工程科学学报，第37卷，第4期：436-440,2015年4月 Chinese Journal of Engineering,Vol.37,No.4:436-440,April 2015 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2015.04.006:http://journals.ustb.edu.cn 电铝热法冶炼钒铁渣熔化性能 宋明明2，宋波12)区，曹敏》，辛文彬2)，孙桂林2》，毛璟红) 1)北京科技大学钢铁治金新技术国家重点实验室，北京1000832)北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 3)攀枝花钢铁研究院，成都6100004)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:songho(@metall..ustb.cdu.cn 摘要利用FactSage热力学软件Phase Diagram和Equilib模块分别计算了Ca0含量对CaO-Al,03一22%Mg0-l%SiO2一2%Fe0 系液相线的影响以及Ca0、调渣剂CaF2和B,0,单独或复合添加对A山203-Mg0-25%Ca0-1%Si022%Fe0系1700℃液相量 的影响.通过差热分析测定了现场实验炉渣的熔化开始温度和结束温度，验证了理论计算变化规律.结果发现：电铝热法生 产FeV的炉渣中Ca0质量分数应该控制在25%左右，此时熔化性能较好：调渣剂CaF,的调渣效果好于B,O,且Al,0,/Mg0 质量比较高时二者不能复合使用：考虑到工业应用效果和环境保护，CF2添加量应控制在2%-5%. 关键词铁合金：电铝热法：熔化：热力学计算：优化控制 分类号TF61 Melting property of a slag for FeV alloy production by the electrical thermite method SONG Ming-ming2),SONG Bo,CAO Min,XIN Wen-bin2),SUN Gui-lin',MAO Jing-hong 1)State Key Laboratory of Advanced Metallurgy,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 3)Panzhihua Iron and Steel Research Institute,Chengdu 610000,China 4)School of Materials Science and Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:songbo@metall.ustb.edu.cn ABSTRACT The effect of CaO content on the liquidus of a CaO-Al,O-22%Mgo-1%SiO,-2%FeO system and the influence of CaF,and B,O,contents on the liquid content of the slag at 1700 C were calculated using Phase Diagram and Equilib module in ther- modynamic software FactSage.The starting and ending melting temperatures of the slag obtained from production were measured by dif- ferential thermal analysis.When the Cao content in the slag is controlled at 25%approximately for FeV alloy production by the elec- trical thermite method,the melting property of the slag is good.The effect of CaF2 on the melting point depression of the slag is better than that of B,O.Meanwhile,these two fluxes are not suitable to be used together when the mass ratio of Al,O,/Mgo is high in the slag.Considering industrial application and environmental protection,the best addition of CaF,in the slag is 2%to 5%. KEY WORDS ferroalloys:electrical thermite method;melting:thermodynamic calculations:optimal control 电铝热法生产FeV的炉渣属于AL,O,CaO-Mg0合金治炼及某些炼钢精炼过程中P-0.目前国内外对 系m,炉渣中L,0,、Ca0和Mg0三者的质量分数在此类SiO2含量极低且L,O,含量极高渣系熔化性能的 90%以上，其中Mg0质量分数在22%左右，AL,0,质量研究很有限5-刀.合理将此渣系的熔化温度控制在 分数大于45%，此外还含有质量分数约1%的Si02、 1700℃以下，对于FeV生产工艺优化和节能降耗具有 2%的Fe0,和2%的V0,·这个渣系被广泛的应用在铁 很现实的意义s-回.本文利用理论计算探讨了渣中组 收稿日期：2013-11-22 基金项目：国家自然科学基金资金资助项目(51234001)
