【正文】 北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）鐵礦粉流動性能研究分析畢業(yè)論文目　　錄摘　　要 1Abstract 2引　　言 11文獻綜述 2 2 4 6 6 6 8 9 9 10 12 122燒結(jié)礦粉的理化基礎(chǔ)特性 15 15 15 17 24 253液相流動性指數(shù)測定 26 26 27 28 304液相流動性能新探索 32 32 34 37 37 40 415鐵酸鈣液相流動性能探索 43 43 44 46結(jié)　　論 50參 考 文 獻 51附錄A 外文原文 54附錄B 外文譯文 61致　　謝 75 2 北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）引　　言近兩年來，我國生鐵產(chǎn)量已經(jīng)達到7億噸左右。鑒于目前國內(nèi)、外經(jīng)濟放緩，鋼鐵需求量下降，國內(nèi)鋼鐵已呈現(xiàn)明顯的產(chǎn)能過剩現(xiàn)象。雖然2012年下半年鐵礦石、焦炭等原燃料價格有所下降，但是鋼材價格下降的幅度更大，且隨著勞動力成本的增加，使得大部分鋼鐵廠處于虧損邊緣。因此，低成本煉鐵對國內(nèi)鋼鐵企業(yè)的生存至關(guān)重要。勞動力成本的增加，加快了國內(nèi)高爐大型化的步伐，并因此提高了對入爐焦炭質(zhì)量的要求。如果依靠降低焦炭質(zhì)量來降低高爐的煉鐵成本，往往會適得其反；而采用合理配礦、提高鐵礦粉的性價比，實踐已證明可降低高爐煉鐵成本。為了高效、合理地利用低質(zhì)鐵礦粉，最大限度的降低煉鐵成本，需要對鐵礦粉燒結(jié)基礎(chǔ)特性的測定方法及進展進行全面、深入地分析，順應(yīng)其發(fā)展趨勢。流動性是指在燒結(jié)過程中鐵礦粉與CaO反應(yīng)生成液相的流動能力，即生成液相的粘性(與粘度有一定的相關(guān)性)，是燒結(jié)基礎(chǔ)特性的重要組成部分。它表征了粘結(jié)相的有效粘結(jié)范圍，對燒結(jié)強度有重要影響。不同種類的鐵礦粉由于其自身化學(xué)成分、結(jié)晶水含量、致密度等特性的不同，使液相流動性有所差別。從燒結(jié)工藝看，燒結(jié)溫度及燒結(jié)混合料的堿度均會影響粘結(jié)相的流動性。目前衡量鐵礦粉流動性能的主要指標是流動性指數(shù)，為了保證在試驗溫度內(nèi)形成的渣相有較好的流動性，將混合一定量CaO的鐵礦粉試樣壓片后，放在耐高溫的合金墊片上(也可采用Al2O3墊片)，將試樣放入豎式高溫爐中，分階段快速升溫到預(yù)定溫度后恒溫保持4 min，冷卻后測量鐵礦粉與CaO 混合試樣熔化后形成液相的攤開面積，計算得到流動性指數(shù)。該方法測定的流動性指數(shù)是在基于一個溫度點的數(shù)值，而實際燒結(jié)過程中，溫度是有偏析的，靠近燃料處溫度較高，遠離燃料處溫度較低。于是在不同的溫度段，鐵礦粉有不同的液相流動情況。因此，根據(jù)某個溫度下的液相流動面積來推斷其在燒結(jié)過程中的實際液相流動面積是不足的。并且這也只是一個終點參數(shù)，無法描述液相流動的過程。1文獻綜述根據(jù)有關(guān)資料可知，世界鐵礦石的可開采儲量為1500億噸。巴西、澳大利亞、印度、加拿大和南非等國的儲量約占世界總儲量的78 %。按目前的鐵礦石開采速度，世界鐵礦資源可保證100年以上。