【正文】 鐵酸鈣液相能大幅改善其流動(dòng)性能。液相流動(dòng)性指數(shù)描述的是試樣因液相流動(dòng)而呈現(xiàn)出的面積增長(zhǎng)率，其數(shù)值越大，則流動(dòng)性越強(qiáng)。結(jié)　　論本文是對(duì)22種礦粉的理化特性和流動(dòng)性能進(jìn)行了分析和探索，通過模擬燒結(jié)實(shí)驗(yàn)過程的觀測(cè)，參照前人的經(jīng)驗(yàn)嘗試提出描述流動(dòng)性能的過程參數(shù)，主要結(jié)論如下：測(cè)定了22種礦粉的理化特性。、秘魯精粉、鐵鎂粉55%、梅山精粉、海南精粉、海南富粉均表現(xiàn)出較好的流動(dòng)性能。、海南富粉、海南精粉、鐵鎂粉55%、梅山精粉、秘魯精粉均表現(xiàn)出很好的流動(dòng)性能，我們可以推斷鐵酸鈣液相流動(dòng)性能明顯優(yōu)于其他液相的流動(dòng)性能。鐵酸鈣液相是我們理想的粘結(jié)相，但是在實(shí)際生產(chǎn)中必然含有其他液相的固結(jié)。Fe2O3，熔點(diǎn)為1449 ℃，兩個(gè)不穩(wěn)定化合物：CaO本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)模擬燒結(jié)實(shí)驗(yàn)過程的觀察，將礦粉根據(jù)其性能表現(xiàn)分為了可熔礦粉和未熔礦粉，并提出了熔化溫度和流動(dòng)時(shí)間兩個(gè)參數(shù)來描述可熔礦粉的燒結(jié)過程，收縮比來描述未熔礦粉的燒結(jié)過程。10種礦粉的收縮比如表33所示。12種礦粉開始熔化和反應(yīng)結(jié)束的圖像如圖34所示：礦粉名稱熔化圖像反應(yīng)結(jié)束時(shí)間紐曼粉1285 ℃ 1647 s1303 ℃ 1821 sPB粉1303 ℃ 1800 s1312 ℃ 1881 s麥克粉1295 ℃ 1746 s1300 ℃ 1803 s哈楊迪粉1319 ℃ 1932 s1326 ℃ 1998 s氧化鐵皮1273 ℃ 1521 s1277 ℃ 1560 s伊朗粉1217 ℃ 918 s1252 ℃ 1242 s印度粉1220 ℃ 1020 s1227 ℃ 1089 s印度粉1228 ℃ 1089 s1239 ℃ 1191 s菲律賓粉1261 ℃ 1416 s1306 ℃ 1851 s南非富粉1286 ℃ 1650 s1291 ℃ 1698 sFMG粉1277 ℃ 1566 s1285 ℃ 1629 s59%印度粉1310 ℃ 1899 s1332 ℃ 2091 s圖34可熔鐵礦粉的熔化和反應(yīng)結(jié)束由圖34確定12種鐵礦粉的熔化溫度和流動(dòng)時(shí)間列入表32。通過預(yù)備試驗(yàn)選擇試驗(yàn)的升溫制度為：室溫~600 ℃，15 ℃/min；600 ℃~1200 ℃，10 ℃/min；1200 ℃以上，5 ℃/min。最為重要的是流動(dòng)性指數(shù)是對(duì)最終結(jié)果的分析和研究，是一個(gè)終點(diǎn)參數(shù)，不能直觀反映其過程，難以進(jìn)一步完善流動(dòng)性能的研究。試驗(yàn)裝置示意圖如圖31所示。各種鐵礦粉，其液相流動(dòng)性各不相同，當(dāng)將多種鐵礦粉搭配使用時(shí)，混合礦的液相流動(dòng)性與單礦的液相流動(dòng)性會(huì)有所不同。另一方面，由于SiO2是硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)的形成物，其含量的增加有可能伴隨液相粘度的升高，從而降低了鐵礦粉的液相流動(dòng)性。表33燒結(jié)鐵礦粉的最低同化溫度礦粉名稱最低同化溫度/ ℃礦粉名稱最低同化溫度/ ℃礦粉名稱最低同化溫度/ ℃哈楊迪粉1155菲律賓粉1173印度粉1290海南精粉1368海南富粉1270草樓精粉1378馬來西亞粉1323伊朗粉1195氧化鐵皮1265紐曼粉1215鐵鎂粉55%1243俄羅斯精粉1315PB粉1232礦粉麥克粉1208新西蘭精粉1350鐵鎂粉50%1298印尼粉1325梅山精粉1285南非富粉1242秘魯精粉1358FMG火箭粉123659%印度粉1278圖33給出了按溫度高低的順序22種燒結(jié)鐵礦粉的最低同化溫度。因此，粘附粉的液相流動(dòng)性實(shí)際上包括兩個(gè)方面：一方面是低熔點(diǎn)液相的生成能力；另一方面是生成液相的流動(dòng)能力。試樣以高度為基準(zhǔn)，在10Pa壓力下壓制成直徑8mm，高5mm的試樣，試樣高度誤差因保持在177。MgO的含量也是在一定范圍內(nèi)最好，以試樣樣品中MgO含量最高的鐵鎂55% %為標(biāo)準(zhǔn)。菲律賓粉、 %~ %。