一种铝酸盐渣系及其造渣方法、冶炼方法
阅读说明：本技术 一种铝酸盐渣系及其造渣方法、冶炼方法 (Aluminate slag system and slagging method and smelting method thereof ) 是由 吕学伟 严志明 庞正德 凌家伟 蒋宇阳 徐健 游洋 游志雄 向俊一 于 2021-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种铝酸盐渣系及其造渣方法、冶炼方法,所述造渣方法包括控制成渣区间以获取满足要求的铝酸盐渣系,在造渣过程中,以Al-(2)O-(3)代替硅酸盐渣系中的SiO-(2)并控制Al-(2)O-(3)的含量超过SiO-(2)含量或者与SiO-(2)的含量相当,使所述铝酸盐渣系中的Al-(2)O-(3)≥20.00％,控制所述铝酸盐渣系的熔化性温度小于1450℃；控制铝酸盐渣系在温度高于1450℃时的粘度小于5.0dPa·s；控制铝酸盐渣系在温度高于1450℃时的密度为2.5～2.8g/cm～(3)；控制所述铝酸盐渣系在1450℃以上时的硫容量为2.0～8.0×10～(-4)；控制所述铝酸盐渣系在1500±20℃时的表面张力为500～540mN/m；控制炉渣的二元碱度CaO/SiO-(2)为1.5～2.00。根据本发明的铝酸盐渣系能够满足炉渣流动性能、脱硫性能及渣铁分离特性,并且能够避开高硅高铝型的高熔点物相成渣区域。(The invention provides an aluminate slag system, a slagging method and a smelting method thereof, wherein the slagging method comprises the steps of controlling a slagging interval to obtain the aluminate slag system meeting the requirements, and using Al in the slagging process 2 O 3 Replacing SiO in silicate slag system 2 And controlling Al 2 O 3 In excess of SiO 2 In an amount of or with SiO 2 The content of the aluminum oxide is equivalent to that of the aluminum oxide slag system 2 O 3 The melting temperature of the aluminate slag system is controlled to be less than 1450 ℃; controlling the viscosity of the aluminate slag system to be less than 5.0dPa & s when the temperature is higher than 1450 ℃; controlling the density of the aluminate slag system to be 2.5-2.8 g/cm when the temperature is higher than 1450 DEG C 3 (ii) a Controlling the sulfur capacity of the aluminate slag to be 2.0-8.0 x 10 at 1450 deg.C or higher ‑4 (ii) a Controlling the surface tension of the aluminate slag system to be 