CaO-FeO-Al2O3-SiO2渣熔化温度特性实验研究

第36卷第5期 北京科技大学学报 Vol.36 No.5 2014年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing May 2014 Ca0-Fe0-Al,03Si02渣熔化温度特性实验研究 邢 薇”，吴龙2，李士琦”，姚力1》，刘润藻)区 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)中治建筑研究总院有限公司，北京100088 3)唐山钢铁集团有限责任公司，唐山063016 ☒通信作者，E-mail:liurunzao(@metall.usth.cdu.cn 摘要采用FactSage理论计算以及熔点实验对Ca0-feO-AL,O,Si0,无氟的环保型铁水预处理脱磷渣系的熔化温度特性 进行了系统研究，考察了炉渣碱度、A山O,和F0质量分数三个因素渣系熔化温度特性的影响.研究结果表明：F0的质量分 数对渣系熔点的影响最大：炉渣的最佳配比为碱度5.5，A山20，质量分数10%，F0质量分数45%，该配比下炉渣熔化特性在 本实验条件下能够满足铁水预处理用渣的熔化温度特性的要求. 关键词炼铁；脱磷：渣；熔点 分类号T℉513 Experimental study on the melting temperature characteristic of the CaO-FeO- Al,O,-SiO,slag system XING Wei,WU Long',LI Shi-qi,YAO Li,LIU Run-zao 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Central Research Institute of Building and Construction,MCC Group,Co.,Ltd.,Beijing 10088.China 3)Tangshan Iron and Steel Group Co.Ltd.,Tangshan 063016,China Corresponding author,E-mail:liurunzao@metall.ustb.edu.cn ABSTRACT Theoretical calculations by FactSage software and melting experiments were performed to systematically study the melting temperature characteristic of a Cao-FeO-Al2OSiO fluoride-free slag system used for hot metal dephosphorization pretreat- ment.Three influence factors of the melting temperature of the slag were researched which were the slag's binary basicity,the mass fractions of Al2O and FeO.The results show that the mass fraction of FeO has the greatest impact on the melting temperature of the slag among three factors.The obtained best proportion of the slag is the binary basicity of 5.5,10%AlO and 45%Fe0.Under the experimental conditions,the melting temperature characteristic of the optimal slag can meet requirements for hot metal dephosphoriza- tion pretreatment. KEY WORDS ironmaking:dephosphorization:slags;melting point 目前，治金生产中使用国内高磷铁矿己成为一 磷剂中含CaF,对环境具有极大的危害回，且增加炉 种新的趋势口，但其治炼的铁水含磷比较高，因此 衬的侵蚀，脱磷渣也难以再利用.因此，研究一种无 铁水预脱磷技术显得非常重要.目前铁水脱磷剂以 氟或低氟环保型脱磷渣具有可观的经济利益和重要 石灰系应用比较普遍.由于铁水脱磷预处理的反应 的社会效益. 温度比较低，石灰系脱磷剂一般加入CF2作为助熔 许多学者对无氟或低氟环保型脱磷渣做了研 剂以降低炉渣的熔化温度，改善脱磷流动性回.脱 究.彭军等0和杨福等研究了用B,0,替代CaF2 收稿日期：20130303 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.05.006:http:/journals.ustb.edu.cn

