【正文】 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(jì)發(fā)展的重要策略。更大程度上利用好低品位礦石[6]。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(diǎn)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(fēng)作用下不斷向負(fù)壓方向運(yùn)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。燒結(jié)是液相粘結(jié)的固結(jié)過程。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。燒結(jié)礦屬于人造富礦。含F(xiàn)e品位是鐵礦石最重要的評價(jià)指標(biāo)之一，礦石品位基本上決定了礦石的價(jià)格，即冶煉的經(jīng)濟(jì)性。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。由于鐵酸鈣含量增加，燒結(jié)礦還原性變好；當(dāng)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(qiáng)度不斷提高，粉化率降低[1819]。同時(shí)，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。另外，針狀鐵酸鈣的生成量與Al2O3/SiO2值有關(guān)。(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(dá)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。同時(shí)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(qiáng)度要低于礦石自身強(qiáng)度[2223]。因此，MgO含量的增加會降低燒結(jié)礦的強(qiáng)度。高爐冶煉也不能脫磷，全部還原靜茹生鐵。鋅易還原，不溶于鐵水，在高爐內(nèi)有揮發(fā)現(xiàn)象，在爐底低溫處可冷凝沉淀，使磚縫膨脹，嚴(yán)重時(shí)會引起高爐結(jié)瘤。堿金屬在爐內(nèi)有“自動富集”傾向，會破壞爐襯，造成爐墻結(jié)厚和結(jié)瘤；破壞焦炭的高溫強(qiáng)度，擴(kuò)大直接還原，導(dǎo)致焦比上升；降低人造富礦的熱強(qiáng)度，破壞高爐順行。鐵礦石的燒結(jié)基礎(chǔ)特性主要包括：同化性能、液相流動性能、粘結(jié)相強(qiáng)度性能、鐵酸鈣生成性能、連晶性能、粘附粉/核礦石的高溫結(jié)合性能，等等。在鐵礦粉燒結(jié)過程中，燒結(jié)礦的粘結(jié)相的形成始于CaO和Fe2O3的固相反應(yīng)，而最終得到以鐵酸鈣為主的礦物組成。以鐵酸鈣作為燒結(jié)礦的主要粘結(jié)相時(shí)，燒結(jié)礦的強(qiáng)度和還原性都很好。試驗(yàn)表明：褐鐵礦的同化性明顯高于赤鐵礦和磁鐵礦[29]。不同種類的鐵礦粉由于自身特性的不同，在燒結(jié)過程中形成的液相流動性也各不同。因?yàn)椋环N物質(zhì)的“熔化”并不代表其一定就會“流動”。但是，粘結(jié)相的流動性也不能過大，否則對周圍物料的粘結(jié)層厚度會變薄，燒結(jié)礦易形成薄壁大孔結(jié)構(gòu)，使燒結(jié)礦整體變脆，強(qiáng)度降低，也使燒結(jié)礦的還原性變差。粘結(jié)相強(qiáng)度是指鐵礦粉在燒結(jié)過程中形成的液相對其周圍的礦粉進(jìn)行固結(jié)的能力，它對燒結(jié)礦的強(qiáng)度有著至關(guān)重要的作用。若粘結(jié)相和含鐵礦物的自身強(qiáng)度高，則在其他條件相同的情況下，燒結(jié)礦的強(qiáng)度也高。前者有燒結(jié)溫度、氣氛、燒結(jié)礦二元堿度等；后者是生成粘結(jié)相的鐵礦粉的自身特性，如鐵礦粉的熔融特性、礦物學(xué)特性[36]。