铝热法冶炼钒铁渣的熔化性能

第36卷第2期 北京科技大学学报 Vol.36 No.2 2014年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2014 铝热法冶炼钒铁渣的熔化性能 曹敏2，宋波2区，宋明明2)，刘丰强》，陈炼 1)北京科技大学钢铁治金新技术国家重点实验室，北京1000832)北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 3)攀钢集团钒业有限公司，攀枝花6170234)攀钢集团研究院有限公司钒钛资源综合利用国家重点实验室，攀枝花617000 ☒通信作者，Emai:songbo@metall.usth.cdu.cn 摘要采用热力学软件FactSage中的Equilib和Phase Diagram模块分别对Al,O,-CaO-Mg0三元渣系的熔化性能及添加助 熔剂后对渣系熔点的影响进行理论分析，并实验测定渣系的实际熔点.发现渣系熔点随o(A2O3)/o(CO)比的升高先降低 后升高，e(Mg0)为4%~5%时渣系熔点最低.对于e(Al,0,)/e(Mg0)>3的渣系，w(Ca0)<30%时渣系熔点随w(Ca0)增 加而降低.2<w(AL,0,)/o(Ca0)<2.5,w(Mg0)为15%-18%时，钒铁渣中加2.29%A1Cl4.86%Fe203或4.77%Na,0 时均可降低原渣熔化性温度约100℃. 关键词钒铁合金：渣：铝热法：熔点：热力学 分类号TF61 Melting performance of the slag system from Fev alloy production by thermit method CAO Min,SONG Bo,SONG Ming-ming,LIU Feng-giang,CHEN Lian 1)State Key Laboratory of Advanced Metallurgy,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 3)Pangang Group Vanadium Industry Co.Ltd.,Panzhihua 617023,China 4)State Key Laboratory of Vanadium and Titanium Resources Comprehensive Utilization,Pangang Group Research Institute Co.Ltd.,Panzhihua 617000,China Corresponding author,E-mail:songbo@metall.ustb.edu.cn ABSTRACT The melting performance of an Al2O-CaO-MgO ternary slag system and the effect of added fluxes on the melting point of the slag system were theoretically analyzed by using Equilib and Phase Diagram modules in thermodynamic software FactSage.The melting temperature of the slag system from production was measured.It is found that the melting point of the slag system decreases first and then increases with increasing w(Al2O)/w(CaO)ratio,and it reaches the lowest value when (Mgo)is 4%to 5%.At the w (AlO)/w(Mgo)ratio more than 3 and w(Cao)less than 30%,the melting point decreases with increasing w(Ca0).When 2<w (Al2O3)/(Ca)<2.5 and (Mgo)is 15%to 18%,the melting point can decrease about 100C with the addition of 2.29% AlCl,4.86%Fe2O3 or 4.77%NazO in the slag system. KEY WORDS iron vanadium alloys:slags:thermit method:melting point:thermodynamics 电铝热法生产FeV产生的炉渣属Ca0一AL,0,下回，极为恶化生产条件.同时，由于过高的治炼 系m,Ca0和AL,0,两者通常约占渣成分的95% 温度(>1800℃)，导致镁质炉衬受到冲刷侵蚀而 (质量分数)以上，渣中A山203含量非常高，Ca0的 剥落，致使渣中Mg0的质量分数高达20%，进一 质量分数一般不超过20%，导致炉渣熔点居高不 步导致炉渣熔点升高，故此钒铁渣系又可看作 收稿日期：2012-11-28 基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(FRF-SD-12002B,FRF-SD-12010A):国家自然科学基金资助项目(51234001) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.02.004:http://journals.ustb.edu.cn

