贵州达众第七砂轮有限责任公司 胡勇 / 文

棕刚玉冶炼主要有三种基本冶炼工艺，即固定炉工艺、倾倒炉工艺、流放炉工艺。这三种冶炼工艺冶炼用混合炉料，其物料配比计算方法所依据的物理化学原理相同、计算公式一致。目前，棕刚玉冶炼用混合炉料物料配比计算，都是沿用传统方法，进一步的研究及其成果未见报道。本文试图在这方面做一些探讨，对棕刚玉冶炼用混合炉料物料配比计算传统方法进行了研究，对使用传统方法存在的问题和注意事项进行了讨论，提出了棕刚玉冶炼用混合炉料物料配比计算新方法，并对使用新方法的注意事项进行了讨论。新方法在棕刚玉冶炼实践中应用，效果令人满意。

1棕刚玉冶炼用混合炉料物料配比计算传统方法的研究

棕刚玉冶炼用混合炉料物料配比，是指铝矾土（如轻烧铝矾土）、碳质还原剂（如无烟煤）和铁质添加剂（如铸铁屑、铸钢屑）三种物料之间的重量比例，包括理论配比、调整配比和实际配比。理论配比，是指依据反映物理化学原理的还原反应式所确定计算公式计算的物料配比；调整配比，是指以理论配比计算公式为基础，考虑各种影响因素作用，对理论配比进行数值调整而求出的物料配比；调整配比较之理论配比准确性更高，更接近或符合冶炼过程实际。实际配比，是指通过冶炼过程获得化学组成符合要求的棕刚玉熔液时混合炉料中物料的实际重量比例。

1.1理论配比计算公式

棕刚玉冶炼用混合炉料，是基于物料中主要杂质三氧化二铁、二氧化硅、二氧化钛易于还原，而三氧化二铝不易还原的基本原则与思路，依据反映物理化学原理的还原反应式，推导出理论配比计算公式，并据以计算理论配比。

棕刚玉冶炼用混合炉料物料配比计算传统方法，是以 1000kg 铝矾土为基准，计算碳质还原剂、铁质添加剂的理论配比量（kg），据此获得理论配比。根据各种文献提供的计算公式，结合冶炼实践中计算公式使用情况，棕刚玉冶炼用混合炉料理论配比计算公式可统一表述如下：

计算公式（1）、（2）中：G 为碳质还原剂理论配比量（kg），G 为铁质添加剂理论配比量（kg）；SiO %、Fe O %、TiO % 分别为铝矾土中二氧化硅、三氧化二铁、二氧化钛的百分含量，C% 为碳质还原剂中总碳的百分含量，TFe% 为铁质添加剂中总铁的百分含量；K 为硅铁中铁硅比，即硅铁中铁元素百分含量与硅元素百分含量的比值，其取值范围为 4.5~6.5。

本文中，后面的计算公式及其推导过程中采用的等式，与其前面公式或等式中相同的符号或代号，如没有特别说明，则其含义与前面计算公式或等式中相同。

1.2理论配比计算公式准确性

理论配比计算公式准确性，是指其所依据的反映物理化学原理的还原反应式、有关参数选择，满足棕刚玉冶炼过程实际需要的符合程度。理论配比准确性，是指理论配比满足棕刚玉冶炼过程需要、实现预期目标的符合程度。理论配比计算公式准确性决定理论配比准确性，理论配比计算公式准确性是影响理论配比准确性的内部因素。

1.2.1理论配比计算公式成立条件

棕刚玉冶炼用混合炉料物料配比计算传统方法，其理论配比计算公式（1）、（2）实际上是为物料配比计算建立了一个理论模型，通过对其推导过程的分析，可总结出理论配比计算公式成立条件如下：

（1）铝矾土中，计算公式涉及的相关杂质组分及其含量应符合技术要求，没有其他杂质组分或其含量很小，不影响棕刚玉化学组成的实现；

（2）棕刚玉冶炼过程中，除了计算公式涉及的相关杂质组分还原反应外，没有其他还原反应，也即其他杂质组分还原反应可忽略不计、三氧化二铝不被还原或其还原反应可忽略不计；

