第4期 马德刚等：镍转炉溅渣护炉热态模拟 ·487· 用的镁铬砖制成内径为中35mm、高度为100mm的 内壁各部位溅渣层厚度，同一高度不同位置多次测 坩埚.实验时将200g炉渣放入坩埚中，并升温至 量取平均值.炉渣熔化温度的测定采用半球法测 1250℃恒温20min使熔渣熔化均匀，然后将内径为 定.实验前后炉渣物相组成以及坩埚壁溅渣层物相 5mm的钢管喷枪插入熔渣液面以下喷吹空气（或 组成采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及 氨气)进行溅渣，溅渣结束后将坩埚取出在空气中 能谱分析仪测定.溅渣实验方案和实验过程主要参 冷却. 数如表2所示. 将实验后的坩埚沿中心线纵向切开，测量坩埚 表1实验用炉渣化学成分 Table 1 Chemical composition of tested slags 质量分数/% 类型 TFe/SiO, Si02 Ca0 Mgo TFe FeO Fe203 镍原渣 25.53 0.50 0.76 51.17 62.58 3.61 1.48 2.01 改质渣 24.44 0.48 5.00 48.98 59.90 3.46 1.42 2.00 表2溅渣实验方案和结果 Table 2 Test scheme of slag splashing 编号 炉渣类型 喷吹气体 炉渣温度/℃ 气体流量/(mL'min-) 气体压力/MPa 溅渣时间/min 1 镍原渣 空气 1250 0.5-3.0 1w1.5 15 2 MgO改质渣 空气 1250 0.5-3.0 1-1.5 5 3 MgO改质渣 氨气 1250 0.53.0 1-1.5 15 2实验结果与分析 2.1溅渣层形貌 溅渣实验后坩埚内壁如图1所示.可以发现坩 埚内壁表面形成一层溅渣层.自坩埚顶向下明显分 为3个区域：上部、中部及下部溅渣层区.上部溅渣 层疏松，呈灰黑色，厚度约为1.8mm;中部溅渣层结 构比较致密，约为2.3mm;下部（坩埚1/2高度处） 溅渣层致密，呈红棕色，厚度约为3.0mm.坩埚壁溅 渣层出现上下的厚度差异一是由于溅到坩埚上部的 图1溅渣后坩埚内壁 液态炉渣从坩埚壁表面向下流淌，因而炉渣与坩埚 Fig.1 Inner surface of the crucible after slag splashing 壁上部反应不充分；二是由于坩埚壁下部炉渣反复 冲击坩埚壁且反应充分，随溅渣进行，渣中Mg0和 的Mg0质量分数仅为0.76%，空气喷吹镍原渣溅渣 磁铁矿逐渐增加，渣的黏度和熔化温度也逐渐升高， 后Mg0增至10.32%，增加幅度达9.56%：改质渣 溅渣高度也逐渐降低，导致下部溅渣层较厚.溅渣 溅后渣中Mg0增幅不足5%.说明溅渣前的渣中需 层物相研究表明：上部挂渣层主要是炉渣的典型矿 要加入接近饱和的MgO,以防溅渣时对炉衬中MgO 物铁镁橄榄石和磁铁矿，说明上部溅渣层主要是机 的溶解.②溅后渣中Fe203含量不同程度增加.空 械黏附；下部溅渣层由挂渣层和反应层构成，说明下 表3溅渣后炉渣化学成分（质量分数） 部溅渣层由机械黏附和化学结合构成. Table 3 Chemical composition of slag after test % 2.2溅渣前后炉渣成分及性能变化 炉渣类型和 编号 Mgo TFe Fe0 Fe203 2.2.1溅渣前后炉渣化学成分变化 气体类型 溅渣后残余在坩埚内炉渣的化学成分如表3所 1镍原渣+空气10.32 52.27 59.28 8.85 示.可以看出，①溅后渣中Mg0均明显升高，Mg0 2 改质渣+空气 8.54 47.75 56.80 5.14 质量分数增至8.5%~10.3%：尽管溅渣前镍原渣 3 改质渣+氮气 9.78 47.33 57.16 4.14第 4 期 马德刚等: 镍转炉溅渣护炉热态模拟 用的镁铬砖制成内径为 35 mm、高度为 100 mm 的 坩埚． 