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user: 3. 实验结果与讨论 3.1. SiO 2 改质对转炉钢渣中C 2 S相优势析出的影响 图1是未加B 2 O 3 的1~13号渣系经SiO 2 改质后的粉化情况。由图可知，随着SiO 2 加入量的增加，转炉钢渣出现了不同程度的粉化。转炉钢渣自粉化效果主要与渣中C 2 S相的含量有关。自粉化效果的变化，则说明渣中的C 2 S析出量的变化，对此需分析加B 2 O 3 且对应成分的不粉化改质渣的矿相。 图2是图1中1~3号渣的SEM背散射电子图及其主要矿相。1号渣为未改质的初始渣，其二元化学碱度R(wCaO/wSiO 2 )为5.0，碱度较大。渣中的含硅相主要为长条状的C 3 S相(3CaO·SiO 2 )，渣样中未发现C 2 S相(2CaO·SiO 2 )，因此渣样冷却时不会发生粉化；当加入2%的SiO 2 时，2号渣中存在C 3 S和C 2 S。随着SiO 2 的加入，部分C 3 S可与SiO 2 反应生成C 2 S相；当加入4%的SiO 2 时，3号渣的含硅相仍主要为C 3 S和C 2 S，但C 3 S含量显著减少，而C 2 S含量增加。由图2可以看出3号渣中析出的C 2 S量要比2号渣多。经改质后，2、3号渣中虽然均有C 2 S相生成，不过其总体析出量不够，渣中也仍存在C 3 S相，因此C 2 S晶型转变时产生的体积膨胀内应力不足以自粉化钢渣，如图1所示。此外，渣中白灰色的基质相主要由Ca和Fe的氧化物组成，为C 2 F相(2CaO·Fe 2 O 3 )；黑色的颗粒相为方镁石相(MgO)。 图3是加B 2 O 3 不粉化4~7号渣的背散射电子图，4~7号渣SiO 2 的加入量依次是6%、8%、10%、12%。4~7号渣中的含硅相主要是C 2 S，未发现C 3 S。这是由于随着SiO 2 加入量的增加，SiO 2 与渣中的C 3 S结合生成C 2 S，渣中的C 3 S已被反应完。并且随着SiO 2 加入量继续增加，SiO 2 还将与含铁相C 2 F中的CaO成分反应，进一步生成C 2 S，而C 2 F也转变为CF(CaO·Fe 2 O 3 )，如图4的5号渣样所示；再继续加入SiO 2 ，CF中的CaO成分也被SiO 2 夺取生成C 2 S，而残余的[Fe 2 O 5 ] 4− 将与渣中的MgO反应生成MF相(MgO·Fe 2 O 3 )，如图4的6号渣样所示。在此过程中，渣中的C 2 S继续增加；若SiO 2 继续加入，则过剩的SiO 2 将与Mg、Ca反应生成复杂的Ca-Si-Mg系矿相。通过比较图3中4~7号渣中的C 2 S量，可直观看出4号渣中的C 2 S量较5~7号渣少，粉化效果也相对较差，而5~7号渣中C 2 S析出量较多，因此渣样粉化效果总体较好，如图1所示。 图1. 不同SiO 2 加入量时实验转炉渣样的粉化图片 图2. 1~3号渣的背散射电子图 图5是加B 2 O 3 不粉化8、9号渣的背散射电子图，8号和9号渣中SiO 2 加入量分别为14%和16%。8号渣中的含硅矿相仍主要为C 2 S，但是随着过量SiO 2 的加入，开始出现Mg 2+ 溶入C 2 S的现象，C 2 S中出现了一定量的Mg元素。C 2 S中固溶Mg 2+ 的增加，将会影响C 2 S的晶型转变，不利于钢渣自粉化 [ 11 ] ；9号渣中SiO 2 加入量为16%，渣中除了部分粒状的C 2 S外，开始出现新的矿相，即过量SiO 2 与Mg、C 2 S反应生成的复杂长条状Ca-Si-Mg系镁蔷薇辉石C 3 MS 2 (3CaO·MgO·2SiO 2 )。因此当SiO 2 的加入量过多时，随着C 3 MS 2 相的生成，C 2 S相出现减少的趋势，钢渣自粉化效果会减弱。 图6是不粉化10、11号渣的背散射电子图。由前述分析可知，当SiO 2 的加入量超过14%后，渣中的Mg 2+ 将进一步溶入C 2 S，生成C 3 MS 2 相，因此10号和11号渣中的含硅相主要是C 3 MS 2 和C 2 S。由图6可以看出，10号渣中在C 3 MS 2 相的边缘和内部还有较多的C 2 S相存在。与10号渣比较，11号渣中C 2 S的量则已明显减少。 图7是加B 2 O 3 不粉化12号渣和图1中13号渣的背散射电子图。12号和13号渣中SiO 2 的加入量分别为22%和24%。12号渣的含硅相包括C 3 MS 2 和C 2 S。与11号渣相比较，12号渣中C 2 S分布在C 3 MS 2 相边缘，较11号渣的C 2 S相进一步减少；13号渣的SiO 2 的加入量为24%，渣中的含硅相基本全是C 3 MS 2 ， 图3. 4~7号渣的背散射电子图 图4. 5、6号渣的背散射电子图 图5. 8、9号渣的背散射电子图 只存在极微量的C 2 S相，因此渣样基本不粉化。 随着转炉钢渣中SiO 2 改质剂加入量的增加，钢渣中C 2 S含量先是增加，然后减少，含硅相最终转变为C 3 MS 2 相：当向基础渣系中加入0%~4%的SiO 2 时，渣中的C 3 S与SiO 2 反应，C 2 S量逐渐增多；加入6%~12%的SiO 2 进行改质时，SiO 2 继续与C 2 F或CF中的CaO结合生成C 2 S，在该改质范围内，渣中生 图6. 