（3）铝矾土中，二氧化硅全部还原为单质硅，并与单质铁生成硅铁合金；

（4）碳质还原剂中，因灰分带进的二氧化硅、三氧化二铁、二氧化钛量很少，其对物料配比的影响可忽略不计；

（5）铁质添加剂中，硅元素、碳元素及其他有色金属元素含量很少，其对物料配比的影响可忽略不计；

（6）铁质添加剂的氧化程度低，由其带进的三氧化二铁含量少，其对物料配比的影响可忽略不计；

（7）相关杂质组分因还原反应而被还原的重量份额即还原程度，为固定值；

（8）科学确定铁硅比取值。目的在于满足促使杂质沉降分离和促进杂质还原反应的需要，满足保证硅铁的感磁性能的需要，同时还要考虑经济使用铁质添加剂；

（9）除了硅元素影响硅铁的感磁性能外，其他组分金属元素不影响，或在硅铁中含量很少其影响可忽略不计；

（10）棕刚玉中三氧化二铝含量为 94.5%~97.5%、二氧化钛含量为 1.5%~3.8%。

1.2.2 理论配比计算公式准确性的影响因素

棕刚玉冶炼用混合炉料物料配比计算传统方法，其理论配比计算公式成立条件，是主观设定或规定的。由于客观上存在着各种影响因素，理论配比计算公式成立条件不可能完全保证，总存在一定偏差，理论模型只能相对准确地反映冶炼过程实际情况，这必然影响理论配比计算公式准确性，进而影响理论配比准确性。

通过对理论配比计算公式成立条件的分析，可总结归纳出影响理论配比计算公式准确性的众多影响因素。这些影响因素，是影响理论配比计算公式准确性的内部因素，可分为随机性影响因素和确定性影响因素。

1.2.2.1 随机性影响因素

随机性影响因素，是指其作用规律和影响程度具有随机性、不确定性，在一定条件下无法确定和准确判定的影响因素。主要包括：

（1）铝矾土中，除了有计算公式涉及的相关杂质组分外，还存在其他种类杂质组分，其含量是随机的、不确定的，对棕刚玉化学组成实现的影响也是随机的、不确定的；

（2）棕刚玉冶炼过程中，除了计算公式涉及的相关杂质组分的还原反应外，还不同程度地存在其他杂质组分的还原反应，其对物料配比的影响是随机的、不确定的；

（3）铝矾土中二氧化硅还原反应途径多样化，有一部分不是还原为单质硅，而是随机地、不确定量地生成了 SiO 气体，可以减少碳质还原剂用量，其对碳质还原剂用量的影响是随机的、不确定的；

（4）碳质还原剂中含有不定量的灰分，灰分中含有不定量的二氧化硅、三氧化二铁、二氧化钛和其他杂质组分。所有这些杂质组分的还原反应，需增加碳质还原剂用量，其对碳质还原剂用量的影响是随机的、不确定的。

1.2.2.2 确定性影响因素

确定性影响因素，是指其作用规律和影响程度，可在一定条件下确定和准确判定的影响因素。主要包括：

（1）铁质添加剂中含有一定量硅元素，其沉降分离需消耗一定量铁质添加剂；

（2）铁质添加剂中含有一定量三氧化二铁，其还原反应需消耗一定量碳质还原剂；

（3）三氧化二钛与三氧化二铝还原难易程度接近，当二氧化钛还原时三氧化二铝也必然被还原，需消耗一定量碳质还原剂；

（4）计算公式涉及的相关杂质组分，由于其含量不同，杂质还原程度不是固定值；

（5）在保证棕刚玉化学组成符合要求的前提下，由于棕刚玉具体化学组成可以根据需要作出一定选择，因选择化学组成目标值不同，即使是使用同一铝矾土，二氧化钛等杂质的还原程度也可以不同，有一定变化范围，也会影响碳质还原剂配比量；

（6）铝矾土中二氧化硅还原反应途径多样化，除了一部分还原为单质硅进而生成硅铁除去外，其余则要么生成 SiO 等气体除去，要么以二氧化硅形式少量残存没有被还原，因而可以在保证硅铁感磁性能的情况下减少一定量铁质添加剂；

（7）铝矾土中有少量二氧化硅残存并没有被还原，可以减少一定量碳质还原剂；

（8）棕刚玉冶炼过程中，除了还原反应生成单质硅而影响硅铁感磁性能外，还会生成其他金属单质如铝、钛等，在棕刚玉中三氧化二铝含量大于 96.5%、二氧化钛含量小于 2.0% 时，硅铁感磁性能有所下降，需要增加铁硅比，因而需要增加一定量铁质添加剂。

1.3冶炼实践作业层面对理论配比准确性的影响因素

理论配比准确性，除了内部因素——理论配比计算公式准确性起决定作用外，还会受到冶炼实践作业层面影响因素的影响，这些因素均可视为随机性影响因素，是影响理论配比准确性的外部因素。

