卢翔等：利用显热对熔渣进行直接改质的热平衡分析及试验验证 ·1391· a 图6工业试验过程.(a)现场熔渣改质过程：(b)改质渣罐运输过程：（©）改质渣倾倒过程 Fig.6 Process of industrial test.(a)modification process of molten slag on site:(b)transportation process of the slag pot after modification:(e) tipping process of the slag pot after modification 11.98%,接近改质熔渣显热最大值时的掺量11%，冷 (2)通过热平衡计算可知，河沙掺量对改质熔渣 却后产物的矿物组成主要以硅酸二钙与低熔点的钙铁 显热的影响可分四个阶段：①当河沙掺量为1%~5% 橄榄石相为主，高碱度钢渣里的硅酸三钙，游离氧化钙 时，改质熔渣显热保持稳定：②当河沙掺量为5%~ 降低或消失，这是使得改质熔渣流动性变好的一个重 11%时，改质熔渣显热随河沙掺量增大，改善熔渣流动 要原因 性，促进熔渣改质效果，但对于熔渣显热的利用不够： ③当河沙掺量为11%~19%时，改质熔渣显热随着河 表3不同钢渣的化学组成（质量分数） Table 3 Chemical compositions of different kinds of steel slags 沙掺量的增加而减少，此时不仅熔渣显热的利用效率 较高，而且改质效果较好：④当河沙掺量增加超过 渣样 SiO2Ca0A山03Fe20sMg0Mn0碱度 19%(改质渣碱度小于1.33)时，不能直接利用熔渣显 热熔化河沙的方式进行改质。 原渣 17.0440.843.1927.963.363.902.40 (3)通过工业试验发现，直接利用熔渣显热可以 改质钢渣121.6634.656.8423.294.494.081.60 完全熔化12.69%掺量的河沙，熔渣改质后具有较好 改质钢渣221.5734.8710.2020.104.553.821.62 的流动性，并且能够大大降低钢渣游离氧化钙的含量， 钢渣中游离氧化钙含量过高是限制钢渣应用于水 满足钢渣用做水泥混合材的国标要求. 泥或混凝土的原因之一，原渣的碱度为2.4，其游离氧 (4)在本文假设条件下，熔融钢渣改质中河沙掺 化钙的质量分数为5.14%，通过热态改质后所得的钢 量的理论最佳区间为11%~19%，此时熔渣显热的利 渣1与2的碱度分别为1.6与1.62，其游离氧化钙质 用效率高，改质效果好.河沙掺量接近11%时，改质熔 量分数分别为1.02%与0.76%，完全满足钢渣用作水 渣的流动性较好：河沙掺量接近19%时，改质熔渣的 泥混合材国标对游离氧化钙含量小于3%的要求，因 碱度较低 此能够很好应用于水泥、混凝土等领域 考文献 5 结论 [Wu L,Hao Y D,Zhang K,et al.Exploratory experment of high 本文选取熔融钢渣和河沙分别为典型熔渣和改质 effciency utilization with molten steel slag resource.Enriron Eng, 剂，利用软件Factsage7.0计算了改质熔渣的液相线温 2015,33(12):147 度，研究在1600℃熔渣中参入改质剂的过程中，改质 (吴龙，郝以党，张凯，等.熔融钢渣资源高效化利用探索试 剂掺量对改质熔渣显热的影响关系，并对研究结果进 验.环境工程，2015,33(12)：147) 行工业试验验证.研究表明： 2] Dai X T.Qi Y H,Zhang C X.Development of molten slag dry (1)改质剂河沙的矿物组成主要为石英、钠长石 grannulation and heat recovery in steel indstry.J Iron Steel Res, 2008,20(7):1 与微斜长石：随着河沙掺量的增加，改质熔渣的液相线 (戴晓天，齐渊洪，张春霞.熔融钢铁渣干式粒化和显热回收 开始降低，当河沙掺量达到12%时，改质熔渣的液相 技术的进展.钢铁研究学报，2008,20(7)：1) 线温度最低，为1343.83℃，此时改质熔渣的碱度为 B]Peng BC,Zhang BZ.Recovery and utilization of molten slag heat 1.58,然后液相线温度进入相对稳定期. of iron and steel plants.Metall Power,2005(4):105卢 翔等: 利用显热对熔渣进行直接改质的热平衡分析及试验验证 图 6 工业试验过程． ( a) 现场熔渣改质过程; ( b) 改质渣罐运输过程; ( c) 改质渣倾倒过程 Fig． 