500-540 mN/m at 1500 +/-20 ℃; control of binary basicity of slag CaO/SiO 2 Is 1.5 to 2.00. The aluminate slag system can meet the requirements of slag flowing property and desulfurationPerformance and slag-iron separation characteristics, and can avoid a high-melting point substance phase slagging region of a high-silicon high-aluminum type.)
技术领域
本发明涉及炼铁技术领域，更具体地，涉及一种铝酸盐渣系的造渣方法以及包括该造渣方法的钢铁冶炼工艺。
背景技术
一方面，随着优质的高品位铁矿石资源消耗加剧，原料的成分已经到了影响高炉正常冶炼的边沿，现有的高炉造渣制度受到了严重的挑战。另一方面，高铝型铁矿资源储量非常丰富，约占世界铁矿石总储量的1/6，而且价格便宜。比如，目前澳大利亚出口的铁矿石中Al2O3含量已经增长，并且铁矿石中的Al2O3含量还会继续上升。考虑到资源、环境和成本等因素，高铝型铁矿资源很有可能成为今后钢铁工业的主要原料。针对大量使用高铝型铁矿导致高炉渣中Al2O3含量增多的现象，现有的传统硅酸盐渣系无论从炉渣的粘度、熔化特性、密度、表面张力和硫容量等物理化学性能均不能满足要求，随之而来的是高炉渣中Al2O3含量增多会带来炉渣粘度增大、渣铁分离难、高炉能耗升高等问题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个问题。例如，本发明的目的之一在于提供铝酸盐渣系的造渣方法以及利用高铝型铁矿为原料并采用该造渣方法的冶炼工艺。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一方面提供了一种铝酸盐渣系的造渣方法，所述造渣方法包括控制成渣区间以获取满足要求的铝酸盐渣系，具体地，在造渣过程中，以Al2O3代替硅酸盐渣系中的SiO2并控制Al2O3的含量超过SiO2含量或者与SiO2的含量相当，使所述铝酸盐渣系中的Al2O3≥20.00％，控制所述铝酸盐渣系的熔化性温度小于1450℃；控制铝酸盐渣系在温度高于1450℃时的粘度小于5.0dPa·s；控制铝酸盐渣系在温度高于1450℃时的密度为2.5～2.8g/cm3；控制所述铝酸盐渣系在1450℃以上时的硫容量为2.0～8.0×10-4；控制所述铝酸盐渣系在1500±20℃时的表面张力为500～540mN/m；控制炉渣的二元碱度CaO/SiO2为1.5～2.00。
根据本发明的铝酸盐渣系的造渣方法的一个示例性实施例，所述炉渣的成分按质量百分比计可以为：CaO:30.00～42.00％，Al2O3≥20.00％，SiO2:18.00～30.00％，MgO:5.00～15.00％，其它成分小于5.00％。
根据本发明的铝酸盐渣系的造渣方法的一个示例性实施例，所述炉渣的Al2O3/SiO2之比可以为1.0～1.5。
本发明另一方面提供了一种铝酸盐渣系，所述铝酸盐渣系的成分按质量百分比计可以为：CaO:30.00～42.00％，Al2O3≥20.00％，SiO2:18.00～30.00％，MgO:5.00～15.00％，其它成分小于5.00％，Al2O3的含量超过SiO2含量或者与SiO2的含量相当，二元碱度CaO/SiO2为1.5～2.00；所述铝酸盐渣系的熔化性温度小于1450℃，在温度高于1450℃时的粘度小于5.0dPa·s，在温度高于1450℃时的密度为2.5～2.8g/cm，在1450℃以上时的硫容量为2.0～8.0×10-4，在1500℃±20℃时的表面张力为500～540mN/m。
