專利名稱：：鐵素體鈣熔劑,制備該熔劑用配料及該熔劑的用途的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于黑色冶金領域，具體地說涉及在生產(chǎn)燒結、高爐和煉鋼工藝用鐵素體鈣基熔劑時利用冶煉工廠生產(chǎn)的殘渣。先有技術近期正在積極探求二次使用冶煉工廠含鐵的殘渣在治金中的應用。例如眾所周知的鐵熔化方法，為調(diào)整煉鐵爐的高爐爐渣的成分，在配料中除鐵礦石外，還加上鐵熔煉生產(chǎn)的堿性爐渣，其CaO/SiO2＝1.15～1.65〔庫利科夫Я.П.著“烏克蘭工廠冶金爐渣的再制造”信息快板，M.1997年〕該方法的缺點是煉鐵生產(chǎn)的爐渣在煉鐵爐配料中降低了鐵含量，增加了爐渣出量，提高了焦炭的消耗量。在煉鐵爐配料的成分中，還利用轉(zhuǎn)爐的爐渣50-70公斤/噸鐵?！矌炖品颛?П.著“烏克蘭工廠冶金爐渣的加工”信息快報，M.1977年〕。但在這種情況下，鐵中磷含量增加。因此，最常用的方法是在高爐熔煉中在配料內(nèi)使用含鐵部分的同時，還加上濕的石灰石?！驳つ崴笲.B.，切諾索夫П.И.著“高爐車間工人手冊”冶金出版社，1989年，53-58頁〕。這種方法可能得到具有要求堿度的爐渣，但提高了冶煉焦炭的消耗量，并降低了高爐的生產(chǎn)效率。在生產(chǎn)熔煉鋼過程中用合成熔劑時，建議〔見蘇聯(lián)專利N1257099；C21C5/54；5/28；86年9月15日公布簡報N34〕使用由冶煉生產(chǎn)的殘渣組成的配料和含轉(zhuǎn)爐的爐灰，鋁土礦，白云石，固體燃料和石灰石，其成份重量比例％如下轉(zhuǎn)爐灰20-25鋁土礦10-15白云石15-20固體燃料8-10石灰石其余所得到的熔劑包含存在于鐵礦物內(nèi)的元素的氧化物，其構成成份要滿足以下條件FeO/(SiO2+Al2O3)＝0.5～1.0此熔劑(樣品)保證了充分的熔化，對石灰有很高的不對稱性能力，粘度低，熔化溫度也低。上述熔劑和制備其的配料的缺點是必須控制FeO/(SiO2+Al2O3)的比便在給定的范圍，將導致固體燃料的消耗量的提高，提高燒結配料的氣體動力阻力到使固體燃料燃燒過程中止。與本申請配料最相近的是熔鋼熔劑〔蘇聯(lián)專利N945209；C22B1/24；82年7月23日公布簡報N27〕，它包括用粒度為8-30mm的石灰石或白云石作為填充劑，而粘合劑用粒度為0.1-2.0mm的轉(zhuǎn)爐的爐灰漿、鐵鱗、石灰、石灰石和固體燃料的混合物，這樣可以保證熔劑中CaO/Fe2O3的比例的混合物在1.0-4.0范圍內(nèi)，粘合料中其比例在0.3-0.4范圍內(nèi)，上述所包含的成份，其粘合料重量％如下石灰15-20石灰石或白云石10-12燃料8-10轉(zhuǎn)爐灰或鐵鱗其余利用上述熔劑可降低熔鋼缸中熔劑的冷凝過程，此熔劑具有較高的成塊機構強度，和具有用水沖而不溶化的堅耐性。但這里沒考慮二氧化硅的作用并由于在形成的礦物中硅酸二鈣的高含量而燒結過程不令人滿意。在70年代，玻利霍里哥Э.B.曾提出半徑驗式的理論CHUP〔玻利霍哥Э.B.著“離子半徑非極比體系及其用于分析物質(zhì)電子結構和性質(zhì)”基輔，科學館，1973年〕，這一理論打開了當已知物質(zhì)的物理-化學特性時，來預測物質(zhì)組成及其結構的可能性?