6 Process of industrial test． ( a) modification process of molten slag on site; ( b) transportation process of the slag pot after modification; ( c) tipping process of the slag pot after modification 11. 98% ，接近改质熔渣显热最大值时的掺量 11% ，冷 却后产物的矿物组成主要以硅酸二钙与低熔点的钙铁 橄榄石相为主，高碱度钢渣里的硅酸三钙，游离氧化钙 降低或消失，这是使得改质熔渣流动性变好的一个重 要原因． 表 3 不同钢渣的化学组成( 质量分数) Table 3 Chemical compositions of different kinds of steel slags % 渣样 SiO2 CaO Al2O3 Fe2O3 MgO MnO 碱度 原渣 17. 04 40. 84 3. 19 27. 96 3. 36 3. 90 2. 40 改质钢渣 1 21. 66 34. 65 6. 84 23. 29 4. 49 4. 08 1. 60 改质钢渣 2 21. 57 34. 87 10. 20 20. 10 4. 55 3. 82 1. 62 钢渣中游离氧化钙含量过高是限制钢渣应用于水 泥或混凝土的原因之一，原渣的碱度为 2. 4，其游离氧 化钙的质量分数为 5. 14% ，通过热态改质后所得的钢 渣 1 与 2 的碱度分别为 1. 6 与 1. 62，其游离氧化钙质 量分数分别为 1. 02% 与 0. 76% ，完全满足钢渣用作水 泥混合材国标对游离氧化钙含量小于 3% 的要求，因 此能够很好应用于水泥、混凝土等领域． 5 结论 本文选取熔融钢渣和河沙分别为典型熔渣和改质 剂，利用软件 Factsage 7. 0 计算了改质熔渣的液相线温 度，研究在 1600 ℃ 熔渣中掺入改质剂的过程中，改质 剂掺量对改质熔渣显热的影响关系，并对研究结果进 行工业试验验证． 研究表明: ( 1) 改质剂河沙的矿物组成主要为石英、钠长石 与微斜长石; 随着河沙掺量的增加，改质熔渣的液相线 开始降低，当河沙掺量达到 12% 时，改质熔渣的液相 线温度最低，为 1343. 83 ℃，此时改质熔渣的碱度为 1. 58，然后液相线温度进入相对稳定期． ( 2) 通过热平衡计算可知，河沙掺量对改质熔渣 显热的影响可分四个阶段: ①当河沙掺量为 1% ～ 5% 时，改质熔渣显热保持稳定; ②当河沙掺量为 5% ～ 11% 时，改质熔渣显热随河沙掺量增大，改善熔渣流动 性，促进熔渣改质效果，但对于熔渣显热的利用不够; ③当河沙掺量为 11% ～ 19% 时，改质熔渣显热随着河 沙掺量的增加而减少，此时不仅熔渣显热的利用效率 较高，而 且 改 质 效 果 较 好; ④ 当 河 沙 掺 量 增 加 超 过 19% ( 改质渣碱度小于 1. 33) 时，不能直接利用熔渣显 热熔化河沙的方式进行改质． ( 3) 通过工业试验发现，直接利用熔渣显热可以 完全熔化 12. 69% 掺量的河沙，熔渣改质后具有较好 的流动性，并且能够大大降低钢渣游离氧化钙的含量， 满足钢渣用做水泥混合材的国标要求． ( 4) 在本文假设条件下，熔融钢渣改质中河沙掺 量的理论最佳区间为 11% ～ 19% ，此时熔渣显热的利 用效率高，改质效果好． 河沙掺量接近 11% 时，改质熔 渣的流动性较好; 河沙掺量接近 19% 时，改质熔渣的 碱度较低． 参 考 文 献 ［1］ Wu L，Hao Y D，Zhang K，et al． Exploratory experment of high effciency utilization with molten steel slag resource． Environ Eng， 2015，33( 12) : 147 ( 吴龙，郝以党，张凯，等． 熔融钢渣资源高效化利用探索试 验． 环境工程，2015，33( 12) : 147) ［2］ Dai X T，Qi Y H，Zhang C X． Development of molten slag dry grannulation and heat recovery in steel indstry． J Iron Steel Ｒes， 2008，20( 7) : 1 ( 戴晓天，齐渊洪，张春霞． 熔融钢铁渣干式粒化和显热回收 技术的进展． 钢铁研究学报，2008，20( 7) : 1) ［3］ Peng B C，Zhang B Z． Ｒecovery and utilization of molten slag heat of iron and steel plants． Metall Power，2005( 4) : 105 · 1931 ·