第 36 卷 第 2 期 2014 年 2 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 No． 2 Feb． 2014 铝热法冶炼钒铁渣的熔化性能 曹 敏1，2) ，宋 波1，2) ，宋明明1，2) ，刘丰强3) ，陈 炼4) 1) 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京 100083 2) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 3) 攀钢集团钒业有限公司，攀枝花 617023 4) 攀钢集团研究院有限公司钒钛资源综合利用国家重点实验室，攀枝花 617000  通信作者，E-mail: songbo@ metall． ustb． edu． cn 摘 要 采用热力学软件 FactSage 中的 Equilib 和 Phase Diagram 模块分别对Al2O3--CaO--MgO 三元渣系的熔化性能及添加助 熔剂后对渣系熔点的影响进行理论分析，并实验测定渣系的实际熔点． 发现渣系熔点随 w( Al2O3 ) /w( CaO) 比的升高先降低 后升高，w( MgO) 为 4% ～ 5% 时渣系熔点最低． 对于 w( Al2O3 ) /w( MgO) ＞ 3 的渣系，w( CaO) ＜ 30% 时渣系熔点随 w( CaO) 增 加而降低． 2 ＜ w( Al2O3 ) /w( CaO) ＜ 2. 5，w( MgO) 为 15% ～ 18% 时，钒铁渣中加 2. 29% AlCl3、4. 86% Fe2O3 或 4. 77% Na2O 时均可降低原渣熔化性温度约 100 ℃ ． 关键词 钒铁合金; 渣; 铝热法; 熔点; 热力学 分类号 TF 61 Melting performance of the slag system from FeV alloy production by thermit method CAO Min1，2) ，SONG Bo1，2)  ，SONG Ming-ming1，2) ，LIU Feng-qiang3) ，CHEN Lian4) 1) State Key Laboratory of Advanced Metallurgy，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 3) Pangang Group Vanadium Industry Co． Ltd． ，Panzhihua 617023，China 4) State Key Laboratory of Vanadium and Titanium Ｒesources Comprehensive Utilization，Pangang Group Ｒesearch Institute Co． Ltd． ，Panzhihua 617000，China  Corresponding author，E-mail: songbo@ metall． ustb． edu． cn ABSTＲACT The melting performance of an Al2O3-CaO-MgO ternary slag system and the effect of added fluxes on the melting point of the slag system were theoretically analyzed by using Equilib and Phase Diagram modules in thermodynamic software FactSage． The melting temperature of the slag system from production was measured． It is found that the melting point of the slag system decreases first and then increases with increasing w( Al2O3 ) /w( CaO) ratio，and it reaches the lowest value when w( MgO) is 4% to 5% ． At the w ( Al2O3 ) /w( MgO) ratio more than 3 and w( CaO) less than 30% ，the melting point decreases with increasing w( CaO) ． When 2 ＜ w ( Al2O3 ) /w( CaO) ＜ 2. 5 and w( MgO) is 15% to 18% ，the melting point can decrease about 100 ℃ with the addition of 2. 29% AlCl3，4. 86% Fe2O3 or 4. 