贵州达众第七砂轮有限责任公司 胡勇 / 文

4使用新方法注意事项

4.1 铁质添加剂配比量增补调整系数计算公式推导及其讨论

新方法中，铁质添加剂配比量计算公式（6）、（9），所采用的铁质添加剂配比量增补调整系数代号为 Kf。对其计算公式（7）推导如下：

假设铁质添加剂中不含硅元素或含有少量硅元素可忽略不计时，铁质添加剂配比量为 Gf0。由于铁质添加剂中除含有一定量单质铁、三氧化二铁外，一般都含有少量硅元素，因此铁质添加剂配比量 Gf0 需要另行增补一部分铁质添加剂量（以 Gf1 表示），K' 为前述的增补铁硅比，于是有：

铁质添加剂量 Gf1 也需要另行增补一部分铁质添加剂量（以 Gf2 表示），有：

同理依次有 Gf3、Gf4、......、Gfn ，有：

以上的铁质添加剂量数据，是一个初始数据为Gf0，公比 q=K'×Si%/TFe% 的等比数列。这一等比数列数据之和，就是考虑铁质添加剂中含有少量硅元素时应配入的铁质添加剂配比量（设为 Sn），有：

由于铁质添加剂硅元素含量较少、铁元素含量较大以及增补铁硅比 K' 取值所限定，该等比数列公比小于 1，当 n 趋于无穷大时，公比 n 次方即 qn=（K'×Si%/TFe%）n=0，有：

于是得到铁质添加剂配比增补调整系数 Kf 的计算公式为：

铁质添加剂中少量的硅元素，导致铁质添加剂质量对铁质添加剂配比量的影响较为复杂，涉及铁质添加剂中硅元素含量、铁元素含量以及增补铁硅比取值三者的共同作用，通过“铁质添加剂配比量增补调整系数”对其进行了综合反映。由于铁质添加剂中硅元素含量较小但不为零、铁元素含量较大以及增补铁硅比取值范围所限定，因此 K'×Si%/TFe% 是小于 1 的正数，因而铁质添加剂配比量增补调整系数 Kf 大于 1，其变化规律是：增补铁硅比提高、铁质添加剂质量变差（即硅元素含量越高、铁元素含量越低），则铁质添加剂配比量增补调整系数变大；反之，增补铁硅比变小、铁质添加剂质量提高（即硅元素含量越低、铁元素含量越高），则铁质添加剂配比量增补调整系数变小。特殊情况，当铁质添加剂质量好，硅元素含量很低、铁元素含量很高时，则铁质添加剂配比量增补调整系数约等于 1。

4.2 配料铁硅比取值

新方法和传统方法一样，配料铁硅比取值范围不同于硅铁中铁硅比取值范围，但配料铁硅比取值，显然和硅铁中铁硅比密切相关，其目的主要是为了确保硅铁中铁硅比在适宜范围内（即 4.5~6.5），以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，同时还需要考虑铁质添加剂的经济使用。

综合考虑配料铁硅比使用的如上目的，配料铁硅比的取值，有两个方面影响因素需要考虑。一方面是混合炉料中，有一部分二氧化硅不是通过还原成单质硅进而生成硅铁除去，而是生成 SiO 气体等挥发除去（5）（估算占比 15%~35% 左右），还有一部分二氧化硅残存并没有被还原成硅元素单质并进而生成硅铁合金，二者占比 25%~45%，在其他影响因数不变的情况下，实际硅铁的铁硅比较之配料铁硅比呈偏高趋势；另一方面是铁质添加剂中除含有一定量铁元素外，一般都含有一定量硅元素（0.5%~3.0%），需要另行增补一定量铁质添加剂，由于传统方法计算公式中没有考虑这一点，在其他影响因数不变或不考虑的情况下，实际硅铁的铁硅比较之配料铁硅比呈偏低趋势。这两个方面影响因素，导致相反的结果。在混合炉料中配料铁硅比确定的情况下，前者占优势则实际硅铁中铁硅比大于配料铁硅比，后者占优势则实际硅铁中铁硅比小于配料铁硅比。棕刚玉冶炼实践表明前者占优势，因此其总的表现结果是“实际硅铁中铁硅比大于配料铁硅比”，特别是在使用铸钢屑的场合更是如此。考虑到“这种总的表现结果”的存在，加上铁质添加剂使用目不同、使用的冶炼装备不同和经济使用考虑，配料铁硅比取值低于实际硅铁中铁硅比，配料铁硅比范围值不是 4.5~6.5，本文推荐为 3.0~5.0。

配料铁硅比取值范围，在棕刚玉冶炼实践中是根据铝矾土质量进行适当调整的。当棕刚玉中三氧化二铝小于 96.5%、二氧化钛大于 2.0% 时，配料铁硅比取值范围见表 1（表中同时列出了传统方法相应的配料铁硅比取值范围），即“铝矾土中二氧化硅含量高时，配料铁硅比取值低；铝矾土中二氧化硅含量低时，配料铁硅比取值高”，目的是既要在铝矾土质量差时保证冶炼过程中生成硅铁的感磁性能要好、经济地使用铁质添加剂，又要在铝矾土质量好时冶炼过程中产生足够的铁液滴而让分散的硅液滴有充分的时间被铁液滴捕获、生成硅铁液滴并聚集长大而易于沉降除去，从而与棕刚玉熔液分离开来，并有利于促使杂质沉降分离和促进杂质还原反应。

