高炉渣化学成分对高炉渣其微观结构影响研究现状

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1、高炉渣的化学成分对高炉渣其微观结构影响的研究现状严照照收稿日期：2017-07-18，改回日期：2017-08-14基金项目：河北省钢铁联合基金资助项目（E2015209073）；华北理工大学杰出青年基金资助项目（JP201508）作者简介：严照照(1991-)，男，山西侯马人，硕士生，从事炼铁理论与工艺研究，(E-mail)1029837374@qq.com通讯作者：张淑会(1976-)，女，河北定州人，博士，教授，从事炼铁及资源综合利用的研究，(E-mail)zhangshuhui@ncst.edu.cn，张淑会，董晓旭，吕庆，刘小杰，郄亚娜（华

2、北理工大学冶金与能源学院，河北唐山063009）摘要：高炉渣的化学成分对其微观结构具有重要影响，改变高炉渣的化学成分，高炉渣的微观结构也发生改变。本文综述了碱度、、MgO/Al2O3比值及MgO、Al2O3和MgO/Al2O3等化学成分对高炉渣微观结构的影响，高炉渣主要为硅氧四面体相互连接成的网络结构，Ca2+、和Na+等离子进入到炉渣网络结构中破坏了硅酸盐网络结构，促使硅酸盐中简单结构单元增多；Al3+、Ti4+和B3+等离子在不同环境中对高炉渣微观结构起到不同作用，既可以使炉渣网络结构复杂化，也可以使炉渣网络结构转变为较小的结构单元。并指出了关于

3、化学成分对中钛渣微观结构影响是中钛渣的研究重点。关键词：高炉渣；微观结构；硅酸盐；中钛渣doi:10.3969/j.issn.1000-6532.2019.01.00x中图分类号：TD988;TF524文献标志识码：A文章编号：1000-6532（2019）01-00钢铁工业在我国工业中占有重要地位，特别是在近几年来，我国钢铁工业迅猛发展，设备大型化、智能化炼钢厂，成为世界上粗钢产量最大的国家。在迅速发展的同时，钢铁工业产生的二次固体废弃物资源越来越多，特别是高炉渣和转炉渣。与国外相比，我国炉渣的利用率比较低[1]。高炉渣主要成分为CaO-SiO2-

4、MgO-Al2O3（普通高炉渣）和CaO-SiO2-MgO-Al2O3-TiO2（含钛高炉渣），转炉渣主要成分为CaO-SiO2-MgO-Al2O3-FeO。国内普通高炉渣主要用在水泥掺和料，以及、水泥、矿渣棉、陶瓷、玻璃制造中等[2,3]，而含钛高炉渣和转炉渣因其细磨处理困难等原因目前难以实现大规模利用[4]。炉渣属于多组元硅酸盐混合物，其微观结构决定了炉渣的活性、可磨性等物理化学性质。通过研究炉渣的微观结构，不仅可以了解其在熔融状态下的性能，便于实现冶炼操作，亦可以对其进行高温改质等处理手段来改善炉渣的微观结构，从而对其宏观性质加以调控，便于实现

5、炉渣资源的高附加值资源化利用。1高炉渣微观结构的主要研究方法及高炉渣的结构组成其研究现状研究高炉渣微观结构是了解其冶金性能的重要部分，也是改善高炉渣冶金性能的主要手段。目前，研究高炉渣微观结构的方法主要有拉曼光谱（Raman）分析、红外光谱FTIR分析（FTIR）、核磁共振分析（NMR）等测试分析技术，同时与炉渣样品的扫描电镜分析（SED和EDS）和X射线衍射分析（XRD）等技术相结合还可以得到炉渣的矿物组成和微观形貌，从而对炉渣微观结构更好的的认识更为清晰。高炉渣属于硅酸盐体系，在硅酸盐熔体中，模式理论[5]认为硅酸盐体系主要以硅氧四面体[SiO4

6、]通过聚合作用相互连接成网络结构。硅酸盐网络结构中的氧根据其在网络结构中不同的位置可以分成三种，分别为桥氧、非桥氧和自由氧[6,7]，其中桥氧对硅酸盐网络结构的连接起到了决定性作用，桥氧将网络结构中的四面体结构单元相互连接起来[8]，根据结构单元连接中桥氧数不同，可将结构单元划分为结构单元分为单体SiO44-(Q0)、二聚体Si2O76-（Q1）、链状Si2O64-(Q2)、层状Si2O52-(Q3)和网络状SiO2(Q4)[9]。同时可用每个单位非桥氧数表示硅酸盐网络结构的聚合度，用NBO/T表示[6,10]。通过改变高炉渣的化学成分变化，高炉渣的

7、网络结构也会发生改变。2高炉渣的化学成分对高炉渣其微观结构的影响2.1碱度对高炉渣微观结构的影响适宜的碱度对高炉冶炼过程起到了至关重要的作用。碱度过高，导致渣中的高熔点化合物增多，高炉渣的流动性变差，渣铁不易分离；碱度过低，使高炉渣脱硫能力降低，同时高炉渣易于侵蚀炉衬。因此有必要研究碱度对高炉渣结构的影响以确定适当的碱度。郝金龙[11]通过采用红外拉曼光谱研究了碱度对高炉渣微观结构的影响（红外光谱图如图1图所示），研究发现随着渣中的碱度的增大，炉渣中桥氧的总数量减少，Si-O中Q0、Q1含量增多，Q2、Q3含量减少，但是在炉渣中占据主导地位的还是Si

8、-O-Si与Al-O-Si结构，表明在渣中增加CaO含量增加，使炉渣中自由氧离子增多，自由氧离子与炉渣中的桥