77% Na2O in the slag system． KEY WOＲDS iron vanadium alloys; slags; thermit method; melting point; thermodynamics 收稿日期: 2012--11--28 基金项目: 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目( FＲF--SD--12--002B，FＲF--SD--12--010A) ; 国家自然科学基金资助项目( 51234001) DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． 02． 004; http: / /journals． ustb． edu． cn 电铝热法生产 FeV 产生的炉渣属 CaO--Al2O3 系［1］，CaO 和 Al2O3 两者通常约占渣成分的 95% ( 质量分数) 以上，渣中 Al2O3 含量非常高，CaO 的 质量分数一般不超过 20% ，导致炉渣熔点居高不 下［2］，极为恶化生产条件． 同时，由于过高的冶炼 温度( ＞ 1800 ℃ ) ，导致镁质炉衬受到冲刷侵蚀而 剥落，致使渣中 MgO 的质量分数高达 20% ，进一 步导致炉渣熔点升高［3--4］，故此钒铁渣系又可看作

·162 北京科技大学学报 第36卷 为A山，0，Ca0-Mg0三元系.目前针对该成分范围 1.2.2助熔剂实测实验 的渣系熔点方面的报道较少，本文利用理论计算 本实验利用NETZSCH STA409C超高温差热分 和实验测定研究了上述三元渣系的熔化性能，考 析仪测定了现场渣添加不同助熔剂后炉渣的熔点. 察了渣中组元含量和A/C比(A/C=w（A山203)/ 原渣加助熔剂实验方案为：取现场渣1"和2”为基 w(CaO))对熔点的影响以及渣中添加助熔剂对 渣，成分如表2.基渣加不同种类的助熔剂后，用石 降低熔点的影响规律，所得结果可对铝热法治炼 墨坩埚在感应炉加热熔化.熔后成分如表3所示. FεV过程炉渣成分优化、降低冶炼温度提供实际 表2基渣成分（质量分数） 指导. Table 2 Composition of the basie slags 渣样编号A山203 Mgo V204 FeO 1计算及实验方法 53.5321.3217.842.040.45 0.40 1.1计算方法 2# 39.0220.24 15.2221.186.21 2.73 FactSage是采用热化学应用模块进行计算的综 表3助熔剂实验配比 合热力学数据库系统，具有数据库内容丰富，计算功 Table 3 Composition and proportion of the slag with fluxes 能强大，Windows系统下操作便捷等优点.FactSage 编号 现场渣 助熔剂 助熔剂的质量分数/% 主要有Reaction、Predom、EpH、Phase Diagram、Equil- zl-3 1* AlCl 2.29 ib和OptiSage六个计算模块，拥有ELEM、FACTS3、 2-2 2# AlF3 15.16 FToxid等庞大的数据库. 22-3 2# B203 6.20 本文主要选取FactSage热力学计算软件中的 3-1 1# Fe2O3 4.86 FToxid数据库，应用Equilib模块计算A2O,-CaO- 3-3 1 NaO 4.77 MgO三元系不同成分时熔渣的液相线温度，考虑A/ C比、MgO、CaO的变化对炉渣熔点的影响；在此基 础上考虑向渣中添加助熔剂以期降低其熔点B-0, 2分析及讨论 选用助熔剂包括AlCl、AlF3、B,O3、Na,0和Fe,03, 2.1三元渣系的研究 采用Phase Diagram模块计算不同助熔剂对AL,O,一 2.1.1验证实验 Ca0-Mg0三元相图1700℃液相面的影响，探讨不 将成分为表1的炉渣实测流动温度和用 同助熔剂对熔渣熔点的影响规律 FactSage计算的液相线温度（全熔温度）进行比较， 1.2实测实验 并计算其误差（见表4），发现两者温度差别在3% 1.2.1验证实验 左右，表明理论计算值与实测值符合良好，即理论计 本部分实验采取半球点法测量炉渣熔化温度， 算值可以描述实际渣系的熔点变化趋势. 使用分析纯试剂配比进行混合、预熔、粉碎、过筛 表4 FactSage计算熔点和实测结果对比 (200目)和搅拌均匀，最后制成中3mm×3mm的小 Table 4 Comparison between the melting point calculated with FactSage 圆柱体，放入RDSO5全自动炉渣熔点熔速测定仪 and the measured results 的反应管中，进行熔点测定.实际检测的炉渣成分 样品 半球 流动 计算理论 误差/% 编号 如表1. 温度/℃ 温度/℃ 熔点/℃ 1368 1372 1330 3.2 表1渣样成分配比 1403 1459 1505 -3.1 Table 1 Composition and proportion of the slag 1563 1575 1541 2.2 样品 成分（质量分数）/% A/C比 4 1368 1375 1336 2.9 编号 Al203 Cao Mgo 1400 1466 1457 0.6 47.13 48.39 3.44 0.97 6 1556 1563 1548 1.0 2 59.13 37.21 3.09 1.59 65.03 31.43 2.65 2.07 2.1.2A/C比的影响规律 4 47.29 47.12 4.83 1.00 图l为利用FactSage中Equilib模块计算得到 57.58 37.17 4.84 1.55 的AL,O3Ca0-Mg0三元系中A/C比对熔点的影响 6 63.20 31.54 4.41 2.00 规律