第 36 卷 第 5 期 2014 年 5 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 No． 5 May 2014 CaO--FeO--Al2O3 --SiO2 渣熔化温度特性实验研究 邢 薇1) ，吴 龙1，2) ，李士琦1) ，姚 力1，3) ，刘润藻1)  1) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 2) 中冶建筑研究总院有限公司，北京 100088 3) 唐山钢铁集团有限责任公司，唐山 063016  通信作者，E-mail: liurunzao@ metall． ustb． edu． cn 摘 要 采用 FactSage 理论计算以及熔点实验对 CaO--FeO--Al2O3 --SiO2 无氟的环保型铁水预处理脱磷渣系的熔化温度特性 进行了系统研究，考察了炉渣碱度、Al2O3 和 FeO 质量分数三个因素渣系熔化温度特性的影响． 研究结果表明: FeO 的质量分 数对渣系熔点的影响最大; 炉渣的最佳配比为碱度 5. 5，Al2O3 质量分数 10% ，FeO 质量分数 45% ，该配比下炉渣熔化特性在 本实验条件下能够满足铁水预处理用渣的熔化温度特性的要求． 关键词 炼铁; 脱磷; 渣; 熔点 分类号 TF 513 Experimental study on the melting temperature characteristic of the CaO-FeO￾Al2O3-SiO2 slag system XING Wei1) ，WU Long1，2) ，LI Shi-qi1) ，YAO Li1，3) ，LIU Ｒun-zao1)  1) School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Central Ｒesearch Institute of Building and Construction，MCC Group，Co． ，Ltd． ，Beijing 100088，China 3) Tangshan Iron and Steel Group Co． Ltd． ，Tangshan 063016，China  Corresponding author，E-mail: liurunzao@ metall． ustb． edu． cn ABSTＲACT Theoretical calculations by FactSage software and melting experiments were performed to systematically study the melting temperature characteristic of a CaO-FeO-Al2O3-SiO2 fluoride-free slag system used for hot metal dephosphorization pretreat￾ment． Three influence factors of the melting temperature of the slag were researched which were the slag's binary basicity，the mass fractions of Al2O3 and FeO． The results show that the mass fraction of FeO has the greatest impact on the melting temperature of the slag among three factors． The obtained best proportion of the slag is the binary basicity of 5. 5，10% Al2O3 and 45% FeO． Under the experimental conditions，the melting temperature characteristic of the optimal slag can meet requirements for hot metal dephosphoriza￾tion pretreatment． KEY WOＲDS ironmaking; dephosphorization; slags; melting point 收稿日期: 2013--03--03 DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． 05． 006; http: / /journals． ustb． edu． cn 目前，冶金生产中使用国内高磷铁矿已成为一 种新的趋势［1］，但其冶炼的铁水含磷比较高，因此 铁水预脱磷技术显得非常重要． 目前铁水脱磷剂以 石灰系应用比较普遍． 由于铁水脱磷预处理的反应 温度比较低，石灰系脱磷剂一般加入 CaF2 作为助熔 剂以降低炉渣的熔化温度，改善脱磷流动性［2］． 脱 磷剂中含 CaF2 对环境具有极大的危害［3］，且增加炉 衬的侵蚀，脱磷渣也难以再利用． 因此，研究一种无 氟或低氟环保型脱磷渣具有可观的经济利益和重要 的社会效益． 许多学者对无氟或低氟环保型脱磷渣做了研 究． 彭军等［4］和杨福等［5］研究了用 B2O3 替代 CaF2

