文/贵州达众第七砂轮有限责任公司 胡勇

目前，棕刚玉冶炼用混合炉料物料配比计算，普遍沿用传统方法^{（1）~（3）}。文献^（4）以传统方法为基础，对影响物料配比的各种因素进行分析研究，提出了棕刚玉冶炼用混合炉料物料配比计算新方法（以下简称“文献法”^（4）），并在棕刚玉冶炼实践中应用，效果令人满意。但无论是传统方法还是文献法^（4），均要求物料化学组成相对简单、纯度较高，不适于在物料化学组成复杂、纯度不高的场合下进行混合炉料物料配比的计算。这方面的研究未见报道，本文对此进行了探讨，旨在建立起包括化学组成复杂、纯度不高物料在内场合下更为广泛适用的棕刚玉冶炼用混合炉料物料配比计算公式。

1 计算公式推导

在物料化学组成复杂、纯度不高的场合下，物料主要表现为：

（1）铝质原料为氧化物类物料（比如：各种轻烧低铁、中铁或高铁铝矾土）；

（2）铁质添加剂为合金元素（主要是硅）较高的还原态铁合金类金属物料（比如：硅含量较高的铸铁屑）；

（3）或者铁质添加剂为氧化物类物料（比如：脱水铁矿石）；

（4）再或者铁质添加剂为还原态金属物料和氧化物类物料的各种比例混合物（比如：高温焙烧铁矿石）。

铝质原料主要成分为三氧化二铝，杂质成分主要表现为二氧化硅、二氧化钛、金属铁、不同价态铁氧化物混合物（均以三氧化二铁表示）；铁质添加剂主要成分为金属铁、不同价态铁氧化物混合物（均以三氧化二铁表示），有益成分为三氧化二铝，杂质成分主要表现为二氧化硅、二氧化钛、合金态硅。

在计算公式推导中，以铝质原料配比量G_Al（Kg）为基准，计算铁质添加剂、碳质还原剂配比量（kg）。

1.1 铁质添加剂配比量计算公式

以配铁量为等量因素，铁质添加剂不分还原态金属物料和氧化物类物料，而为还原态金属物料和氧化物类物料不同比例的混合物，于是有：

变换关系式，得出铁质添加剂配比量计算公式：

“0.7×Fe₂O₃%+Fe%”、“0.7×Fe₂O₃′%+Fe′%”分别为铝质原料、铁质添加剂中铁元素的总含量，即总铁百分含量T_Fe%、T_Fe′%。

于是有：

公式（1）、（2）中：

（1）G_Fe为铁质添加剂配比量（kg）， G_Al为铝质原料配比量（kg）；

（2）SiO₂%、Fe₂O₃%、Fe%分别为铝质原料中二氧化硅、三氧化二铁、金属铁的百分含量；

（3）SiO₂′%、Fe₂O₃′%分别为铁质添加剂中二氧化硅、三氧化二铁的百分含量，Si′%、Fe′%分别为铁质添加剂中合金态硅、金属铁的百分含量；

（4）T_Fe%为铝质原料中总铁百分含量，T_Fe′%为铁质添加剂中总铁百分含量；

（5）K为与混合炉料中与二氧化硅物质的量相关的配料铁硅比，即以混合炉料中与二氧化硅物质的量相关的硅元素的量为基数而需要的铁元素量的配比倍数，其取值范围为3.0~5.0；

（6）K'为与混合炉料中合金态硅有关的硅铁铁硅比，即期望的硅铁中铁元素百分含量与硅元素百分含量的比值，以保证硅铁的感磁性能为主要取值依据，其取值范围为4.5~6.5，一般取值4.5。

1.2 碳质还原剂配比量计算公式

杂质的还原，主要包括铝质原料和铁质添加剂中杂质的还原，因此碳质还原剂配比量应反映这两部分配比量之和，为此得出碳质还原剂配比量计算公式。

第一种：传统思路计算公式

第二种：文献^（4）法思路计算公式

公式（3）、（4）中：

（1）G_C为碳质还原剂配比量（kg），G_Fe为铁质添加剂配比量（kg）， G_Al为铝质原料配比量（kg）；

（2）SiO₂%、Fe₂O₃%、TiO₂%分别为铝质原料中二氧化硅、三氧化二铁、二氧化钛的百分含量；

（3）SiO₂′%、Fe₂O₃′、TiO₂′分别为铁质添加剂中二氧化硅、三氧化二铁、二氧化钛的百分含量；

（4）C%为碳质还原剂中固定碳的百分含量；

（5）X%为假设规定的还原后铝质原料中残存的二氧化钛百分含量，取值范围为1.80%~3.00%，最好为2.30%~2.80%，根据产品需要具体选定，本文选定为2.50%。

（6）0.50%为假设规定的还原后铝质原料或铁质添加剂中残存的二氧化硅的百分含量；

（7）K_C 为碳质还原剂配比调整系数。

公式（3）中，K_C 取值范围一般为1.00~1.40，推荐控制在1.10~1.20，随冶炼炉型、变压器功率、埋明弧应用、物料质量以及具体工艺流程、冶炼作业方式、棕刚玉产品氧化铝含量高低等的不同而异，适时调整。

公式（4）中，K_C 取值范围一般为0.90~1.20，推荐控制在1.00~1.10，随冶炼炉型、变压器功率、埋明弧应用、物料质量以及具体工艺流程、冶炼作业方式、棕刚玉产品氧化铝含量高低等的不同而异，适时调整。