；谶@個理論，著者提出建議〔玻利霍里哥Э.B.“多成份體系的冶金化學”莫斯科，冶金出版社，1995年，包括引證的說明〕，任何多成份氧化物組合物，可以看作比化學統(tǒng)一的系統(tǒng)，考慮其完整的構成，以評價組成物性質(zhì)的關系，評價利用積分模型參數(shù)ρ和Δe，式中Δe-多成份熔化組成物的化學當量，具有陽離子與陰離子互相作用的積分特性，ρ-化學計量系數(shù)，標征多少個陽離子(Me)在本系統(tǒng)中和一個陰離子(Э)組合，表達形式(MeρЭ)。按這種方法，上述理論的范圍對于任何多成分的熔化物，其性質(zhì)好似化學的單一系統(tǒng)，由模型參數(shù)ρ和Δe的組合來標定其化學與結構狀態(tài)。以冶金熔化物的模型化半徑驗方式為基礎，可以假設在凝固相位，實際離子的半徑Ru及其有效電荷Zu不是一個常量，而與成鍵原子間的距離d和相鄰原子的化學特性有關，而且電荷值可以是小數(shù)。原子特性由兩個原始模型參數(shù)-非極化(絕緣的)原子半徑RΔu及其極化量值來表征。極化量值以角系數(shù)tgα來表示，公式為LgRu＝LgRΔu-Zu·tgα.參數(shù)RΔu和tgα與周期表中元素位置有關，由作者系統(tǒng)化后形成非極化離子半徑系統(tǒng)(CHUP)理論。實際離子尺寸Ru及其電荷Zu與原子間距離d有關，表達式如下RuA+RuB＝dLgRAu＝LgRΔuA-(ZminA+Δe/2)tgαALgRBu＝LgRΔuB-(ZminB+Δe/2)tgαB式中ZminA＝-ZminB-“球狀的”，而Δe/2-“定向的”有效電荷Z＝Zmin+Δe/2組成成份。參數(shù)Δe表征由于原子互相作用產(chǎn)生電子云球狀對稱度的破壞，也就是標志給出電子的給體一接受電子的受體配價成整體的能力。此參數(shù)決定電子部分從原子軌道逸出到相吸拉的方向A-B。因此，由每一原子對的半徑RuA，RuB和Δe來確定系統(tǒng)(1)的數(shù)值解法。多成份系統(tǒng)是通過多收各個成對化學鍵的方法摸擬的，這與熔化物的結構有關，并且要確定積分物理-化學標準，用平均化參數(shù)Δe，tgα及電荷狀態(tài)的方法。同時將每一個積分參數(shù)作為可疊加的值，并且考慮組成與熔化物成份濃度成比例的成對化學鍵的可能性。予先計算好每個原子與鄰近的，較遠的相鄰原子的相互作用。建議有冶金殘渣電子結構的模型，這種模型是基于已作出說明的陽離子和陰離子的的子晶格的平衡條件，用以下的穩(wěn)定性方程式Zэ(э-Me)-Zэ(э-э)＝(RuMe/Ruэ-0.485)/(6.067tgαэ-0.1927)+0.275ZMe(Me-э)-ZMe(Me-Me)＝(Ruэ/RuMe-0.53)/15.43(tgαMe)1.5045+0.51(II)式中Zэ(э-Me)，Zэ(э-α)，ZMe(Me-э)，ZMe(Me-Mэ)，Ruэ，RuMe-為成鍵的陽離子(Me)和陰離子(э)的平均化的電荷和離子半徑參數(shù)。從上述系統(tǒng)(II)可連續(xù)近似確定dMe-э(處于不明顯的地位)及與之相知應的Me-Me，э-э的距離。從穩(wěn)定性方程式(II)得出的信息數(shù)據(jù)，是為應用半徑總方法計算熔化物物理-化學特性的根據(jù)。