北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 为 Al2O3--CaO--MgO 三元系． 目前针对该成分范围 的渣系熔点方面的报道较少，本文利用理论计算 和实验测定研究了上述三元渣系的熔化性能，考 察了渣中组 元 含 量 和 A /C 比( A /C = w( Al2O3 ) / w( CaO) ) 对熔点的影响以及渣中添加助熔剂对 降低熔点的影响规律，所得结果可对铝热法冶炼 FeV 过程炉渣成分优化、降低冶炼温度提供实际 指导． 1 计算及实验方法 1. 1 计算方法 FactSage 是采用热化学应用模块进行计算的综 合热力学数据库系统，具有数据库内容丰富，计算功 能强大，Windows 系统下操作便捷等优点． FactSage 主要有 Ｒeaction、Predom、EpH、Phase Diagram、Equil￾ib 和 OptiSage 六个计算模块，拥有 ELEM、FACT53、 FToxid 等庞大的数据库． 本文主要选取 FactSage 热力学计算软件中的 FToxid 数据库，应用 Equilib 模块计算 Al2O3--CaO-- MgO 三元系不同成分时熔渣的液相线温度，考虑 A / C 比、MgO、CaO 的变化对炉渣熔点的影响; 在此基 础上考虑向渣中添加助熔剂以期降低其熔点［5--10］， 选用助熔剂包括 AlCl3、AlF3、B2O3、Na2O 和 Fe2O3， 采用 Phase Diagram 模块计算不同助熔剂对 Al2O3-- CaO--MgO 三元相图 1700 ℃ 液相面的影响，探讨不 同助熔剂对熔渣熔点的影响规律． 1. 2 实测实验 1. 2. 1 验证实验 本部分实验采取半球点法测量炉渣熔化温度， 使用分析纯试剂配比进行混合、预熔、粉碎、过筛 ( 200 目) 和搅拌均匀，最后制成 3 mm × 3 mm 的小 圆柱体，放入 ＲDS--05 全自动炉渣熔点熔速测定仪 的反应管中，进行熔点测定． 实际检测的炉渣成分 如表 1． 表 1 渣样成分配比 Table 1 Composition and proportion of the slag 样品 编号 成分( 质量分数) /% Al2O3 CaO MgO A /C 比 1 47. 13 48. 39 3. 44 0. 97 2 59. 13 37. 21 3. 09 1. 59 3 65. 03 31. 43 2. 65 2. 07 4 47. 29 47. 12 4. 83 1. 00 5 57. 58 37. 17 4. 84 1. 55 6 63. 20 31. 54 4. 41 2. 00 1. 2. 2 助熔剂实测实验 本实验利用 NETZSCH STA 409C 超高温差热分 析仪测定了现场渣添加不同助熔剂后炉渣的熔点． 原渣加助熔剂实验方案为: 取现场渣 1# 和 2# 为基 渣，成分如表 2． 基渣加不同种类的助熔剂后，用石 墨坩埚在感应炉加热熔化． 熔后成分如表 3 所示． 表 2 基渣成分( 质量分数) Table 2 Composition of the basic slags 渣样编号 Al2O3 CaO MgO V2O5 FeO SiO2 1# 53. 53 21. 32 17. 84 2. 04 0. 45 0. 40 2# 39. 02 20. 24 15. 22 21. 18 6. 21 2. 73 表 3 助熔剂实验配比 Table 3 Composition and proportion of the slag with fluxes 编号 现场渣 助熔剂 助熔剂的质量分数/% z1--3 1# AlCl3 2. 29 z2--2 2# AlF3 15. 16 z2--3 2# B2O3 6. 20 z3--1 1# Fe2O3 4. 86 z3--3 1# Na2O 4. 77 2 分析及讨论 2. 1 三元渣系的研究 2. 1. 1 验证实验 将成 分 为 表 1 的 炉 渣 实 测 流 动 温 度 和 用 FactSage计算的液相线温度( 全熔温度) 进行比较， 并计算其误差( 见表 4) ，发现两者温度差别在 3% 左右，表明理论计算值与实测值符合良好，即理论计 算值可以描述实际渣系的熔点变化趋势． 表 4 FactSage 计算熔点和实测结果对比 Table 4 Comparison between the melting point calculated with FactSage and the measured results 样品 编号 半球 温度/℃ 流动 温度/℃ 计算理论 熔点/℃ 误差/% 1 1368 1372 1330 3. 2 2 1403 1459 1505 － 3. 1 3 1563 1575 1541 2. 2 4 1368 1375 1336 2. 9 5 1400 1466 1457 0. 6 6 1556 1563 1548 1. 0 2. 1. 2 A /C 比的影响规律 图 1 为利用 FactSage 中 Equilib 模块计算得到 的Al2O3 --CaO--MgO 三元系中 A /C 比对熔点的影响 规律． · 261 ·