根据本发明的铝酸盐渣系的一个示例性实施例，Al2O3/SiO2之比可以为1.0～1.5。
根据本发明的铝酸盐渣系的一个示例性实施例，所述粘度可以采用旋转柱体法来测量，所述铝酸盐渣系的熔化性温度数据可以采用粘温曲线法来获取，所述铝酸盐渣系的硫含量可以采用渣-铁平衡法来测量，所述铝酸盐渣系的密度可以采用浮力法来测量，高铝渣表面张力可以采用最大气泡法来测量。
根据本发明的铝酸盐渣系的一个示例性实施例，所述旋转柱体法可以包括：采用分析纯试剂CaO、SiO2、MgO和Al2O3配样得到所述炉渣的样品，并且在粘度测试前，于室温下，用硅油标定仪器常数；当样品升温至目标温度1420～1500℃，保温30min以上之后，开始测定炉渣粘度，获取炉渣粘度数据。
根据本发明的铝酸盐渣系的一个示例性实施例，所述粘温曲线法可以包括：采用所述旋转柱体法测定不同温度下炉渣的粘度结果，获得不同温度下对应的粘度结果；采用温度和对应温度条件下的粘度，绘制粘度-温度曲线图，在粘度-温度曲线上作45°切线，得到切点处温度即为炉渣的熔化性温度。
根据本发明的铝酸盐渣系的一个示例性实施例，所述渣-铁平衡法可以包括：采用分析纯试剂CaO、SiO2、MgO和Al2O3配置测试用所述炉渣的样品；根据现高炉工艺参数，将炉渣样品和铁样混合均匀后置于石墨坩埚内，坩埚放入高温炉升温至1500℃并恒温8小时以上，保证炉渣样品和铁样充分反应达到平衡，其中，将所述铁样中配加预定含量的硫；以及炉内冷却后，分析平衡实验后的炉渣样品和铁样中的硫含量，然后计算得到所述炉渣的硫容量；
根据本发明的铝酸盐渣系的一个示例性实施例，所述浮力法可以包括：用分析纯试剂CaO、SiO2、MgO、Al2O3配置测试用所述炉渣的样品，将样品在高温炉内升温至目标温度1420～1500℃，并保温30min以上，以保证炉渣成分和炉内温度场平衡；将悬挂在质量传感器上的由金属钼制成的测头完全浸入炉渣，炉渣产生的浮力作用于测头上使质量传感器产生质量差，然后计算得到所述密度。
根据本发明的铝酸盐渣系的一个示例性实施例，所述最大气泡法可以包括：采用分析纯试剂CaO、SiO2、MgO和Al2O3配置测试用所述炉渣的样品，将样品在高温炉内升温至目标温度1420～1500℃，并保温30min以上，保证炉渣成分和炉内温度场平衡；测试开始时，将毛细管悬于炉渣表面上方，通过质量流量计控制气流速率，通过压差传感器实时记录毛细管内的压差值；待压差传感器记录稳定后，让毛细管缓慢下降，当压力突然变大时说明接触到炉渣液面；以及测定不同深度下的最大压力，然后计算得到所述表面张力。
根据本发明的铝酸盐渣系的一个示例性实施例，所述铁样通过将铁粉、碳粉和FeS置于石墨坩埚并在可控气氛的感应炉中熔制得到，所述可控气氛为通惰性气氛、还原气氛和氧化气氛中的一种或多种。
本发明再一方面提供了一种冶炼方法，所述冶炼方法包括：以高铝型铁矿或含三氧化二铝的含铁物料为原料，采用如上所述的造渣方法进行造渣，获得铝酸盐渣系。
根据本发明的冶炼方法的一个示例性实施例，所述冶炼方法可采用高炉炼铁。所述高铝型铁矿中铁含量低于50％，Al2O3含量在6％以上，并且Al2O3/SiO2达1.0以上。
本发明利用高铝渣系冶炼铁的方法相对于现有技术的有益效果包括：
1)本发明能够满足高炉顺行对炉渣流动性能、脱硫性能及渣铁分离的要求，对于高铝型铁矿资源大规模应用于高炉炼铁意义重大。
2)本发明高铝渣系炉渣能够避开高硅高铝型的高熔点物相成渣区域，其物化性质不仅满足高炉顺行要求，甚至优于传统硅酸盐渣系。
3)本发明在高铝渣系中确定出适合高炉操作的新成渣区间，从渣铁分离和铁水质量两个方面分析均具有可行性，可以为未来拓展新型的高炉原料范围提供理论支撑。
