含氟稀土渣的粘度(包头矿综合利用基础研究之一)

D0I:10.13374/j.issm1001-053x.1982.01.002 北京钢铁学院学报 1982年第1期 含氟稀土渣的粘度 (包头矿综合利用基础研究之一) 杨永宜董一诚宋建成 炼铁教研室 贾荫隆沈苏赵玉华 摘 要 本文包括对包头含氟稀土炉渣粘度的研究，分别测定了不同碱度，不同含氟 量，不同炭化硅与碱金属含量，特别是不同稀土氧化物含量的炉渣粘度。研究结果 与生产实践情况基本上一致：即增加炉渣中稀土与炭化硅含量，使炉渣度升高，但 是增加炉渣中氟化钙与碱金属含量，使炉渣粘度降低，不过碱度对稀土炉渣的影狗 存在一个最低值范围，当炉渣碱度低于或高于这个范围时都使粘度升高。上述研究 结果，对于高炉治炼稀土合金，高炉治炼稀土富渣（即包钢的二流程）与电炉冶炼 稀土硅铁合金都有一定的参考价值。 一、研究内容 电炉或高炉冶炼包头矿生成的稀土炉渣中主要含有CaO,SiO2,A1zOs,F(CaF,), RxOy,SiC以及KO,NazO等组元。在生产中成份变化较大的主要是炉渣碱度(CaO/ SiOz比值)，氟(CaFz),稀土氧化物(RxOy),炭化硅(SiC)以及碱金属(K2O,NaO) 等五个主要成份。为了能更好地了解其中一种成份变化后对粘度产生的影响，即单因素的影 响，故在配制炉渣时，保持其他成份不变，为此共测定了五个系列的炉渣粘度，它们是： (1)改变炉渣碱度对粘度的影响， (2)改变渣中CaF2含量对粘度的影响： (3)改变渣中RxOy含量对粘度的影响， (4)改变渣中SiC含量对粘度的影响， (5)KzO,NazO对炉渣粘度的影响。 炉渣试样采用化学纯原料配制，五个系列32个炉渣，其化学成份列于表1。为了与生产中的 实际炉渣对比，将首钢018试验高炉冶炼稀土硅铁合金时的炉渣，挑选了一些化学成份与上 述合成渣相当的炉渣，列于表2表，也进行了粘度测定。生产中的天然渣均有化学成份分 析，合成渣的绝大部份也做了化学分析，检验结果与原配制的合成渣成份基本接近，因此凡 已检验过的均采用已检验的化学成份，少数未检验的炉渣仍然采用配制时计算的成份，并在 渣号的右上角用(*)号注明。 本文1981年6月18百收到。铁76,77,78班同学参加了本研究的部份测定工作。 11

北 京 钢 铁 学 院 学 报 年 第 期 含 氟 稀 土 渣 的 粘 度 包 头矿 综合 利 用 基础研 究之 一 炼铁教研 室 杨永 宜 贾 荫 隆 盆 一 诚 沈 苏 宋趁成 赵玉 华 摘 要 本文 包括对 包头含 氟 稀 土 炉渣 枯 度 的研 究 ， 分 别 测 定 了不 同碱度 ， 不 同 含 氟 量 ， 不 同炭化 硅 与碱金 属含 量 ， 特别是 不 同稀土 氧化 物含量 的炉渣 粘度 。 研 究结果 与生产 实践 情况 基 本上 一 致 即 增加 炉渣 中稀 土 与炭化 硅含量 ， 使 炉渣度 升 高， 但 是 增加 炉渣 中氟化钙 与碱 金属含量 ， 使 炉渣粘度 降低， 不过碱度 对稀 土 炉渣 的影响 存在一 个最低值 范 围 ， 当炉渣碱度低 于 或 高于这 个范 围 时都使枯度升 高 。 上 述研 究 结果 ， 对于 高炉冶炼稀土 合金 ， 高炉冶炼稀土 富渣 即 包钢的二 流 程 与 电炉冶炼 稀土 硅 铁合 金 都 有一 定 的参 考价值 。 研 究内 容 电炉或高炉冶 炼包头矿生成 的稀土炉 渣 中主要 含有 ， ， ， 劝 ， ， 以 及 ， 等组 元 。 在 生 产 中成 份变 化较 大 的主 要是 炉 渣碱度 比值 ， 氟 ， 稀 土氧化物 ， 炭 化硅 以 及碱 金 属 ， 等五个 主要 成份 。 为 了能 更好地 了解其 中一 种 成份 变化后对 粘度产 生 的影 响 ， 即单 因 素 的影 响 ， 故在 配制炉渣 时 ， 保持 其他成份 不 变 ， 为此 共测定 了五个系 列 的炉渣粘度 ， 它们 是 改变炉 渣碱度对粘度 的影 响 改变 渣 中 含量对粘度的影 响 改变 渣 中 含量 对粘度 的影 响， 改 变渣 中 含量 对粘度 的影 响 ， 对炉渣 粘度 的影 响 。 炉 渣试 样采用 化学 纯原 料配制 ， 五个系 列 个炉渣 ， 其 化学成 份 列 于 表 。 为 了与 生产 中的 实际 炉渣对 比 ， 将首钢 试验高炉冶炼稀土 硅铁 合 金时 的炉 渣 ， 挑选 了一 些 化学成 份 与 上 述 合成 渣相 当 的 炉渣 ， 列 于表 表 ， 也进 行 了 粘度 测定 。 生产 中的天 然 渣均有 化学 成份分 析 ， 合成 渣 的绝大部份也做了化学分析 ， 检验 结果 与原 配制 的合成 渣成份 基 本接近 ， 因此凡 已检验 过 的均采用 巳检验 的化学成 份 ， 少数未检验 的炉 涟 仍然采 用 配 制 时计算 的成份 ， 并在 渣 号的右 上 角用 哟 号注 明 。 ‘ 本文 年 月 百 收到 。 铁 ， ， 班 同学参加 了本研 究 的部份 测定 工 作 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1982．01．002

