2 工程科学学报，第44卷，第X期 alkali removal ability.With the increase in R the O-concentration in slag increases,resulting in Si-O disintegration,and slag viscosity decreases.In addition,the mass transfer between slag and metal liquid is accelerated,which makes S2easier to migrate into slag.the thermodynamic and kinetic conditions of slag desulfurization are improved,thus improving the desulfurization ability.The appropriate Ro should be controlled within the range of 1.05-1.15.w(MgO)is a secondary factor affecting the slag desulfurization ability.With the increase in w(MgO),the fluidity and stability of the slag are improved,which are beneficial for improving the kinetic conditions of slag desulfurization and reducing the activity of(K2O+NaO)in the slag,thus improving the alkali removal ability.Appropriate w(MgO) should be controlled at approximately 15%.w(Al2O)is a secondary factor affecting the alkali removal ability of blast furnace slag.With the increase in w(Al,O3),high melting point materials such as MgAl2O are easily formed,thereby increasing the consumption of free oxygen ions in the slag.This increase is not conducive to the improvement of desulfurization reaction kinetic conditions.Although increasing w(AlO)is beneficial for removing alkali,high w(AlO)is not conducive to desulfurization and leads to an increase in slag viscosity.Appropriate w(Al2O3)should be controlled at approximately 12% KEY WORDS blast furnace slag;Bayan Obo iron ore;slag composition;desulfurization;alkali removal 内蒙古白云鄂博矿蕴藏着160多种矿物， 成分控制的相关研究，由于白云鄂博矿含有害元 70多种元素，其中铁矿储量9.5亿吨，稀土矿工业 素F、K、Na,会对高炉渣脱硫、排碱造成一定影 储量3600万吨，占全世界的36%，占全国的 响，因此，有必要开展冶炼白云鄂博矿高炉渣的脱 90%以上，综合利用价值极高-.采用高炉流程 硫、排碱实验研究.目前，高炉冶炼白云鄂博矿的 冶炼白云鄂博矿时，由于该矿所含F、K、Na等有 原料条件和炉渣成分均发生了较大变化，进口富 害元素使矿石软熔性能较差，炉料难顺行，且在高 矿粉用量的增加使炉渣w(A12O3)由最初的7%升 炉内极易形成循环富集，导致炉渣的熔化性温度 高到14%左右，w(A1203)显著升高，使高炉渣冶金 下降，使炉渣“易熔、易凝、难重熔”，并破坏焦炭 性能特点发生显著变化刀.因此，在高w(Al2O3)条 强度脱硫是高炉冶炼优质生铁的关键环节， 件下，对R。、w(MgO)和w(Al2O,)与白云鄂博矿高 为了提高炉渣的脱硫能力，降低生铁中的硫含量， 炉渣脱硫、排碱能力的关系进行研究，可探明适宜 需要稳定和充足的炉缸温度，并保持较高的炉渣 的炉渣成分控制范围 碱度：但是为了降低炉内碱金属的危害，确保顺 本文通过正交试验研究炉渣成分对白云鄂博 行，又需要采用较低碱度的酸渣排碱，以消除结瘤门 矿高炉渣脱硫、排碱能力的影响规律，并辅助相图 因此，在高炉实际生产中存在着炉渣脱硫与排碱 理论，采用Factsage热力学软件计算并绘制出不同 之间的矛盾 炉渣成分条件下的CaO-SiO2-MgO-Al2O3CaF2 针对炉渣成分对高炉渣脱硫、排碱能力的影 五元伪三元相图，探究R。