CaO的介入還能夠削弱硅氧復(fù)合陰離子組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有助于降低液相的粘度，改善粘結(jié)相的結(jié)構(gòu)；另外，燒結(jié)礦二元堿度的提高，有助于增加粘結(jié)相中復(fù)合鐵酸鈣礦物。另外，CaO的加入量過多，容易生成高熔化溫度, 且粉化傾向嚴(yán)重的硅酸二鈣(C2S)，導(dǎo)致粘結(jié)相的自身強(qiáng)度下降。試樣的抗壓強(qiáng)度定義為：單個燒成后試樣小餅壓潰時(shí)所承受的最小壓力，即量綱為：N(牛頓)/個(試樣)。通過實(shí)驗(yàn)研究可以掌握鐵礦粉的粘結(jié)相自身強(qiáng)度特性。增加燒結(jié)礦中的復(fù)合鐵酸鈣含量既有利于提高燒結(jié)礦的強(qiáng)度，又有利于改善燒結(jié)礦的還原性。國內(nèi)普遍的做法是采用“基于流動面積的粘度測定法”[37]。具體實(shí)驗(yàn)方法是：將鐵礦粉制成細(xì)粉狀(100目)，干燥后待用；在一定的壓力下，壓制成φ8 mm5 mm的礦粉小餅試樣。該方法測定的流動性指數(shù)是在基于一個溫度點(diǎn)(考慮低溫?zé)Y(jié)原則，實(shí)驗(yàn)溫度選取在1250 ℃左右)的數(shù)值，而實(shí)際燒結(jié)過程中，溫度是有偏析的，靠近燃料處溫度較高，遠(yuǎn)離燃料處溫度較低。2燒結(jié)礦粉的理化基礎(chǔ)特性燒結(jié)鐵礦粉的理化基礎(chǔ)特性，包括化學(xué)成分、粒度、升溫過程燒損和結(jié)晶水分解特性，是燒結(jié)礦原料的最基礎(chǔ)的性能。將其結(jié)果取平均值。從圖22可見，氧化鐵皮和草樓精粉FeO含量分別超過40%和30%；秘魯精粉、海南精粉和鐵鎂粉55%%~%之間；%。表22給出了用熒光衍射分析得到南鋼燒結(jié)料的主要氧化物含量。由于硅酸二鈣增加，粉化加劇，軟化溫度升高。另外，由于低SiO2型燒結(jié)礦中低熔點(diǎn)粘結(jié)相少，而高熔點(diǎn)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。%~%；59%印度粉、%~%之間，梅山精粉、草樓精粉和秘魯精粉SiO2的含量小于4%；%~%之間。另外，針狀鐵酸鈣的生成量與Al2O3/SiO2值有關(guān)。%~%之間，而59%%；%~%的有麥克粉、PB粉、FMG火箭粉和氧化鐵皮；梅山精粉的Al2O3含量在1%~2%；其他鐵礦粉的Al2O3的含量小于1%。(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(qiáng)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(diǎn)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(jī)會。相對59%印度粉和印尼粉為低品質(zhì)礦粉。表23燒結(jié)鐵礦粉中微量物質(zhì)化學(xué)成份(%)礦粉名稱MnOPTiO2ClSV2O5草樓精粉 海南富粉 PB粉 麥克粉 海南精粉 /鐵鎂粉55 % /氧化鐵皮 /印尼粉 /梅山精粉 秘魯精粉 FMG火箭粉 /59%印度粉 圖27鐵礦粉中MnO含量(%)圖28鐵礦粉中P含量(%)圖29鐵礦粉中TiO2含量(%)圖210鐵礦粉中Cl含量(%)圖211鐵礦粉中S含量(%)59%%，氧化鐵皮、印尼粉和鐵鎂粉55%%~%，%以下，見圖27。由圖211可見，梅山精粉和鐵鎂粉55%%~%之間，麥克粉和59%%，%。第一次取樣每個礦粉做兩組平行分析試驗(yàn)(試驗(yàn)1和2)，第二次取樣，每個試樣重新分析(試驗(yàn)3)，給出平均值和相對平均偏差。在圖112中，除秘魯精粉和草樓精粉外，其余礦粉燒損值均為正值，表明這些鐵礦粉幾乎沒有結(jié)晶水，高溫下FeO被還原。圖212鐵礦粉的燒損(%)燒結(jié)鐵礦粉的理化基礎(chǔ)特性主要包括化學(xué)成分、燒損等。%時(shí)為宜。3液相流動性指數(shù)測定本實(shí)驗(yàn)采用的12種鐵礦粉來國內(nèi)外各地，其化學(xué)成分、燒損如前文所示。目前流動性能的主要評價(jià)指標(biāo)是流動性指數(shù)，是由我校吳勝利教授首先提出的：液相流動性指數(shù)描述的是試樣因液相流動而呈現(xiàn)出的面積增長率，其數(shù)值越大，則流動性越強(qiáng)；若燒結(jié)后試樣未出現(xiàn)熔化流動，即試樣面積仍為原始面積，則其流動性指數(shù)為零。