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摘 要：韶鋼高爐使用的原料中Al2O3含量偏高，理論入爐量高達17%以上，長期高于16%，導(dǎo)致高爐渣性能波動大，影響高爐順行。通過對韶鋼高爐爐渣粘度和熔化性溫度進行試驗，分析韶鋼高爐爐渣的物理特征；并對在不同Al2O3配比下，高爐渣合適的堿度、MgO含量以及溫度控制進行相關(guān)的試驗研究，將試驗數(shù)據(jù)與國內(nèi)外典型高爐爐渣成分進行對比分析，提出韶鋼高爐的合理造渣制度，為鐵前配礦、高爐爐渣調(diào)節(jié)提供技術(shù)支撐，確保高爐順行高產(chǎn)。
關(guān)鍵詞：高爐；爐渣；粘度；流動性
引言
降低高爐壓差是高爐強化冶煉的基礎(chǔ)，良好的造渣制度能降低高爐壓差。寶武集團中南鋼鐵廣東韶鋼松山股份有限公司高爐近兩年來生產(chǎn)指標優(yōu)化難，焦比高，煤比上不去，造渣制度缺少一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。通過對爐渣各種理化性能及成分進行試驗研究，在實驗條件下尋找高爐爐渣合理成分配比，選擇最有利于高爐的造渣制度，尋找合適配礦、造渣途徑，為降低高爐壓差提供平臺，為提煤降焦，減少爐況波動次數(shù)，實現(xiàn)高爐強化冶煉，降低冶煉成本創(chuàng)造條件。 通過粘度和熔化性溫度檢測，分析韶鋼６號高爐爐渣特征，在不同Al2O3百分含量下，對高爐渣的堿度、MgO含量以及溫度控制進行相關(guān)的實驗，同時通過與國內(nèi)外典型高爐爐渣成分對比，提出現(xiàn)階段韶鋼高爐的合理造渣制度，為鐵前配礦、高爐生產(chǎn)提供技術(shù)支持。 通過合適的造渣制度降低高爐壓差是提高負荷、煤比及強化冶煉、降低生產(chǎn)成本的重要措施。在高爐強化冶煉中，隨著負荷提高，出現(xiàn)風壓波動大，壓差高，渣皮穩(wěn)定性差等問題，影響高爐穩(wěn)定順行。本項目針對高爐造渣實際情況和存在問題，采用實驗研究與實際生產(chǎn)相結(jié)合的方法，促進高爐造渣合理化。預(yù)期項目完成后，合理造渣制度可選擇合適配礦方式，提高爐渣流動性與脫硫降堿能力，熔化穩(wěn)定，縮窄軟熔區(qū)間，降低高爐壓差，提高高爐負荷和煤比。 1 研究的設(shè)備及方法
1.1 爐渣粘度實驗設(shè)備
采用RTW-10型冶金熔體物性綜合測定儀進行爐渣粘度測定。高溫爐為Φ55mm二硅化鉬電阻爐，PID程序控制，可根據(jù)需要提供多段程控升溫及降溫控制，參數(shù)任意給定，控溫精確度高，最高溫度可達1700℃，長期工作最高溫度1600℃。 爐渣粘度的測定從1500℃開始，測定時的降溫速度由計算機自動控制為2℃/min，得出爐渣粘度(η)-溫度(t) 曲線，根據(jù)試驗所得爐渣的粘度(η)-溫度(t) 曲線，將η－ｔ 曲線圖中與橫坐標成135°的斜線相切點的溫度定義為熔化性溫度（Ts），曲線拐點不明顯的爐渣則將爐渣粘度為2Ps·s的溫度定義為爐渣的熔化性溫度（Ts）。爐渣粘度的測定結(jié)果分別以 η1380℃、η1400℃、η1420℃、η1440℃、η1460℃、η1480℃、η1500℃、η1600℃表示，爐渣熔化性溫度用Ts表示。 1.2 爐渣熔化性溫度實驗方法