第2期 曹敏等：铝热法冶炼钒铁渣的熔化性能 ·163· Mg0)=09% 在1~2；A/C比值较高时Mg0含量的影响趋势相 Mg0)=6% 2000 (Mg0)=12% 同，随着A/C比的升高熔点升高趋势减缓. Mg0=189% 2.1.3组元含量的影响规律 1800H 图2为计算所得的AL,03Ca0-Mg0三元系中 组元MgO、Ca0对熔点的影响规律.从图2(a)可以 1600 看出，当炉渣A/C=0.5时，Mg0对熔点的影响规律 MO-2%。0)=4% 不是很明显，Mg0的质量分数达到18%后会使熔渣 1400 ←-w(Mg0)=8%◆-(MgO)=10% -(Mg0)=14%-◆-(Mg0)=16% 熔点有所升高.当A/C>1时，随着A/C的不同， o-Mg0)=209% Mg0含量对熔点的影响不尽相同，但总的来看，随 3 4 A/C比 着MgO含量的增加，渣系熔点呈现先降低后升高的 图1A/C比对Al203CaO-Mg0三元系熔点的影响 趋势，随着A/C值的增大，Mg0影响较为平缓的低 Fig.1 Effect of A/C ratio on the melting point of the Al2O3Ca0- 谷范围增大，Mg0的质量分数为4%~5%时渣系熔 Mgo temary system 点最低.从图2(b)可以看到，A/M<1时，Ca0含量 对熔点影响不明显，当AM>1.5,随着A/M比的 由图1可得：总体来说，随着A/C比的增加，不 增大，Ca0含量对熔点的影响趋势为先降低后升高， 同MgO含量渣系的熔点均呈先降低、后升高的趋 谷底位置右移，AM>3时Ca0对渣系熔点降低趋 势，且熔点最低点对应的A/C比随Mg0含量的升 势在计算范围内基本一致，其中A/M=w（AL203)/ 高逐渐增大，即曲线谷底右移，低谷区的A/C比值 w(MgO). 2100 2400 (b) 2200 1800 2000 150 1800 -A/M=0.5-4-A/M=2.5 -A/M=1.0--A/M-3.0 -A/M=1 A/ME A1=20 A=4.0 1200 1600L 10 20 0 10 20 3) w(Mgo)/ 图2Mg0(a)和Ca0含量(b)对A山，03CaO-Mg0三元系熔点的影响 Fig.2 Effect of Mgo (a)and Ca0 content (b)on the melting point of the Al203-Ca0-Mgo temary system 2.2助熔剂对渣系熔点的影响 响最为明显，呈指数方式增大，Fe2O3和Na20对渣 本节通过FactSage中Phase Diagram模块计算 系液相面面积的影响不明显.由图4(b)可见，渣中 添加AlCL3、AlF3、B203、Fe203和Na20时Al203- B2O3含量增加液相区向高A山，O,和Mg0方向扩大 Ca0-Mg0相图中1700℃液相面面积和覆盖范围， 明显，表明B,03有利于降低实际钒铁渣系熔点.图 并通过实测实验对所得结果进行验证. 4(d)为不同Na,0含量的液相面分布图.从图中可 2.2.1理论计算结果分析 以看出，液相区向高A山203方向扩展，符合现场渣中 图3分别为AICL3和AlF,添加量对三元渣系 A山，03偏高的特点，有利于降低渣系的熔点 1700℃液相面面积和液相面分布的影响规律.从图 2.2.2实测实验 3(a)中可以看出随着ACL,及AF3含量的增加， 将所选取的助熔剂加入现场渣，对其影响进行 AL,03Mg0-Ca0相图1700℃下的液相面变大，二 验证，实验结果如表5和图5所示. 者皆有利于降低渣系熔点，其中AF,降低渣系熔点 从图5可看出，加入助熔剂可明显降低渣系熔 的效果更好 点.渣中加入质量分数2.29%的AlCL3、4.86%的 图4(a)为B,03、Fez03和Na20对渣系液相面 Fe,03或4.77%的Na,0均可降低原渣熔化结束温 面积的影响.从图中可以看出，B,O3对液相面的影 度在100℃左右，开始熔化温度大于100℃，并且降

第 2 期 曹 敏等: 铝热法冶炼钒铁渣的熔化性能 图 1 A /C 比对Al2O3 --CaO--MgO 三元系熔点的影响 Fig． 1 Effect of A /C ratio on the melting point of the Al2O3 -CaO￾MgO ternary system 由图 1 可得: 总体来说，随着 A /C 比的增加，不 同 MgO 含量渣系的熔点均呈先降低、后升高的趋 势，且熔点最低点对应的 A /C 比随 MgO 含量的升 高逐渐增大，即曲线谷底右移，低谷区的 A /C 比值 在 1 ～ 2; A /C 比值较高时 MgO 含量的影响趋势相 同，随着 A /C 比的升高熔点升高趋势减缓． 2. 1. 3 组元含量的影响规律 图 2 为计算所得的Al2O3 --CaO--MgO 三元系中 组元 MgO、CaO 对熔点的影响规律． 从图 2( a) 可以 看出，当炉渣 A /C = 0. 