我們已經(jīng)指出，在選擇方程式系統(tǒng)時，其主要任務是說明熔化物物理-化學特性變化與成份的規(guī)律性，這通過關聯(lián)成份及表征系統(tǒng)的化學狀態(tài)的結構狀態(tài)的中間環(huán)節(jié)積分參數(shù)ρ，Δe之間關系而完成。參數(shù)Δe是陽離子和陰離子相互作用的積分特性，也就是多成份熔化物成份的摸擬化學當量。若氧化物的熔化物寫成AnBmC1-n-mDkE1-k，式中A，B，C-陽離子，而D，E-陰離子，則計算公式Δe為Δe＝ΔeA-D·n·k+ΔeA-E·n·(1-k)+…+ΔeC-E·(1-n-m)·(1-k)已知成份系統(tǒng)化學計量系數(shù)ρ的計算，必須先將100克熔化物的組成成份的質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)化成每個化合物的原子量Me和Э，然后確定陽離子與陰離子的總數(shù)量及其比例。玻利霍里奇Э.B.曾建議利用上述模型參數(shù)，來表征單個具體多成份組成物綜合的化學特性，同時利用大量的經(jīng)驗資料，列出將系統(tǒng)的基本物理-化學特性與相關的參數(shù)相關聯(lián)的方程式，這種參數(shù)概括自某種具體化學成分?！膊＠衾锲妲?B.，哈霍里奇A.ф.，塔格比茨卡婭Д.H.著“冶金殘渣熔化物結構和物理-化學特性”莫斯科，1983年。信息快報；玻利霍里奇Э.B.著“多成份系統(tǒng)的冶金化學”莫斯科，冶金出版社，1995年〕例如列出高爐中熔化物粘度(η)與表面張力(δ)的關系。Lgη1300＝10.33-15.13ρ-0.138Δe(H/c·M2)Lgη1400＝7.7-11.23ρ-0.043ΔeLgη1500＝6.55-9.97ρ-0.047Δe相關系數(shù)γ＞0.9δ1550-1600＝606.18-67.04ρ+39.73Δeγ＝0.92磷(〔ρ〕)濃度與金屬溫度(Tm)在酸性轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)化熔化過程中的變化〔杜琴娜M.B.著“應用爐渣組成材料的不同成份爐化鐵轉(zhuǎn)化工藝特點”1993年(作者論文摘要)〕〔ρ〕＝2.575+0.00.7(MnO)-4.453ρ-0.399Δeγ＝0.48以玻利霍里奇Э.B.的理論為基礎的粘度方程式，令人滿意地說明了各種不同冶煉過程，并保證體現(xiàn)各種工藝過程數(shù)據(jù)的組合礦體達到足夠的準確水平，以證明本規(guī)律的通用性。上述途徑的主要優(yōu)點在于將多成份氧化物系統(tǒng)的物理-化學特性和組成物的復雜關系線性化了。目前，玻利霍里奇Э.B.的理論成功地應用于實用冶金學，利用積分模型參數(shù)ρ和Δe，對于各種成份使用任何組合形式比例關系時，來預測冶煉氧化熔化物的物理-化學特性，都能達到實際目的要求的足夠準確度。同時可預測已具備必要基本特性熔化物的成份。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是制備已具有希望的物理-化學特性的鐵素體鈣熔劑，以及在制備時降低必須的固體燃料的消耗。為達到確定的目的，將用以下方法。