工程科学学报，第 37 卷，第 4 期: 436--440，2015 年 4 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 37，No． 4: 436--440，April 2015 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2015． 04． 006; http: / /journals． ustb． edu． cn 电铝热法冶炼钒铁渣熔化性能 宋明明1，2) ，宋 波1，2) ，曹 敏3) ，辛文彬1，2) ，孙桂林1，2) ，毛璟红4) 1) 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京 100083 2) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 3) 攀枝花钢铁研究院，成都 610000 4) 北京科技大学材料科学与工程学院，北京 100083 通信作者，E-mail: songbo@ metall． ustb． edu． cn 摘 要 利用 FactSage 热力学软件 Phase Diagram 和 Equilib 模块分别计算了 CaO 含量对 CaO--Al2O3 --22% MgO--1% SiO2 --2% FeO 系液相线的影响以及 CaO、调渣剂 CaF2 和 B2O3 单独或复合添加对 Al2O3 --MgO--25% CaO--1% SiO2 --2% FeO 系 1700 ℃液相量 的影响． 通过差热分析测定了现场实验炉渣的熔化开始温度和结束温度，验证了理论计算变化规律． 结果发现: 电铝热法生 产 FeV 的炉渣中 CaO 质量分数应该控制在 25% 左右，此时熔化性能较好; 调渣剂 CaF2 的调渣效果好于 B2O3，且 Al2O3 /MgO 质量比较高时二者不能复合使用; 考虑到工业应用效果和环境保护，CaF2 添加量应控制在 2% ～ 5% ． 关键词 铁合金; 电铝热法; 熔化; 热力学计算; 优化控制 分类号 TF61 Melting property of a slag for FeV alloy production by the electrical thermite method SONG Ming-ming1，2) ，SONG Bo1，2) ，CAO Min3) ，XIN Wen-bin1，2) ，SUN Gui-lin1，2) ，MAO Jing-hong4) 1) State Key Laboratory of Advanced Metallurgy，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 3) Panzhihua Iron and Steel Ｒesearch Institute，Chengdu 610000，China 4) School of Materials Science and Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: songbo@ metall． ustb． edu． cn ABSTＲACT The effect of CaO content on the liquidus of a CaO--Al2O3 --22% MgO--1% SiO2 --2% FeO system and the influence of CaF2 and B2O3 contents on the liquid content of the slag at 1700 ℃ were calculated using Phase Diagram and Equilib module in thermodynamic software FactSage． The starting and ending melting temperatures of the slag obtained from production were measured by differential thermal analysis． When the CaO content in the slag is controlled at 25% approximately for FeV alloy production by the electrical thermite method，the melting property of the slag is good． The effect of CaF2 on the melting point depression of the slag is better than that of B2O3 ． Meanwhile，these two fluxes are not suitable to be used together when the mass ratio of Al2O3 /MgO is high in the slag． Considering industrial application and environmental protection，the best addition of CaF2 in the slag is 2% to 5% ． KEY WOＲDS ferroalloys; electrical thermite method; melting; thermodynamic calculations; optimal control 收稿日期: 2013--11--22 基金项目: 国家自然科学基金资金资助项目( 51234001) 电铝热法生产 FeV 的炉渣属于 Al2O3 --CaO--MgO 系［1］，炉渣中 Al2O3、CaO 和 MgO 三者的质量分数在 90% 以上，其中 MgO 质量分数在22% 左右，Al2O3 质量 分数大于 45% ，此外还含有质量分数约 1% 的 SiO2、 2% 的 FeOx和 2% 的 VOx ． 这个渣系被广泛的应用在铁 合金冶炼及某些炼钢精炼过程中［2 － 4］． 目前国内外对 此类 SiO2 含量极低且 Al2O3 含量极高渣系熔化性能的 研究很有限［5 － 7］． 合理将此渣系的熔化温度控制在 1700 ℃以下，对于 FeV 生产工艺优化和节能降耗具有 很现实的意义［8 － 10］． 本文利用理论计算探讨了渣中组