表1一1 炉渣试样的化学成份分析 炉 渣 成 份 系列 渣号 CaO SiO2 A1203 CaF RxOy SiO (RO) 0 38.90 42.30 17.30 0.0 0.0 0.0 0.91 改变渣中稀 10* 35.00 35.00 10.00 20.00 0.0 0.0 1.00 11 32.80 30.45 8.92 16.80 5.0 0.0 1.07 120 30.00 30.00 10.00 20.00 10.0 0.0 1.00 25.78 28.35 9.29 17.42 15.30 0.0 0.91 土含 18.90 23.50 9.99 18.25 19.75 0.0 0.80 15 22.50 22.50 10.00 20.00 25.00 0.0 1.00 16◆ 20.00 20.00 10.00 20.00 30.00 0.0 1.00 变更氟化钙含量 25◆ 41.50 41.50 5.00 0.0 12.00 0.0 1.00 26 31.84 36.60 5.14 10.25 6.99 0.0 0.86 27◆ 31.50 31.50 5.00 20.00 12.00 0.0 1.00 28 24.62 26.75 4.99 27.67 6.18 0.0 0.92 30 23.32 40.43 5.11 15.99 6.90 0.0 0.57 25.34 36.10 5. 40 17.63 6.28 0.0 0.70 改变炉渣碱度 31.50 31.50 5.00 20.00 12.00 0.0 1.00 34.74:26.20 5.51 18.04 6.38 0.0 1.32 3 39.43 20.35 5.40 16.80 12.44 0.0 1.92 42.18 18.55 4.77 17.01 12.85 0.0 2.27 36 42.99 15.35 5.25 17.80 12.65 0.0 2.80 37 50.40 12.60 5.00 20.00 12.00 0.0 4.00 、 41◆ 31.50 31.50 5.00 20.00 12.00 0.0 1.00 变更渣中炭化硅含量 42 29.00 29.00 5.00 20.00 12.00 5.00 1.00 27.63 32.00 5.00 17.20 12.57 10.00 0.86 24.00 24.00 5.00 20.00 12.00 15.00 1.00 27.17 26.75 5.00 16.20 12.00 20.00 1.01 16.50 16.50 5.00 20.00 12.00 30.00 1.00 47* 11.50 11.50 5.00 20.00 12.00 40.00 1.00 12