世界鐵礦資源分布的特點是南半球國家富鐵礦床多，如巴西、澳大利亞、南非等國；北半球國家貧鐵礦床多，如前蘇聯(lián)、美國、加拿大、中國等國。我國鐵礦石富礦少、貧礦多，97%的鐵礦石為30%以下的低品位鐵礦，國內(nèi)尚存大量未被開發(fā)利用的難選鐵礦。[1]序號地區(qū)可開采儲量主要礦石類型1澳大利亞309赤鐵礦、褐鐵礦、馬拉曼巴礦2巴西616多孔赤鐵礦、鏡鐵礦、鐵英巖3印度134赤鐵礦、磁鐵礦4南非28赤鐵礦5委內(nèi)瑞拉18多孔赤鐵礦、鏡鐵礦、鐵英巖6加拿大62鏡鐵礦、磁鐵礦世界鐵礦石年產(chǎn)量約為11億t，中國是世界最大的鐵礦石生產(chǎn)國,年產(chǎn)量為217億t，巴西和澳大利亞的鐵礦石產(chǎn)量分別為213億t和211億t，它主要鐵礦石生產(chǎn)國還有俄羅斯、印度、烏克蘭、加拿大及南非等。我國已查明鐵礦資源儲量607億噸，預(yù)測資源量1000億噸以上，占世界第3位[2]。我國鐵礦床類型多，地質(zhì)條件復(fù)雜，礦石品位低，平均品位僅為30%左右，以中低品位礦為主，%，%[3]。而且中小礦多，大礦少，特大礦更少。礦石類型復(fù)雜，難選礦和多組分共(伴)生礦所占比重大。難選赤鐵礦和多組分共生鐵礦石儲量各占全國總儲量的1/3。我國鐵礦石類型多，有磁鐵礦、釩鈦磁鐵礦、赤鐵礦，另外還有褐鐵礦、菱鐵礦和鏡鐵礦。磁鐵礦是我國最主要的鐵礦石原料，屬易選、利用率高的礦石類型,其儲量和開采量均居各類鐵礦石之首,探明儲量約占總儲量50%，主要分布于遼寧、河北、山西、山東、安徽和內(nèi)蒙古等省區(qū)；赤鐵礦含鐵量在30%~50%，含磷高，屬難選礦石，探明儲量約占總儲量18%，主要分布在遼寧、湖北、河北、四川、湖南和內(nèi)蒙等省區(qū)；釩鈦磁鐵礦含鐵品位一般在30%以下，伴生V、Ti等貴重金屬，礦床規(guī)模大、易采易選，探明儲量約占總儲量14%，主要分布于四川和河北兩省。我國鐵礦中硫、磷、二氧化硅等有害組分含量高，多組分共生鐵礦石占了很大比重，而且有用組分嵌布粒度細，因此采選難度大、效率低、鐵礦石產(chǎn)量難以滿足國內(nèi)需求[4]。以攀枝花釩鈦磁鐵礦為例，該礦床屬巖漿型礦床，已探明鐵礦資源總量近100 億噸，％左右，礦區(qū)鐵礦石平均品位為25%～%，選礦后鐵精礦品位為54％~56%[5]。而我國從巴西、澳大利亞進口的原礦石品位為60%～68％，不用經(jīng)過選礦工序。從我國鐵礦石資源情況來說，適量的進口鐵礦石滿足我國的經(jīng)濟發(fā)展，已是必然趨勢。然而由于我國過分依賴國外鐵礦石資源，我國的鋼鐵企業(yè)為此付出了沉重的代價，當前如果現(xiàn)在我們還不能立即著手準備充分利用國內(nèi)現(xiàn)有的鐵礦資源，包括低品位鐵礦資源，大幅提高國內(nèi)鐵礦石占消費的比重，扭轉(zhuǎn)我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展過度依賴國外鐵礦資源，過度依賴進口鐵礦石的局面，我們還會付出更高的代價。因此從建立安全穩(wěn)定的供應(yīng)體系出發(fā)，加強國產(chǎn)鐵礦石生產(chǎn)，增加國產(chǎn)鐵礦石自給率，是確保鋼鐵行業(yè)和我國國民經(jīng)濟發(fā)展的重要策略。與國外大型的鐵礦企業(yè)相比，我國鐵礦開采企業(yè)規(guī)模小，選冶技術(shù)裝備落后，勞動生產(chǎn)率和資源利用率低，資源普遍儲備不足。