宋明明等：电铝热法治炼钒铁渣熔化性能 ·437 元Ca0以及调渣剂Caf2、B,O,单独和复合添加时对 量分数对Ca0-Al,03-Mg0-1%Si02-2%Fe0系1700 电铝热法生产FeV炉渣的影响规律-，并在工业生 ℃液相量的影响.由图可见2.0≤A/M≤4.0(A/M为 产中验证了渣的熔点变化规律，为现有工业生产提供 Al,03/Mg0质量比)，5%≤w(Ca0)≤50%范围内，液 参考 相量随着Ca0含量增加先增加而后又开始略微减少， Ca0质量分数约在25%时出现最大值，这与Ca0对 1 FactSage计算及分析 CaO-AL,O,-MgO-SiO,一FeO系液相线温度的影响规 FactSage是化学热力学领域中目前世界上最先进 律得到的结论相符 的完全集成的数据库系统之一，具有数据库内容丰富， 计算功能强大，Windows系统下窗口可视交互界面的 100 特点.本文主要选用FactSage6.3软件FactPS和FT 80 oxd数据库，由于目前其数据库中缺少V0,的数据，本 文忽略VO,的影响，利用Phase Diagram模块和Equilib 60 VM=2.0 A/I=25 模块计算组元CaO以及调渣剂CaF,、B,O,单独和复 A/n1-30 A/M-3.5 合添加时对Ca0-AL,03-22%Mg0-1%Si02-2%Fe0 40 4-A八H=4.0 系的影响规律 1.1石灰配用量对熔化性能的影响 20 30 40 50 1.1.1石灰对渣系液相线的影响 Ca0质量分数/% 图I是FactSage软件Phase Diagram模块计算的 图2Ca0含量对Ca0-Al203-Mg0-H1%Si02-2%Fc0系1700℃ Ca0含量对Ca0-AL,0,-22%Mg0-19%Si02-2%Fe0 液相量的影响 系液相线的影响.随着Ca0含量升高，CaO-A,O,- Fig.2 Ca0 impacts on the liquid content of the Ca0-Al,O-Mgo- 22%Mg0-1%Si02-2%Fe0系液相线温度有一个明显 1%Si0,-2%Fe0 system at 1700C 的先降低后升高的趋势，在Ca0质量分数约22%处取 得最低值1730℃，成分在液相线最低点处的液相在降 1.2调渣剂对液相量的影响 温时将同时析出镁铝尖晶石和氧化物.在计算成分范 1.2.1CaF2对液相量的影响 围内液相线下都有很宽大的液固两相区，Ca0含量较 图3是FactSage软件Equilib模块计算的CaF,添 低的一端液相降温时优先析出镁铝尖晶石，另一端将 加量分别为渣量的1%、2%、3%和4%时A山，03Mg0- 优先析出氧化物.Ca0质量分数在10%、15%和20% 25%Ca0H1%Si0,-2%Fe0系1700℃的液相量.A/M= 的液相，镁铝尖晶石的析出温度分别为1970、1884和 2.0时，液相量随着CaF2含量增加而增大.2.5≤A/M≤ 1770℃. 3.0时，随Caf2添加量增加，液相量只有略微的增加 2200 便达到全液相之后就保持不变，影响不明显.AM≥ 3.5时，当CaF2添加量小于2%时液相量随着CaF2添 2000 液相 加量的增大而增大且A/M越大越明显，当CaF2添加 量达到渣量的2%时液相量达到极值，之后保持不变. 1800 液相+尖晶石相 液相+一氧化物相 此外当2.0≤A/M≤4.0，CaF2添加量为渣量1%时，液 相量随着A/M增大先增加后减少，A/M在3.0处取得 液相+尖晶石相+ 一氧化物相 最大值 1400 1.2.2B,0,对液相量的影响 图4为FactSage软件Equilib模块计算的B,O,添 1200 10 152025303540 45 加量分别为渣量的1%、2%、3%和4%时A山，03Mg0- Ca0质量分数% 25%Ca0一1%Si02-2%Fe0系1700℃的液相量.A/M= 图1Ca0含量对Ca0-AL,03-22%Mg0-1%Si02-2%Fe0系液 2.0时，B203含量增加液相量也增加.A/M=2.5时， 相线的影响 Fig.1 Ca impacts on the liquid line of the Ca-Al20322%Mgo- B,0,增加液相量先增加后保持不变.AM=3.0时， 随B,0,增加液相量呈现先降低而后不变然后再增加 1%Si02-2%Fe0 system 的变化趋势，在B,0,添加量为2%~3%时液相量最 1.1.2石灰对渣系液相量的影响 低.A/M≥3.5时，B203增加液相量也相应增加，且增 图2为FactSage软件Equilib模块计算的CaO质 加的趋势越来越大.此外，当2.0≤A/M≤4.0，B203
宋明明等: 电铝热法冶炼钒铁渣熔化性能 元 CaO 以及调渣剂 CaF2、B2O3 单独和复合添加时对 电铝热法生产 FeV 炉渣的影响规律［11 － 15］，并在工业生 产中验证了渣的熔点变化规律，为现有工业生产提供 参考． 1 FactSage 计算及分析 FactSage 是化学热力学领域中目前世界上最先进 的完全集成的数据库系统之一，具有数据库内容丰富， 计算功能强大，Windows 系统下窗口可视交互界面的 特点． 本文主要选用 FactSage 6. 3 软件 FactPS 和 FT oxid 数据库，由于目前其数据库中缺少 VOx的数据，本 文忽略 VOx的影响，利用 Phase Diagram 模块和 Equilib 模块计算组元 CaO 以及调渣剂 CaF2、B2O3 单独和复 合添加时对 CaO--Al2O3 --22% MgO--1% SiO2 --2% FeO 系的影响规律． 1. 1 石灰配用量对熔化性能的影响 1. 1. 1 石灰对渣系液相线的影响 图 1 是 FactSage 软件 Phase Diagram 模块计算的 CaO 含量对 CaO--Al2O3 --22% MgO--1% SiO2 --2% FeO 系液相线的影响． 