表 一 炉渣试样 的 化学成份 分析 炉 潘 成 份 系列 渣 号 炉 渣 成 份 ”“八甘甘人︸︸﹄ 八了︿甘，工甘 … 八性︶︸︺自︸︸月 八八口甘甘人︸ 上，，︸占 …… 自︸曰夕今自， ︵月日八八甘内子︸ 八口曰八甘﹄ 口日八甘甘，曰︸﹃︸ … ， 曰门︸了﹄ ” 八口 上，工去，上 八︵︸ “目八匀户晓一﹄︸﹃ 八匀八，工甘 … ， 八叮“︶口尸﹃甘﹄‘﹃︸ 挑”八甘︸甘一八亮︸﹄ 八自曰，任，月 八目公，︺产 … 自八‘，八八︸自目一﹄︸氏︸ 几任匕内曰口八人，‘ 份朴 ，人甘‘玉，上，土‘几，︸ 渣变改中 八八 八八勺自︸﹄ ”︸ … 八，甘曰 ﹄ ”︸ 卜内︸ 勺八几 … ，曰任 召卜︺创八，，主 口 甘生︸︵ ﹄内尸 勺自 … 变 八，块曰月 二任‘二， 钙化量更氟含 ︺八门勺︸︹一了叮八自“，︼甘行‘了﹃ … 自，自任上，上月︸ 曰，连工匕任土了，月﹃ 叮勺工甘甘甘，上︶碑︸ … 内任勺，自工月 甘八认工工 口勺任﹄工卜」﹄卜口一︸月 … 自八勺日，丹内﹁ 月匕八六了口︸八任目，力月 任八自，占勺‘ 任一明月月 … 曰几份任自一，月月 任山自︸五几 碱炉度变渣改 日己八︸﹃﹃︹ 上︸‘︸﹃ … 土二，盖，，，‘ 八甘八八 八日︸﹃︸ … 日勺八卜门工口甘︸甘﹁ 乙二‘上，孟﹄ 甘︸﹃ 厅曰︸甘了︸︸ … ‘占上‘上，土‘‘上 自曰，自，曰 、 曰八‘，甘八︹﹄ 日甘八︸︸﹄ … ︸ 八甘︹一甘亮 曰自‘今自二，厅‘丹甘︸几 月甘甘﹄︸ … ， … 行勺”口一氏︸﹄ 日勺八甘工﹄︸ 」﹄勺卜合户︸一一 … 自曰口叮几‘工 自任︸八几‘工 甘 … 胜、 勺」民八一︸﹃﹄ 厅八几﹄︸了 … ， 才 月任内‘了月 ‘ 山曰占， 炭渣量更化硅变中含

表1一2 合碱金属炉渣的化学分析 炉渣 化学 成份 系列渣号 CaO SiO2 A1203 MgO F RxOy K2O (RO) B二 ”,” 0826.53 29.28 9.99 7.89 7.40 3.07 0.73 ：0.84 0.90 碱 B 09,28.77 28.40 9.99 7.89 7.40 3.07 0.71 1.04 1.01 属 B一 渣 10 28.72 26.27 9.99 7.89 7.40 3.07 0.61 0.84 1.07 B- 11 31.13 24.96 9.99 7.89 7.40 3.07 0.69 1.00 1.25 道 S- 39.70 103 36.24 11.0 12.00 0.032 0.18 1.09 表2 首钢018试验高炉冶炼稀土硅铁的炉渣成份 成份 F 渣号 Cao SiO2 A1203 RxOy SiC (RO) 27790 27.45 36.81 19.26 0.74 27797 34.47 34.25 13.50 1.00 27798 29.89 44.18 9.72 0.67 27791(1) 29.89 44.76 9.72 0.66 27791(2) 44.76 44.76 9.72 1.00 27791(3) 53.76 44.76 9.72 一 1.20 27790特1 27.12 48.89 9.45 13.0 0.55 27790特2 27.12 48.89 9.45 26.0 0.55 27790特3 27.12 48.89 9.45 33.0 0.55 二、炉渣粘的测定方法 采用柱体旋转法测定炉渣粘度，钢丝扭角大小与炉渣的粘度及测头的转速成正比，当转 速恒定时，则只与炉渣粘度成正比，其关系式如下： 中=衣nn 式中中一钢丝扭角 1/K一式中比例常数 门—一粘滞系数，即粘度 n一测头转速 心n=K电 n 式中中/n,实际上是在n转速下转过中角所需时间，即t=中/n,所以n=K·t其中K可 13