实验时将 200 g 炉渣放入坩埚中，并升温至 1 250 ℃恒温 20 min 使熔渣熔化均匀，然后将内径为 5 mm 的钢管喷枪插入熔渣液面以下喷吹空气( 或 氮气) 进行溅渣，溅渣结束后将坩埚取出在空气中 冷却． 将实验后的坩埚沿中心线纵向切开，测量坩埚 内壁各部位溅渣层厚度，同一高度不同位置多次测 量取平均值． 炉渣熔化温度的测定采用半球法测 定． 实验前后炉渣物相组成以及坩埚壁溅渣层物相 组成采用 X 射线衍射仪( XRD) 、扫描电镜( SEM) 及 能谱分析仪测定． 溅渣实验方案和实验过程主要参 数如表 2 所示． 表 1 实验用炉渣化学成分 Table 1 Chemical composition of tested slags 类型 质量分数/% SiO2 CaO MgO TFe FeO Fe2O3 S TFe /SiO2 镍原渣 25. 53 0. 50 0. 76 51. 17 62. 58 3. 61 1. 48 2. 01 改质渣 24. 44 0. 48 5. 00 48. 98 59. 90 3. 46 1. 42 2. 00 表 2 溅渣实验方案和结果 Table 2 Test scheme of slag splashing 编号 炉渣类型 喷吹气体 炉渣温度/℃ 气体流量/( mL·min － 1 ) 气体压力/MPa 溅渣时间/min 1 镍原渣 空气 1 250 0. 5 ～ 3. 0 1 ～ 1. 5 15 2 MgO 改质渣 空气 1 250 0. 5 ～ 3. 0 1 ～ 1. 5 15 3 MgO 改质渣 氮气 1 250 0. 5 ～ 3. 0 1 ～ 1. 5 15 2 实验结果与分析 2. 1 溅渣层形貌 溅渣实验后坩埚内壁如图 1 所示． 可以发现坩 埚内壁表面形成一层溅渣层． 自坩埚顶向下明显分 为 3 个区域: 上部、中部及下部溅渣层区． 上部溅渣 层疏松，呈灰黑色，厚度约为 1. 8 mm; 中部溅渣层结 构比较致密，约为 2. 3 mm; 下部( 坩埚 1 /2 高度处) 溅渣层致密，呈红棕色，厚度约为3. 0 mm． 坩埚壁溅 渣层出现上下的厚度差异一是由于溅到坩埚上部的 液态炉渣从坩埚壁表面向下流淌，因而炉渣与坩埚 壁上部反应不充分; 二是由于坩埚壁下部炉渣反复 冲击坩埚壁且反应充分，随溅渣进行，渣中 MgO 和 磁铁矿逐渐增加，渣的黏度和熔化温度也逐渐升高， 溅渣高度也逐渐降低，导致下部溅渣层较厚． 溅渣 层物相研究表明: 上部挂渣层主要是炉渣的典型矿 物铁镁橄榄石和磁铁矿，说明上部溅渣层主要是机 械黏附; 下部溅渣层由挂渣层和反应层构成，说明下 部溅渣层由机械黏附和化学结合构成． 2. 2 溅渣前后炉渣成分及性能变化 2. 2. 1 溅渣前后炉渣化学成分变化 溅渣后残余在坩埚内炉渣的化学成分如表 3 所 示． 可以看出，①溅后渣中 MgO 均明显升高，MgO 质量分数增至 8. 5% ～ 10. 3% ; 尽管溅渣前镍原渣 图 1 溅渣后坩埚内壁 Fig． 1 Inner surface of the crucible after slag splashing 的 MgO 质量分数仅为 0. 76% ，空气喷吹镍原渣溅渣 后 MgO 增至 10. 32% ，增加幅度达 9. 56% ; 改质渣 溅后渣中 MgO 增幅不足 5% ． 说明溅渣前的渣中需 要加入接近饱和的 MgO，以防溅渣时对炉衬中 MgO 的溶解． ②溅后渣中 Fe2O3 含量不同程度增加． 空 表 3 溅渣后炉渣化学成分( 质量分数) Table 3 Chemical composition of slag after test % 编号 炉渣类型和 气体类型 MgO TFe FeO Fe2O3 1 镍原渣 + 空气 10. 32 52. 27 59. 28 8. 85 2 改质渣 + 空气 8. 54 47. 75 56. 80 5. 14 3 改质渣 + 氮气 9. 78 47. 33 57. 16 4. 14 ·487·