4)本发明可以增大低成本高铝型铁矿资源的使用量，减少高炉入炉原料成本，从而降低高炉炼铁成本。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其它目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出了根据本发明示例性实施例的铝酸盐渣系的造渣方法所获得的炉渣的热力学相图。
附图标记说明：
100-普通高炉的造渣区间，200-铝酸盐系的造渣区间。
具体实施方式
在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的铝酸盐渣系的造渣方法以及利用高铝型铁矿为原料并采用该造渣方法的冶炼工艺。需要说明的是，在本发明中，所涉及的百分比数据通常是指质量百分含量。
本发明提供一种适用于高铝型铁矿资源高炉炼铁的铝酸盐渣系造渣工艺，这种造渣工艺的要点是利用“以铝代硅”的思路进行高炉造渣，且在铝酸盐渣系中确定一个成渣区间，该成渣区间可以适用于高铝型铁矿资源高炉炼铁工艺。
具体地，本发明的一方面提出铝酸盐渣系的造渣方法，所述造渣方法包括控制成渣区间以获取满足要求的铝酸盐渣系，具体地，在造渣过程中，以Al2O3代替硅酸盐渣系中的SiO2并控制Al2O3的含量超过SiO2含量或者与SiO2的含量相当，使所述铝酸盐渣系中的Al2O3≥20.00％，控制所述铝酸盐渣系的熔化性温度小于1450℃；控制铝酸盐渣系在温度高于1450℃时的粘度小于5.0dPa·s；控制铝酸盐渣系在温度高于1450℃时的密度为2.5～2.8g/cm3；控制所述铝酸盐渣系在1450℃以上(例如1450℃～1500℃)时的硫容量为2.0～8.0×10-4；控制所述铝酸盐渣系在1500±20℃时的表面张力为500～540mN/m；控制炉渣的二元碱度CaO/SiO2为1.5～2.00。
图1为炉渣液相区图，其中，表示1500℃的液相线；为1450℃的液相线。液相线内为液相区域，1450℃或1500℃下成分在液相区内的炉渣可以完全熔化成液态。高炉冶炼要求造渣在液相区内进行，否则炉渣不熔，高炉冶炼无法顺利进行。
如图1中所示，炉渣热力学相图发现对于CaO-SiO2-Al2O3-MgO体系随着Al2O3含量不断增加炉渣会在高铝高硅区域析出高熔点物相，导致炉渣出现粘度增大、炉渣与铁水分离困难、脱硫能力减弱和高炉能耗升高问题，这些问题都与炉渣的粘度、熔化性温度、硫容量、表面张力直接相关。
本发明避开了高铝高硅的高熔点物相成渣区域，找到了一个高铝渣系成渣区间。该成渣区间内铝酸盐渣系的粘度在温度高于450℃时小于5.0dPa·s；熔化性温度小于1450℃，且此成渣区间能够降低铝酸盐渣系的熔化性温度来减小冶炼能耗。
炉渣脱硫性能是通过炉渣的硫容量来量化的，根据本发明的铝酸盐渣系的硫容量在1450℃时在2.0～8.0×10-4范围。铝酸盐渣系下提高了炉渣脱硫性能，可以更好地将铁水中S脱除，达到改善铁水质量的目的。
成渣区间的渣铁分离特性包括炉渣密度和表面张力，根据本发明的铝酸盐渣系的表面张力在1500℃时处于500～550mN/m范围，并且铝酸盐渣系的密度在温度高于1450℃时处于2.5～2.8g/cm3范围。
根据本发明的铝酸盐渣系的造渣方法区别于传统硅酸盐渣系造渣，主要体现在铝酸盐渣系的炉渣中Al2O3含量超过SiO2含量或二者相当。传统硅酸盐渣系炉渣中Al2O3含量小于16.00％；然而根据本发明的铝酸盐渣系中Al2O3含量超过20.00％。
其中，炉渣的成分按质量百分比计可以为：CaO:30.00～42.00％，Al2O3≥20.00％，SiO2:18.00～30.00％，MgO:5.00～15.00％，其它成分小于5.00％。
例如，炉渣的成分按质量百分比计可以为：CaO:30.00～39.50％，Al2O3≥20.00％，SiO2:18.00～30.00％，MgO:5.00～6.95.00％，其它成分小于5.00％。