在試驗室條件下對爐渣的成分、軟熔性能、降堿脫硫能力進行研究分析，選擇合理配礦方式，結(jié)合實際對爐渣各項冶金性能進行研究。高爐爐渣的熔化性溫度是爐渣重要物理性能之一。爐渣的熔化性溫度，是爐渣粘度和溫度變化曲線中的轉(zhuǎn)折點，熔化性溫度高表示難熔，反之則易 熔。熔化性溫度和粘度適宜的爐渣具有良好的流動性，而且對穩(wěn)定爐缸的熱狀態(tài)具有很大意義。 在規(guī)定條件下加熱爐渣試樣時，隨著溫度的升高，爐渣試樣從局部熔融到全部熔融，并伴隨產(chǎn)生一定的物理狀態(tài)：變形、軟化、流動。因此用這3個物理狀態(tài)相對應(yīng)的溫度來表征爐渣熔化性能的好壞。 變形溫度T1為錐體尖端開始變圓或彎曲時的溫度；軟化溫度T2為錐體彎曲至錐尖觸及托板，灰錐開始變成球形的溫度；流動溫度T3為錐體熔化成液體或展開成高度在1.5mm以下薄層時的溫度。 將爐渣制成一定尺寸的三角錐，在一定的氣氛介質(zhì)中，以一定的升溫速度加熱，觀察錐體在受熱過程中的形態(tài)變化，觀察記錄變形溫度（T1）、軟化溫度（T2）和流動溫度（T3）3個特征熔融溫度。待全部錐體到達流動溫度或爐溫升至1500℃時結(jié)束試驗。 1.3 韶鋼爐渣高溫熔化特性實驗
韶鋼爐渣高溫熔化特性的實驗見圖1。 
2 實驗數(shù)據(jù)及分析
2.1 生產(chǎn)渣粘度測試數(shù)據(jù)與分析
2017年2~10月，共收集韶鋼6號高爐50多批次爐渣，從中挑選有代表性的5爐次爐渣進行高溫熔化特性檢測，爐渣化學(xué)成分見表1，各溫度區(qū)間粘度情況見表2。 
從爐渣總體可以看出，韶鋼6號高爐爐渣均屬于短渣，堿性渣，在粘度-溫度曲線上有明顯的轉(zhuǎn)折點，取樣時渣液不能拉成長絲，冷卻后渣樣斷面呈石頭狀。粘度與Al2O3含量關(guān)系明顯，當Al2O3含量超過16%時，在1400℃以下，粘度明顯升高，當溫度超過1400℃，爐渣粘度基本趨于一致而且穩(wěn)定，說明爐渣Al2O3含量超過16% 時，對爐溫要求比較嚴格，當爐溫充足時，Al2O3爐渣含量高點也能正常冶煉。熔化性溫度與Al2O3含量呈正相關(guān)，Al2O3含量越高，熔化性溫度也越高，而與MgO含量、二元堿度R2呈負相關(guān)，但不明顯。 2.2 配制渣研究爐渣流動性的影響因素
為了研究不同Al2O3水平， 高爐渣合適的堿度、MgO含量以及溫度控制，項目開展配渣實驗，爐渣試驗方案成分配比見表3。 
2.2.1 堿度對爐渣流動性的影響
提高爐渣的二元堿度（CaO/SiO2）,能使熔渣中O2-活度增大，使硅氧復(fù)合陰離子解體，從而使熔渣粘度下降，流動性改善。在本實驗條件下，當二元堿度低于1.20時，爐渣的粘度隨著堿度的增加而降低，當堿度為1.20時，爐渣粘度降到最低點，當爐渣堿度大于1.20時，粘度隨著堿度的增加而升高。 溫度為1420℃時，爐渣二元堿度不宜過低，應(yīng)大于1.15。這時爐渣的粘度在0.8Pa·s 以下，爐渣有較好的流動性。但隨著二元堿度的提高，渣中正硅酸鈣（2CaO/SiO2）數(shù)量增加，爐渣的熔化性溫度急劇升高，短渣的性能逐漸增強，爐渣的穩(wěn)定性變差。見表4。 
2.2.2 MgO對爐渣流動性的影響
在高爐生產(chǎn)條件下，爐溫相對穩(wěn)定時，爐渣粘度主要受成分的影響。而在高爐渣的主要成分中，MgO含量是影響粘度的重要因素。MgO含量對粘度的影響在爐渣堿度較大、Al2O3量較高的情況下更為明顯。 在本試驗中，爐渣隨著渣中MgO含量的增加（≥７），粘度有所下降，流動性得以改善。因為渣中MgO可有效擴大渣相中黃長石區(qū)，降低爐渣的熔化溫度，從而改善爐渣的流動性。由理論分析和本實驗結(jié)果可得知，適當提高爐渣MgO含量，可使爐渣的粘度下降，流動性得到改善。 試驗數(shù)據(jù)表明，當MgO含量在7以上，溫度在1440℃以上時，在本實驗條件下，各種高爐渣系都有較好的流動性能（≦0.6Pa·s）。
