高炉冶炼过程适宜镁铝比的热力学基础研究

The increasement of Al2O3 content will result in poor metallurgical properties of slag in blast furnace (BF). Usually increasing the MgO content can improve the metallurgical properties of slag containing high Al2O3 content. However, due to the misunderstanding about the ratio of MgO to Al2O3 (MgO/Al2O3), that the higher the better, the MgO/Al2O3 of slag in China is higher compared to the values of other countries. Unnesscecarily high MgO/Al2O3 ratio may result in high slag volumn, high energy consumption, waste of the magnesium resources, and affecting the qulity of sinter. Therefore, it's essential to theoretically disscuss and evaluate the reasonable MgO/Al2O3 ratio in slag. The objective of this project is to improve the metallurgical properties of slag. The activity of MgO and Al2O3 in different slag composition will be thermodynamically calculated by using the phase diagram of isothermal section. Also, the morphology and mineral composition will be investigated by using equipped with an EDX detector, high performance X-ray diffraction, and other modern testing technologies. Through our study, the mechanism of the effects of MgO and Al2O3 on metallurgical properties of slag (primary slag, intermediate slag, and final slag) during BF process will be clarified. Of particularly important, a reasonable MgO/Al2O3 will be given in this project, which is crucial to the effective use of magnesium resources, improvement of metallurgical properties of slag, and becames a theoretical reference for the integrated and innovative BF process.

对于高炉炉渣Al2O3含量升高带来的炉渣冶金性能下降问题，通常采用添加MgO的方法加以改善。目前国内普遍存在炉渣镁铝比（MgO/Al2O3）越高越好的认识误区，导致我国炉渣的镁铝比偏高，增大了渣量和能耗及镁资源消耗，同时也可能会影响烧结矿质量。而国外高炉渣镁铝比普遍较低，孰是孰非，有必要进行深入探讨和研究，从机理上论证高炉渣的适宜镁铝比。本研究将从基础热力学角度出发，针对高炉炉渣，利用等温截面图考察不同成分条件下的矿物组成、MgO、Al2O3等成分在炉渣中的活度、存在状态，结合EPMA、X-ray衍射、扫描电镜、矿相分析等测试技术，研究MgO、Al2O3在炉渣形成过程中以及在烧结和炼铁生产流程诸环节中的行为，解明MgO、Al2O3等组分对炉渣冶金性能影响的作用机理，充分发挥MgO的"正能量"作用，提出适宜的镁铝比，为制定科学合理的高炉炼铁工艺以及MgO添加工艺提供理论依据，实现集成创新。

本项目以开展适宜的炉渣镁铝比（ω(MgO)/ω(Al2O3)）为突破点，从热力学理论层面系统地考察各种原料条件下包括MgO、Al2O3在内的各组分对炉渣的熔化性温度、黏度、脱硫能力，组分的反应能力（活度）等影响以及对烧结、球团工艺的影响，从而确定适宜的ω(MgO)/ω(Al2O3)，实现高炉炉料成分的优化设计，开发科学合理的高炉炼铁工艺，实现集成创新。.1 炉渣热力学性质的定量化.（1）CaO-SiO2-Al2O3-MgO渣系活度预测模型.制作不同温度条件下CaO-SiO2-Al2O3-MgO四元渣系的等温截面图。依据熔渣分子离子共存理论，结合相关二元、三元相图及涉及到的热力学数据建立了 CaO-SiO2-Al2O3-MgO四元系熔渣活度预测模型。选定参考渣法测定相关组元活度，数据比对分析，引入校正系数L'修正预测模型，校正后的预测模型具有良好的稳定性和精度。.（2）炉渣冶金性能（熔化性温度、黏度、流动性）的基础研究.实验室条件下，探讨了碱度、ω(MgO)/ω(Al2O3)对炉渣冶金性能（黏度、熔化性温度）的影响；探讨了1500℃条件下，ω(MgO)/ω(Al2O3)、Al2O3含量及碱度对炉渣流动性影响。.（3）炉渣脱硫能力的基础研究.从组元反应性（活度）和黏度两方面入手，考察了R、ω(MgO)/ω(Al2O3)、ω(Al2O3)等对炉渣脱硫能力的影响规律。专门设计了脱硫实验用双层石墨坩埚，可更好地模拟高炉脱硫的实际情况。.2 化学成分对烧结、球团工艺的作用机制.（1）考察MgO在铁矿石烧结过程中的矿化机理.考察分析了MgO对烧结矿显微强度的影响和含MgO熔剂在铁矿石中的扩散速度，确定适宜的含MgO熔剂的添加量。.（2）考察MgO、Al2O3对烧结矿、球团冶金性能的影响.试验考察MgO、Al2O3对烧结矿的低温还原粉化、还原性、还原膨胀、软熔滴落等冶金性能影响，研究其对铁矿石冶金性能的作用机理。.3 制定科学合理的高炉冶炼制度.基于大量实验室试验结果，在某钢铁厂#A、#B高炉进行了现场试验。研究主要包括两个部分：1）考察降低高炉用含镁熔剂对实际生产的影响；2）考察降低烧结矿MgO含量对实际生产的影响。生产实践表明，该炼铁厂采用低MgO烧结—高炉炼铁技术，取得了良好的炼铁技术经济指标。