表 一 含碱 金属 炉渣 的化学 分析 炉 渣 化 学 成 份 系列 渣号 ’ 一 行 任月 ︸ … ” 一 … ” 一 ‘ 一 ， ‘ 一 一 … 。 ‘ 一 ‘ ， 、 门 ‘ 乃‘了才 碱金属炉含渣 首七 一 同 可工王’ ， 们勺 工 口 一 ‘自勺， 一匕挑勺性︵一八口月 丹八甘份了几， 表 首 钢 试验高 炉冶炼稀 土 硅 铁 的炉 渣成 份 渣 号 汾 … 一 一 一 通八甘八才匕工︸﹄‘ 行曰，八︸︸匕叹」︸︸ 匕︸ … ，︸土‘日甘︹八甘︸﹄︸ …… 汀， 自移二口自曰，，曰︸ 八 丹曰月了才丛 甘 … 。 ，︸口口 特 特 特 东 门 任往任件往月‘‘‘月︸ 住只八厅月了︸了人孟 八八一自了自 … 任八任︻ 口 厅 ‘ ‘，口通︸匕二目， 二 、 炉 渣 粘 的测 定方法 采 用 柱体旋 转法 测定 炉渣 粘度 ， 钢 丝 扭 角大小 与炉 渣 的粘度及 测头 的转速 成 正 比 ， 当转 速 恒定时 ， 则只 与炉渣 粘度成 正 比 ， 其关 系式 如下 。 资 一 式 中小－ 钢丝 扭 角 月 月 式 中比例 常数 粘滞 系数 ， 即 粘度 测头转速 小 式 巾小 ， 实际 上是 在 转速 下 转过 小角所 需时 间 ， 即 二 小 ” ， 所 以 月 · 其 中 可

用已知粘度的液体标定后求出，因此只需测出 测头转角中角所需时间后即可计算出粘度，而 (泊) 本试验中转过中角所需时间采用电感脉冲的方 ￥苏联消米克教授测定位 法由数字领率计测得，准确程度在6/1000秒之 。木实验第一次测定值 Go 。本实验第二次湖定伯 内，读数可到1/1000秒。 50 为了检查试验数据的准确程度，特配制了 标准渣，即表1一1中的“0”号渣： 40F Ca0=38.90 Si02=42.30 20 A120g=17.30 这是苏联肖米克教授多次测定用作标准粘度的 炉渣。我们用上述设备两次测定的数据肖米克 1300 1400℃ 教授所测数值的比较列于图1，从图1可以看出 1500 1G00℃ 我们所测结果与肖米克的数据基本是接近的， 误差相当于5%左右。因此是可以应用的。 图1测定值准确性比较 三、测定结果及其分布 五个系列32个炉渣试样以及9个天然渣样的粘度测定结果均列于表3与表4。 表3-1 渣中稀士含量变化时，不同温度下的粘度值 渣号 温度℃ 1600 1550 1500 1480 1440 1400 1380 1360 1340 1320 0 粘度（泊） 2.9 3.8 8.3 10.7 15.7 19.8 21.92 32.57 39.25 45.80 温度℃ 1500 1450 1400 1350 1300 1280 1260 1240 1 粘度（泊） 3.6 2.2 3.9 3.6 4.7 4.1 4.5 112 温度℃ 1450 1400 1370 1300 1280 1265 12 粘度（泊） 1.6 1.8 1.6 3.8 32.0 70.5 温度℃ 1550 1500 1440 1400 1360 1350 1340 13 粘度（泊） 0.47 1.64 2.34 3.3 10.827.0 69.0 温度℃ 15001425 1380 1365 14 粘度（泊） 1.2 2.8 2.1 63.4 温度℃ 1560 1500 1480 14701460 15 粘度（泊）0.25 0.24 0.80 1.40168.0 温度℃ 1520 1510 1500 1495 1485 1480 16 粘度（泊） 17.5 5.5 71.5 26.5 63.5 84.0 14

、了， 泊 扑︸自﹃ ︺六 用 巳知粘度 的液体标定后求 出 ， 因此只 需测出 测头 转角 令角所需时间后 即可 计 算 出粘度 ， 而 木试验 中转过 小角所需时 间采用 电 感脉 冲的方 法 由数 字频率计 测得 ， 准确程度在 秒之 内 ， 读数可 到 秒 。 为了检查试 验数据 的准确程 度 ， 特配 制 了 标准渣 ， 即表 一 中的 “ ” 号渣 二 这 是 苏联 肖米克教授 多次测定用作标准 粘度 的 炉渣 。 我 们用 上述设 备两 次测定 的数据 肖米克 教 授所 测数值 的比较 列 于 图 ， 从 图 可 以 看 出 我们所 测 结果 与 肖米克 的数据 基本是接近 的 ， 误 差相 当于 左右 。 因此 是可 以 应 用 的 。 】 ℃ ℃ 图 测定值 准确性 比较 三 、 测定 结果及 其分 布 五个系列 个炉渣试 样 以 及 个天然渣 样的粘度测定 结果 均列 于表 与表 。 表 一 渣 中稀 土 含量变化时 ， 不 同温度下 的 枯度值 渣号 温度 ℃ 粘度 泊 一 ， 一 任户任一 一只︺一自︸亡 工八︸︸一 自 勺上， 温度 ℃ 粘度 ，白 … 温度 ℃ 粘度 ，白 。 温度 ℃ 粘度 泊 温度 ℃ …一 粘度 泊 … 一 ‘ …惹霆 ‘ ， 温度 ℃ … … ， … 一 粘度 泊 一 一

