成分来自诚德镍业公司，如表1及表2所示。高Al2O3炉渣采用分析纯CaO、MgO、SiO2、Al2O3、MnO及TiO2配置，炉渣用量按照石墨坩埚容量进行配置。采用吊丝法旋转黏度测定系统测定炉渣的黏度，试验装置示意图见相关文献[8]。黏度测试方式为两种：恒温(1450±5)℃测试及变温测试，从1450℃下降到1380℃。脱硫试验设备采用硅钼炉及双层石墨坩埚，脱硫生铁试样采用高炉直接冶炼的低镍生铁及适量的FeS纯化学试剂配置。双层石墨坩埚上部

6、坩埚装低镍生铁，底部开有4个小孔，无堵塞物，下部装炉渣。硅钼炉炉温为(1450±5)℃，保温时间为90min。获得的炉渣及生铁试样采用碳硫仪分析硫含量。生铁的成分如表1所示，渣铁比为750kg/t，硫负荷为6.5kg，炉料中硫全部进入生铁和炉渣中。采用高温拉曼光谱技术在恒温和降温两种条件下对炉渣结构进行分析。2结果分析与讨论整个试验保持R2[ω(CaO)/ω(SiO2)]不变(1.03)，只考察ω(MgO)及ω(Al2O3)的变化。黏度测试在1450℃条件下保温60min后进行。第1组是稳定ω(Al2O3)、增加ω(MgO)，第2组是稳定ω(MgO

7、)、降低ω(Al2O3)，获得的两组试验结果如表3所示。第1组试验结果显示，ω(Al2O3)保持在23.1%，炉渣黏度在ω(MgO)增加到11%时，黏度最小(0.5069Pa·s)。第2组试验表明，ω(MgO)稳定在13%，ω(Al2O3)下降到21%时，黏度η达到最小值0.4652Pa·s。变温测试的结果如图1所示，ZGA004和ZGM001两者受温度的影响最大。除去受温度影响最大的ZGA004和ZGM001两个黏度-温度曲线外，当温度大于1350℃时，黏度与温度呈线性关系。高炉操作过程中，温度小范围的波动(尤其是冶炼红土镍矿)是存在的。而测得的

8、黏度-温度曲线表明，控制炉渣成分及炉渣温度是保证炉缸内炉渣充分流动的必要条件，而这也是多年来冶炼普通烧结矿的重要理论基础。