·604 北京科技大学学报 第36卷 作为助熔剂的可能性，发现用B,03替代同等质量 1Ca0-Fe0-A山，03SiO2渣系熔点理论计算 的CaF2,可以降低炉渣的熔化温度.乐可襄和李 杰、冀成庆m研究了用AL,0,替代部分CaF,助熔 Factsage软件是FACT-Win/FACT和 效果，指出在一定条件下，添加适量AL,O3可以降低 ChemSage/SOLGASMIX的结合.Factsage主要有 脱磷剂的熔点.用B,O3完全替代CaF,助熔效果均 Reaction、Predom、EPH、Phase Diagram、Equlib和 较好，但B2,03价格比较高；用A山，0，替代部分CaF2 OptiSage六个计算模块，并具有FToxide、FTsalt、 助熔，脱磷剂中依然存在少量CaF2 FThall、FThel等包含4500多种化合物的庞大数据 本文在实验室条件下尝试用完全不加CaF,的 库.本文主要选取FToxide数据库、应用Phase 铁水脱磷剂，确定对CaO-Fe0-Al,03-Si02渣系的 Diagram模块，绘制不同Si02质量分数(5%~20%) 熔化温度特性进行实验研究，以求实现治金辅料低 Ca0-Fe0-Al,0,SiO2渣系等温线图，其中等温线 成本且不含氟离子 之间的间隔为100℃，如图1所示 Cao-AL,O,-Fe0-Sio. CaO-ALO,-Fe0-SiO. Projection(Aslag-lig) actage Proicetion(Aslag-lig) Gactsage Feo 0.9 0.1 0.9 0.1 02 0.8 0.2 0.7 0.3 0.7 0.3 w(FeO) 0.6 04 06 0.4 05 se(Ca) 0.5 w(FeO) 05 0.5 0.6 0.4 0.6 0.7 0.3 0.7 0.8 03 0.8 01 0.9 01 0.9 ALO. 0.90.80.70.605040.30.20.1Ca0 A1010.90.80.70.6050.4030.20.1 Cao w(ALO.) (ALO) (a)(SiO,ae(CaO+ALO,+FeO)=0.0526 b)(Si0)/Ca0+AL,O,+FeO)=0.1111 Cao-ALO.-Fe0-Sio. Cao-ALO,-Fe0-Sio. Projection(Aslag-liq) Feo GactSage Projection(Aslag-lig) actSage' Feo 0.9 0.1 0.9 0.1 0.8 0.2 0.8 t300 02 0.7 0.3 7 0.3 t(FeO) 0.6 0.4 0.5 0.5 6 0.5 05 0.4 160 0.6 04 0.6 03 0.7 0.7 0.2 0.8 0.2 08 0.1 0.9 0.1 0.9 1,0,0.9080.70.60.50.403020.1C0 4,0,0.90.8070605040.3020.1Ca0 H(ALO) (A0 (eSi0,M(Ca0+AL,0,+Fe0)-0.1765 (de(Si0,h(Ca0+AL0,+Fe0)-0.25 图1不同Si02质量分数时Ca0-Fc0-AL,01-Si0,渣系等温线.(a)w(Si02)=5%：(b)o(Si0,)=10%：(c）w(Si02)=15%: (d)w(Si02)=20% Fig.1 Isotherms of the CaO-Fe0-Al2038i02 slag system with different contents of Si02:(a)w (Si02)=5%:(b)i (Si0,)=10% (c)w(Si0,)=15%:(d)w(Si0,)=20% 图1中的阴影部分分别表示Si02质量分数为 SiO2、A山203、Ca0、Fe0对熔化温度的影响. 5%、10%、15%和20%的Ca0-Fe0-Al203-Si02系 (1)SiO2的影响：Si02质量分数增加促使熔点 在1400℃下的液相区域.图1中也反映了脱磷剂中 上升，图1(a)最低熔点区域为1100℃区域：图1(b)

北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 作为助熔剂的可能性，发现用 B2O3 替代同等质量 的 CaF2，可以降低炉渣的熔化温度． 乐可襄和李 杰［6］、冀成庆［7］研究了用 Al2O3 替代部分 CaF2 助熔 效果，指出在一定条件下，添加适量 Al2O3 可以降低 脱磷剂的熔点． 用 B2O3 完全替代 CaF2 助熔效果均 较好，但 B2O3 价格比较高; 用 Al2O3 替代部分 CaF2 助熔，脱磷剂中依然存在少量 CaF2 ． 本文在实验室条件下尝试用完全不加 CaF2 的 铁水脱磷剂，确定对 CaO--FeO--Al2O3 --SiO2 渣系的 熔化温度特性进行实验研究，以求实现冶金辅料低 成本且不含氟离子． 1 CaO--FeO--Al2O3 --SiO2 渣系熔点理论计算 Factsage 软 件［8］ 是 FACT-Win /F* A* C* T 和 ChemSage / SOLGASMIX 的 结 合． Factsage 主 要 有 Ｒeaction、Predom、EPH、Phase Diagram、Equlib 和 OptiSage 六 个 计 算 模 块，并 具 有 FToxide、FTsalt、 FThall、FThel 等包含 4500 多种化合物的庞大数据 库． 本 文 主 要 选 取 FToxide 数 据 库、应 用 Phase Diagram模块，绘制不同 SiO2 质量分数( 5% ～ 20% ) CaO--FeO--Al2O3 --SiO2 渣系等温线图，其中等温线 之间的间隔为 100 ℃，如图 1 所示． 