2.2.3 Al2O3對爐渣流動性的影響
當Al2O3含量低于15%時，隨著爐渣中Al2O3含量的增加，爐渣的粘度持續(xù)下降。當 Al2O3含量超過15%時，隨著爐渣中Al2O3含量的增加，爐渣的粘度緩慢上升。這是因為爐渣粘度不僅受其熔渣結(jié)構(gòu)、組成的影響，而且也受熔化溫度的影響。 根據(jù)有關(guān)資料分析,高Al2O3含量的堿性渣中，容易出現(xiàn)尖晶石（MgO·Al2O3，熔點為2135℃），為高熔點礦物，并且結(jié)晶能力很強，在爐渣融體中最早結(jié)晶出來，形成以固體質(zhì)量狀態(tài)存在于爐渣熔體中，造成爐渣流動性差。因此渣中隨著Al2O3含量增高，粘度也必然升高。同時爐渣中的Al2O3含量提高后，爐渣中的（AlO4）5-離子團數(shù)量增加，爐渣中高熔點的其它復(fù)雜化合物也較容易形成，如鋁酸一鈣，爐渣的內(nèi)部 結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)復(fù)雜化傾向，從而使爐渣的粘度有所提高。 溫度在 1440℃以上時，隨著爐渣中Al2O3含量的提高，粘度值則低于0.8Pa·s，基本符合高爐冶煉的要求。印度蘭契市的印度鋼鐵工業(yè)局研究發(fā)展中心對高鋁渣的研究結(jié)果表明：高鋁渣液相線的溫度區(qū)間比較窄，因此，為使高爐出渣時熔融高鋁渣有較好的流動性，應(yīng)使出渣溫度較普通渣的溫度高50℃?？梢姡S渣中Al2O3含量的增加，只要控制較高爐溫（1500℃以上），則不會引起爐況不順和渣鐵難流。 
3 結(jié)論
實驗在韶鋼6號高爐應(yīng)用，7、8號高爐上推廣。應(yīng)用期間沒有出現(xiàn)爐內(nèi)氣流發(fā)生變化致爐況波動，引起經(jīng)濟指標短時間下滑的現(xiàn)象。項目實施過程中要改善或穩(wěn)定外圍條件，如設(shè)備等基礎(chǔ)條件，減少入爐粉末等，必要時可間斷性向高爐配加適量的白云石，從而改善爐渣流動性。當形成穩(wěn)定操作爐型時，再實施下一步操作，高爐指標趨于持續(xù)向好。 １）根據(jù)理論研究結(jié)果并結(jié)合高爐實際，確定了合理的爐渣成分控制范圍和造渣制度，為高爐穩(wěn)定順行提供保障。見表7。 
2）成果應(yīng)用于韶鋼6號高爐，高爐爐渣性能更加穩(wěn)定，造渣制度更加合理科學(xué)。在高爐入爐風量增加50m3/min，富氧量增加2000m3/h的條件下，穩(wěn)定了高爐壓差，減少爐況波動。高爐運行狀態(tài)得到有力的維護，順行周期長，高爐實現(xiàn)了強化冶煉的目的，產(chǎn)量得到了大幅度提升（2017年9月相較于2016年1月，日產(chǎn)量提高15.6%），為韶鋼帶來可觀的經(jīng)濟效益。 3）項目開展后，6號高爐渣中MgO、Al2O3的控制更加穩(wěn)定合理，MgO/Al2O3控制在 0.45~0.5；爐渣R2提升至1.2~1.25， 渣中FeO逐步提高至0.6%水平；渣系流動性進一步改善，爐渣脫硫排堿能力增強。重新制定鐵水溫度控制標準，將鐵水溫度控制由1465~1500℃調(diào)整為1450~1485℃，實現(xiàn)了鐵水含硅量的進一步降低，由0.476%降至0.45%以下，為降低高爐消耗、強化冶煉和增加產(chǎn)能奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
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