5 时，MgO 对熔点的影响规律 不是很明显，MgO 的质量分数达到 18% 后会使熔渣 熔点有所升高． 当 A /C ＞ 1 时，随着 A /C 的不同， MgO 含量对熔点的影响不尽相同，但总的来看，随 着 MgO 含量的增加，渣系熔点呈现先降低后升高的 趋势，随着 A /C 值的增大，MgO 影响较为平缓的低 谷范围增大，MgO 的质量分数为 4% ～ 5% 时渣系熔 点最低． 从图 2( b) 可以看到，A /M ＜ 1 时，CaO 含量 对熔点影响不明显，当 A /M ＞ 1. 5，随着 A /M 比的 增大，CaO 含量对熔点的影响趋势为先降低后升高， 谷底位置右移，A /M ＞ 3 时 CaO 对渣系熔点降低趋 势在计算范围内基本一致，其中 A /M = w( Al2O3 ) / w( MgO) ． 图 2 MgO ( a) 和 CaO 含量( b) 对Al2O3 --CaO--MgO 三元系熔点的影响 Fig． 2 Effect of MgO ( a) and CaO content ( b) on the melting point of the Al2O3 -CaO-MgO ternary system 2. 2 助熔剂对渣系熔点的影响 本节通过 FactSage 中 Phase Diagram 模块计算 添加 AlCl3、AlF3、B2O3、Fe2O3 和 Na2O 时 Al2O3 -- CaO--MgO 相图中 1700 ℃ 液相面面积和覆盖范围， 并通过实测实验对所得结果进行验证． 2. 2. 1 理论计算结果分析 图 3 分别为 AlCl3 和 AlF3 添加量对三元渣系 1700 ℃液相面面积和液相面分布的影响规律． 从图 3( a) 中可以看出随着 AlCl3 及 AlF3 含量的增加， Al2O3 --MgO--CaO 相图 1700 ℃ 下的液相面变大，二 者皆有利于降低渣系熔点，其中 AlF3 降低渣系熔点 的效果更好． 图 4( a) 为 B2O3、Fe2O3 和 Na2O 对渣系液相面 面积的影响． 从图中可以看出，B2O3 对液相面的影 响最为明显，呈指数方式增大，Fe2O3 和 Na2O 对渣 系液相面面积的影响不明显． 由图 4( b) 可见，渣中 B2O3 含量增加液相区向高 Al2O3 和 MgO 方向扩大 明显，表明 B2O3 有利于降低实际钒铁渣系熔点． 图 4( d) 为不同 Na2O 含量的液相面分布图． 从图中可 以看出，液相区向高 Al2O3 方向扩展，符合现场渣中 Al2O3 偏高的特点，有利于降低渣系的熔点． 2. 2. 2 实测实验 将所选取的助熔剂加入现场渣，对其影响进行 验证，实验结果如表 5 和图 5 所示． 从图 5 可看出，加入助熔剂可明显降低渣系熔 点． 渣中加入质量分数 2. 29% 的 AlCl3、4. 86% 的 Fe2O3 或 4. 77% 的 Na2O 均可降低原渣熔化结束温 度在 100 ℃左右，开始熔化温度大于 100 ℃，并且降 · 361 ·

·164 北京科技大学学报 第36卷 ◆-AIF, 15 10 0 5 10 助溶剂的质量分数% CaO-MgO-ALO,-AICI CaO-MgO-ALO,-AIF, b Mgo ⊙ MgO 0.9 入0.1 0.9 0.1 0.8 02 0.8 02 0.7 0.3 0.7 03 0.6 0.4 0.66 0.4 0.5A 0.5 0.5 05 0.4 0.6 0.4 0.6 0.3 0.7 0.3 0.7 0.2 0.8 02 0.8 0.1 02 09 0.1 2 0.9 0.90.80.70.60.50.40.30.20.1 ALO. Ca00.90.80.70.605040.30.20.1A1,0 (Ca0+Mg0+ALO.) e(Ca0+Mg0+Al,O) 图3A1Cl3与AF3含量对AL203Ca0-Mg0相图液相面（熔点<1700℃）的影响.(a)液相面大小变化：(b)ACl3对液相面位置的影响： (c)AIF3对液相面位置的影响 Fig.3 Effect of AlCl and AlF content on the 1700C liquid region in the AlOCaO-Mgo phase diagram:(a)change of liquid region area:(b) effect of AlCl on the liquid surface position:(e)effect of AlF on the liquid surface position 表5原渣加助熔剂实验结果 Table 5 Experimental results of slag adding flux 编号 1* z1-3 2-2 z2-3 3-1 3-3 开始熔化温度/℃ 1773 1565 1608 1546 1559 1660 1484 熔化结束温度/℃ 1820 >1800 1723 1733 1735 1729 1715 低了熔渣的熔化区间，效果以Na,0最为明显.加入 对熔点的影响趋势为先降低后升高，A/M>3及 质量分数15.16%的A1F,或6.2%的B203可使原 Ca0质量分数不超过30%时渣系熔点随Ca0含量 渣熔化结束温度降低70℃以上，但开始熔化温度变 升高而降低 化不明显 (2)本研究所选的助熔剂均可降低A山203一 3结论 MgO-Ca0渣系的熔点，扩大液相区面积. (3)A/C值介于2与2.5之间以及Mg0质量 (1)AL,0,Ca0-Mg0三元系熔点随着A/C比 分数为15%~18%时，渣中A1CL3质量分数为 的增加呈现先降低后升高的趋势，随MgO含量的增 2.29%、Fe,03的质量分数为4.86%或者Na,0的质 加谷底曲线右移：A/C>1时，在MgO质量分数为 量分数为4.77%时均可降低原渣熔化结束温度在 4%~5%时渣系熔点最低；A/M>1.5时，Ca0含量 100℃左右，开始熔化温度大于100℃，效果以Na,0