而我國雖然貧礦較多，但有開采利用潛力的低品位礦石數(shù)量還是很可觀的，我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展過度依賴國外鐵礦資源所付出的代價遠遠大于低品位鐵礦資源開發(fā)利用可能產(chǎn)生的環(huán)境代價。所以加大對低品位礦石的開采和利用也有著重要的意義，但由于低品位礦石對于冶煉技術(shù)有著較高的要求，因此開發(fā)低品位需要我國鋼鐵企業(yè)引進先進開采和冶煉技術(shù)，促進冶煉精料技術(shù)和高爐操作技術(shù)的進步。更大程度上利用好低品位礦石[6]。國內(nèi)鋼鐵企業(yè)應(yīng)根據(jù)世界鐵礦石資源特點和供應(yīng)狀況,依據(jù)最新的配礦理論及技術(shù),合理選擇和有效利用國內(nèi)外鐵礦石資源,從而達到降低鋼鐵生產(chǎn)成本、增強企業(yè)競爭力的目的。自從19世紀末開始，鋼鐵企業(yè)就已經(jīng)開始考慮鐵礦粉以及包括含鐵廢料、粉塵、煙道灰、硫酸渣等工業(yè)過程廢料和副產(chǎn)品的造塊方法[7]。在100多年的發(fā)展過程中，燒結(jié)理論也日趨完善。目前，對鐵礦粉燒結(jié)工藝的定義可概括為[810]：將各種粉狀含鐵原料，按要求配入一定數(shù)量的燃料和熔劑，均勻混合制粒后布到燒結(jié)設(shè)備上點火燒結(jié)；燃料燃燒產(chǎn)生高溫區(qū)，高溫區(qū)內(nèi)發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，混合料中部分易熔物質(zhì)發(fā)生軟化、熔化，產(chǎn)生一定數(shù)量的液相，液相物質(zhì)潤濕其它未熔化的礦石顆粒；高溫區(qū)在抽風作用下不斷向負壓方向運動，經(jīng)歷高溫過后，隨著溫度的降低，液相物質(zhì)將礦粉顆粒粘結(jié)成塊。這個過程叫做燒結(jié)。燒結(jié)的主要目的是：(1)將粉狀料制成具有高溫強度的快裝料以適應(yīng)高爐冶煉、直接還原等在流體力學(xué)方面的要求；(2)通過燒結(jié)改善鐵礦石的冶金性能，是高爐冶煉指標得到改善；(3)通過燒結(jié)去除某些有害雜質(zhì)，回收有益元素達到綜合利用資源和擴大鐵礦石原料資源?，F(xiàn)代燒結(jié)生產(chǎn)抽風燒結(jié)過程，是將鐵礦粉、熔劑、燃料、代用品及返礦按一定比例配成燒結(jié)混合料，添加適量的水分，經(jīng)過混合和制粒后鋪到燒結(jié)臺車上，在一定負壓下點火，在強制抽風的作用下，料層內(nèi)燃料自上而下燃燒，產(chǎn)生熱量，混合料在高溫下發(fā)生一系列的物理、化學(xué)變化，部分散料熔化生成液相，冷卻后粘結(jié)周圍物料，最終固結(jié)生成燒結(jié)礦。燒結(jié)是液相粘結(jié)的固結(jié)過程。燒結(jié)過程中產(chǎn)生一定數(shù)量的液相,是燒結(jié)原料固結(jié)成塊的基礎(chǔ)[11]在燃料燃燒產(chǎn)生的高溫作用下，固相反應(yīng)中產(chǎn)生的低熔點化合物首先熔化,形成液相，并將其它未熔化的部分粘結(jié)起來，冷卻后成為多孔質(zhì)的塊礦。燒結(jié)過程中產(chǎn)生的液相數(shù)量是決定燒結(jié)礦的強度和成品率的主要因素[12]。