本發(fā)明的熔劑含有存在于礦石物質(zhì)中的鐵，鈣，鎂，硅和其他元素的氧化物混合物，并有這樣的比例關系，使此混合物的化學計量系數(shù)ρ在0.75-0.82范圍內(nèi)，而其化學當量Δe在-4.1--1.92范圍內(nèi)，在混合物中SiO2的含量不應大于7％。我們的研究表明，只有ρ和Δe在0.75-0.82，及-0.41--1.92范圍內(nèi)，以及SiO2的相應含量不大于7％的熔劑，才有令人滿意的物理-化學性能。若ρ和/或Δe超過上述范圍，而且熔劑中SiO2的含量超過7％，就導致降低熔劑的機械強度，降低熔劑熔化和非對稱的性能，提高了熔劑的熔化溫度及其粘度。制備本申請熔劑用配料包括冶煉轉(zhuǎn)化的殘渣或殘渣混合物，含鈣和鎂物質(zhì)，固體燃料，同時Fe總/SiO2的在殘渣或其混合物中的比例不應小于11，而且SiO2含量應為0.5-5.0重量％。為制備具有希望的成份的熔劑，這種熔劑配料的成份內(nèi)應含有SiO2按重量在1-7％范圍內(nèi)，這要根據(jù)物質(zhì)與燃料的平衡狀態(tài)來確定，但重要的應強調(diào)一點，應使Fe總量/SiO2在含鐵殘渣中總的比例不少于11，SiO2的含量為0.5-5重量％。如氧化硅的總含量在含鐵殘渣中超過5％，則凝結過程將不發(fā)生，因為在高溫區(qū)如氧化硅含量過高，將產(chǎn)生耐熔物質(zhì)硅酸二鈣(2CaOSiO2)，從而降低了液相量。如在含鐵殘渣中降低Fe總量/SiO2總的比例并將導致減少液相量，并使凝結過程產(chǎn)生困難。作為含鈣和鎂成份的物質(zhì)一般使用石灰石，白云石化的石灰石，白云石或其混合物。申請方案可以從以鐵素體鈣為基礎的生產(chǎn)殘渣中制備合成的熔劑，而且由于利用上述所提建議，就可得到這樣的熔劑，這種熔劑將在具體條件下給出最佳效果。此種被申請的熔劑，例如，可以在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程或高爐熔化過程中，作為形成殘渣的成份使用。如上所述，在轉(zhuǎn)爐中使用這樣熔劑是最佳熔劑，就是說，這種熔劑具有的成份，其化學計量系數(shù)ρ等于0.78-0.82，而化學當量Δe為從(-4.1)-(-3.8)。在高爐中熔化所使用的熔劑，最好要求熔劑的ρ為0.75-0.83，而Δe為(-2.3)-(-1.192)。此時，若熔劑組成成份滿足條件，就是CaO/Fe2O3的比例在0.15-0.55范圍內(nèi)，而含鐵總量Fe總量在熔劑中大于50％，則將其在高爐配料成份中使用，就可得到必要的殘渣堿性，無需添補石灰石，可以在配料中增加非熔劑的球團礦和高強度含鐵燒結礦，和/或增加高強度含鐵燒結礦，其堿度為0.9-1.0。減少熔劑內(nèi)的鐵含量，將降低生鐵產(chǎn)量，提高了單位鐵礦物質(zhì)的殘渣量，增加了焦炭的消耗。使用這種熔劑，若破壞CaO/Fe2O3的比例，則將導致爐內(nèi)氣體動力條件惡化，結果是降低爐的生產(chǎn)效率。發(fā)明的實施方案所舉實施例僅說明此申請的方案，但不僅僅限于這些。在進行計算時，我們使用了德聶伯爾彼得羅夫斯克黑色冶金學院應用上述方程式作為基礎開發(fā)的程序。此程序利用ρ和Δe作為中間參數(shù)關聯(lián)了氧化物溶液的物理-化學特性與其成份。實施例1眾所周知，影響轉(zhuǎn)爐工作的經(jīng)濟指標，特別明顯的是鐵素體鈣熔化物的性質(zhì)，如粘度(η)，熔化溫度(Tпл)，不對稱性能(G)。