随着 CaO 含量升高，CaO--Al2O3 -- 22% MgO--1% SiO2 --2% FeO 系液相线温度有一个明显 的先降低后升高的趋势，在 CaO 质量分数约 22% 处取 得最低值 1730 ℃，成分在液相线最低点处的液相在降 温时将同时析出镁铝尖晶石和氧化物． 在计算成分范 围内液相线下都有很宽大的液固两相区，CaO 含量较 低的一端液相降温时优先析出镁铝尖晶石，另一端将 优先析出氧化物． CaO 质量分数在 10% 、15% 和 20% 的液相，镁铝尖晶石的析出温度分别为 1970、1884 和 1770 ℃ ． 图 1 CaO 含量对 CaO--Al2O3 --22% MgO--1% SiO2 --2% FeO 系液 相线的影响 Fig． 1 CaO impacts on the liquid line of the CaO--Al2O3 --22% MgO-- 1% SiO2 --2% FeO system 1. 1. 2 石灰对渣系液相量的影响 图 2 为 FactSage 软件 Equilib 模块计算的 CaO 质 量分数对 CaO--Al2O3 --MgO--1% SiO2 --2% FeO 系 1700 ℃ 液相量的影响． 由图可见 2. 0≤A /M≤4. 0 ( A /M 为 Al2O3 /MgO 质量比) ，5% ≤w( CaO) ≤50% 范围内，液 相量随着 CaO 含量增加先增加而后又开始略微减少， CaO 质量分数约在 25% 时出现最大值，这与 CaO 对 CaO--Al2O3 --MgO--SiO2 --FeO 系液相线温度的影响规 律得到的结论相符． 图 2 CaO 含量对 CaO--Al2O3 --MgO--1% SiO2 --2% FeO 系1700 ℃ 液相量的影响 Fig． 2 CaO impacts on the liquid content of the CaO--Al2O3 --MgO-- 1% SiO2 --2% FeO system at 1700 ℃ 1. 2 调渣剂对液相量的影响 1. 2. 1 CaF2 对液相量的影响 图 3 是 FactSage 软件 Equilib 模块计算的 CaF2 添 加量分别为渣量的 1% 、2% 、3% 和 4% 时 Al2O3 --MgO-- 25% CaO--1% SiO2 --2% FeO 系 1700 ℃的液相量． A/M = 2. 0 时，液相量随着 CaF2 含量增加而增大． 2. 5≤A/M≤ 3. 0 时，随 CaF2 添加量增加，液相量只有略微的增加 便达到全液相之后就保持不变，影响不明显． A /M≥ 3. 5 时，当 CaF2 添加量小于 2% 时液相量随着 CaF2 添 加量的增大而增大且 A /M 越大越明显，当 CaF2 添加 量达到渣量的 2% 时液相量达到极值，之后保持不变． 此外当 2. 0≤A /M≤4. 0，CaF2 添加量为渣量 1% 时，液 相量随着 A /M 增大先增加后减少，A /M 在 3. 0 处取得 最大值． 1. 2. 2 B2O3 对液相量的影响 图 4 为 FactSage 软件 Equilib 模块计算的 B2O3 添 加量分别为渣量的 1% 、2% 、3% 和 4% 时 Al2O3 --MgO-- 25% CaO--1% SiO2 --2% FeO 系 1700 ℃的液相量． A/M = 2. 0 时，B2O3 含量增加液相量也增加． A /M = 2. 5 时， B2O3 增加液相量先增加后保持不变． A /M = 3. 0 时， 随 B2O3 增加液相量呈现先降低而后不变然后再增加 的变化趋势，在 B2O3 添加量为 2% ～ 3% 时液相量最 低． A /M≥3. 5 时，B2O3 增加液相量也相应增加，且增 加的趋势越来越大． 此外，当 2. 0≤A /M≤4. 0，B2O3 · 734 ·
·438· 工程科学学报，第37卷，第4期 100 Al,0,-Mg0-25%Ca0-1%Si02-2%Fe0系的熔化性 能影响是不利的 99 -A/M=2.0 —A/M=2.5 102 A/M=3.0 98 T—A/M=3.5 100 A/M=4.0 97 98 96 96 94 95 92 -A/M=2.0 94 90 ◆-A/M=2.5 3 ▲-A/1M=20 CaF,质量分数/% 88 -A/M-3.5 4-A/M=4.0 图3CaF2含量对A203-M0-25%Ca0-1%Si02-2%Fc0系 86 2 1700℃液相量的影响 B,0,质量分数% Fig.3 Effect of CaF2 on the liquid content of the AlO3Mgo-25% 图5固定Caf2量时B203添加量对A山203-Mg0-25%Ca0-H1% Ca0-1%Si02-2%Fe0 system at 1700C Si022%Fe0系1700℃液相量的影响 含量不变时，液相量随着AM的增大先增大后减小， Fig.5 B203 impacts on the liquid content of the Al2 O -Mg0-25% 在A/M=2.5附近取得最大值 Ca0-1%Si02-2%FeO system at fixed CaF2 content at 1700 C 100 图6是FactSage软件Equilib模块计算的B,O,与 CaF2总量恒定为渣量的4%时，B,0,比例增加与 98 Al,03-Mg0-25%Ca0-19%Si02-2%Fe0系1700℃液 96 相量的关系.B2O,和CaF2总量不变，2.0≤A/M≤ 4.0,增加B,0,的比例，调渣剂整体对液相的作用表现 94 ·—A/M-2.0 。—A/M=2.5 为先降低后增加，在B,O,在复合调渣剂中的质量分数 —A/M=3.0 为75%处取得极小值，且A/M增大，极小值处的液相 92 —A/M=3.5 —A/M=4.0 量递减，说明B,O,作为调渣剂是不适合在A/M高的 4 渣中使用的.