【技术前沿】碱度对高炉渣玻璃化率的影响实验研究
本文用自制的实验平台，研究了高炉渣碱度对玻璃化率的影响。实验结果表明：二元碱度＞0.9时，高炉渣的成棉率极小，以＜3mm的高炉渣渣粒为主，且碱度对高炉渣玻璃化率的影响较大，玻璃化率下降速率较高；二元碱度为0.7-0.9时，粒化后的高炉渣出现大量的渣棉，成棉率在90%以上，且碱度对高炉渣玻璃化率的影响较小，玻璃化率均在99%以上。
转杯法是现阶段研究高炉渣干式粒化余热回收的主流技术。该方法通过转杯旋转将高炉渣粒化，并在旋转粒化的过程中提高冷却强度，实现高炉渣的干式余热回收。
高炉渣干式粒化余热回收的关键在于形成玻璃体含量是否达到要求，影响高炉渣玻璃化率的因素较多且相互干扰，造成高炉渣干式取热的控制难度增加。影响高炉渣玻璃化率主要参数是高炉渣在高温过程的冷却强度及化学组成，CaO、SiO2＞Al2O3和MgO四种主要成分含量（特别是A12O3）对高炉渣性能有较大的影响。研究高炉渣碱度对高炉渣性能的研究较多，但大多局限在单一参数下的小型试验，实验结果代表性不强。文章通过进行35kg/min的中试试验，研究高炉渣碱度对转杯玻璃化率的影响，为实现高炉渣高效余热回收提供技术支持。
1研究基础及试验设计
根据研究表明，随着四元碱度的增大，高炉渣玻璃化率明显减小，且四元碱度与高炉渣玻璃相形成呈线性关系，见图1。当四元碱度取0.85时，高炉渣的玻璃体含量达到90%，而四元碱度取1.3时，玻璃体率约45%，可见高炉渣玻璃化率随四元碱度变化的波动范围较大。
根据前人的研究成果，设计高炉渣二元碱度范围0.7-1.2。试验过程采用原始高炉渣二元碱度1.32，依次添加硅石组分，调整二元碱度为1.2、1.1、1.0、0.9、0.8、0.7，进行转杯粒化试验，不同碱度条件下高炉渣与硅石的配比见表1。
2研究工艺路线及装备
2.1工艺路线
首先将高炉渣和硅石按照表1中的碱度配比进行混匀，然后在中频感应炉内加热至1600℃，再通过中间包等装置吊运至转杯粒化装置，进行粒化并冷却，最后对粒化后的高炉渣颗粒进行玻璃化率的检测，从而实现不同碱度高炉渣的粒化。具体工艺路线见图2。
2.2工艺装备
按照图2中的工艺路线搭建高炉渣转杯试验平台，主要设备见图3-5。
2.3试验条件
在进行不同碱度的高炉渣粒化试验时，确保初始渣温、转杯转速和熔渣流量等初始条件保持不变，初始试验条件见表2。
3试验结果及分析
对不同碱度的高炉渣在一定转速、一定冷却强度下的试验及玻璃化率进行检测，试验结果如表3所示。不同粒度的渣粒见图6-8。
3.1碱度对高炉渣玻璃化率的影响
碱度对高炉渣玻璃化率的影响如图9所示。随着二元碱度的升高，高炉渣的玻璃化率整体上呈逐渐降低的趋势，在二元碱度为0.9时出现拐点。当二元碱度W0.9时，碱度对高炉渣玻璃化率的影响较小，玻璃化率均在99%以上，粒化高炉渣主要物相为非晶态；当二元碱度＞0.9时，碱度对高炉渣玻璃化率的影响较大，玻璃化率为90%-99%。
产生以上现象的原因在于炉渣二元碱度增大时，CaO含量升高，高炉渣的熔点升高，熔体粘度降低，冷却时析晶能力增强，形成熔化温度很高的渣相，熔渣中会出现不能熔化的固体物质，破坏了熔渣的均一性，进而造成高炉渣玻璃化率降低。
3.2碱度对高炉渣成棉率的影响
碱度对高炉渣成棉率的影响如图10所示。当二元碱度为0.7-0.9时，经粒化后的高炉渣出现大量的渣棉，成棉率在90%以上，渣棉如图8所示；当二元碱度＞0.9时，高炉渣的成棉率极小，且高炉渣粒径变化不大，以高炉渣渣粒＜3mm为主，如图6、图7所示。
4结语
通过碱度对高炉渣玻璃化率的试验研究得出，碱度对高炉渣的玻璃化率和成棉率的影响极大：
(1)高炉渣碱度在0.9时，成棉率和玻璃化率均出现拐点；
(2)二元碱度＞0.9时，高炉渣的成棉率极小，以＜3mm的高炉渣渣粒为主，且碱度对高炉渣玻璃化率的影响较大，玻璃化率下降速率较高；
(3)二元碱度为0.7-0.9时，粒化后的高炉渣出现大量的渣棉，成棉率在90%以上，且碱度对高炉渣玻璃化率的影响较小，玻璃化率均在99%以上。