成渣区间炉渣中的Al2O3/SiO2之比可以为1.0～1.5。例如，Al2O3/SiO2质量分数百分比可以为1.08，相对应地炉渣中Al2O3含量可以为26.00％，SiO2含量可以为24.00％；Al2O3/SiO2质量分数百分比可以为1.27，相对应地炉渣中Al2O3含量可以为28.00％，SiO2含量可以为22.00％；Al2O3/SiO2质量分数百分比可以为1.50，相对应地炉渣中Al2O3含量可以为30.00％，SiO2含量可以为20.00％。
成渣区间炉渣的二元碱度(CaO/SiO2)可以在1.5～2.00范围内。例如，成渣区间炉渣的二元碱度(CaO/SiO2)可以为1.67，相对应地炉渣中CaO含量可以为40.00％，SiO2含量可以为24.00％；成渣区间炉渣的二元碱度(CaO/SiO2)可以为1.82，相对应地炉渣中CaO含量可以为40.00％，SiO2含量可以为22.00％；成渣区间炉渣的二元碱度(CaO/SiO2)可以为2.00，相对应地炉渣中CaO含量可以为40.00％，SiO2含量可以为20.00％。
从渣铁分离方面考察，铝酸盐渣系的渣系粘度低于5.0dPa.s；熔化性温度低于1450℃；该铝酸盐渣系比传统渣系的表面张力更大，且密度范围可以为2.50～2.80g/cm3，有利于渣铁分离，满足高炉对炉渣渣铁分离的要求。
从炉渣脱硫能力考察，与传统炉渣相比，铝酸盐渣系的硫容量更高，且炉渣流动性无明显差别情况下(即炉渣脱硫动力学条件无明显变化)，炉渣脱硫热力学条件的改善，可促进炉渣吸收铁水中有害元素S，达到高炉冶炼对高炉渣脱硫能力的要求。
根据本发明，在高炉造渣过程中提高Al2O3含量同时降低SiO2含量，实现“以铝代硅”造渣。根据本发明的造渣方法适用于高铝型铁矿资源高炉炼铁工艺，且为了贴合生产实际这里所述的“以铝代硅”是等质量替代，而非等摩尔替代。
所述的“以铝代硅”方案造渣可适用于高炉冶炼造渣过程，更进一步地，适用于高铝型铁矿资源高炉炼铁工艺。但本发明不限于此，也可适用于非高炉冶炼工艺。
为了解决炉渣出现粘度增大、渣铁分离难、脱硫能力下降和炉渣能耗升高问题。本发明的另一方面提供了一种冶炼方法，该冶炼方法包括：以高铝型铁矿或含三氧化二铝的含铁物料为原料，采用如上所述的造渣方法进行造渣，获得铝酸盐渣系。
所述的冶炼方法可以为钢铁冶炼方法，可适用于高铝型铁矿用于高炉或非高炉钢铁冶炼工艺，使高铝型铁矿资源包括高炉除尘灰等含Al2O3的冶金固废得到了高效利用，促进了高炉节能减排、冶金绿色化发展。
在一个示例性实施例中，钢铁冶炼方法包括以下步骤：
将高铝型铁矿送入高炉中冶炼，冶炼温度区间控制为大于1450℃，升温稳定后，获得高铝渣系和铁。其中，高铝型铁矿是一种典型的复杂难处理铁矿，矿石中铁品位低(一般低于50％)，Al2O3含量高(一般在6％以上)，铝硅比高，可达1.0以上(常规下Al2O3/SiO2＜1)。
在冶炼过程中，将高铝渣系中Al2O3/SiO2的质量分数百分比可以控制为1.0～1.5，二元碱度(CaO/SiO2)可以控制为1.5～2.00，同时可以控制生成的高铝渣系的粘度小于5.0dPa·s，密度的范围可以为2.5～2.8g/cm3，表面张力的范围可以为500～540mN/m，硫容量的范围可以为2.0～8.0×10-4。高铝渣系的熔化温度可以控制为＜1450℃。
高铝渣系主要成分的质量百分比可以控制为CaO:30.00～42.00％，Al2O3:20.00～32.00％，SiO2:18.00～30.00％，MgO:5.00～15.00％。
根据本发明，还可以采用合适的测量方法来获取炉渣的各物理化学性质，例如，采用旋转柱体法测量高铝渣的粘度，粘温曲线法获取高铝渣的熔化性温度数据，渣-铁平衡法测量炉渣硫含量，浮力法测量高铝渣密度，最大气泡法测量高铝渣表面张力。具体实施情况如下：
(1)获取炉渣粘度数据