图 1 不同 SiO2 质量分数时 CaO--FeO--Al2O3 --SiO2 渣系 等 温 线． ( a) w( SiO2 ) = 5% ; ( b) w( SiO2 ) = 10% ; ( c) w( SiO2 ) = 15% ; ( d) w( SiO2 ) = 20% Fig． 1 Isotherms of the CaO-FeO-Al2O3 -SiO2 slag system with different contents of SiO2 : ( a) w ( SiO2 ) = 5% ; ( b) w ( SiO2 ) = 10% ; ( c) w( SiO2 ) = 15% ; ( d) w( SiO2 ) = 20% 图 1 中的阴影部分分别表示 SiO2 质量分数为 5% 、10% 、15% 和 20% 的 CaO--FeO--Al2O3 --SiO2 系 在 1400 ℃下的液相区域． 图1 中也反映了脱磷剂中 SiO2、Al2O3、CaO、FeO 对熔化温度的影响． ( 1) SiO2 的影响: SiO2 质量分数增加促使熔点 上升，图1( a) 最低熔点区域为1100 ℃区域; 图1( b) · 406 ·

第5期 邢薇等：CaO-Fe0一A山，O,SiO2渣熔化温度特性实验研究 ·605· 最低熔点区域为1200℃区域：图1(c)最低熔点区 数，因素范围根据上述理论计算设定.实验各因子 域上升为1200℃<X≤1300℃区域：图1(d)最低熔 水平列于表1.炉渣碱度R,、A山，O,质量分数以及 点区域为1200℃<X≤1300℃区域.为保证较低熔 F0质量分数分别记为因子A、B和C,各因子均有 点，Si02范围应为5%~15%. 四个水平，分别记为1、2、3和4.按L6(45)正交表 (2)A山，03的影响：在AL20,质量分数低于 安排实验 15%,其质量分数增加熔点逐渐降低：A山，03大于 表1实验因子水平 15%,其质量分数增加炉渣的熔点增高.可见A山，0， Table 1 Experiment factor levels 质量分数应为5%~20%. 因子 碱度 A山20质量分数/%F0质量分数/% (3)Ca0的影响：Ca0质量分数低于35%，其 1 2.5 50 质量分数增加，熔点降低：Ca0质量分数大于35%， 2 3.5 10 45 其质量分数大，炉渣的熔点高.考虑到脱磷效果，选 4.5 5 40 Ca0为30%~40%. 4 5.5 20 35 (4)Fe0的影响：Fe0可以降低石灰的熔点，但 若Fe0质量分数过高将对CaO有所稀释，不利于形 3 实验结果及分析 成稳定的磷酸盐，为保证渣的熔点和脱磷效果，取 Fe0质量分数为35%~55%. 3.1实验安排及其结果 据此得出低于1400℃的熔点范围为：Fe0质量 共进行16次实验，炉渣熔点值结果列于表2 分数为35%~55%，Al203质量分数为5%~20%， 16个试样的熔点均满足铁水预处理的要求. Ca0质量分数为30%~45%，Si02质量分数为 表2实验安排及其结果 5%~15%,取二元碱度R,=(Ca0 =2.55.5. Table 2 The experimental arrangements and results w(SiO) 质量分数/% 熔点/ 实验号 碱度 2Ca0-Fe0-Al,03Si02渣系熔点实验 A203 FeO ℃ 1 2.5 5 50 1312 本实验取半球点温度为熔化温度，用半球点熔 2.5 10 45 1267 化温度仪测定温度.该设备易于操作，且可精确控 2.5 15 40 1385 制升温速度. 2.5 20 必 1373 实验所用的原料主要包括Ca0、Al20,、Si02(均 5 3.5 5 45 1251 为市售分析化学纯的药品)和FeO,Fe0用Fe和 6 3.5 o 50 1328 Fe,0,配制（按反应方程式Fe+Fe,03=3Fe0中各 > 3.5 15 35 1278 物质的化学计量数配制Fe和Fez0,). 8 3.5 20 40 1298 2.1实验步骤 9 4.5 40 1283 (1)采用纯化学试剂按所得配比称取，总质量 10 4.5 10 灯 1301 10g,加入白金坩埚； 11 4.5 15 吃 1250 (2)在高温管式电阻炉中加热至1600℃使其 12 4.5 20 45 1324 渣料完全熔化，恒温一定时间，随炉冷却至室温，全 13 5.5 1329 程采用惰性气体高纯氩保护： 必 5.5 10 % 1240 (3)将预熔的渣料在二氧化硅研钵中研磨至 15 5.5 15 45 1240 16 5.5 20 50 1335 200目，加入适量糊精水溶液，均匀混合，在制样器 K,(均值1) 1334.250 1293.750 1306.250 中制成0.003m×0.003m的圆柱形试样； K,(均值2) 1288.750 1284.000 1270.500 (4)使用半球点熔化温度仪进行测定，全程采 K(均值3) 1289.500 1288.250 1301.500 用惰性气体高纯氩保护，取试样高度降到1/2时的 K4(均值4)1286.000 1332.5001320.250 温度为熔化温度 R(极差) 48.250 48.500 49.750 2.2实验方案 注：K表示任一列上水平号为i(本实验中i=1,2,3或4)时所 实验考察指标为炉渣熔化温度，考察三项影响 对应的熔点之均值：极差R表示在任一列上mar{K,K2,K,K}- 因素为炉渣碱度R,、A山，03质量分数和F0质量分 mink,K2,K3,Kal