北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 图 3 AlCl3 与 AlF3 含量对Al2O3 --CaO--MgO 相图液相面( 熔点 ＜ 1700 ℃ ) 的影响． ( a) 液相面大小变化; ( b) AlCl3 对液相面位置的影响; ( c) AlF3 对液相面位置的影响 Fig． 3 Effect of AlCl3 and AlF3 content on the 1700 ℃ liquid region in the Al2O3 -CaO-MgO phase diagram: ( a) change of liquid region area; ( b) effect of AlCl3 on the liquid surface position; ( c) effect of AlF3 on the liquid surface position 表 5 原渣加助熔剂实验结果 Table 5 Experimental results of slag adding flux 编号 1# 2# z1--3 z2--2 z2--3 z3--1 z3--3 开始熔化温度/℃ 1773 1565 1608 1546 1559 1660 1484 熔化结束温度/℃ 1820 ＞ 1800 1723 1733 1735 1729 1715 低了熔渣的熔化区间，效果以 Na2O 最为明显． 加入 质量分数 15. 16% 的 AlF3 或 6. 2% 的 B2O3 可使原 渣熔化结束温度降低 70 ℃以上，但开始熔化温度变 化不明显． 3 结论 ( 1) Al2O3 --CaO--MgO 三元系熔点随着 A /C 比 的增加呈现先降低后升高的趋势，随 MgO 含量的增 加谷底曲线右移; A /C ＞ 1 时，在 MgO 质量分数为 4% ～ 5% 时渣系熔点最低; A /M ＞ 1. 5 时，CaO 含量 对熔点的影响趋势为先降低后升高，A /M ＞ 3 及 CaO 质量分数不超过 30% 时渣系熔点随 CaO 含量 升高而降低． ( 2) 本研究所选的助熔剂均可降低 Al2O3 -- MgO--CaO 渣系的熔点，扩大液相区面积． ( 3) A /C 值介于 2 与 2. 5 之间以及 MgO 质量 分数 为 15% ～ 18% 时，渣 中 AlCl3 质 量 分 数 为 2. 29% 、Fe2O3 的质量分数为 4. 86% 或者 Na2O 的质 量分数为 4. 77% 时均可降低原渣熔化结束温度在 100 ℃左右，开始熔化温度大于 100 ℃，效果以 Na2O · 461 ·

第2期 曹敏等：铝热法冶炼钒铁渣的熔化性能 ·165· 60 四 ALO,-Cao-MgO-B.O, (a) Mgo 。一B0 0-Nm0 0.9k 0.1 0.8k 0.2 40 0.7 0.3 0.6 0.4 0.5 05 0.4 0.6 03 0.7 0.2 0.8 0.1 0.9 10 20 Cao 0.90.80.70.60.50.40.30.20.1A10 M.O)/% (CaO+MgO+ALO) (e) CaO-Al.O.-MgO-Fe.O, d ALO,-CaO-Mgo-Na,O g Mgo Mgo 0.9 01 0.9k 入0.1 0.8 02 0.8 入0.2 0> 0.3 0.7 0.3 0.6 04 0.66 0.4 0.5 0.5 0.5 0.5 0.4 0.6 04 0.6 0.3 0.7 0.3 入0.7 0.2 0.8 02 0.8 0.1… 0.9 0.1 5 0.9 0.00.80.70.60.540.3020.1 AL,O, Cao 0.90.80.70.6050.40.3020.1A1,0 e(CaO+MgO+ALO,) w(CaO+MgO+ALO.) 图4M,0,含量对A山203Ca0-Mg0相图液相面（熔点<1700℃）的影响.(a)液相面大小变化：(b)B203对液相面位置的影响：(c) F2O3对液相面位置的影响：(d)Na2O对液相面位置的影响 Fig.4 Effect of M,O,on the 1700 C liquid region in the Al2O:-CaO-Mgo phase diagram:(a)variation of liquid region area:(b)effect of B20 on the liquid surface position:(c)effect of Fe2O,on the liquid surface position:(d)effect of Na2O on the liquid surface position vanadium.Iron Steel Vanadium Titanium,2002,23 (1):21 300F (王永刚，杨烽，张建辉.