利用已積累的大量經(jīng)驗數(shù)據(jù)的計算，我們可以看出，上述特性具有最佳值(0.06-0.08帕·秒，1200-1300℃和7.1-9.1mg/cm2c等等)，對于氧化物的熔化，其化學計量系數(shù)和化學當量分別在0.78-0.82和(-4.1)-(-3.8)范圍內(nèi)，而組成成份應符合下列條件(下面以舉的是主要氧化物，重量％)Fe2O333-42MgO3-5FeO10-12SiO23-7CaO39-43其余(一般在3％左右)，氧化物有Mn，Al，和存在于鐵礦石物質(zhì)中的其他元素。制得熔劑用配料，其成份有轉(zhuǎn)爐殘渣(殘渣中的Fe總量/SiO2＝30，SiO2＝2.0％)，石灰石和白云石混合物(比例1∶1)，和固體燃料。對配料中原始成份含量的計算，是根據(jù)物料平衡方程式來計算，按燒結時固體產(chǎn)品的產(chǎn)生量，按鐵量，鈣量和硅量。固體燃料的需要量是根據(jù)燒結過程中的需熱需要量而定。利用熔劑成份的最佳平衡值來計算配料的成份，熔劑成份的最佳平衡值為Fe2O337％，F(xiàn)eO11％(可以換算成Fe總量34.5％)，CaO41％，SiO25％，MgO4％。從計算中表明，為得到1噸熔劑，對下列成份的需要量如下(公斤)轉(zhuǎn)爐渣-400石灰石和白云石混合物-800(比例為1∶1)焦炭-58用上述成份的配料經(jīng)燒結后以得鐵素體鈣熔劑中含有Fe含量32.7％，CaO39.5％，SiO26.7％，MgO3.9％。(計算模型的參數(shù)ρ＝0.8；Δe＝-3.9，)還有Tпл-1210℃，粘度0.07帕·秒，非對稱能力8.4mg/cm2c。利用所得的熔劑在160噸轉(zhuǎn)爐內(nèi)進行熔煉，所得結果見表1。從表1中可看見，使用本申請的熔劑可加強形成爐渣的過程，并改善轉(zhuǎn)爐工作的主要技術經(jīng)濟指標。因此，由于爐灰中金屬損耗降低，使生鐵的單位消耗量降低17公斤/噸；減少產(chǎn)生火花的過程及減少拋出的廢棄物；吹氧時間從15分減少到14.5分，這樣1噸鋼節(jié)省石灰7公斤，1噸鋼的吹氧消耗從55M3減少到50M3。表1實施例2.當在轉(zhuǎn)爐過程中使用這種熔劑時，其最重要的特性是還原性，按波赫微斯尼娜A.H方法(最佳值42-46％)；機械強度，分餾產(chǎn)出量大于5MM(ΓOCT15137-77，85-88％)；軟化溫度范圍ΔT70-80℃，T最終熔化(1250-1280℃)。從計算中表明，要預測這種特性，應使氧化溶液的參數(shù)ρ和Δe等于〔0.75～0.78〕及〔(-2.3)～(-1.92)〕，而主要氧化物的含量就在下列范圍內(nèi)(重量％)Fe2O363-69MgO4-6FeO10-13SiO23-6CaO10-16上面已經(jīng)提到，目前在高爐中進行熔化時，最常用的是使用石灰石，我們已明確，如在高爐中進行熔化，包括向高爐填充鐵礦石，形成爐渣的組成料及固體燃料，作為由高爐爐渣來調(diào)堿度而形成爐渣的組成料，不是石灰，而是鐵素體鈣熔劑。鐵素體鈣熔劑內(nèi)〔CaO〕/〔Fe2O3〕的比例關系為0.15-0.55，當SiO2的含量為1-7％，F(xiàn)e總量大于50％時，則可減少熔化過程必需焦碳的消耗量，并提高高爐生產(chǎn)的指標值。