第 5 期 邢 薇等: CaO--FeO--Al2O3 --SiO2 渣熔化温度特性实验研究 最低熔点区域为 1200 ℃ 区域; 图 1( c) 最低熔点区 域上升为 1200 ℃ ＜ X≤1300 ℃区域; 图 1( d) 最低熔 点区域为 1200 ℃ ＜ X≤1300 ℃区域． 为保证较低熔 点，SiO2 范围应为 5% ～ 15% ． ( 2 ) Al2O3 的影 响: 在 Al2O3 质量 分 数 低 于 15% ，其质量分数增加熔点逐渐降低; Al2O3 大于 15% ，其质量分数增加炉渣的熔点增高． 可见 Al2O3 质量分数应为 5% ～ 20% ． ( 3) CaO 的影响: CaO 质量分数低于 35% ，其 质量分数增加，熔点降低; CaO 质量分数大于 35% ， 其质量分数大，炉渣的熔点高． 考虑到脱磷效果，选 CaO 为 30% ～ 40% ． ( 4) FeO 的影响: FeO 可以降低石灰的熔点，但 若 FeO 质量分数过高将对 CaO 有所稀释，不利于形 成稳定的磷酸盐，为保证渣的熔点和脱磷效果，取 FeO 质量分数为 35% ～ 55% ． 据此得出低于 1400 ℃的熔点范围为: FeO 质量 分数为 35% ～ 55% ，Al2O3 质量分数为 5% ～ 20% ， CaO 质 量 分 数 为 30% ～ 45% ，SiO2 质 量 分 数 为 5% ～ 15% ，取二元碱度 Ｒ2 = w( CaO) w( SiO2 ) = 2. 5 ～ 5. 5． 2 CaO--FeO--Al2O3 --SiO2 渣系熔点实验 本实验取半球点温度为熔化温度，用半球点熔 化温度仪测定温度． 该设备易于操作，且可精确控 制升温速度． 实验所用的原料主要包括 CaO、Al2O3、SiO2 ( 均 为市售分析化学纯的药品) 和 FeO，FeO 用 Fe 和 Fe2O3 配制( 按反应方程式 Fe + Fe2O3 3FeO 中各 物质的化学计量数配制 Fe 和 Fe2O3 ) ． 2. 1 实验步骤 ( 1) 采用纯化学试剂按所得配比称取，总质量 10 g，加入白金坩埚; ( 2) 在高温管式电阻炉中加热至 1600 ℃ 使其 渣料完全熔化，恒温一定时间，随炉冷却至室温，全 程采用惰性气体高纯氩保护; ( 3) 将预熔的渣料在二氧化硅研钵中研磨至 200 目，加入适量糊精水溶液，均匀混合，在制样器 中制成 0. 003 m × 0. 003 m 的圆柱形试样; ( 4) 使用半球点熔化温度仪进行测定，全程采 用惰性气体高纯氩保护，取试样高度降到 1 /2 时的 温度为熔化温度． 2. 2 实验方案 实验考察指标为炉渣熔化温度，考察三项影响 因素为炉渣碱度 Ｒ2、Al2O3 质量分数和 FeO 质量分 数，因素范围根据上述理论计算设定． 实验各因子 水平列于表 1． 炉渣碱度 Ｒ2、Al2O3 质量分数以及 FeO 质量分数分别记为因子 A、B 和 C，各因子均有 四个水平，分别记为 1、2、3 和 4． 按 L16 ( 45 ) 正交表 安排实验． 表 1 实验因子水平 Table 1 Experiment factor levels 因子 碱度 Al2O3 质量分数/% FeO 质量分数/% 1 2. 5 5 50 2 3. 5 10 45 3 4. 5 15 40 4 5. 5 20 35 3 实验结果及分析 3. 1 实验安排及其结果 共进行 16 次实验，炉渣熔点值结果列于表 2． 16 个试样的熔点均满足铁水预处理的要求． 表 2 实验安排及其结果 Table 2 The experimental arrangements and results 实验号 碱度 质量分数/% Al2O3 FeO 熔点/ ℃ 1 2. 5 5 50 1312 2 2. 5 10 45 1267 3 2. 5 15 40 1385 4 2. 5 20 35 1373 5 3. 5 5 45 1251 6 3. 5 10 50 1328 7 3. 5 15 35 1278 8 3. 5 20 40 1298 9 4. 5 5 40 1283 10 4. 5 10 35 1301 11 4. 5 15 50 1250 12 4. 5 20 45 1324 13 5. 5 5 35 1329 14 5. 5 10 40 1240 15 5. 5 15 45 1240 16 5. 5 20 50 1335 K1 ( 均值 1) 1334. 250 1293. 750 1306. 250 K2 ( 均值 2) 1288. 750 1284. 000 1270. 500 K3 ( 均值 3) 1289. 500 1288. 250 1301. 500 K4 ( 均值 4) 1286. 000 1332. 500 1320. 250 Ｒ( 极差) 48. 250 48. 500 49. 750 注: Ki表示任一列上水平号为 i ( 本实验中 i = 1，2，3 或 4) 时所 对应的熔点之均值; 极差 Ｒ 表示在任一列上 max{ K1，K2，K3，K4 } － min{ K1，K2，K3，K4 } ． · 506 ·

