一种铝酸盐渣系及其造渣方法、冶炼方法

技术领域

本发明涉及炼铁技术领域，更具体地，涉及一种铝酸盐渣系的造渣方法以及包括该造渣方法的钢铁冶炼工艺。

背景技术

一方面，随着优质的高品位铁矿石资源消耗加剧，原料的成分已经到了影响高炉正常冶炼的边沿，现有的高炉造渣制度受到了严重的挑战。另一方面，高铝型铁矿资源储量非常丰富，约占世界铁矿石总储量的1/6，而且价格便宜。比如，目前澳大利亚出口的铁矿石中Al

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个问题。例如，本发明的目的之一在于提供铝酸盐渣系的造渣方法以及利用高铝型铁矿为原料并采用该造渣方法的冶炼工艺。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供了一种铝酸盐渣系的造渣方法，所述造渣方法包括控制成渣区间以获取满足要求的铝酸盐渣系，具体地，在造渣过程中，以Al

根据本发明的铝酸盐渣系的造渣方法的一个示例性实施例，所述炉渣的成分按质量百分比计可以为：CaO:30.00～42.00％，Al

根据本发明的铝酸盐渣系的造渣方法的一个示例性实施例，所述炉渣的Al

本发明另一方面提供了一种铝酸盐渣系，所述铝酸盐渣系的成分按质量百分比计可以为：CaO:30.00～42.00％，Al

根据本发明的铝酸盐渣系的一个示例性实施例，Al

根据本发明的铝酸盐渣系的一个示例性实施例，所述粘度可以采用旋转柱体法来测量，所述铝酸盐渣系的熔化性温度数据可以采用粘温曲线法来获取，所述铝酸盐渣系的硫含量可以采用渣-铁平衡法来测量，所述铝酸盐渣系的密度可以采用浮力法来测量，高铝渣表面张力可以采用最大气泡法来测量。

根据本发明的铝酸盐渣系的一个示例性实施例，所述旋转柱体法可以包括：采用分析纯试剂CaO、SiO

根据本发明的铝酸盐渣系的一个示例性实施例，所述粘温曲线法可以包括：采用所述旋转柱体法测定不同温度下炉渣的粘度结果，获得不同温度下对应的粘度结果；采用温度和对应温度条件下的粘度，绘制粘度-温度曲线图，在粘度-温度曲线上作45°切线，得到切点处温度即为炉渣的熔化性温度。

根据本发明的铝酸盐渣系的一个示例性实施例，所述渣-铁平衡法可以包括：采用分析纯试剂CaO、SiO

根据本发明的铝酸盐渣系的一个示例性实施例，所述浮力法可以包括：用分析纯试剂CaO、SiO

根据本发明的铝酸盐渣系的一个示例性实施例，所述最大气泡法可以包括：采用分析纯试剂CaO、SiO

根据本发明的铝酸盐渣系的一个示例性实施例，所述铁样通过将铁粉、碳粉和FeS置于石墨坩埚并在可控气氛的感应炉中熔制得到，所述可控气氛为通惰性气氛、还原气氛和氧化气氛中的一种或多种。

本发明再一方面提供了一种冶炼方法，所述冶炼方法包括：以高铝型铁矿或含三氧化二铝的含铁物料为原料，采用如上所述的造渣方法进行造渣，获得铝酸盐渣系。

根据本发明的冶炼方法的一个示例性实施例，所述冶炼方法可采用高炉炼铁。所述高铝型铁矿中铁含量低于50％，Al

本发明利用高铝渣系冶炼铁的方法相对于现有技术的有益效果包括：

1)本发明能够满足高炉顺行对炉渣流动性能、脱硫性能及渣铁分离的要求，对于高铝型铁矿资源大规模应用于高炉炼铁意义重大。

2)本发明高铝渣系炉渣能够避开高硅高铝型的高熔点物相成渣区域，其物化性质不仅满足高炉顺行要求，甚至优于传统硅酸盐渣系。

3)本发明在高铝渣系中确定出适合高炉操作的新成渣区间，从渣铁分离和铁水质量两个方面分析均具有可行性，可以为未来拓展新型的高炉原料范围提供理论支撑。

4)本发明可以增大低成本高铝型铁矿资源的使用量，减少高炉入炉原料成本，从而降低高炉炼铁成本。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其它目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了根据本发明示例性实施例的铝酸盐渣系的造渣方法所获得的炉渣的热力学相图。