燒結(jié)礦的生產(chǎn)先后經(jīng)歷了2個主要的發(fā)展時期，分別是最初的自熔性或低堿度燒結(jié)礦和現(xiàn)在的高堿度燒結(jié)礦。前者的粘接相以硅酸鹽熔體為主，而后者則以復(fù)合鐵酸鈣(SFCA)為主。SFCA理論是低溫燒結(jié)工藝的理論基礎(chǔ)。SFCA被認為是燒結(jié)礦中質(zhì)量最佳的粘結(jié)相，傳統(tǒng)意義上對其認識包含：它的強度和還原性等均優(yōu)良；只能在相對較低的燒結(jié)溫度(1250—1280 ℃)下獲得，其形態(tài)隨溫度變化而變化等[13]；低溫燒結(jié)的理論基礎(chǔ)就是SFCA理論，溫度過高不僅不利于SFCA的生成，反而會使鐵酸鈣的形態(tài)發(fā)生變化，甚至發(fā)生分解而減少。郭興敏等對SFCA的形成機理進行了研究[14]，并對前人的大量工作做了很好的總結(jié)[15]。燒結(jié)礦屬于人造富礦。燒結(jié)原料中除了富礦粉，還可以利用高爐爐塵、轉(zhuǎn)爐爐塵、軋鋼皮、鐵屑、硫酸渣等其它鋼鐵及化工業(yè)的廢料，使廢料得到有效利用，做到變“廢”為寶，變“害”為利[16]。此外，燒結(jié)過程還可以脫除80~90%的S和F、As等有害雜質(zhì)，因此大大減輕了高爐冶煉過程中的脫硫任務(wù)，燒結(jié)礦堿度降低，有利于燒結(jié)過程中脫硫[17]。隨著燒結(jié)生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展和燒結(jié)自動化技術(shù)的應(yīng)用,燒結(jié)工藝不斷完善,燒結(jié)生產(chǎn)穩(wěn)定順行,利于節(jié)能降耗隨著燒結(jié)礦質(zhì)量的提高,高爐順行,焦比和燃耗降低,改善了高爐生產(chǎn)指標,推動了鋼鐵業(yè)的發(fā)展。含F(xiàn)e品位是鐵礦石最重要的評價指標之一，礦石品位基本上決定了礦石的價格，即冶煉的經(jīng)濟性。市場上往往以含F(xiàn)e量單位數(shù)計價。因為Fe含量越高的礦石，脈石含量越低，則冶煉時所需溶劑量和形成的渣量也越少，用于分離渣與鐵所耗能量降低。礦石中除Fe以外的其它化合物統(tǒng)稱為脈石。脈石的成分包括SiOAl2OCaO和MgO，還有少量S、P、K、Na、Cu、Pb、Zn、F等有害元素。(1) SiO2對燒結(jié)的影響高SiO2型燒結(jié)礦，當堿度，其粘結(jié)相礦物主要是鐵橄欖石和玻璃質(zhì)以及部分鈣鐵橄欖石。這些礦物在冷卻過程中體積收縮，引起燒結(jié)礦局部破裂，而不發(fā)生相變和體積膨脹而引起粉化，所以強度高，存放粉化少，但其還原性差；~，粘結(jié)相中鐵橄欖石和鈣鐵橄欖石數(shù)量減少，而硅酸二鈣(C2S)數(shù)量增加，但結(jié)構(gòu)仍以斑狀為主。由于硅酸二鈣增加，粉化加劇，軟化溫度升高。由于鐵酸鈣含量增加，燒結(jié)礦還原性變好；當堿度，隨著堿度的提高，粘結(jié)相中鐵酸鈣及硅酸二鈣含量增加，并出現(xiàn)硅酸三鈣，燒結(jié)礦還原強度不斷提高，粉化率降低[1819]。低SiO2型燒結(jié)礦物組成與堿度的關(guān)系，類似于高SiO2型燒結(jié)礦。相同堿度下，SiO2含量低時，粘結(jié)相數(shù)量少，所以其強度低于高SiO2型。另外，由于低SiO2型燒結(jié)礦中低熔點粘結(jié)相少，而高熔點的基體Fe2O3或Fe3O4多，因此，燒結(jié)礦低SiO2型軟化溫度普遍高于高SiO2型。