·606 北京科技大学学报 第36卷 3.2方差分析 渣熔点的影响均不显著，这表明其变化范围来源于 根据实验结果进行方差分析，得到方差分析表3. 理论计算得出的较优渣的范围比较窄，样品的熔点 由方差分析可见，在本实验中，三项影响因子对 大多低于1350℃，能满足铁水预处理的要求. 表3方差分析 Table 3 Analysis of variance 因素 平方和 自由度 均方和 F值 F临界值 显著性 二元碱度 6421.25 J 2140.4167 2.3344 9.28 A山203质量分数 5955.25 3 1985.0833 2.1650 9.28 Fc0质量分数 5284.25 2 1761.4167 1.9210 9.28 误差 2750.75 3 916.9167 注：F(3,3)a01=29.46,F(3,3)as=9.28,F(3,3)a10=5.39. 3.3直观分析和主效应分析 (2)A1,03质量分数为5%~15%时，对炉渣的 虽然各因子的影响不显著，还是进一步做了直 熔点影响比较小.A山20，的质量分数为10%，炉渣 观分析和主效应分析，仅供参考. 熔点最低：质量分数20%时炉渣熔点最高。选取 由因子的直观分析可以得出：(1)各因子水平 5%≤Al203≤15%. 均值体现了各因子水平对渣系熔点的影响，对应于 (3)FeO质量分数对熔点的影响比较大.FeO 熔点最低的各因子最佳值为碱度R2选A4,A山，O3的 的质量分数为45%，炉渣熔点最低：质量分数为 质量分数取B2,Fe0的质量分数取C2,因此可认为 35%时炉渣熔点最高.选取40%≤F0≤50% 渣系低熔点的最优组合为碱度5.5、A山，03质量分数 1340 10%以及F0质量分数45%，如图2所示.(2)由 1330 各因子极差值可知，F0质量分数>A山203质量分 数>碱度，由此可知各因子水平对熔点的影响的大 1320 小.其中F0质量分数影响最大，碱度的影响最小. 1310 Cao-ALO,-Fe0-Sio. 1300 Projection(Aslag-liq) Feo FactSage' 1290 0.9 0.1 1280 45 61218 364248 0.8 02 R (AL,0,V% e(FeOV% 0.7 0 图3主效应分析图 u(Fe0) 0.6 04e Fig.3 Analysis of major effect 05 05 0.4 0.6 0.3 0.7 4结论 0.2 0.8 0.1A 0.9 (1)使用FactSage对无氟渣系CaO-FeO- A10,0.90.80.70.60.5040.3020.1Ca0 A山20,5i02进行理论计算，得出较低熔点区域范围 (ALO,) 为：A山，03质量分数5%~20%，二元碱度为2.5~ wSi0,/(Ca0+Al,0,+Fc0=0.0744 5.5,Fe0的质量分数为35%~55%. 图2最佳配比条件下Ca0-f0-A山20，-Si02渣系的等温线图 (2)实验结果表明：F0的质量分数对熔点的 Fig.2 Isotherms of the CaO-Fe0-Al203-$i02 slag system under the 影响比较大，炉渣的二元碱度和A山，O3质量分数为 best condition 对炉渣的熔点影响比较小.为保证较低的熔点区 各因子的各水平之均值作为其主效应绘于 域，选取R2为3~5.5，Al,03为5%~15%，F0为 图3.由因子的主效应分析可以看出： 40%~50%. (1)炉渣的二元碱度为2.5~5.5时，对炉渣的 (3)本实验条件下无氟铁水预处理脱磷渣的最 熔点影响比较小.炉渣碱度为5.5，炉渣熔点最低： 佳配比为：碱度为5.5，A山，03的质量分数为10%， 碱度为2.5，炉渣熔点最高.选取炉渣碱度R2≥3. Fe0的质量分数为45%

北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 3. 2 方差分析 根据实验结果进行方差分析，得到方差分析表3． 由方差分析可见，在本实验中，三项影响因子对 渣熔点的影响均不显著，这表明其变化范围来源于 理论计算得出的较优渣的范围比较窄，样品的熔点 大多低于 1350 ℃，能满足铁水预处理的要求． 表 3 方差分析 Table 3 Analysis of variance 因素 平方和 自由度 均方和 F 值 F 临界值 显著性 二元碱度 6421. 25 3 2140. 4167 2. 3344 9. 28 — Al2O3 质量分数 5955. 25 3 1985. 0833 2. 1650 9. 28 — FeO 质量分数 5284. 25 3 1761. 4167 1. 9210 9. 28 — 误差 2750. 75 3 916. 9167 — — — 注: F( 3，3) 0. 01 = 29. 46，F( 3，3) 0. 05 = 9. 28，F( 3，3) 0. 10 = 5. 39． 3. 3 直观分析和主效应分析 虽然各因子的影响不显著，还是进一步做了直 观分析和主效应分析，仅供参考． 由因子的直观分析可以得出: ( 1) 各因子水平 均值体现了各因子水平对渣系熔点的影响，对应于 熔点最低的各因子最佳值为碱度 Ｒ2 选 A4，Al2O3 的 质量分数取 B2，FeO 的质量分数取 C2，因此可认为 渣系低熔点的最优组合为碱度 5. 