附图标记说明：

100-普通高炉的造渣区间，200-铝酸盐系的造渣区间。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的铝酸盐渣系的造渣方法以及利用高铝型铁矿为原料并采用该造渣方法的冶炼工艺。需要说明的是，在本发明中，所涉及的百分比数据通常是指质量百分含量。

本发明提供一种适用于高铝型铁矿资源高炉炼铁的铝酸盐渣系造渣工艺，这种造渣工艺的要点是利用“以铝代硅”的思路进行高炉造渣，且在铝酸盐渣系中确定一个成渣区间，该成渣区间可以适用于高铝型铁矿资源高炉炼铁工艺。

具体地，本发明的一方面提出铝酸盐渣系的造渣方法，所述造渣方法包括控制成渣区间以获取满足要求的铝酸盐渣系，具体地，在造渣过程中，以Al

图1为炉渣液相区图，其中，

如图1中所示，炉渣热力学相图发现对于CaO-SiO

本发明避开了高铝高硅的高熔点物相成渣区域，找到了一个高铝渣系成渣区间。该成渣区间内铝酸盐渣系的粘度在温度高于450℃时小于5.0dPa·s；熔化性温度小于1450℃，且此成渣区间能够降低铝酸盐渣系的熔化性温度来减小冶炼能耗。

炉渣脱硫性能是通过炉渣的硫容量来量化的，根据本发明的铝酸盐渣系的硫容量在1450℃时在2.0～8.0×10

成渣区间的渣铁分离特性包括炉渣密度和表面张力，根据本发明的铝酸盐渣系的表面张力在1500℃时处于500～550mN/m范围，并且铝酸盐渣系的密度在温度高于1450℃时处于2.5～2.8g/cm

根据本发明的铝酸盐渣系的造渣方法区别于传统硅酸盐渣系造渣，主要体现在铝酸盐渣系的炉渣中Al

其中，炉渣的成分按质量百分比计可以为：CaO:30.00～42.00％，Al

例如，炉渣的成分按质量百分比计可以为：CaO:30.00～39.50％，Al

成渣区间炉渣中的Al

成渣区间炉渣的二元碱度(CaO/SiO

从渣铁分离方面考察，铝酸盐渣系的渣系粘度低于5.0dPa.s；熔化性温度低于1450℃；该铝酸盐渣系比传统渣系的表面张力更大，且密度范围可以为2.50～2.80g/cm

从炉渣脱硫能力考察，与传统炉渣相比，铝酸盐渣系的硫容量更高，且炉渣流动性无明显差别情况下(即炉渣脱硫动力学条件无明显变化)，炉渣脱硫热力学条件的改善，可促进炉渣吸收铁水中有害元素S，达到高炉冶炼对高炉渣脱硫能力的要求。

根据本发明，在高炉造渣过程中提高Al

所述的“以铝代硅”方案造渣可适用于高炉冶炼造渣过程，更进一步地，适用于高铝型铁矿资源高炉炼铁工艺。但本发明不限于此，也可适用于非高炉冶炼工艺。

为了解决炉渣出现粘度增大、渣铁分离难、脱硫能力下降和炉渣能耗升高问题。本发明的另一方面提供了一种冶炼方法，该冶炼方法包括：以高铝型铁矿或含三氧化二铝的含铁物料为原料，采用如上所述的造渣方法进行造渣，获得铝酸盐渣系。

所述的冶炼方法可以为钢铁冶炼方法，可适用于高铝型铁矿用于高炉或非高炉钢铁冶炼工艺，使高铝型铁矿资源包括高炉除尘灰等含Al

在一个示例性实施例中，钢铁冶炼方法包括以下步骤：

将高铝型铁矿送入高炉中冶炼，冶炼温度区间控制为大于1450℃，升温稳定后，获得高铝渣系和铁。其中，高铝型铁矿是一种典型的复杂难处理铁矿，矿石中铁品位低(一般低于50％)，Al