可采用旋转柱体法测量所述粘度，具体可包括：采用分析纯试剂(CaO、SiO2、MgO、Al2O3)配置测试用炉渣的样品，并且在粘度测试前，于室温下，用0.96泊、4.92泊和9.80泊的三种硅油标定仪器常数；当样品升温至目标温度1420～1500℃，保温一定时间(例如，30分钟以上)后，开始测定炉渣粘度，获取炉渣粘度数据。
为了保证实验结果的可靠性，进行多次(例如，三次)重复实验。
(2)获取炉渣熔化性温度数据
可采用粘温曲线法获取铝酸盐渣系的熔化性温度数据，具体可包括：采用所述旋转柱体法测定不同温度下炉渣的粘度结果，获得不同温度下对应的粘度结果；采用温度和对应温度条件下的粘度，绘制粘度-温度曲线图，取与45°切线的切点温度值作为熔化性温度。
(3)获取硫容量数据
可采用渣-铁平衡法测量所述铝酸盐渣系的硫含量，具体可包括：采用分析纯试剂CaO、SiO2、MgO和Al2O配置测试用所述炉渣的样品；基于钒钛磁铁矿高炉冶炼现场数据，将炉渣的样品和铁样可以按一定质量比(如，渣铁比可以为0.25～0.5，即，100g生铁，25～50g炉渣)混合均匀后置于石墨坩埚内，坩埚放入高温炉升温至1500℃并恒温8小时以上，保证炉渣的样品和铁样充分反应趋于平衡，其中，所述铁样中配加预定含量的硫，铁样中的硫含量可以为0.46～0.60％；以及炉内冷却后，分析炉渣的样品和铁样中的硫含量，计算并得到所述硫容量。
其中，铁样可以通过将铁粉、碳粉和FeS置于石墨坩埚并在可控气氛的感应炉中熔制得到。可控气氛为通惰性气氛、还原气氛和氧化气氛中的一种或多种。
(4)获取炉渣密度数据
可以采用浮力法测量所述铝酸盐渣系的密度，具体可包括：用分析纯试剂(含CaO、SiO2、MgO、Al2O3)配置测试用所述炉渣的样品，将样品在高温炉内升温至目标温度1420～1500℃，并保温30min以上，以保证炉渣成分和炉内温度场平衡；
将悬挂在质量传感器上的钼质测头完全浸入炉渣，炉渣产生的浮力作用于测头上使质量传感器产生质量差，然后计算得到密度。
(5)获取表面张力数据
采用最大气泡法测量高铝渣表面张力，具体包括：
采用分析纯试剂CaO、SiO2、MgO和Al2O配置测试用所述炉渣的样品，将样品在高温炉内升温至目标温度1420～1500℃，并保温30min以上，保证炉渣成分和炉内温度场平衡；实验开始时，将毛细管悬于炉渣表面上方，通过质量流量计控制气流速率，通过压差传感器实时记录毛细管内的压差值，气流速率控制在每分钟约10个气泡；待压差传感器记录稳定后，让毛细管缓慢下降，当压力出现数量级变大时说明接触到炉渣液面；考虑熔体表面扰动现象，测定不同深度下的最大压力，然后计算得到表面张力。
为了保证实验结果的可靠性，进行多次(例如，三次)重复实验。
根据本发明的示例性实施例的铝酸盐渣系，以炉渣的物理化学性质的测量结果为基础，提出了基于铝酸盐渣系的新的成渣区间：(30～42wt.％)CaO-(20～32wt.％)Al2O3-(18～30wt.％)SiO2-(5～15wt.％)MgO，结合高炉操作的要求，预测了炉渣的物理化学性质，从渣铁分离和生铁S含量两个方面探讨了铝酸盐成渣区间的可行性。
其中，采用旋转柱体法测量炉渣粘度，步骤如下：采用分析纯试剂配置测试样品，并且在粘度测试前，于室温下，用0.96泊、4.92泊和9.80泊的三种硅油标定仪器常数。当样品升温至目标温度，保温一定时间后，开始测定炉渣粘度，获取炉渣粘度数据。为了保证实验结果的可靠性，进行多次重复实验。
采用粘温曲线法获取炉渣熔化性温度数据，步骤如下：采用分析纯试剂配置测试样品，测定不同温度下炉渣的粘度结果，获得一系列不同温度下对应的粘度结果。然后，将粘度-温度结果作图，得到粘温曲线图，取与45°切线的切点温度值即为熔化性温度数据。