此外在A/M≥2.5时，CaF2单独添加作 B,0,质量分数% 用效果好于单加B,0, 图4B203对Al203-Mg0-25%Ca0-1%Si02-2%Fe0系1700 ℃液相量的影响 100 Fig.4 Influence of B20:on the liquid content of the Al203-Mgo- 98 25%Ca0-1%Si02-2%Fe0 system at 1700 C 96 94 1.2.3复合添加对渣系液相量的影响 92 ·-A/M-2.0 为了探究CaF,和B,O,复合添加时对炉渣熔化性 90 ·一A/M=2.5 能的影响，利用FactSage软件Equilib模块计算了质量 ★—A/M=3.0 88 A/M=3.5 分数为25%Ca0、1%Si02和2%Fe0,2.0≤A/M≤ 86 一A/M=4.0 4.0时，同时添加CaF2和B,0,对Ca0-Al,03-Mg0- 84 20 40 60 80 100 Si02-Fe0系1700℃液相量的影响. B,O,在复合调渣剂中的质量分数/% 图5是FactSage软件Equilib模块计算CaF2添加 图6 不同B203比例对A20-Mg0-25%Ca0-一1%Si02-2% 量恒为渣量的2%时，同时添加不同B,03量（分别为 Fc0系1700℃液相量的影响 渣量的0%、1%，2%和3%)对Al,0,Mg0-25%Ca0- Fig.6 Effect of different proportions of Bon the liquid content of 1%Si02-2%Fe0系1700℃液相的影响.可以发现 the Al203 -Mg0-25%Ca0-1%Si02-2%Fe0 system at 1700 C A/M在2.0时，CaFf2和B,03复合作用的效果好于 CaF2单独作用，液相量随着B2O,的添加量增加而增 2 实验验证 加.在A/M≥2.5，A/M值不变时，B,03添加量越大， 本研究在实际生产现场通过调整Ca0含量和添 液相量越少.CaF2和B,0,复合添加对A/M较高的 加调渣剂CaF,和B,O,(以脱水硼砂的形式加入)进行
工程科学学报，第 37 卷，第 4 期 图 3 CaF2 含量对 Al2O3 --MgO--25% CaO--1% SiO2 --2% FeO 系 1700 ℃液相量的影响 Fig． 3 Effect of CaF2 on the liquid content of the Al2O3 --MgO--25% CaO--1% SiO2 --2% FeO system at 1700 ℃ 含量不变时，液相量随着 A /M 的增大先增大后减小， 在 A /M = 2. 5 附近取得最大值． 图 4 B2O3 对 Al2O3 --MgO--25% CaO--1% SiO2 --2% FeO 系 1700 ℃液相量的影响 Fig． 4 Influence of B2O3 on the liquid content of the Al2O3 --MgO-- 25% CaO--1% SiO2 --2% FeO system at 1700 ℃ 1. 2. 3 复合添加对渣系液相量的影响 为了探究 CaF2 和 B2O3 复合添加时对炉渣熔化性 能的影响，利用 FactSage 软件 Equilib 模块计算了质量 分数为 25% CaO、1% SiO2 和 2% FeO，2. 0≤A /M≤ 4. 0 时，同时添加 CaF2 和 B2O3 对 CaO--Al2O3 --MgO-- SiO2 --FeO 系 1700 ℃液相量的影响． 图 5 是 FactSage 软件 Equilib 模块计算 CaF2 添加 量恒为渣量的 2% 时，同时添加不同 B2O3 量( 分别为 渣量的 0% 、1% 、2% 和 3% ) 对 Al2O3 --MgO--25% CaO-- 1% SiO2 --2% FeO 系 1700 ℃ 液相 的 影 响． 可 以 发 现 A /M 在2. 0 时，CaF2 和 B2O3 复 合 作 用 的 效 果 好 于 CaF2 单独作用，液相量随着 B2O3 的添加量增加而增 加． 在 A /M≥2. 5，A /M 值不变时，B2O3 添加量越大， 液相量越少． CaF2 和 B2O3 复合添加对 A /M 较高的 Al2O3 --MgO--25% CaO--1% SiO2 --2% FeO 系的熔化性 能影响是不利的． 图 5 固定 CaF2 量时 B2O3 添加量对 Al2O3 --MgO--25% CaO--1% SiO2 --2% FeO 系 1700 ℃液相量的影响 Fig． 5 B2O3 impacts on the liquid content of the Al2O3 --MgO--25% CaO--1% SiO2 --2% FeO system at fixed CaF2 content at 1700 ℃ 图 6 是 FactSage 软件 Equilib 模块计算的 B2O3 与 CaF2 总 量 恒 定 为 渣 量 的 4% 时，B2O3 比 例 增 加 与 Al2O3 --MgO--25% CaO--1% SiO2 --2% FeO 系 1700 ℃ 液 相量的 关 系． B2O3 和 CaF2 总量 不 变，2. 0 ≤A /M≤ 4. 0，增加 B2O3 的比例，调渣剂整体对液相的作用表现 为先降低后增加，在 B2O3 在复合调渣剂中的质量分数 为 75% 处取得极小值，且 A /M 增大，极小值处的液相 量递减，说明 B2O3 作为调渣剂是不适合在 A /M 高的 渣中使用的． 此外在 A /M≥2. 5 时，CaF2 单独添加作 用效果好于单加 B2O3 ． 图 6 不同 B2O3 比例对 Al2O3 --MgO--25% CaO--1% SiO2 --2% FeO 系 1700 ℃液相量的影响 Fig． 6 Effect of different proportions of B2O3 on the liquid content of the Al2O3 --MgO--25% CaO--1% SiO2 --2% FeO system at 1700 ℃ 2 实验验证 本研究在实际生产现场通过调整 CaO 含量和添 加调渣剂 CaF2 和 B2O3 ( 以脱水硼砂的形式加入) 进行 · 834 ·