10、11号渣的背散射电子图 图7. 12、13号渣的背散射电子图 成C 2 S相较多；SiO 2 加入量大于14%以后，出现Mg 2+ 溶入C 2 S的现象，并有C 3 MS 2 相生成。随着SiO 2 加入量的进一步增大，渣中的C 3 MS 2 相含量增加，C 2 S含量减少。实验结果表明，向基础渣系中加入0%~24%的SiO 2 进行改质时，C 2 S的含量经历一个先增多后减少的过程，其中SiO 2 加入量为8%~12%时，渣中生成C 2 S较多，渣中C 2 S优势析出，将有利于提高转炉钢渣的自粉化效果。 3.2. SiO 2 改质对转炉钢渣自粉化的影响 将图1中未加B 2 O 3 的1~13号渣样中的粉化渣依次用筛孔直径为150 μm、75 μm、48 μm的筛子进行筛分，并根据自粉化渣样过筛质量和钢渣总质量的比值确定各组粉化渣样的过筛率，并作图，结果分别如表2和图8所示。 结合图1~8和表2可看出，随着转炉钢渣中SiO 2 加入量的增加，钢渣自粉化效果先增强，后又变弱。转炉钢渣中C 2 S析出量越多，则钢渣自粉化效果越好。当向基础渣系中加入0~4%的SiO 2 时，1~3号渣样基本不粉化。尽管2、3号渣样中C 3 S与加入的SiO 2 反应，C 2 S析出量逐渐增多，但由于此时渣中的硅钙相仍主要为C 3 S，C 2 S含量不高，并且钢渣中含有较多高硬度的C 2 F基质相，影响了钢渣的粉化效果；当渣中SiO 2 加入量为6% (4号渣样)时，C 2 S含量继续增加，钢渣出现粉化，不过粉化率很低，150 μm过筛率仅为4.1%；钢渣中SiO 2 加入量为8%~12% (5~7号渣样)时，钢渣的过筛率较高，150 μm过筛率基本在90%以上，最高可达94.3%，48 μm过筛率也都能达到65%以上。可见，钢渣中SiO 2 加入量在这个范围内时，钢渣能取得较好的自粉化效果。这主要是由于随着渣中SiO 2 的进一步加入，钢渣中的C 3 S及C 2 F、CF均可与SiO 2 反应生成C 2 S。在此范围内，C 2 S优势析出，渣中生成C 2 S相较多，渣样粉化效果较好；当钢渣SiO 2 加入量大于14% (8号渣样)后，粉化渣样的过筛率整体呈下降趋势，直至钢渣SiO 2 加入量为24% (13号渣样)时，钢渣又开始不粉化。这是因为SiO 2 的加入量大于14%以后，Mg 2+ 溶入C 2 S，渣中有C 3 MS 2 生成，且随着SiO 2 加入量的增大，渣中的C 3 MS 2 含量增加，C 2 S含量减少，渣样粉化效 Table 2 Screening rate of slag samples with different SiO2 addition amount 组号 SiO 2 加入量/克 150 μm过筛率 75 μm过筛率 48 μm过筛率 1 0.0 0.0% 0.0% 0.0% 2 0.2 0.0% 0.0% 0.0% 3 0.4 0.0% 0.0% 0.0% 4 0.6 4.1% 3.8% 3.6% 5 0.8 89.4% 80.9% 65.1% 6 1.0 94.3% 87.3% 70.3% 7 1.2 93.6% 86.9% 67.3% 8 1.4 73.1% 65.1% 53.5% 9 1.6 78.9% 61.0% 39.4% 10 1.8 75.5% 66.2% 48.1% 11 2.0 72.9% 52.2% 33.6% 12 2.2 61.6% 44.8% 29.2% 13 2.4 0.0% 0.0% 0.0% 表2. 不同SiO 2 加入量时渣样的过筛率 图8. 不同SiO 2 加入量下转炉钢渣粉化效果 果变差。不过在此过程中，过筛率在SiO 2 加入量为14%~18% (8~10号渣样)之间时有波动。这是因为当C 2 S生成量较少时，渣中C 2 F、C 3 MS 2 相含量也会影响到钢渣的粉化效果。分析图4~6的矿相可知，当SiO 2 加入量从14%增加到18%时，渣中易磨性差的高硬度C 2 F基质相进一步减少，而相对易磨的C 3 MS 2 含量增加。因此尽管此时C 2 S含量继续减少，但渣样粉化效果却又有提高，过筛率又有所增加。但随着SiO 2 加入量继续增加，虽然易磨的C 3 MS 2 含量继续提高，但C 2 S的生成量已减少至不足以自粉化钢渣，因此钢渣过筛率整体仍呈下降趋势。 综上所述，向CaO (50 wt%)-SiO 2 (10 wt%)-MgO (10 wt%)-Fe 2 O 3 (30 wt%)四元基础渣系中加入SiO 2 进行改质，C 2 S析出量经历一个先增多后减少的过程，粉化效果也随之变化。其中SiO 2 加入量为8%~12%时，渣中C 2 S能优势析出，转炉钢渣自粉化效果较好。考虑到钢铁企业实际转炉钢渣的成分和改质操作对钢渣粘度的要求，将转炉钢渣二元化学碱度控制在2左右时，可实现钢渣中C 2 S相的优势析出，也有利于实现转炉钢渣的自粉化。