由實(shí)驗(yàn)測得的12種鐵礦粉的流動性指數(shù)如表32所示。圖32鐵礦粉流動性指數(shù)從圖32中可以看出麥克粉、海南精粉和印尼粉流動性指數(shù)較高，均超過了2，可以說明其流動性能較好；海南富粉、秘魯精粉、59%印度粉和海南富粉流動性指數(shù)較低，均低于1，可以說明其流動性能較差。因此，一般情況下, 隨著燒結(jié)溫度的升高，鐵礦粉的液相流動性相應(yīng)地增大。低熔點(diǎn)液相的生成是燒結(jié)液相流動的基礎(chǔ)，故鐵礦粉的同化性對其液相流動性也有重要影響。比如，草樓精粉、秘魯精粉、的最低同化溫度均大于1300 ℃，其流動性指數(shù)也均低于1；麥克粉、PB粉、FMG的最低同化溫度小于1250 ℃，其流動性指數(shù)也均高于1.。過高M(jìn)gO含量可顯著降低鐵礦粉的液相流動特性，MgO使燒結(jié)液相生成溫度升高，鐵礦粉的同化能力降低；另一方面MgO抑制鐵酸鈣液相的生成，導(dǎo)致液相中氣孔增加，使液相粘度升高。Al2O3屬于高熔點(diǎn)物質(zhì)，且它對硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)的形成有促進(jìn)作用，導(dǎo)致液相的粘度增大，故高Al2O3含量的礦粉一般具有較低液相流動性的傾向。由此可見，適宜的燒結(jié)液相流動性是確保燒結(jié)礦有效固結(jié)的基礎(chǔ)。反之，若燒結(jié)過程中產(chǎn)生的液相量過多(例如應(yīng)用褐鐵礦的低成本燒結(jié))，可適當(dāng)配加流動性較弱的鐵礦粉。本試驗(yàn)采用臥式高溫爐，其型號為SK1BYL，額定功率為6 kw。但是，該指數(shù)仍然不夠完善，存在一定問題。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(shí)際液相流動面積是不足的。本實(shí)驗(yàn)采用試樣如圖42所示。采用方形鐵墊片是由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備所致，長方形的剛玉墊片不能充分承載礦粉墊片，故其上加形鐵墊片。由于低溫下難以有液相生成，故拍照從1100 ℃開始直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束。參考國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2191996《煤灰熔融性的測定方法》和保護(hù)渣熔點(diǎn)的測定方法，我們將粘結(jié)相收縮50%時(shí)的溫度定義為熔化溫度，并將此時(shí)視為試樣熔化；從試樣熔化到流動結(jié)束（即粘結(jié)相試樣不再發(fā)生變化）的時(shí)間定義為流動時(shí)間。圖35可熔鐵礦粉的熔化溫度圖36可熔鐵礦粉的流動時(shí)間從圖35中觀察可知，59%印度粉、PB粉兩種種礦粉熔化溫度較高，均超過了1300 ℃；印尼粉的熔化溫度較低，低于1240 ℃；其余三種礦粉熔化溫度在1260 ℃到1300 ℃之間。對于大多數(shù)礦粉來說，熔化溫度和流動時(shí)間同流動性指數(shù)具有一致性。從前文可以看秘魯精粉、草樓精粉的流動性指數(shù)都較低，均低于1。考慮到試樣的表面性質(zhì)和實(shí)際生產(chǎn)中環(huán)境，本實(shí)驗(yàn)將粘結(jié)相試樣放置在礦粉試樣上，以更好地模擬燒結(jié)過程。5鐵酸鈣液相流動性能探索燒結(jié)過程中一些低熔點(diǎn)物質(zhì)在高溫下，熔化成液態(tài)物質(zhì)，在冷卻過程中，液體物質(zhì)凝固而成為哪些尚未熔化和溶入液相的顆粒的堅(jiān)固連接橋。該系中有一個穩(wěn)定的化合物2CaOFe2O3和Fe2O3。由于鐵酸鈣粘結(jié)相的優(yōu)良性能，目前的燒結(jié)生產(chǎn)大多以鐵酸鈣液相固結(jié)成礦，高堿度燒結(jié)和低溫?zé)Y(jié)很大程度上正是據(jù)此得以應(yīng)用。Fe2O3的流動性能。