除此之外，如果不主要考虑硅铁的感磁性能，而只是关注铁质添加剂促使杂质沉降分离和促进杂质还原反应的需要，也会影响铁硅比取值的具体选择，导致配料铁硅比取值低于表 1 中相应的取值及其范围。

当棕刚玉中三氧化二铝为 96.5%~97.5%，二氧化钛小于 2.0% 时，实际上就是半脆刚玉，除了硅元素影响硅铁感磁性能外，其他组分金属元素（如铝、钛）也会影响硅铁的感磁性能。特别是硅铁中金属铝元素达到4% 及其以上（1）~（2）时，硅铁就失去磁性；因此必须要考虑三氧化铝还原产生的金属铝元素对硅铁感磁性能的影响，确保硅铁的感磁性能，实际硅铁中铁硅比必须增大，为此必须增大配料铁硅比，新方法推荐配料铁硅比取值范围见表 2（表中同时列出了传统方法相应的配料铁硅比取值范围）。

4.3 增补铁硅比取值

关于增补铁硅比取值，相对较为简单。由于增补铁硅比是“假设硅铁”的铁硅比，不存在其他任何因素的影响，因此可以选定增补铁硅比取值范围为 4.5~6.5。增补铁硅比具体取值，以“保证硅铁感磁性能为基本要求，越经济越好”的原则来确定，按照这一原则，本文增补铁硅比取值 4.5 即可。

4.4 炉前调整是必不可少的工艺操作

新方法和传统方法一样，对于碳质还原剂，由于调整配比计算公式中“碳质还原剂配比系数 C”是一个范围值，具有一定不确定度，因此碳质还原剂调整配比量的准确性仍然会受到影响，还要酌情考虑冶炼现场炉前调整量以弥补其不足，炉前调整是必不可少的工艺操作。考虑炉前调整量之后的碳质还原剂配比量，是碳质还原剂实际配比量，但只要碳质还原剂配比模型调整系数、碳质还原剂配比作业调整系数取值得当，则碳质还原剂调整配比量直接可作为实际配比量。

对于铁质添加剂，一般不用考虑冶炼现场炉前调整量，将铁质添加剂调整配比量或理论配比量直接作为实际配比量。

5两种方法在棕刚玉冶炼用混合炉料物料配比计算中的应用

本文是基于棕刚玉化学组成为三氧化二铝含量95.0%~96.0%、二氧化钛含量 2.5%~3.5%、其它杂质组分含量小于 2.0%，进行棕刚玉冶炼用混合炉料物料配比计算。

计算公式中，配料铁硅比取值范围为 3.0~5.0，增补铁硅比——“假设硅铁”的铁硅比取值为 4.5；新方法计算公式中碳质还原剂配比调整系数取值范围为1.1~1.2，传统方法计算公式中碳质还原剂配比调整系数取值范围为 1.1~1.4。

5.1两种方法物料配比计算结果对比

选定了优、中、差三种质量水平的铝矾土，优、差两种质量等级的铁屑，一种质量的优质无烟煤。三种物料的化学分析数据见表 3。

采用新方法和传统方法，混合炉料物料配比计算结果对比数据见表5。

5.2两种方法在棕刚玉冶炼实践中的应用

新方法和传统方法，在某企业棕刚玉冶炼生产中投入应用，以验证方法的使用效果。

铝矾土、铁屑、无烟煤三种物料的化学分析数据见表 4。

采用传统方法和新方法分别进行计算，混合炉料物料配比计算结果对比数据、实际配比值和硅铁产品中铁硅比检测数据见表 6。

6结论

6.1 在对棕刚玉冶炼用混合炉料物料配比计算传统方法进行研究，对使用传统方法存在问题和注意事项进行讨论的基础上，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。

6.2 新方法较之传统方法，其物料配比计算公式依据的反映物理化学原理的还原反应式更全面，因而其理论依据更充分。

6.3 新方法较之传统方法，理论配比计算公式及其理论配比的准确性得到提高。

6.4 新方法较之传统方法，对于碳质还原剂，其理论配比到调整配比，只需将碳质还原剂配比模型调整系数与碳质还原剂配比作业调整系数相乘取积，即可获得碳质还原剂配比调整系数，其物理含义明确，取值取值范围较窄，为 1.1~1.2；传统方法中，碳质还原剂配比调整系数，物理含义笼统，取值范围较宽，为 1.1~1.4。

6.5 无论是新方法还是传统方法，其计算公式中使用的铁硅比为均为配料铁硅比，含义明确，取值更加合理，即避免了不必要的浪费，又确保铁质添加剂作用的实现。

6.6 新方法与传统方法，在采用同一铁硅比的情况下，对于铁质添加剂配比量的计算结果相差不大，加之铁质添加剂使用效果的不敏感性，可以视为一致而相互等同采用。

6.7 新方法与传统方式，碳质还原剂理论配比相互间存在差异，且随着铝矾土中二氧化钛含量增加或铁质添加剂中三氧化二铁含量增加，差异越来越大，但经过选择合适的碳质还原剂配比调整系数，都可得到合理的调整配比，并最终在实际配比上取得统一。

6.8 配料铁硅比在 3.0~5.0 范围内取值，并按照新方法计算的铁质添加剂配比量进行混合炉料配制，在棕刚玉冶炼实践中应用，能保证硅铁产品中铁硅比在4.5~6.5 范围内，冶炼过程炉况正常，刚玉块与硅铁分离良好，棕刚玉质量稳定，结果令人满意。

———本文完———