在冶炼过程中，将高铝渣系中Al

高铝渣系主要成分的质量百分比可以控制为CaO:30.00～42.00％，Al

根据本发明，还可以采用合适的测量方法来获取炉渣的各物理化学性质，例如，采用旋转柱体法测量高铝渣的粘度，粘温曲线法获取高铝渣的熔化性温度数据，渣-铁平衡法测量炉渣硫含量，浮力法测量高铝渣密度，最大气泡法测量高铝渣表面张力。具体实施情况如下：

(1)获取炉渣粘度数据

可采用旋转柱体法测量所述粘度，具体可包括：采用分析纯试剂(CaO、SiO

为了保证实验结果的可靠性，进行多次(例如，三次)重复实验。

(2)获取炉渣熔化性温度数据

可采用粘温曲线法获取铝酸盐渣系的熔化性温度数据，具体可包括：采用所述旋转柱体法测定不同温度下炉渣的粘度结果，获得不同温度下对应的粘度结果；采用温度和对应温度条件下的粘度，绘制粘度-温度曲线图，取与45°切线的切点温度值作为熔化性温度。

(3)获取硫容量数据

可采用渣-铁平衡法测量所述铝酸盐渣系的硫含量，具体可包括：采用分析纯试剂CaO、SiO

其中，铁样可以通过将铁粉、碳粉和FeS置于石墨坩埚并在可控气氛的感应炉中熔制得到。可控气氛为通惰性气氛、还原气氛和氧化气氛中的一种或多种。

(4)获取炉渣密度数据

可以采用浮力法测量所述铝酸盐渣系的密度，具体可包括：用分析纯试剂(含CaO、SiO

将悬挂在质量传感器上的钼质测头完全浸入炉渣，炉渣产生的浮力作用于测头上使质量传感器产生质量差，然后计算得到密度。

(5)获取表面张力数据

采用最大气泡法测量高铝渣表面张力，具体包括：

采用分析纯试剂CaO、SiO

为了保证实验结果的可靠性，进行多次(例如，三次)重复实验。

根据本发明的示例性实施例的铝酸盐渣系，以炉渣的物理化学性质的测量结果为基础，提出了基于铝酸盐渣系的新的成渣区间：(30～42wt.％)CaO-(20～32wt.％)Al

其中，采用旋转柱体法测量炉渣粘度，步骤如下：采用分析纯试剂配置测试样品，并且在粘度测试前，于室温下，用0.96泊、4.92泊和9.80泊的三种硅油标定仪器常数。当样品升温至目标温度，保温一定时间后，开始测定炉渣粘度，获取炉渣粘度数据。为了保证实验结果的可靠性，进行多次重复实验。

采用粘温曲线法获取炉渣熔化性温度数据，步骤如下：采用分析纯试剂配置测试样品，测定不同温度下炉渣的粘度结果，获得一系列不同温度下对应的粘度结果。然后，将粘度-温度结果作图，得到粘温曲线图，取与45°切线的切点温度值即为熔化性温度数据。

采用渣-铁平衡法测量炉渣硫含量，步骤如下：采用分析纯试剂配置测试样品，实验用铁样为铁粉、碳粉和FeS通过石墨坩埚在可控气氛的感应炉中熔制，配制的铁样硫含量为0.462％。将渣样和铁样按渣铁比0.36(100g铁水，36g炉渣)混合均匀后置于石墨坩埚内，坩埚放入高温炉升温至1500℃并恒温8小时，保证二者充分反应趋于平衡。然后将试验样品在炉内冷却后，分析渣样和铁样中的硫含量，计算并得到炉渣的硫容量。

采用浮力法测量炉渣密度，步骤如下：采用分析纯试剂配置测试样品，将样品在高温炉内升温至目标温度，并保温30min，保证炉渣成分和炉内温度场平衡。悬挂在质量传感器上的钼质测头完全浸入炉渣，炉渣产生的浮力作用于测头上使质量传感器产生质量差，然后计算得到炉渣密度数据。且为了保证实验结果的可靠性，进行多次(三次)重复实验。

采用最大气泡法测量炉渣表面张力，步骤如下：采用分析纯试剂配置测试样品，将样品在高温炉内升温至目标温度，并保温30min，保证炉渣成分和炉内温度场平衡。实验开始时，将毛细管悬于炉渣表面上方，通过质量流量计控制气流速率，通过压差传感器实时记录毛细管内的压差值；气流速率控制在每分钟约10个气泡。待压差传感器记录稳定后，让毛细管缓慢下降，当压力突然变大时说明接触到炉渣液面。考虑熔体表面扰动现象，实验测定不同深度下的最大压力，然后计算得到熔渣的表面张力数据。且为了保证实验结果的可靠性，进行多次(三次)重复实验。