采用渣-铁平衡法测量炉渣硫含量，步骤如下：采用分析纯试剂配置测试样品，实验用铁样为铁粉、碳粉和FeS通过石墨坩埚在可控气氛的感应炉中熔制，配制的铁样硫含量为0.462％。将渣样和铁样按渣铁比0.36(100g铁水，36g炉渣)混合均匀后置于石墨坩埚内，坩埚放入高温炉升温至1500℃并恒温8小时，保证二者充分反应趋于平衡。然后将试验样品在炉内冷却后，分析渣样和铁样中的硫含量，计算并得到炉渣的硫容量。
采用浮力法测量炉渣密度，步骤如下：采用分析纯试剂配置测试样品，将样品在高温炉内升温至目标温度，并保温30min，保证炉渣成分和炉内温度场平衡。悬挂在质量传感器上的钼质测头完全浸入炉渣，炉渣产生的浮力作用于测头上使质量传感器产生质量差，然后计算得到炉渣密度数据。且为了保证实验结果的可靠性，进行多次(三次)重复实验。
采用最大气泡法测量炉渣表面张力，步骤如下：采用分析纯试剂配置测试样品，将样品在高温炉内升温至目标温度，并保温30min，保证炉渣成分和炉内温度场平衡。实验开始时，将毛细管悬于炉渣表面上方，通过质量流量计控制气流速率，通过压差传感器实时记录毛细管内的压差值；气流速率控制在每分钟约10个气泡。待压差传感器记录稳定后，让毛细管缓慢下降，当压力突然变大时说明接触到炉渣液面。考虑熔体表面扰动现象，实验测定不同深度下的最大压力，然后计算得到熔渣的表面张力数据。且为了保证实验结果的可靠性，进行多次(三次)重复实验。
本发明的又一方面提供了一种铝酸盐渣系成渣区间，该成渣区间为铝酸盐渣系成渣区间，区别于传统硅酸盐渣系成渣区间。所述成渣区间为铝酸盐渣系成渣区间中Al2O3与SiO2含量百分比相当，甚至超过SiO2，区别于传统硅酸盐渣系成渣区间。
在示例性实施例中，所述铝酸盐渣系的成分按质量百分比计可以为：CaO:30.00～42.00％，Al2O3≥20.00％，SiO2:18.00～30.00％，MgO:5.00～15.00％，其它成分小于5.00％，二元碱度CaO/SiO2为1.5～2.00。所述铝酸盐渣系的熔化性温度小于1450℃，在温度高于1450℃时的粘度小于5.0dPa·s，在温度高于1450℃时的密度为2.5～2.8g/cm，在1450℃以上时的硫容量为2.0～8.0×10-4，在1500℃±20℃时的表面张力为500～540mN/m。
为了更好地理解本发明的上述的示例性实施例，下面结合具体示例来说明利用高铝渣系冶炼铁的方法。
示例1
在本发明提出的高铝渣系中取一组炉渣，其具体成分如下CaO:40.50％，Al2O3:32.00％，SiO2:18.00％，MgO:9.50％，Al2O3/SiO2质量分数百分比为1.78。炉渣粘度为4.0～7.0dPa·s范围，满足高炉炼铁对炉渣粘度在10dPa·s以下的要求；炉渣熔化性温度低于1440℃(理想范围在1300～1450℃附近)；炉渣的硫容量为3.5×10-4～7.5×10-4(理想范围在1.0×10-4～3.0×10-3附近)；炉渣的密度在2.55～2.65g/cm3范围(常规炉渣密度在2.5～2.7×10-3附近)；炉渣的表面张力为510～540mN/m范围(常规炉渣表面张力在500～600mN/m范围附近)，炉渣各性质均满足高炉冶炼要求。
示例2
高铝渣系的质量百分比为CaO:41.00％，Al2O3:29.00％，SiO2:19.00％，MgO:11.00％，Al2O3/SiO2质量分数百分比为1.53。炉渣粘度为6.65～8.0dPa·s；炉渣熔化性温度低于1440℃；炉渣的硫容量约为1.36×10-4；炉渣的密度为2.76g/cm3附近；炉渣的表面张力约为560mN/m，各炉渣性质均在合适范围。
示例3
取一组不在本发明提出的高铝渣系范围的炉渣，其成分百分比为CaO:45.00％，Al2O3:34.00％，SiO2:16.00％，MgO:5.00％，Al2O3/SiO2质量分数百分比为0.47。此炉渣粘度为30.8dPa·s，远超合适炉渣粘度范围；炉渣的硫容量为5.23×10-6，其值太低，炉渣脱硫能力太弱；综合来看，此不在本发明提出的高铝渣系范围内的炉渣不满足高炉炼铁要求。