5、Al2O3 质量分数 10% 以及 FeO 质量分数 45% ，如图 2 所示． ( 2) 由 各因子极差值可知，FeO 质量分 数 ＞ Al2O3 质量分 数 ＞ 碱度，由此可知各因子水平对熔点的影响的大 小． 其中 FeO 质量分数影响最大，碱度的影响最小． 图 2 最佳配比条件下 CaO--FeO--Al2O3 --SiO2 渣系的等温线图 Fig． 2 Isotherms of the CaO-FeO-Al2O3 -SiO2 slag system under the best condition 各因子的各水平之均值作为其主效应绘于 图 3． 由因子的主效应分析可以看出: ( 1) 炉渣的二元碱度为 2. 5 ～ 5. 5 时，对炉渣的 熔点影响比较小． 炉渣碱度为 5. 5，炉渣熔点最低; 碱度为 2. 5，炉渣熔点最高． 选取炉渣碱度 Ｒ2≥3． ( 2) Al2O3 质量分数为 5% ～ 15% 时，对炉渣的 熔点影响比较小． Al2O3 的质量分数为 10% ，炉渣 熔点最低; 质量分数 20% 时炉渣熔点最高． 选取 5% ≤Al2O3≤15% ． ( 3) FeO 质量分数对熔点的影响比较大． FeO 的质量分数为 45% ，炉渣熔点最低; 质 量 分 数 为 35% 时炉渣熔点最高． 选取 40% ≤FeO≤50% ． 图 3 主效应分析图 Fig． 3 Analysis of major effect 4 结论 ( 1 ) 使 用 FactSage 对 无 氟 渣 系 CaO-- FeO-- Al2O3 --SiO2 进行理论计算，得出较低熔点区域范围 为: Al2O3 质量分数 5% ～ 20% ，二元碱度为2. 5 ～ 5. 5，FeO 的质量分数为 35% ～ 55% ． ( 2) 实验结果表明: FeO 的质量分数对熔点的 影响比较大，炉渣的二元碱度和 Al2O3 质量分数为 对炉渣的熔点影响比较小． 为保证较低的熔点区 域，选取 Ｒ2 为 3 ～ 5. 5，Al2O3 为 5% ～ 15% ，FeO 为 40% ～ 50% ． ( 3) 本实验条件下无氟铁水预处理脱磷渣的最 佳配比为: 碱度为 5. 5，Al2O3 的质量分数为 10% ， FeO 的质量分数为 45% ． · 606 ·

第5期 邢薇等：CaO-Fe0一A山，O,SiO2渣熔化温度特性实验研究 ·607· (4)熔点实验结果和FactSage理论计算基本吻 30(1):54 合，无氟炉渣熔点满足铁水预处理要求，A山，0，作为 (彭军，王世俊，刘丽霞，等.铁水预处理脱磷渣低氟化研究 特殊钢，2009,30(1)：54) 脱磷剂中的助熔剂是可行的，为下一步用CaO- [5]Yang F,Bi X C.Zhou J D.Influence of type and blending ratio Fe0Al,0,SiO2渣进行铁水预脱磷实验提供了理 of fluxing accelerating agent on high-emperature properties of de- 论基础. phosphorization slag in high phosphorus hot metal.I Wuhan Univ Sci Technol Nat Sci Ed,2010,33(5):482 参考文献 (杨福，毕学工，周进东.助熔剂种类与配比对高磷铁水脱磷 Xu M X.Characteristics of oolitic hematite resources in China and 渣高温性能的影响.武汉科技大学学报：自然科学版，2010， its development and utilization.Sintering Pelletizing,2011,36 33(5):482) (3):24 [6 Yue K X,Li J.Dephosphrization of hot metal with slag containing (许满兴.中国鲕状赤铁矿资源的特征与开发利用.烧结球 CaO-Fe203.J Iron Steel Res,2006,18(9):10 团，2011,36(3)：24) (乐可襄，李杰.用CaO-Fe,O,基熔剂进行铁水预处理脱磷 2]Wei Y J.Yuan S Q,Zhang X F,et al.Experimental research of 钢铁研究学报，2006,18(9)：10) hot metal pre-treatment dephosphorizer.Steelmaking,2008,24 ]JiC Q.Study on Dephosphorization Kinetics of High-Phosphorus (5):25 Hot Metal by Ca0-Si02-Fe,O-Na20 (AhO3)Slag [Disserta- (魏颖娟，袁守谦，张西锋，等.铁水预处理脱磷剂的实验研 tion].Chongqing:Chongqing University,2010 究.炼钢，2008,24(5)：25) (翼成庆.基于Ca0Si02fe,0Na20(Al203)渣系的中高磷 B]Wang H M.Li G R,Li B.Effect of B2O3 on melting temperature 铁水脱磷动力学研究[学位论文].