摘要：为降低生产成本，拟用较低等级的高铝矾土熟料粉(ω(A1₂O₃)=80％)配料生产12CaO·7A1₂O₃预熔精炼渣，熔融液态渣冷却凝固后出现粉化问题。分析了粉化原因，研究了几种解决方案，最终提出预熔喷吹造粒生产预熔精炼渣的技术方案。

关键词：12CAO·7A1203精炼渣；预熔；冷却；粉化；喷吹造粒

    12CaO·7A1₂O₃精炼渣是近几年发展起的新型精炼渣，主要用于LF钢水脱硫、去除夹杂而净化钢液的目的。从熔点、流动性等方面而言，由于它对Ca0和A1₂O₃具有很强的容纳能力，因而可配加大量的石灰、发泡剂等组合成具有很强脱硫能力的LF精炼渣，尤其适用于铝脱氧钢，包括薄板在内的品种钢，因此在国内它的应用发展的很快，很多厂家已开始使用它。

    精炼渣生产主要有以下几种方法，(1)精炼粉渣，将原料破碎加工成粉状，按要求成分配成粉料使用。(2)烧结精炼渣，将要求成分的粉料添加粘结剂混匀后烧结成块状，破碎成颗粒状后使用。(3)预熔精炼渣，使用化渣炉将要求成分的原料熔化成液态渣，倒出凝固后机械破碎成颗粒状后使用。

    上述3种生产方法中，方法(1)生产的精炼粉渣在使用的过程中产生大量烟尘，造成原料损失和环境污染。并且由于渣料成分不均匀，使用时钢水产生较大温降，降低精炼生产效率。方法(2)生产的精炼烧结渣使用情况较前面有所改善，但此法工序较多生产效率低。方法(3)生产的预熔精炼渣最大优点是成分均匀、粉末率低，在使用过程中很好的改善了上述情况，工艺较简单。但其加工成本、投资成本高于方法(2)和方法(1)，冶金效果优于方法(2)和方法(1)。

    在使用高等级的高铝矾土熟料粉(ω(A1₂O₃)为90％，(ω(SiO₂)为1．5％)配料生产12CaO·7A1₂O₃预熔精炼渣时，熔融液态渣冷却凝固后，用机械破碎成颗粒状使用。为降低生产成本，拟用较低等级的高铝矾土熟料粉(ω(A1₂O₃)为80％，w(SiO₂)为4％)配料生产12CaO·7A1₂O₃预熔精炼渣，但熔融液态渣冷却凝固后出现粉化问题。结果产品就相当于精炼粉渣，使用时产生大量烟尘造成原料损失和环境污染。为解决这一问题进行下述研究实验工作。

1  净化钢液机理及产生自粉化的原因

1．1  净化钢液机理

    预熔精炼渣12CaO·7A1：氓型渣的化学组成及质量分数见表1。

    这种精炼渣的主要组成是12CaO·7Al₂O₃化合物，本身就具有很低的熔点，渣中含有的SiO₂、FeO、MgO等杂质还具有降低熔点的作用；同时，由于含有较高的Al₂O₃，对铝脱氧产物具有很高的吸附能力，因而精炼钢水时用这种渣可以配加大量的石灰(CaO)而对熔渣的流动性影响不大，从而进一步增加渣的脱硫能力。

1．2  产生自粉化的原因

    精炼渣的主要原料为高铝矾土熟料粉和石灰，它们都含有SiO₂。如果不考虑12CaO·7Al₂O₃，型精炼合成渣中的MgO、FeO等少量组分，这种精炼渣即为CaO－SiO₂一A1 ₂O₃三元系，此三元相图见图1。

    在此相图内存在10个二元化合物、2个三元稳定化合物，将图中15个成分点连接起来，可划分为具有15个初晶面的分三角形，见图2。与二元化合物12CaO·7Al₂O₃相关的分三角形的相平衡关系及零变点的温度见表2。由上述情况我们可知，在熔化渣料精炼12CaO·7Al₂O₃预熔渣时，液渣出渣后凝固时的主要物相是12CaO·7A1₂O₃并有少量的3CaO·Al₂O₃、CaO·Al₂O₃和2CaO·SiO₂。