、w(MgO)和1w(Al2O3)对 响研究，国内外已有大量介绍，袁骧等懰研究了炉 炉渣脱硫、排碱能力的影响，研究成果不仅可以丰 渣中w(MgO)和w(Al,O)对硫的质量分数的影响， 富我国白云鄂博矿冶炼过程中炉渣合理造渣要求 认为当w(MgO)小于12%，w(Al203)小于15%时， 控制理论，而且可以为高炉实际生产提供理论指 提高镁铝比可以显著提高炉渣的脱硫能力；吕庆 导和依据，对于合理利用我国特殊矿资源具有十 等例根据广州钢铁高炉实际炉渣成分，研究了 分重要的意义和价值. w(CaO)hr(SiO2)、w(MgO)、w(Al2O3)对炉渣脱硫和 排碱的影响，认为广钢适宜的炉渣成分为： 1 实验原料及方案 w(CaO)hw(SiO)控制在1.0，w(MgO)控制在12%、 w(A1,0)控制在15%：张旭升等u01以承钢高炉渣 实验方案采用三因素四水平的正交试验，研 为基础，研究了钛、镁、铝对炉渣黏度、熔化性温 究自由碱度(R。)、w(MgO)和w(Al2O3)三个因素对 度和脱硫能力的影响，认为炉渣适宜成分为： 白云鄂博矿高炉渣脱硫、排碱能力的影响，高炉渣 w(CaO)/hr(SiO2)控制在1.12，w(MgO)控制在 实际成分见表1，正交试验设计方案见表2.各因 13.95%、w(Al2O3)控制在13.75%，w(TiO2)控制在 素的水平设置为：R。选取0.95、1.05、1.15、1.25： 10.57%以下.已有研究表明，高炉渣成分不同，其 1w(MgO)选取10%、12%、14%、16%：1w(A12O3)选 脱硫、排碱能力也不尽相同-，在当前已有的研 取11%、13%、15%、17%：每组实验重复三次，结 究中，尚且缺少针对冶炼白云鄂博矿的适宜炉渣 果取平均值alkali removal ability. With the increase in Ro , the O2− concentration in slag increases, resulting in Si−O disintegration, and slag viscosity decreases. In addition, the mass transfer between slag and metal liquid is accelerated, which makes S2− easier to migrate into slag, the thermodynamic and kinetic conditions of slag desulfurization are improved, thus improving the desulfurization ability. The appropriate Ro should be controlled within the range of 1.05–1.15. w(MgO) is a secondary factor affecting the slag desulfurization ability. With the increase in w(MgO), the fluidity and stability of the slag are improved, which are beneficial for improving the kinetic conditions of slag desulfurization and reducing the activity of (K2O+Na2O) in the slag, thus improving the alkali removal ability. Appropriate w(MgO) should be controlled at approximately 15%. w(Al2O3 ) is a secondary factor affecting the alkali removal ability of blast furnace slag. With the increase in w(Al2O3 ), high melting point materials such as MgAl2O4 are easily formed, thereby increasing the consumption of free oxygen  ions  in  the  slag.  This  increase  is  not  conducive  to  the  improvement  of  desulfurization  reaction  kinetic  conditions.  