宋明明等：电铝热法治炼钒铁渣熔化性能 ·439 调渣实验.调渣实验分为两组：第一组验证石灰含量 少40℃.即单独添加CaF,的熔化结束温度最低，单独 对渣态的影响，在正常FeV生产配料及控制下，单独 添加B,O,的次之，复合添加的最高.这与理论计算的 只调节石灰用量，石灰配加量分别为300、800和1200 调渣剂对熔化性能的影响变化趋势结果也是一致的. kg·炉各生产一炉，三炉渣的成分对应表1中1、2和 CaF2和脱水硼砂单独或复合添加时均能明显降低初 3.第二组验证调渣剂对渣态的影响，也是正常FeV 熔温度，但是差别不大 生产配料及控制条件下，石灰配加量为800kg·炉 需要指出，钒铁治炼温度高，上述添加剂有一定的 时，分别添加萤石200kg·炉1（渣量的5%）、脱水硼砂 挥发性.从现场实验化学成分测定的结果上看，向炉 200kg·炉和萤石100kg·炉+脱水硼砂100kg· 内加入渣量5%的萤石和脱水硼砂，萤石的收得率要 炉各生产一炉，三炉渣的成分见表1中45*和6. 高一些，脱水硼砂的收得率要低很多.环境要求较高 的情况下建议使用量不要超过渣量的5% 表1各实验炉次炉渣的成分（质量分数） Table 1 Composition of the tested slag 3结论 编号A山，0，Ca0Mg0Fe0Si02V203CaF2B,03 (I)电铝热法生产FeV的炉渣中Ca0质量分数应 1#64.7210.1122.370.270.502.02- 该控制在25%左右，熔化性能最好. 251.5520.7524.380.720.172.43- (2)在AL,0,/Mg0质量比A/M≥2.5，Ca0质量分 351.4124.0621.600.510.402.01 数为25%时，CaF2的调渣效果好于B,03,二者不能复 453.2425.3814.202.150.272.272.490.00 合使用. 5#53.4421.709.751.060.6611.600.001.80 (3)考虑到工业应用和环境保护，选用CF2调 6#58.4422.7112.290.810.513.081.420.74 渣，控制其添加量为渣量的2%~5%为宜. 采用NETZSCH Thermal Analyzer STA449F3对每 参考文献 炉渣样进行差热分析，实验样品用量约为20mg,所用 [Wang Y G,Yang F,Zhang J H.Study of slag property from ferro 坩埚为金属钨坩埚，实验气氛为高纯氩气（纯度≥ vanadium.Iron Steel Vanadium Titanium,2002,23(1):21 99.999%,流量30mL·min),升温速率为10K· (王永刚，杨烽，张建辉.高钒铁治炼的渣态研究.钢铁钒钛， mim,温度范围为30~1950℃.测定了现场渣（未调 2002,23(1):21) 渣)1样、调石灰渣(2*和3样)及添加不同调渣剂(4、 Liu C J.Zhu YX,Jiang MF,et al.Temperatures of melting,so- lidification and crystallization of mold powder.Steelmaking, 5和6样)后炉渣的熔化开始温度和熔化结束温度 2001,17(1):43 表2中所列为各炉试样高温差热分析测试的熔化 (刘承军，王云盛，姜茂发，等.连铸保护渣的熔化温度、凝固 开始与结束温度.第一组1、2和3从高温差热分析 温度和结晶温度研究.炼钢，2001,17(1)：43) 结束温度上可以明显的看出，随着CaO含量的增加， B] Wang H M,Ni D S,Zhao H,et al.Effect of fluxing agent B2O 熔化结束温度先降低后略微增加，在Ca0质量分数达 on melting temperature of Ca0-based refining slag.Spec Steel, 2009,30(6):1 到21%时达到最小值，这与Ca0对Ca0-Al,0,-22% (王宏明，倪冬生，赵湖，等.B203作助熔剂对CO基精炼 Mg0-1%SiO2-2%Fe0系液相线温度的影响计算结果 渣系熔化温度的影响.特殊钢，2009,30(6)：1) 相一致.第二组石灰添加量为800kg·炉的4、5和 4] Wen YC.Zhou JZ,Yang S B,et al.Study on melting property 6中高温差热测试的熔化结束温度变化规律，4和5 of converter slag with Vanadium and Titanium oxides.Iron Steel 相对于1原eV治炼炉渣分别降低了至少108℃和 Vanadium Titanium,2001,22(3):32 (文永才，周家琮，杨素波，等.钒钛转炉钢渣熔化特性的研 74℃.同样两调渣剂混合添加时熔化结束温度降低至 究.钢铁钒钛，2001,22(3)：32) 表2各实验炉次炉渣的熔点 5] German Association of Iron and Steel Engineers.Slag Atlas.Bei- Table 2 Melting point of each slag jing:Metallurgical Industry Press,1989:26 熔化开始温度/℃ (德国钢铁工程师协会.渣图集.北京：治金工业出版社， 编号 熔化结束温度/℃ 1989:26) 1# 1857 >1900 6] Xu J F,Chai N,Zhang J Y,et al.Experimental study on melting 2 1636 1827 properties for Cao-Al2O;-Mgo slag system with low-melting- 3# 1622 1866 point zone /Proceedings of China Iron Steel Annual Meeting. 4 1565 1792 Beijing.2009 5 1536 1826 (许继芳，柴娜，张捷宇，等.Ca0-Al203一MgO渣系低熔点 区熔化性能的实验研究/第七届中国钢铁年会论文集.北 6* 1554 1860 京，2009)