礦粉種類實(shí)驗(yàn)開始時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)間草樓精粉海南富粉海南精粉礦粉種類實(shí)驗(yàn)開始時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)間鐵鎂粉55%梅山精粉秘魯精粉FMG粉59%印度粉圖51燒結(jié)礦粉實(shí)驗(yàn)反應(yīng)前后對比從圖51中可以看出本實(shí)驗(yàn)的6種礦粉均熔化，表現(xiàn)出很好的流動性能。6種礦粉的熔化和流動結(jié)束圖像如圖52所示。草樓精粉的半球溫度較低，半球反應(yīng)時(shí)間較短，表現(xiàn)出較好的流動性能；鐵鎂粉55%半球溫度較高，半球反應(yīng)時(shí)間較長，其流動性相對較差。在燒結(jié)生產(chǎn)中促進(jìn)鐵酸鈣液相生成的具有更大的意義，在燒結(jié)礦流動性能變差的情況下，不僅可以通過配加流動性好的礦粉，還可以適當(dāng)調(diào)整其燒結(jié)參數(shù)以促進(jìn)鐵酸鈣液相生成。其液相區(qū)域分為高二氧化硅含量與低二氧化硅含量兩個部分。關(guān)鍵詞：相圖；CaOSiO2FeOFe2O3系；氧分壓；熱力學(xué)；熔化和凝固行為。此外,CaOSiO2FeOx渣是銅冶煉工藝中最基本渣系，而且流程的效率還取決于熔劑的配比。在鐵液中達(dá)到平衡的CaOSiO2FeO系相圖和在空氣中達(dá)到平衡的CaO–SiO2–Fe2O3系相圖已經(jīng)分別被Levin等人和Phillips 、Muan測繪，并成為了眾所周知的相圖。1573 K左右時(shí)，氧分壓對CaOSiO2FeOx系液相線的影響已經(jīng)被測定。而且，CaOSiO2FeOx系隨溫度和氧分壓變化的動態(tài)熔化和凝固性質(zhì)對于詳細(xì)解釋燒結(jié)現(xiàn)象來說是非?；A(chǔ)的。實(shí)驗(yàn)過程在先前的文章中已經(jīng)有了詳細(xì)的描述。SiO2 ,3CaO根據(jù)反應(yīng)式(1)使CO :CO2比率維持在2:41，*103 Pa。試劑級的SiO2粉末常用于制備樣品。達(dá)到平衡后，將鉑坩堝從加熱爐中取出，并在氬氣氛的條件下水浴淬火。( mm, mm)內(nèi)，然后置入加熱爐中。通過氣體混合器改變?nèi)肟谔帤怏w成分從而改變氧分壓，同時(shí)監(jiān)測到熔化和凝固行為。熔化和凝固時(shí)間分別指完全熔化所需時(shí)間和樣品表面完全被固體覆蓋所需時(shí)間。然而，因?yàn)?。CaO–SiO2–FeO–Fe2O3渣系在1523 K、*103 Pa(*108 atm)時(shí)的等溫關(guān)系如圖1所示。氣體成分發(fā)生改變之后，反應(yīng)氣體大約需要7秒就可以從氣體混合器達(dá)到坩堝。首先，將樣品加熱并在控制氣氛中保溫1小時(shí)以保證熔融樣品與爐內(nèi)氣體達(dá)到平衡。、熔化和凝固行為的直接測定本文采用由一個帶有紅外圖像加熱爐的共焦掃描激光顯微鏡對CaO–SiO2–FeOx渣系在1573 K時(shí)隨氧分壓變化的動態(tài)熔化和凝固行為進(jìn)行觀測。氧化球團(tuán)是通過將試劑級的氧化物混合物燒結(jié)并壓成球狀( mm,高度3 mm)制得。=281 000+ J/mol高純度CO氣體是先后通過裝有硫酸、Mg(ClO4)2和堿石灰的塔器來實(shí)現(xiàn)凈化的。SiO2和SiO2)達(dá)到平衡。Fe2O3,Fe2O3,2CaO其次，在1573 K下通過使用激光共焦掃描顯微鏡直接觀測了CaOSiO2FeOx渣系隨氧分壓變化的熔化和凝固行為。更值得注意的是,由于缺乏高質(zhì)量的鐵礦石和世界范圍內(nèi)鋼鐵生產(chǎn)的巨大變革從而引起鐵礦石品質(zhì)的降低，礦石中脈石和結(jié)晶水含量大量增加。Kimura等人已經(jīng)測繪了CaOSiO2FeOx渣系和CaOSiO2FeOxAl2O3MgO渣系在氧分壓介于空氣和在1573 K條件下FeFeO達(dá)到平衡時(shí)的氧分壓之間的相圖。CaOSiO2FeOx渣的燒結(jié)或熔化性質(zhì)主要取決于溫度、組成和氧氣分壓。在燒結(jié)溫度為1573 K時(shí)，煉鐵過程中燒結(jié)礦的特性是由燒結(jié)過程中熔體的熔融行為和凝固形成的粘結(jié)相所決定。其次