1.3 计算公式应用注意事项

（1）当铝质原料中T_Fe%≥0.467×K×SiO₂%，即T_Fe%/SiO₂%≥0.467×K时，不用另行配加铁质添加剂；

（2）轻烧低铁铝矾土各种成分均是以氧化物形式存在，其含义清晰；但轻烧中铁铝矾土或高铁铝矾土中，铁元素存在的物质形式较为复杂，可能包括各种价态的氧化物（均以三氧化铁表示）以及金属铁，且难以进行明确区分和定量检测；

（3）铁质添加剂，除了纯铁金属或没有严重氧化的低硅铸铁屑、普通碳钢屑以外，其余的化学组成较为复杂，同一元素可能呈不同的价态，同一价态可能呈不同物质形式，且难以明确区分和定量检测；

（4）物料化学组成复杂、纯度不高的场合，如果不能对不同物质形式进行明确区分和定量检测，物料化学组成一般以同类元素的某种主要物质形式唯一表示。采取此种技术处理，只能就铁质添加剂配比量进行准确计算；而对于碳质还原剂配比量计算公式，其中的碳质还原剂配比调整系数需要在实际生产中具体确定。

（5）碳质还原剂配比量的计算，是假设各种元素氧化物的还原是分阶段进行，即易还原氧化物优先还原到较低限度，紧接着相对较难还原的氧化物再依次进行还原；然而实际冶炼中，各种氧化物的还原反应是同时不同程度地进行着，这就导致计算公式中假设的残存二氧化硅0.50%、二氧化钛2.50%的比例，在不同混合炉料场合是各不相同的；特别是二氧化钛残存比例变化很大，一般规律是“混合炉料中杂质含量越多，则碳质还原剂配比量越大，进而二氧化钛还原度越大、残存比例越小。”。

2 计算公式在不同应用场合的简化

前述物料配比计算公式，不仅用于物料化学组成复杂、纯度不高的场合下进行混合炉料配比量的计算，而且可用于物料化学组成简单或相对简单、纯度高或相对较高的各种特殊场合，且计算公式可进行各种不同程度的简化，极端情况下可简化为传统计算公式，或者文献^（4）法建立的计算公式。

2.1 物料化学组成简单纯度高的场合

物料化学组成简单纯度高，主要表现在“铝质原料为氧化物类且三氧化二铁含量不高的物料（比如：轻烧低铁优质铝矾土）、铁质添加剂为纯铁金属物料或合金元素（主要是硅）含量较低的铁合金类金属物料（比如：没有严重氧化的低硅铸铁屑、普通碳钢屑等）”。

令G_Al=1000kg时，铁质添加剂、碳质还原剂的配比量（kg）计算公式简化如下：

铁质添加剂配比量计算公式：

传统思路下，碳质还原剂配比量计算公式：

文献法思路下，碳质还原剂配比量计算公式：

2.2 物料化学组成简单纯度高，铁质添加剂为为低硅铸铁屑、普通碳钢屑，但其严重氧化的场合

当令G_Al=1000kg时，铁质添加剂、碳质还原剂的配比量（kg）计算公式简化如下：

铁质添加剂配比量计算公式：

传统思路下，碳质还原剂配比量计算公式：

文献^（4）法思路下，碳质还原剂配比量计算公式：

2.3 铝质原料化学组成简单纯度高，铁质添加剂为硅含量较高但氧化不严重的铸铁屑的场合

令G_Al=1000kg时，铁质添加剂、碳质还原剂的配比量（kg）计算公式简化如下：

铁质添加剂配比量计算公式：

令K_f=1/（1-K'×Si′%/T_Fe′%），则有

公式（12）就是文献^（4）法建立的铁质添加剂配比量计算公式形式。

传统思路下，碳质还原剂配比量计算公式：

文献^（4）法思路下，碳质还原剂配比量计算公式：

2.4 物料化学组成复杂、纯度不高场合计算公式的简化

物料化学组成复杂、纯度不高的场合，由于不能对不同物质形式进行明确区分和定量检测，物料化学组成一般根据其氧化还原状态以同类元素的某种主要物质形式及其含量唯一表示。据此，铝质原料中的铁元素、硅元素、钛元素分别统一以三氧化二铁、二氧化硅、二氧化钛及其百分含量表示，氧化态铁质添加剂中铁元素、硅元素、钛元素分别统一以三氧化二铁、二氧化硅、二氧化钛及其百分含量表示，半还原态铁质添加剂中铁元素、硅元素、钛元素分别统一以金属铁、二氧化硅、二氧化钛及其百分含量表示。

令G_Al=1000kg时，氧化态铁质添加剂（比如：脱水铁矿石）、碳质还原剂的配比量（kg）计算公式简化如下：

铁质添加剂配比量计算公式：

传统思路下，碳质还原剂配比量计算公式：

文献^（4）法思路下，碳质还原剂配比量计算公式：

采取此种技术处理，只能就铁质添加剂配比量进行准确计算，而对于碳质还原剂配比量计算公式，其中的碳质还原剂配比调整系数需要在实际生产中具体确定。

参考文献

（1）中国磨料磨具工业公司编，磨料磨具技术手册，第78~79页，兵器工业出版社，1993年.

（2）张惠民主编，普通磨料制造，第72~73页，中国标准出版社，2001年.

（3）孙斯衡编著，刚与制造，第16~21页，机械工业部机床工具工业局，1983年.

（4）胡勇，棕刚玉冶炼用混合炉料物料配比计算方法的探讨，第4期第71~74页，中国研磨，2022年.