宋明明等: 电铝热法冶炼钒铁渣熔化性能 调渣实验． 调渣实验分为两组: 第一组验证石灰含量 对渣态的影响，在正常 FeV 生产配料及控制下，单独 只调节石灰用量，石灰配加量分别为 300、800 和 1200 kg·炉--1 各生产一炉，三炉渣的成分对应表 1 中 1# 、2# 和 3# ． 第二组验证调渣剂对渣态的影响，也是正常 FeV 生产配料及控制条件下，石灰配加量为 800 kg·炉 － 1 时，分别添加萤石 200 kg·炉 － 1 ( 渣量的 5% ) 、脱水硼砂 200 kg·炉 － 1 和萤石 100 kg·炉 － 1 + 脱水硼砂 100 kg· 炉 － 1各生产一炉，三炉渣的成分见表 1 中 4# 、5# 和 6# ． 表 1 各实验炉次炉渣的成分( 质量分数) Table 1 Composition of the tested slag % 编号 Al2O3 CaO MgO FeO SiO2 V2O5 CaF2 B2O3 1# 64. 72 10. 11 22. 37 0. 27 0. 50 2. 02 — — 2# 51. 55 20. 75 24. 38 0. 72 0. 17 2. 43 — — 3# 51. 41 24. 06 21. 60 0. 51 0. 40 2. 01 — — 4# 53. 24 25. 38 14. 20 2. 15 0. 27 2. 27 2. 49 0. 00 5# 53. 44 21. 70 9. 75 1. 06 0. 66 11. 60 0. 00 1. 80 6# 58. 44 22. 71 12. 29 0. 81 0. 51 3. 08 1. 42 0. 74 采用 NETZSCH Thermal Analyzer STA 449F3 对每 炉渣样进行差热分析，实验样品用量约为 20 mg，所用 坩埚为金 属 钨 坩 埚，实 验 气 氛 为 高 纯 氩 气( 纯 度≥ 99. 999% ，流 量 30 mL·min － 1 ) ，升 温 速 率 为 10 K· min － 1，温度范围为 30 ～ 1950 ℃ ． 测定了现场渣( 未调 渣) 1# 样、调石灰渣( 2# 和3# 样) 及添加不同调渣剂( 4# 、 5# 和 6# 样) 后炉渣的熔化开始温度和熔化结束温度． 表 2 中所列为各炉试样高温差热分析测试的熔化 开始与结束温度． 第一组 1# 、2# 和 3# 从高温差热分析 结束温度上可以明显的看出，随着 CaO 含量的增加， 熔化结束温度先降低后略微增加，在 CaO 质量分数达 到 21% 时达到最小值，这与 CaO 对 CaO--Al2O3 --22% MgO--1% SiO2 --2% FeO 系液相线温度的影响计算结果 相一致． 第二组石灰添加量为 800 kg·炉--1 的 4# 、5# 和 6# 中高温差热测试的熔化结束温度变化规律，4# 和 5# 相对于 1# 原 FeV 冶炼炉渣分别降低了至少 108 ℃ 和 74 ℃ ． 同样两调渣剂混合添加时熔化结束温度降低至 表 2 各实验炉次炉渣的熔点 Table 2 Melting point of each slag 编号 熔化开始温度/℃ 熔化结束温度/℃ 1# 1857 ＞ 1900 2# 1636 1827 3# 1622 1866 4# 1565 1792 5# 1536 1826 6# 1554 1860 少 40 ℃ ． 即单独添加 CaF2 的熔化结束温度最低，单独 添加 B2O3 的次之，复合添加的最高． 这与理论计算的 调渣剂对熔化性能的影响变化趋势结果也是一致的． CaF2 和脱水硼砂单独或复合添加时均能明显降低初 熔温度，但是差别不大． 需要指出，钒铁冶炼温度高，上述添加剂有一定的 挥发性． 从现场实验化学成分测定的结果上看，向炉 内加入渣量 5% 的萤石和脱水硼砂，萤石的收得率要 高一些，脱水硼砂的收得率要低很多． 环境要求较高 的情况下建议使用量不要超过渣量的 5% ． 3 结论 ( 1) 电铝热法生产 FeV 的炉渣中 CaO 质量分数应 该控制在 25% 左右，熔化性能最好． ( 2) 在 Al2O3 /MgO 质量比 A /M≥2. 5，CaO 质量分 数为 25% 时，CaF2 的调渣效果好于 B2O3，二者不能复 合使用． ( 3) 考虑到工业应用和环境保护，选用 CaF2 调 渣，控制其添加量为渣量的 2% ～ 5% 为宜． 参 考 文 献 ［1］ Wang Y G，Yang F，Zhang J H． Study of slag property from ferro vanadium． Iron Steel Vanadium Titanium，2002，23( 1) : 21 ( 王永刚，杨烽，张建辉． 高钒铁冶炼的渣态研究． 钢铁钒钛， 2002，23 ( 1) : 21) ［2］ Liu C J，Zhu Y X，Jiang M F，et al． Temperatures of melting，solidification and crystallization of mold powder． Steelmaking， 2001，17( 1) : 43 ( 刘承军，王云盛，姜茂发，等． 连铸保护渣的熔化温度、凝固 温度和结晶温度研究． 