Effects of Al₂O₃ content on the properties of BF slag and suitable fluxing regime for BF ironmaking with high Al₂O₃ content

ABSTRACT

The difficulty of smelting high-alumina iron ore is that the Al₂O₃ content in the slag is too high, affecting the smooth running of the blast furnace. This work employed a combination of physical experiments and thermodynamic calculations to investigate the effect of Al₂O₃ content on blast furnace slag properties, including phase transition, viscosity, liquidus temperature, and slag structure. The results showed that a spinel phase appeared when the Al₂O₃ content was increased from 15wt% to 17wt%, and the liquidus temperature and viscosity of the BF slag were of therefore increased. For 17wt% to 20wt% Al₂O₃ content, the viscosity, liquidus temperature, and the ratio of complex structure content to simple structure content increased rapidly owing to slag structure polymerisation. Additionally, the viscosity and liquidus temperature of high-alumina blast furnace slag were negatively correlated with TiO₂ content, but positively correlated with basicity. At approximately 5wt% TiO₂ content, Ti(C, N) with a high melting point appeared in the molten iron, resulting in a rapid increase in the viscosity. Thus, it is recommended that the TiO₂ content in the slag be less than 5wt% when the high-alumina iron ore is the main raw material of BF.

La difficulté de la fusion du minerai de fer à haute teneur en alumine est que la teneur en Al₂O₃ dans le laitier est trop élevée, affectant le bon fonctionnement du haut fourneau (HF). Ce travail a utilisé une combinaison d’expériences physiques et de calculs thermodynamiques pour examiner l’effet de la teneur en Al₂O₃ sur les propriétés du laitier du haut fourneau, incluant la transition de phase, la viscosité, la température du liquidus et la structure du laitier. Les résultats ont montré qu’une phase de spinelle apparaissait lorsque la teneur en Al₂O₃ était augmentée de 15% à 17% en poids, et la température de liquidus ainsi que la viscosité du laitier du HF ont donc augmenté. Pour une teneur en Al₂O₃ de 17% à 20% en poids, la viscosité, la température de liquidus et le rapport d’une teneur en structure complexe à une teneur en structure simple ont augmenté rapidement en raison de la polymérisation de la structure du laitier. De plus, la viscosité et la température de liquidus du laitier du haut fourneau à haute teneur en alumine étaient corrélées négativement avec la teneur en TiO₂, mais corrélées positivement avec la basicité. À approximativement 5% en poids de la teneur en TiO₂, Ti(C, N) avec un point de fusion élevé est apparu dans le fer fondu, ayant pour résultat une augmentation rapide de la viscosité. Ainsi, il est recommandé que la teneur en TiO₂ dans le laitier soit inférieure à 5% en poids lorsque le minerai de fer à haute teneur en alumine est la principale matière première du HF.

KEYWORDS:

• BF slag
• high Al₂O₃ content
• viscosity
• fluxing regime

Acknowledgments

We would like to thank Editage (www.editage.com) for English language editing.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

Additional information

Funding

This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (Project No. U2003215).