从冶炼实践作业层面来看，混合炉料中各种物料，从物料获取开始，经过取样和分析、备料、称量、配料混料、输送料直至冶炼工序等各环节，由于人、机、料、法、环等方面因素的影响，存在物料组分不均匀、化学组成不稳定、取样缺乏代表性、化学分析误差、配料称量误差、炉料混合不均匀以及物料的各种损失或额外增加，都会影响理论配比准确性，甚至导致不符合棕刚玉冶炼过程实际的需要。在这方面，主要影响到碳质还原剂理论配比量的准确性；对铁质添加剂理论配比量的准确性，影响很小可以忽略不计。

冶炼实践作业层面，影响理论配比准确性的这些随机性影响因素，主要包括：

（1）各种物料化学组分分布和化学组成的均匀性、时间稳定性；

（2）取样的代表性和化学分析数据总存在一定误差，影响准确、真实反映各种物料化学组成或整体平均组成；

（3）混合炉料中各种物料称量的准确性、混配料均匀性；

（4）各种物料称量、混配料和运输过程中的飞扬损失；

（5）炉内物料飞扬而被冶炼烟气尘带走导致的损失；

（6）碳质还原剂的炉内燃烧损失，内因是碳质还原剂可燃性质和粒度大小；

（7）冶炼过程中用电参数的影响。主要是二次工作电压高低，电压高则碳质还原剂损失大，电压低则碳质还原剂损失小；

（8）冶炼料层厚度的影响，厚料层还是薄料层，是埋弧冶炼、明弧冶炼还是半焖半敞冶炼。厚料层埋弧冶炼，碳质还原剂损失小；薄料层明弧冶炼，碳质还原剂损失大；

（9）导电石墨电极质量的影响。质量差，是碳质还原剂的增碳因素；

（10）炉况影响。炉前操作状态良好，炉内反应平稳，则碳质还原剂燃烧损失小；反之，炉内反应频繁，炉况不稳，则碳质还原剂燃烧损失大；

（11）变压器功率的影响。变压器功率大，二次工作电压高，碳质还原剂损失大；变压器功率小，二次工作电压低，碳质还原剂损失小；

（12）冶炼不同时期，对物料配比增减调整使用，也会影响理论配比准确性。

1.4调整配比计算公式

棕刚玉冶炼用混合炉料，决定于理论配比计算公式准确性，外加冶炼实践作业层面的随机性影响因素的作用，其理论配比准确性受到影响，不能直接采用，需以理论配比计算公式为基础进行调整，得到准确性更高的调整配比计算公式，然后计算出调整配比，才能在冶炼实践中使用。调整配比较之理论配比准确性更高。

对于碳质还原剂理论配比量的调整，传统方法中，是综合考虑了理论配比计算公式准确性（不区分确定性影响因素和随机性影响因素）和冶炼实践作业层面（随机性影响因素）两方面各种因素的共同作用，总体规定一个经验系数，即“碳质还原剂配比调整系数”，符号为 K ，据以计算碳质还原剂调整配比量。

碳质还原剂调整配比量（kg）的计算，是将计算公式（1）乘以碳质还原剂配比调整系数 K ，也就是按照调整配比计算公式（3）进行：

调整配比计算公式（3）中：G' 为碳质还原剂调整配比量（kg）；K 为碳质还原剂配比调整系数，其具体取值主要因不同冶炼装备（含炉型和变压器功率）、不同的操作工艺（埋弧作业或明弧作业以及用电参数的不同等等）、碳质还原剂品种和质量、铝矾土质量特别是二氧化钛含量、铁屑添加剂质量、棕刚玉化学组成目标值等而异，需要通过冶炼实践确定。KC 取值推荐在 1.1~1.4 范围内具体选定、适时调整，一般取其平均值 1.25。

对于铁质添加剂，考到无论是影响理论配比计算公式准确性方面，还是冶炼实践作业层面对铁质添加剂理论配比量准确性影响方面，影响因素都不多，且其影响程度也小可忽略不计，因而，在传统方法中，铁质添加剂调整配比量等同于理论配比量，只需直接根据铝矾土中二氧化硅和三氧化铁的百分含量，以及铁质添加剂中总铁的百分含量，等同于理论配比计算公式（2），按照（4）式进行计算即可。

计算公式（4）中：G' 为铁质添加剂调整配比量（kg）。

未完待续……