Although increasing w(Al2O3 ) is beneficial for removing alkali, high w(Al2O3 ) is not conducive to desulfurization and leads to an increase in slag viscosity. Appropriate w(Al2O3 ) should be controlled at approximately 12%. KEY WORDS    blast furnace slag；Bayan Obo iron ore；slag composition；desulfurization；alkali removal 内蒙古白云鄂博矿蕴藏 着 160 多种矿物 ， 70 多种元素，其中铁矿储量 9.5 亿吨，稀土矿工业 储 量 3600 万 吨 ， 占 全 世 界 的 36%， 占 全 国 的 90% 以上，综合利用价值极高[1−2] . 采用高炉流程 冶炼白云鄂博矿时，由于该矿所含 F、K、Na 等有 害元素使矿石软熔性能较差，炉料难顺行，且在高 炉内极易形成循环富集，导致炉渣的熔化性温度 下降，使炉渣“易熔、易凝、难重熔”，并破坏焦炭 强度[3−6] . 脱硫是高炉冶炼优质生铁的关键环节， 为了提高炉渣的脱硫能力，降低生铁中的硫含量， 需要稳定和充足的炉缸温度，并保持较高的炉渣 碱度；但是为了降低炉内碱金属的危害，确保顺 行，又需要采用较低碱度的酸渣排碱，以消除结瘤[7] . 因此，在高炉实际生产中存在着炉渣脱硫与排碱 之间的矛盾. 针对炉渣成分对高炉渣脱硫、排碱能力的影 响研究，国内外已有大量介绍，袁骧等[8] 研究了炉 渣中 w(MgO) 和 w(Al2O3 ) 对硫的质量分数的影响， 认为当 w(MgO) 小于 12%，w(Al2O3 ) 小于 15% 时 ， 提高镁铝比可以显著提高炉渣的脱硫能力；吕庆 等[9] 根据广州钢铁高炉实际炉渣成分 ，研究了 w(CaO)/w(SiO2 )、w(MgO)、w(Al2O3 ) 对炉渣脱硫和 排 碱 的 影 响 ， 认 为 广 钢 适 宜 的 炉 渣 成 分 为 ： w(CaO)/w(SiO2 ) 控 制 在 1.0， w(MgO) 控 制 在 12%、 w(Al2O3 ) 控制在 15%；张旭升等[10] 以承钢高炉渣 为基础，研究了钛、镁、铝对炉渣黏度、熔化性温 度和脱硫能力的影响 ，认为炉渣适宜成分为 ： w(CaO)/w(SiO2 ) 控 制 在 1.12， w(MgO) 控 制 在 13.95%、 w(Al2O3 ) 控 制 在 13.75%， w(TiO2 ) 控 制 在 10.57% 以下. 已有研究表明，高炉渣成分不同，其 脱硫、排碱能力也不尽相同[11−16] ，在当前已有的研 究中，尚且缺少针对冶炼白云鄂博矿的适宜炉渣 成分控制的相关研究，由于白云鄂博矿含有害元 素 F、K、Na，会对高炉渣脱硫、排碱造成一定影 响，因此，有必要开展冶炼白云鄂博矿高炉渣的脱 硫、排碱实验研究. 目前，高炉冶炼白云鄂博矿的 原料条件和炉渣成分均发生了较大变化，进口富 矿粉用量的增加使炉渣 w(Al2O3 ) 由最初的 7% 升 高到 14% 左右，w(Al2O3 ) 显著升高，使高炉渣冶金 性能特点发生显著变化[17] . 因此，在高 w(Al2O3 ) 条 件下，对 Ro、w(MgO) 和 w(Al2O3 ) 与白云鄂博矿高 炉渣脱硫、排碱能力的关系进行研究，可探明适宜 的炉渣成分控制范围. 本文通过正交试验研究炉渣成分对白云鄂博 矿高炉渣脱硫、排碱能力的影响规律，并辅助相图 理论，采用 Factsage 热力学软件计算并绘制出不同 炉渣成分条件下 的 CaO−SiO2−MgO−Al2O3−CaF2 五元伪三元相图，探究 Ro、w(MgO) 和 w(Al2O3 ) 对 炉渣脱硫、排碱能力的影响，研究成果不仅可以丰 富我国白云鄂博矿冶炼过程中炉渣合理造渣要求 控制理论，而且可以为高炉实际生产提供理论指 导和依据，对于合理利用我国特殊矿资源具有十 分重要的意义和价值. 1    实验原料及方案 实验方案采用三因素四水平的正交试验，研 究自由碱度（Ro）、w(MgO) 和 w(Al2O3 ) 三个因素对 白云鄂博矿高炉渣脱硫、排碱能力的影响，高炉渣 实际成分见表 1，正交试验设计方案见表 2. 各因 素的水平设置为 ： Ro 选取 0.95、 1.05、 1.15、 1.25； w(MgO) 选 取 10%、 12%、 14%、 16%； w(Al2O3 ) 选 取 11%、13%、15%、17%；每组实验重复三次，结 果取平均值. · 2 · 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期