采用以下测量方法来测量示例1至3中炉渣的上述各物理化学性质：
(1)获取炉渣粘度数据
旋转柱体法测量炉渣粘度：采用分析纯试剂配置测试样品，并且在粘度测试前，于室温下，用0.96泊、4.92泊和9.80泊的三种硅油标定仪器常数。当样品升温至目标温度，保温一定时间后，开始测定炉渣粘度，获取炉渣粘度数据。且为了保证实验结果的可靠性，进行多次(三次)重复实验。
(2)获取炉渣熔化性温度数据
采用粘温曲线法获取炉渣熔化性温度数据：采用分析纯试剂配置测试样品，测定不同温度下炉渣的粘度结果，获得一系列不同温度下对应的粘度结果。然后，将粘度-温度结果作图，得到粘温曲线图，取与45°切线的切点温度值即为熔化性温度数据。
(3)获取硫容量数据
渣-铁平衡法测量炉渣硫含量：采用分析纯试剂配置测试样品，实验用铁样为铁粉、碳粉和FeS通过石墨坩埚在可控气氛的感应炉中熔制，配制的铁样硫含量为0.462％。将渣样和铁样按渣铁比0.36(100g生铁，36g炉渣)混合均匀后置于石墨坩埚内，坩埚放入高温炉升温至1500℃并恒温8小时，保证二者充分反应趋于平衡。然后将试验样品在炉内冷却后，分析渣样和铁样中的硫含量，计算并得到炉渣的硫容量。
(4)获取炉渣密度数据
浮力法测量炉渣密度：采用分析纯试剂配置测试样品，将样品在高温炉内升温至目标温度，并保温30min，保证炉渣成分和炉内温度场平衡。悬挂在质量传感器上的钼质测头完全浸入炉渣，炉渣产生的浮力作用于测头上使质量传感器产生质量差，然后计算得到炉渣密度数据。且为了保证实验结果的可靠性，进行多次(三次)重复实验。
(5)获取表面张力数据
最大气泡法测量炉渣表面张力：采用分析纯试剂配置测试样品，将样品在高温炉内升温至目标温度，并保温30min，保证炉渣成分和炉内温度场平衡。实验开始时，将毛细管悬于炉渣表面上方，通过质量流量计控制气流速率，通过压差传感器实时记录毛细管内的压差值；气流速率控制在每分钟约10个气泡。待压差传感器记录稳定后，让毛细管缓慢下降，当压力突然变大时说明接触到炉渣液面。考虑熔体表面扰动现象，实验测定不同深度下的最大压力，然后计算得到熔渣的表面张力数据。且为了保证实验结果的可靠性，进行多次(三次)重复实验。
可以看出，随着铝硅比增大，炉渣粘度呈先降低后增大的趋势，且在高Al2O3时(20.00～32.00％)炉渣粘度小于5dPa·s，高炉渣的熔化性温度随着铝硅比的增大，先升高后降低，在高Al2O3(20.00％～32.00％)熔化性温度低于1500℃，满足高炉顺行对炉渣流动性的要求。以Al2O3代替SiO2使得炉渣硫容量略有增大，炉渣脱硫能力提高。炉渣表面张力随着铝硅比增大而增大，有利于渣铁分离。
本发明所述新的适合高铝型铁矿用于高炉炼铁渣系(30～42wt.％)CaO-(20～32wt.％)Al2O3-(18～30wt.％)SiO2-(5～15wt.％)MgO，高炉渣组成成分中Al2O3的质量分数超过20.00％时，存在一个新的成渣区间，高炉渣粘度、熔化性温度、硫容量和表面张力等物理化学性质都满足正常高炉冶炼对炉渣性能的要求，部分参数甚至优于传统硅酸盐渣系。
从炉渣脱硫能力考察，本发明的铝酸盐渣系与传统炉渣相比，硫容量更高，且炉渣流动性无明显差别，脱硫动力学条件虽然无明显变化但热力学条件改善，说明所述渣系吸收有害元素S的能力增强，满足高炉渣对脱硫能力的要求。
尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本公开，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。
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