炼钢，2001，17( 1) : 43) ［3］ Wang H M，Ni D S，Zhao H，et al． Effect of fluxing agent B2O3 on melting temperature of CaO-based refining slag． Spec Steel， 2009，30( 6) : 1 ( 王宏明，倪冬生，赵湖，等． B2O3 作助熔剂对 CaO 基精炼 渣系熔化温度的影响． 特殊钢，2009，30( 6) : 1) ［4］ Wen Y C，Zhou J Z，Yang S B，et al． Study on melting property of converter slag with Vanadium and Titanium oxides． Iron Steel Vanadium Titanium，2001，22( 3) : 32 ( 文永才，周家琮，杨素波，等． 钒钛转炉钢渣熔化特性的研 究． 钢铁钒钛，2001，22( 3) : 32) ［5］ German Association of Iron and Steel Engineers． Slag Atlas． Beijing: Metallurgical Industry Press，1989: 26 ( 德国钢铁工程师协会． 渣图集． 北 京: 冶金工业出版社， 1989: 26) ［6］ Xü J F，Chai N，Zhang J Y，et al． Experimental study on melting properties for CaO--Al2O3 --MgO slag system with low-meltingpoint zone / / Proceedings of China Iron ＆ Steel Annual Meeting． Beijing，2009 ( 许继芳，柴娜，张捷宇，等． CaO--Al2O3 --MgO 渣系低熔点 区熔化性能的实验研究 / / 第七届中国钢铁年会论文集． 北 京，2009) · 934 ·
·440· 工程科学学报，第37卷，第4期 ]Peng K W.Liu K R.Han Q,et al.Study of slag property of content on melting properties of Cao-Si0,-Al,O3-Mgo slag Al2O3-Ca0-CaF2 slag.Ferro Alloys,2010(6):15 system.Chin J Process Eng,2010,10(Suppl 1):78 (彭可武，刘奎仁，韩庆，等.A山2O3-Ca0-CaF2渣系性能的 (夏俊飞，许继芳，刘恭源，等.Ca0和Si02含量对CaO- 研究.铁合金，2010(6)：15) S02一A山20，-Mg0熔渣熔化性能的影响，过程工程学报 [8]Jonsson P G,Jonsson L,Sichen D.Viscosities of LF slags and 2010,10(增刊1)：78) their impact on ladle refining.ISI/Int,1997,37(5):484 [13]Tian H P,Zhu X D.Zhu Z B.Apply FactSage forecast Cao flux 9]Li JX.Zhang J.Calculating model on the viscosity of Cao-Mgo- simulated ash fusion characteristics /Annual Conference of MnO-FeO-CaF2-Al2O3-Si02 slags.J Univ Sci Technol Beijing, Shanghai Institute of Chemistry and Chemical Engineering 2000,22(5):440 Shanghai,2008:148 (李金锡，张鉴.Ca0-Mg0-Mn0-fe0Caf2-Al203-Si02渣 (田洪鹏，朱学栋，朱子彬.应用FactSage预测CaO助熔剂对 系黏度的计算模型.北京科技大学学报，2000,22(5)：440) 模拟灰熔融特性的影响/1上海市化学化工学会2008年度 [0]Zhao H M,Wang X H,Xie B.Study on melting temperature and 学术年会.上海，2008：148) viscosity of base pre-molten refining slag.Iron Steel 04] Zhao X H,Zhang Z H,Ji JT,et al.Study on melting tempera- Vanadium Titanium,2004,25 (2)13 ture of CaF2 -Si0,-Al20;-Ca0-MgO slag.Hot Work Technol, (赵和明，王新华，谢兵.铝钙型预熔精炼渣熔化温度和黏 2013,42(9):81 度的研究.钢铁钒钛，2004,25(2)：13) (赵晓辉，张朝晖，巨建涛，等.CaF2一-SiO2一A山2O3一Ca0 [11]Ai GQ,Jin S T.Effects of fusing agents on fusing temperature Mg0渣系熔化温度的实验研究.热加工工艺，2013,42(9)： in continuous casting mould fluxes.Steelmaking,1999,15 (6): 81) 49 [15]Li S Q,Li J,Liu J X,et al.Astudy on melting temperature of (艾国强，金山同.助溶剂对保护渣熔化温度的影响.炼钢， pentatomic refining slag series.Spec Steel,2010.31 (3):1 1999,15(6):49) (李士琦，李瑾，刘锦霞，等.五元精炼渣系熔化温度的研 [12]Xia J F,Xu J F,Liu G Y,et al.Influence of Cao and Si0, 究.特殊钢，2010,31(3)：1)
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