第4期 马德刚等：镍转炉溅渣护炉热态模拟 ·489· 1340 1280r E1300 1260 120 1240 1220 180 9 12 15 11806 10152025 流中M0质量分数% 清中F,0,质量分数% 图4炉渣半球点温度与渣中Mg0和F2O3含量的关系 Fig.4 Relations of hemisphere temperature to Mgo and Fe,O;contents 方镁石 磁铁矿 镁铬尖品石 铁镁嫩镜石 M0-F0溶体 1g0-FO固溶体 5 um 图5坩埚壁溅渣层SEM照片.(a)从左至右：原砖层→反应层→挂渣层：(b)反应层 Fig.5 SEM images of the slag splashing layer on the crucible wall:(a)original brick-reaction layer-slag sticking layer,from left to right;(b)re- action layer 炉渣渗透较为微弱，反应层薄：反应层附近的磁铁矿 过化学结合具有良好的强度，因此可以较好地抵抗 粒度小，数量明显少于空气喷吹条件 炉渣的冲刷作用；最后，溅渣层可以有效减少流动性 2.4溅渣层形成机理 良好的炉渣对砖衬本体渗透和化学破坏作用.同 溅渣初期，在气流带动作用下，流动性良好的炉 理，溅渣层也可以降低冰镍向砖体的渗透和冲刷 渣反复冲击坩埚壁，并沿坩埚壁表面显微裂纹、气孔 3合理的溅渣渣型和喷吹气体探讨 及晶间等渗入.坩埚壁耐火材料中Mg0与炉渣中 F©0反应生成镁铁固溶体，附着于耐材表面的铁氧 为了研究Mg0和Fe,O,对镍转炉炉渣性能的影 化物固溶于尖晶石，并破坏其结构，最终镁铁固溶体 响及炉渣改质基础，采用Factsage软件计算了FeO- 与脱溶的细小镁铬铁尖晶石形成反应层. Fe,03SiO2-Mg0系不同Mg0及Fe30,含量的炉渣 反应层形成后，熔渣在其表面不断冷凝沉积形 液相组成，并进行了分析.设定Compound Species 成表面的挂渣层.在预先加入Mg0或渣中溶入 和Solution Species分别为Solid和Fact-Slag液渣数 Mg0的条件下，炉渣熔化温度和黏度都会提高；当 据库，采用Equilib模块中Normal算法.计算初始条 炉渣中吹入空气时，渣中Fe0被氧化成FezO,生成 件：压力101kPa,温度从1100℃到1400℃，步长为 磁铁矿也会提高炉渣熔化温度：最后形成以磁性矿 20℃，每个渣样得到16组热力学平衡数据.计算结 颗粒为骨架、铁镁橄榄石为基体的具有较高熔化温 果如图6所示. 度和黏度的挂渣层. 由图6(a)可知，当Mg0质量分数为1%时，随 2.5溅渣层抗渣侵蚀分析 着镍转炉渣中Fe,0,的质量分数增加，1250℃时固 镍渣对砖衬的主要破坏作用是熔损、冲刷及化 相比例增加较为明显.图6(b)表明，当渣中Fe,O, 学侵蚀.上述结构的溅渣层对炉渣的侵蚀作用 为10%时、在Mg0质量分数在3%~7%范围内， 具有明显的抵抗作用.首先，溅渣层熔点较高，在正 1250℃炉渣中液相比例随渣中Mg0含量增加而显 常吹炼前期炉温较低时可以抵抗炉渣的高温熔损： 著减少：炉渣开始出现液相和完全变为液相的温度 其次，由于溅渣层均匀、密度较大且与炉衬之间的通 随Mg0含量增加而升高：炉渣液相比例为50%对应第 4 期 马德刚等: 镍转炉溅渣护炉热态模拟 图 4 炉渣半球点温度与渣中 MgO 和 Fe2O3 含量的关系 Fig． 4 Relations of hemisphere temperature to MgO and Fe2O3 contents 图 5 坩埚壁溅渣层 SEM 照片． ( a) 从左至右: 原砖层→反应层→挂渣层; ( b) 反应层 Fig． 5 SEM images of the slag splashing layer on the crucible wall: ( a) original brick→reaction layer→slag sticking layer，from left to right; ( b) re￾action layer 炉渣渗透较为微弱，反应层薄; 反应层附近的磁铁矿 粒度小，数量明显少于空气喷吹条件． 2. 4 溅渣层形成机理 溅渣初期，在气流带动作用下，流动性良好的炉 渣反复冲击坩埚壁，并沿坩埚壁表面显微裂纹、气孔 及晶间等渗入． 坩埚壁耐火材料中 MgO 与炉渣中 FeO 反应生成镁铁固溶体，附着于耐材表面的铁氧 化物固溶于尖晶石，并破坏其结构，最终镁铁固溶体 与脱溶的细小镁铬铁尖晶石形成反应层． 反应层形成后，熔渣在其表面不断冷凝沉积形 成表面的挂渣层． 在预先加入 MgO 或渣中溶入 MgO 的条件下，炉渣熔化温度和黏度都会提高; 当 炉渣中吹入空气时，渣中 FeO 被氧化成 Fe2O3 生成 磁铁矿也会提高炉渣熔化温度; 最后形成以磁性矿 颗粒为骨架、铁镁橄榄石为基体的具有较高熔化温 度和黏度的挂渣层． 2. 5 溅渣层抗渣侵蚀分析 镍渣对砖衬的主要破坏作用是熔损、冲刷及化 学侵蚀［10］． 上述结构的溅渣层对炉渣的侵蚀作用 具有明显的抵抗作用． 首先，溅渣层熔点较高，在正 常吹炼前期炉温较低时可以抵抗炉渣的高温熔损; 其次，由于溅渣层均匀、密度较大且与炉衬之间的通 过化学结合具有良好的强度，因此可以较好地抵抗 炉渣的冲刷作用; 最后，溅渣层可以有效减少流动性 良好的炉渣对砖衬本体渗透和化学破坏作用． 同 理，溅渣层也可以降低冰镍向砖体的渗透和冲刷． 3 合理的溅渣渣型和喷吹气体探讨 为了研究 MgO 和 Fe3O4对镍转炉炉渣性能的影 响及炉渣改质基础，采用 Factsage 软件计算了FeO-- Fe2O3 --SiO2 --MgO 系不同 MgO 及 Fe3O4含量的炉渣 液相组成，并进行了分析． 设定 Compound Species 和 Solution Species 分别为 Solid 和 Fact--Slag 液渣数 据库，采用 Equilib 模块中 Normal 算法． 计算初始条 件: 压力 101 kPa，温度从 1 100 ℃到 1 400 ℃，步长为 20 ℃，每个渣样得到 16 组热力学平衡数据． 计算结 果如图 6 所示． 由图 6( a) 可知，当 MgO 质量分数为 1% 时，随 着镍转炉渣中 Fe3O4的质量分数增加，1 250 ℃ 时固 相比例增加较为明显． 图 6( b) 表明，当渣中 Fe3O4 为 10% 时、在 MgO 质量分数在 3% ～ 7% 范围内， 1 250 ℃炉渣中液相比例随渣中 MgO 含量增加而显 著减少; 炉渣开始出现液相和完全变为液相的温度 随 MgO 含量增加而升高; 炉渣液相比例为50% 对应 ·489·