【摘 要】
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高炉软熔带与高炉炉况密切相关,不仅支配着高炉内气固液多相的流动状态,而且对高炉内的热交换具有重要影响。对高炉软熔带物相演变行为进行系统全面的研究,是应对新形势下高炉原料调整的挑战,实现高炉高效低碳冶炼的关键。本文基于国内首座1000 m3以上高炉软熔带实际取样结果,系统解析软熔带渣相组成并明确软熔带主要渣系分布;通过实验模拟还原软熔带炉料状态,明确软熔带渣相的主要形成路径;结合扩散耦实验与分子动力
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高炉软熔带与高炉炉况密切相关,不仅支配着高炉内气固液多相的流动状态,而且对高炉内的热交换具有重要影响。对高炉软熔带物相演变行为进行系统全面的研究,是应对新形势下高炉原料调整的挑战,实现高炉高效低碳冶炼的关键。本文基于国内首座1000 m3以上高炉软熔带实际取样结果,系统解析软熔带渣相组成并明确软熔带主要渣系分布;通过实验模拟还原软熔带炉料状态,明确软熔带渣相的主要形成路径;结合扩散耦实验与分子动力学模拟,解析软熔带渣相形成机理;以矿石种类、分布和占比为变量开展经典熔滴实验,建立软熔带渣相性能与炉料软化熔融行为的联系,进一步完善软熔带渣相的行为理论。本文采用XRD、ICP,SEM-EDS及热力学计算等手段,基于高炉解剖,原位获取高炉软熔带试样,系统解析了时空多维度软熔带的实际物相组成,为开展实验室条件模拟软熔带炉料行为,提供更加贴近实际高炉工况的实验参数选择。结果表明,软熔带上沿炉料还原度为48.61%,软熔带上沿温度为1100℃,烧结矿和球团矿粘接面以含少量CaO、MgO的Fe-Si系和含碱金属的硅铝酸盐渣相为主,其中K和Na最高富集量分别为入炉料的12倍和8倍。软熔带中上部渣相为含少量MgO和Al2O3的Fe-Ca-Si系和含碱金属的渣相,多种渣系并存,下部多种渣系互相熔合,形成低镁的Ca-Mg-Al-Si四元渣相。基于历程分割法详细解析软熔带典型烧结矿球团矿渣相的形成过程,将炉料高温交互作用细化为“形成交互”和“组成交互”,提出“初生渣相”、“内生渣相”和“界面渣相”的概念对软熔带渣相的形成过程中进行区分。单种矿石初生渣相为FeO-CaO-SiO2,单种矿石内生渣相与同种矿石交互作用产生的界面渣相种类相同,均为FeO-CaO-MgO（Al2O3）-SiO2,同种矿石界面渣相交互反应促进液相产生。异种矿石交互作用产生的界面渣相主要为FeO-CaO-SiO2,FeO-CaO-MgO（A12O3）-SiO2,其中 FeO-CaO-SiO2 的形成同时包含“形成交互”和“组成交互”两种作用。FeO-CaO-SiO2和FeO-CaO-Al2O3-SiO2为主要产生液相的渣相,软熔带渣相表现出高铝低镁特征。采用扩散耦实验与分子动力学模拟,研究了高炉软熔带渣相中典型氧化物扩散溶解过程,揭示了初生渣相、内生渣相形成路径的选择机制,以及界面渣相形成过程中不同种类交互反应的作用机理,还原软熔带渣相的连续性变化过程。其中CaO-2FeO·SiO2和FeO-2CaO·SiO2的扩散行为阐释了矿石初生渣相的形成路径。Mg2+向初生渣相的扩散能力较差,导致软熔带形成的渣相中MgO含量较低。Ca2+增强原体系各离子扩散能力,Fe2+增强含MgO体系离子扩散系数,因此Mg2+和Al3+更容易向FC2S中扩散,反映出单种矿石内生渣相形成过程的路径选择,同时形成界面渣相的交互作用形式也进一步得到解释。F2S和FC2S结构对Al2O3相容性较好,因此界面渣相以FeO-CaO-Al2O3-SiO2 为主。模拟高炉软熔带实际工况,构建了高炉软熔带渣相形成演变与不同炉料种类、分布及配比下软熔行为的内在联系。通过将炉料在软化熔融过程中的反应划分为P-P型、S-S型和S-P型,基于渣相微观形成机理分析矿石混匀分布下透气性较好的原因。矿石软熔性能与其渣相形成直接相关,影响软熔带透气性的主要因素为熔化区间。分析炉料配比改变对典型软熔带渣系（FeO-CaO-SiO2,FeO-CaO-MgO-SiO2 和 FeO-CaO-Al2O3-SiO2）成分变化的综合影响,明确炉料软化与熔化区间对应的渣相液相形成和黏度突变特性,并提出软化区域重点调控FeO-CaO-SiO2渣系、熔化区间重点调控FeO-CaO-Al203-SiO2渣系以优化软熔带炉料性能的措施建议。
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