本发明的又一方面提供了一种铝酸盐渣系成渣区间，该成渣区间为铝酸盐渣系成渣区间，区别于传统硅酸盐渣系成渣区间。所述成渣区间为铝酸盐渣系成渣区间中Al

在示例性实施例中，所述铝酸盐渣系的成分按质量百分比计可以为：CaO:30.00～42.00％，Al

为了更好地理解本发明的上述的示例性实施例，下面结合具体示例来说明利用高铝渣系冶炼铁的方法。

示例1

在本发明提出的高铝渣系中取一组炉渣，其具体成分如下CaO:40.50％，Al

示例2

高铝渣系的质量百分比为CaO:41.00％，Al

示例3

取一组不在本发明提出的高铝渣系范围的炉渣，其成分百分比为CaO:45.00％，Al

采用以下测量方法来测量示例1至3中炉渣的上述各物理化学性质：

(1)获取炉渣粘度数据

旋转柱体法测量炉渣粘度：采用分析纯试剂配置测试样品，并且在粘度测试前，于室温下，用0.96泊、4.92泊和9.80泊的三种硅油标定仪器常数。当样品升温至目标温度，保温一定时间后，开始测定炉渣粘度，获取炉渣粘度数据。且为了保证实验结果的可靠性，进行多次(三次)重复实验。

(2)获取炉渣熔化性温度数据

采用粘温曲线法获取炉渣熔化性温度数据：采用分析纯试剂配置测试样品，测定不同温度下炉渣的粘度结果，获得一系列不同温度下对应的粘度结果。然后，将粘度-温度结果作图，得到粘温曲线图，取与45°切线的切点温度值即为熔化性温度数据。

(3)获取硫容量数据

渣-铁平衡法测量炉渣硫含量：采用分析纯试剂配置测试样品，实验用铁样为铁粉、碳粉和FeS通过石墨坩埚在可控气氛的感应炉中熔制，配制的铁样硫含量为0.462％。将渣样和铁样按渣铁比0.36(100g生铁，36g炉渣)混合均匀后置于石墨坩埚内，坩埚放入高温炉升温至1500℃并恒温8小时，保证二者充分反应趋于平衡。然后将试验样品在炉内冷却后，分析渣样和铁样中的硫含量，计算并得到炉渣的硫容量。

(4)获取炉渣密度数据

浮力法测量炉渣密度：采用分析纯试剂配置测试样品，将样品在高温炉内升温至目标温度，并保温30min，保证炉渣成分和炉内温度场平衡。悬挂在质量传感器上的钼质测头完全浸入炉渣，炉渣产生的浮力作用于测头上使质量传感器产生质量差，然后计算得到炉渣密度数据。且为了保证实验结果的可靠性，进行多次(三次)重复实验。

(5)获取表面张力数据

最大气泡法测量炉渣表面张力：采用分析纯试剂配置测试样品，将样品在高温炉内升温至目标温度，并保温30min，保证炉渣成分和炉内温度场平衡。实验开始时，将毛细管悬于炉渣表面上方，通过质量流量计控制气流速率，通过压差传感器实时记录毛细管内的压差值；气流速率控制在每分钟约10个气泡。待压差传感器记录稳定后，让毛细管缓慢下降，当压力突然变大时说明接触到炉渣液面。考虑熔体表面扰动现象，实验测定不同深度下的最大压力，然后计算得到熔渣的表面张力数据。且为了保证实验结果的可靠性，进行多次(三次)重复实验。

可以看出，随着铝硅比增大，炉渣粘度呈先降低后增大的趋势，且在高Al

本发明所述新的适合高铝型铁矿用于高炉炼铁渣系(30～42wt.％)CaO-(20～32wt.％)Al

从炉渣脱硫能力考察，本发明的铝酸盐渣系与传统炉渣相比，硫容量更高，且炉渣流动性无明显差别，脱硫动力学条件虽然无明显变化但热力学条件改善，说明所述渣系吸收有害元素S的能力增强，满足高炉渣对脱硫能力的要求。

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本公开，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。