重庆：重庆大学，2010) of Ca0-based ladle refining slag.J Iron Steel Res Int,2010,17 Gheribi A E,Audet C.Le Digabel S,et al.Calculating optimal (10):18 conditions for alloy and process design using thermodynamic and 4]Peng J,Wang S J.Liu LX,et al.A study on dephosphorization property databases,the FactSage software and the mesh adaptive of hot metal pretreatment by low fluoride slag.Spec Steel,2009, direct search algorithm.Calphad,2012,36:135

第 5 期 邢 薇等: CaO--FeO--Al2O3 --SiO2 渣熔化温度特性实验研究 ( 4) 熔点实验结果和 FactSage 理论计算基本吻 合，无氟炉渣熔点满足铁水预处理要求，Al2O3 作为 脱磷剂中的 助 熔 剂 是 可 行 的，为 下 一 步 用 CaO-- FeO--Al2O3 --SiO2 渣进行铁水预脱磷实验提供了理 论基础． 参 考 文 献 ［1］ Xu M X． Characteristics of oolitic hematite resources in China and its development and utilization． Sintering Pelletizing，2011，36 ( 3) : 24 ( 许满兴． 中国鲕状赤铁矿资源的特征与开发利用． 烧结球 团，2011，36( 3) : 24) ［2］ Wei Y J，Yuan S Q，Zhang X F，et al． Experimental research of hot metal pre-treatment dephosphorizer． Steelmaking，2008，24 ( 5) : 25 ( 魏颖娟，袁守谦，张西锋，等． 铁水预处理脱磷剂的实验研 究． 炼钢，2008，24( 5) : 25) ［3］ Wang H M，Li G Ｒ，Li B． Effect of B2O3 on melting temperature of CaO-based ladle refining slag． J Iron Steel Ｒes Int，2010，17 ( 10) : 18 ［4］ Peng J，Wang S J，Liu L X，et al． A study on dephosphorization of hot metal pretreatment by low fluoride slag． Spec Steel，2009， 30( 1) : 54 ( 彭军，王世俊，刘丽霞，等． 铁水预处理脱磷渣低氟化研究． 特殊钢，2009，30( 1) : 54) ［5］ Yang F，Bi X G，Zhou J D． Influence of type and blending ratio of fluxing accelerating agent on high-temperature properties of de￾phosphorization slag in high phosphorus hot metal． J Wuhan Univ Sci Technol Nat Sci Ed，2010，33( 5) : 482 ( 杨福，毕学工，周进东． 助熔剂种类与配比对高磷铁水脱磷 渣高温性能的影响． 武汉科技大学学报: 自然科学版，2010， 33( 5) : 482) ［6］ Yue K X，Li J． Dephosphrization of hot metal with slag containing CaO-Fe2O3 ． J Iron Steel Ｒes，2006，18( 9) : 10 ( 乐可襄，李杰． 用 CaO-Fe2O3 基熔剂进行铁水预处理脱磷． 钢铁研究学报，2006，18( 9) : 10) ［7］ Ji C Q． Study on Dephosphorization Kinetics of High-Phosphorus Hot Metal by CaO-SiO2 -Fet O-Na2O ( Al2O3 ) Slag ［Disserta￾tion］． Chongqing: Chongqing University，2010 ( 冀成庆． 基于 CaO--SiO2 --FetO--Na2O ( Al2O3 ) 渣系的中高磷 铁水脱磷动力学研究［学位论文］． 重庆: 重庆大学，2010) ［8］ Gheribi A E，Audet C，Le Digabel S，et al． Calculating optimal conditions for alloy and process design using thermodynamic and property databases，the FactSage software and the mesh adaptive direct search algorithm． Calphad，2012，36: 135 · 706 ·