表3-2 渣中氟化钙含量变化时，不同温度下的粘度值 渣号 温度℃ 1450 1400 1380 1360 1340:1320, 1310 1300 25 粘度（泊） 3.7 6.6 9.0 10.0 13.5 20.0 29.0 63.0 温度℃ 1440 1390 1360 2340 1320 1290 1285 26 粘度（度）1.82 2.36 2.43 3.0 3.5 31.5 67.5 温度℃ 1450 1400 1360 1305 1280 1270,1260 27 粘度（泊） 0.92 0.96 1.82 1.70 18.2 33.381.7 温度℃ 1450 1400 1350 13001 1270 12571250 28 粘度（泊） 1.8 0.2 0.85 1.02 13.6 19.6 24.8 表3一3 渣中炭化硅含量变化时， 不同温度下的粘度值 渣号 温度℃ 1450 1400 1360 1305 1280 1270 1260 41 粘度（泊） 0.92 0.96 1.82 1.70 18.2 33.3 81.7 温度℃ 1450 1400 1360 1320 1300 1280 1260! 125012401235 42 粘度（泊） 7.9 10.6 7.9 7.6 7.9 6.6 7.9 20.742.380.0 温度℃ 1450 1430 1400 1360 1320 1300 1290 1280 12701260 43 粘度（泊） 15.9 12.2 149 17.8 19.3 20.8 27.8 42.260.579.0 温度℃ 1450 1430 1400 1380 1360 1350 1330 45 粘度（泊）19.4 19.4 20.0 17.8 19.4 27.9 130 温度℃ 1520 1500: 1480 1460 1440 1420 1400 138013601310 1300 46 粘度（泊） 25.0 23.0 22.0 22.022.0 22.5 23.0 26.029.030.0 88.0 表3一4 炉渣中碱度变化时，不同温度下的不同粘度 渣号 温度℃ 1430 1340 13001260 1200 1160 1120 1110 1100 1090 30 粘度（泊） 3.0 3.7 4.2 6.2 9.312.318.3121.0 35.4 41.4 温度℃ 1480 1460 142013801350113001250 1220 12101200 31 粘度（泊）2.7 2.7 3.3 3.43.7 5.4i 6.9 10.217.742.6 温度℃ 1450!1400 1360 13051280,1270:1260 32 粘度（泊） 0.900.9 1.8 1.7 18.2 33.381.7 温度℃ 1440:1400 136013201280 1275 1270 33 粘度（泊） 0.90 1.02 1.831.712.76 12.0 31.51 15

表 一 温度 ℃ 粘度 泊 温度 ℃ 粘 度 度 温 度 ℃ 粘度 泊 温度 ℃ 粘度 泊 渣 中氟化钙 含量 变 化时 ， 不 同温度下 的粘度谊 一 ’ ‘ · … · 渣 号 一 任 。任任一月 一︸︸﹄丹勺八了任尸户月 一，曰日自甘﹄︹︸ ，人八︸，，土甘吐左 表 一 严 度 ℃ 粘 度 泊 渣 中炭 化硅 含量 变 化 时 ， 不 同温度下 的粘度值 渣 号 温 度 ℃ 粘度 泊 温度 ℃ 一︸，尹上们钊 一曰﹄ 叮‘ 一卜工 ︸一 一‘ 匕一八 一八一﹄ 。 一八，，曰 自一，妇口︸ 匕一八一 一 列︸ 粘度 泊 · ’ 温度 ℃ 一 粘度 泊 一 · · · 温度 ℃ 粘度 泊 表 一 · ’ 一 炉渣 中碱 度变 化时 ， 不 同温度下 的不 同粘度 渣 号 一濡 度 ℃ … “ 粘度 泊 ” · …温度 ℃ ‘ ‘ … 粘度 “ 白， · 一 ’ · ’ … 。 。 …“ · “ 温度 ℃ 粘度 泊 温度 ℃ 粘度 泊 ’ 一