同時，又由于SiO2含量低，生成硅酸二鈣數(shù)量少，破壞力小，故還原粉化小。~，F(xiàn)e2O3出現(xiàn)高峰，主要是冷卻過程中由Fe3O4氧化而成的所謂再生的骸晶狀菱形赤鐵礦。(2) Al2O3對燒結(jié)的影響當燒結(jié)料中含Al2O3較高時，可生成含Al2O3硅酸鹽，促進復(fù)合鐵酸鈣的生成，減少硅酸鈣的生成，從而降低粘結(jié)相的溫度，提高燒結(jié)礦的氧化度，降低其粉化率，對改善燒結(jié)礦的性質(zhì)起良好作用。并且Al2O3能加寬針狀鐵酸鈣存在的溫度范圍：沒有Al2O3時，大約為1180 ℃~1230 ℃；含有適量的Al2O3時，針狀鐵酸鈣存在的溫度可以達到1300 ℃[2021]。另外，針狀鐵酸鈣的生成量與Al2O3/SiO2值有關(guān)。據(jù)報道：針狀鐵酸鈣最大生成量對應(yīng)的Al2O3/~。但是，燒結(jié)料中的Al2O3含量也應(yīng)控制，若Al2O3含量過高，使高爐渣中Al2O3含量超過22%~25%時，爐渣難熔而不易流動，使冶煉造成困難。通常高爐渣中Al2O3含量控制在16%以下。(3) CaO對燒結(jié)的影響由于鐵礦粉中脈石成分主要是酸性氧化物，為保證燒結(jié)礦達到一定要求的堿度，通常需要加入一些堿性氧化物作為溶劑。鐵礦石燒結(jié)過程中CaO是主要熔劑，對燒結(jié)過程中液相的形成起著決定作用。隨著CaO量的增加，燒結(jié)過程中通過固相反應(yīng)形成較多的低熔點化合物，隨著燒結(jié)過程中溫度的升高，則會有較多的液相生成。而在燒結(jié)過程要求液相要適量，如果燒結(jié)過程中液相量不足會導(dǎo)致粉礦存在，燒結(jié)強度降低，成品率下降。同時如果燒結(jié)過程中形成的液相量太多，一方面不利于燒結(jié)過程中氣體的通過；另一方面，液相冷卻形成粘結(jié)相的強度要低于礦石自身強度[2223]。因此，液相量過多則冷卻后粘結(jié)相過多，導(dǎo)致燒結(jié)礦的強度降低。(4)MgO對燒結(jié)的影響鐵礦粉中的MgO，一方面能提高硅酸鹽熔體的結(jié)晶能力，減少玻璃質(zhì)含量，從而提高燒結(jié)礦強度；另一方面，加入適量MgO，由于出現(xiàn)新的含鎂礦物可使硅酸鹽熔化溫度降低，其低熔點化合物可以完全熔融，增加了燒結(jié)料層中的液相數(shù)量；另外，由于MgO的存在，減少了硅酸二鈣與難還原的鈣鐵橄欖石、鐵橄欖石生成的機會。但是若鐵礦粉中MgO含量過高，也有負面影響：一是MgO提高了形成熔體的液相溫度，降低了熔體的過熱度，導(dǎo)致熔體流動性降低[24]；二是MgO為高熔點物質(zhì)，在相同的燒結(jié)溫度下，隨著MgO含量的增加燒結(jié)過程中形成的液相量也在逐漸減少。因此，MgO含量的增加會降低燒結(jié)礦的強度。(5) 有害元素硫在鋼凝固過程中以Fe—FeS共晶形式凝固在晶界上，在加熱過程中先熔化，造成“熱脆”現(xiàn)象。燒結(jié)球團脫硫率80%~90%，高爐中脫硫率90%以上。磷化物聚集在晶界周圍減弱晶粒間結(jié)合力，使鋼冷卻時發(fā)生很大的脆性，從而導(dǎo)致鋼的“冷脆”現(xiàn)象。高爐冶煉也不能脫磷，全部還原靜茹生鐵。銅在高爐冶煉中全部還原進入生鐵，%時，鋼焊接性能降低，并產(chǎn)生“熱脆”現(xiàn)象。鉛的密度大于鐵水，不溶于鐵水，極易滲入磚縫，