高钒铁治炼的渣态研究.钢铁钒钛， 网开始熔化温度 2002,23(1):21) 四熔化结束温度 German Association of Iron and Steel Engineers.Slag Atlas.Wang 200 JTranslated.Beijing:Metallurgical Industry Press,1989 150 (德国钢铁工程师协会.渣图集.王俭译.北京：治金工业出 版社，1989) 100 B] Xu J F,Chai N,Zhang J Y,et al.Experimental study on melting properties for Ca0-l2O3-Mgo slag system with low-melting-point zone /Proceedings of China Iron Steel Annual Meeting.Bei- 1-3 22-2 2-3 jing,2009:196 样品编号 (许继芳，柴娜，张捷宇，等.Ca0一A山203Mg0渣系低熔点 图5加入助熔剂后原渣熔点的降低值 区熔化性能的实验研究/第七届中国钢铁年会论文集.北京， Fig.5 Decreasing of melting point after adding fluxes 2009:196) 最为明显 4]Jonsson PG,Jonsson L,Sichen D.Viscosities of LF slags and their impact on ladle refining.ISIJ Int,1997,37(5):484 参考文献 5]Peng K W.Liu K R,Han Q,et al.Study of slag property of [Wang Y G.Yang F,Zhang J H.Study of slag property from ferro Al20 -CaO-CaF2 slag.Ferro Alloys,2010,41(6):15

第 2 期 曹 敏等: 铝热法冶炼钒铁渣的熔化性能 图 4 MxOy含量对Al2O3 --CaO--MgO 相图液相面( 熔点 ＜ 1700 ℃ ) 的影响． ( a) 液相面大小变化; ( b) B2O3 对液相面位置的影响; ( c) Fe2O3 对液相面位置的影响; ( d) Na2O 对液相面位置的影响 Fig． 4 Effect of MxOy on the 1700 ℃ liquid region in the Al2O3 -CaO-MgO phase diagram: ( a) variation of liquid region area; ( b) effect of B2O3 on the liquid surface position; ( c) effect of Fe2O3 on the liquid surface position; ( d) effect of Na2O on the liquid surface position 图 5 加入助熔剂后原渣熔点的降低值 Fig． 5 Decreasing of melting point after adding fluxes 最为明显． 参 考 文 献 ［1］ Wang Y G，Yang F，Zhang J H． Study of slag property from ferro vanadium． Iron Steel Vanadium Titanium，2002，23 ( 1) : 21 ( 王永刚，杨烽，张建辉． 高钒铁冶炼的渣态研究． 钢铁钒钛， 2002，23 ( 1) : 21) ［2］ German Association of Iron and Steel Engineers． Slag Atlas． Wang J Translated． Beijing: Metallurgical Industry Press，1989 ( 德国钢铁工程师协会． 渣图集． 王俭译． 北京: 冶金工业出 版社，1989) ［3］ Xu J F，Chai N，Zhang J Y，et al． Experimental study on melting properties for CaO-Al2O3 -MgO slag system with low-melting-point zone / / Proceedings of China Iron ＆ Steel Annual Meeting． Bei￾jing，2009: 196 ( 许继芳，柴娜，张捷宇，等． CaO--Al2O3 --MgO 渣系低熔点 区熔化性能的实验研究/ /第七届中国钢铁年会论文集． 北京， 2009: 196) ［4］ Jonsson P G，Jonsson L，Sichen D． Viscosities of LF slags and their impact on ladle refining． ISIJ Int，1997，37( 5) : 484 ［5］ Peng K W，Liu K Ｒ，Han Q，et al． Study of slag property of Al2O3 -CaO-CaF2 slag． Ferro Alloys，2010，41( 6) : 15 · 561 ·