    由于原料中带人SiO2，生产12Ca()·7Al₂O₃，预熔精炼渣时精炼过程产生2Ca()·Si(-)2，它在冷却过程中发生如图3所示的多晶型转变。其中由β型向γ型转变时体积膨胀10％，从而发生自粉化。文献报道，纯2CaO·SiO₂。由a′一β的转变温度为670～675℃，β→γ的转变温度取决于杂质的存在以及冷却的速度，有的学者定此温度为525℃至20℃。

   因此，β→γ转变时体积膨胀就是用SiO₂：含量较高的低等级高铝矾土熟料粉配料生产1 2CaO·7Al₂O₃：q预熔精炼渣时，熔融液态渣冷却凝固过程中生成较多的2CaO·SiO2。而产生粉化现象的原因。

2   解决粉化问题的措施

    预熔精炼渣常规生产工艺是将高铝矾土熟料粉和破碎成粒度约为10 mm石灰(CaO)按表1的配比要求混合加入电炉中，待熔渣温度达到约1 400℃倾倒液态渣注入凹形耐火材料砌筑的槽中，冷却凝同后清出并破碎，筛分包装后待用。

    前面阐述了预熔精炼渣产生自粉化的原因，可看到对其影响有两个主要因素，一是所配原料的SiO₂含量，二是熔融渣的冷却速度。

    常规工艺使用低等级的高铝矾土熟料粉生产12CaO·7Al₂O₃预熔精炼渣，凝固后出现自粉化，原因就是原料中的SiO₂：含量增加的原故。要想用低等级的高铝矾土熟料粉生产所要求的预熔精炼渣，只能是提高熔融渣凝固时的冷却速度，避免产生自粉化现象。

    精炼渣常规生产方式是熔融液态渣注入凹形耐火材料砌筑的槽中，冷却凝固后清理出来再破碎。凝固的预熔精炼渣中2CaO·SiO₂的β→γ转变温度还取决于冷却速度。据此，我们提出3种用低等级的高铝矾土熟料粉为配料的熔融液态精炼渣冷却凝固方案，以便试验比较。

    方案一，将熔融液态渣倒到大的铸铁盘上，渣层厚度仅20mm左右，使液态渣迅速凝固，这样凝固的渣层没有粉化渣出现。但这使工作环境温度过高，恶化了工作条件，还要增大工作面积。

    方案二，将熔融液态渣倒入露天水池中，水淬破碎。渣的粒度约为10 mm，无粉化情况出现。但渣捞出后还需烘干，增加烘干费用。

    方案三，熔融液态渣出渣时，控制它呈细小流股，用0．2～0．6 MPa高压气流经喷嘴喷出冲击其流股，流股被破碎并在下落过程中凝结成细小颗粒，来生产颗粒状预熔精炼渣。颗粒成球形粒度约1 mm，无粉化情况出现。

    比较上述三方案，虽然它们都满足用低等级高铝矾土熟料粉配料生产预熔精炼渣产品且无粉化现象的要求，但也存在不同的问题。方案一恶化了工作条件，凝固的渣块仍需破碎和筛分。方案二凝固的渣粒捞出后还需烘干筛分，增加烘干费用。方案三生产的颗粒状预熔精炼渣冷却后可直接包装待用，简化生产工艺。并且它的颗粒细小加入精炼包后它可迅速融化，精炼效果更好。因此方案三为最佳方案。

3  结  论

    为降低生产成本，使用低等级高铝矾土熟料粉配料预熔生产12CaO·7Al₂O₃精炼渣，分析熔融液态渣冷却凝同过程中出现粉化问题的原因，及对其影响的两个主要因素：(1)所配原料的SiO₂含量；(2)是熔融渣的冷却速度。原料的SiO₂含量较高时，采用3种试验方案研究解决这一问题，认为熔融液态渣出渣时，控制它呈细小流股，用0.2～0.6 MPa高压气流经喷嘴冲击其流股，流股被破碎并在下落过程中凝结成细小颗粒，来生产颗粒状预熔精炼渣即经济且产品冶金性能更好。