為得到我們理想的熔劑成份，F(xiàn)e2O364％，F(xiàn)eO13％(可以換算成Fe總量54.8％)，CaO11％，SiO25.5％，MgO5％。(CaO/Fe2O30.172，ρ0.75，Δe-2.1)是使用由渣堆爐渣，鐵鱗，石灰石和白云石的混合(比例為1∶1)及焦碳組成的配料。SiO2在渣堆爐渣中的含量-6.57％，在鐵鱗內(nèi)的含量-1.89％，F(xiàn)e總量/SiO2的比例關系相應地為-7.53和37.90。根據(jù)物料平衡公式的計算，可以看出，要得到1噸熔劑，其配料成份如下(公斤)渣堆爐渣-528鐵鱗-523石灰石和白云石混合物(比例1∶1)-210焦炭-50SiO2總量的計算和Fe總量/SiO2在配料含鐵部分內(nèi)的比例，其值相應地為4.79％和12.26％。用配料燒結的方法制得的燒結熔劑在分餾出口處具有機構強度(+5)86％，還原性43％，軟化溫度ΔT70℃。表2</tables>在生產(chǎn)條件下進行了驗證(表2)表明，利用所制得的鐵素體鈣熔劑作為高爐配料的成份，可以調(diào)整高爐爐渣的堿度，這樣使非溶劑球團礦石在配料中的含量增加到70％，并不需添加石灰石就可得到爐渣必需的堿度。此時配料中礦石部分的鐵含量增加到0.9絕對％，配料礦石部分的單位消耗量自1.777減少到1.759噸/噸生鐵，焦碳的消耗量減少到70公斤/噸生鐵。權利要求1.由存在于鐵礦石中的鐵，硅，鈣，鎂和其它元素的氧化物組成的鐵素體鈣熔劑，其特征在于這種熔劑的組成為其化學計量系數(shù)(ρ)等于0.75-0.82，其化學當量Δe等于(-4.1)-(-1.92)，而且SiO2在熔劑中的含量等于1-7重量％。2.根據(jù)權利要求1的熔劑，其特征在于ρ是在〔0.78-0.85〕范圍內(nèi)，而Δe在〔(-4.1)-(-3.8)〕范圍內(nèi)。3.權利權利要求1的熔劑，其特征在于ρ是在〔0.75-0.78〕范圍內(nèi)，而Δe在〔(-2.2)-(-1.92)〕范圍內(nèi)。4.根據(jù)權利要求3熔劑，其特征在于熔劑中Fe總量的含量大于50％，而CaO/Fe2O3的比例為0.15-0.55。5.制備鐵素體鈣熔劑用配料，包括鐵渣或冶金渣的混合物，含鈣物質(zhì)，含鎂物質(zhì)和燃料，其特征在于作為鐵渣或鐵渣的混合物使用的廢渣中Fe總量/SiO2的總比例不低于11，而SiO2的含量在0.5-5重量％范圍內(nèi)。6.權利要求2的熔劑在轉(zhuǎn)爐工藝中作為形成爐渣組分的用途。7.權利要求2的熔劑在高爐熔煉法中作為高爐爐渣堿度調(diào)節(jié)劑的用途。8.熔劑在高爐熔煉法中作為形成爐渣組分的用途，所述熔劑中當SiO2含量為1％到7％和Fe總量大于50％時，CaO/Fe2O3為0.15～0.55。全文摘要鐵素鈣熔劑是由元素氧化物組成,這些元素氧化物存在于鐵礦物中,該鐵素鈣熔劑的組成為溶劑的化學計量系數(shù)ρ等于0.75—0.82,化學當量△e等于(－4.1)－(－1.92),以及SiO文檔編號C21C7/04GK1276019SQ97180754公開日2000年12月6日申請日期1997年12月3日優(yōu)先權日1996年12月19日發(fā)明者V·P·L·克哈杜科夫,M·D·巴巴夫申請人:愛都拉·塔吉諾維奇·巴巴耶夫