表24為燒結(jié)鐵礦粉的燒損分析結(jié)果。圖27~圖211給出了南鋼燒結(jié)鐵礦粉中不同的微量的含量，同樣在圖中是按含量高低的順序排列的。如圖25所示，氧化鐵皮中CaO含量很高，近8 %； %；印尼粉、59 %印度粉、印度粉、 %~ %；馬來西亞粉和海南精粉CaO含量在1 %左右； %。沒有Al2O3時(shí)，大約為1180 ℃~1230 ℃；含有適量的Al2O3時(shí)，達(dá)到1300 ℃時(shí)還有針狀鐵酸鈣的存在。相同堿度下，SiO2含量低時(shí)，粘結(jié)相數(shù)量少，所以其強(qiáng)度低于高SiO2型。目前國(guó)內(nèi)大都對(duì)燒結(jié)鐵礦粉中主要脈石氧化物都采用熒光衍射分析。將其結(jié)果取平均值。該方法測(cè)定的流動(dòng)性指數(shù)是在基于一個(gè)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。國(guó)內(nèi)普遍的做法是采用“基于流動(dòng)面積的粘度測(cè)定法”[37]。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。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。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]。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(duì)其周圍的礦粉進(jìn)行固結(jié)的能力，它對(duì)燒結(jié)礦的強(qiáng)度有著至關(guān)重要的作用。因?yàn)椋环N物質(zhì)的“熔化”并不代表其一定就會(huì)“流動(dòng)”。試驗(yàn)表明：褐鐵礦的同化性明顯高于赤鐵礦和磁鐵礦[29]。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。堿金屬在爐內(nèi)有“自動(dòng)富集”傾向，會(huì)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。高爐冶煉也不能脫磷，全部還原靜茹生鐵。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]。另外，針狀鐵酸鈣的生成量與Al2O3/SiO2值有關(guān)。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]。含F(xiàn)e品位是鐵礦石最重要的評(píng)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。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。目前，對(duì)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(rùn)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(dòng)，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。因此從建立安全穩(wěn)定的供應(yīng)體系出發(fā)，加強(qiáng)國(guó)產(chǎn)鐵礦石生產(chǎn)，增加國(guó)產(chǎn)鐵礦石自給率，是確保鋼鐵行業(yè)和我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要策略。難選赤鐵礦和多組分共生鐵礦石儲(chǔ)量各占全國(guó)總儲(chǔ)量的1/3。按目前的鐵礦石開采速度，世界鐵礦資源可保證100年以上。從燒結(jié)工藝看，燒結(jié)溫度及燒結(jié)混合料的堿度均會(huì)影響粘結(jié)相的流動(dòng)性。鑒于目前國(guó)內(nèi)、外經(jīng)濟(jì)放緩，鋼鐵需求量下降，國(guó)內(nèi)鋼鐵已呈現(xiàn)明顯的產(chǎn)能過?，F(xiàn)象。流動(dòng)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(dòng)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。并且這也只是一個(gè)終點(diǎn)參數(shù)，無(wú)法描述液相流動(dòng)的過程。我國(guó)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]。而我國(guó)從巴西、澳大利亞進(jìn)口的原礦石品位為60%～68％，不用經(jīng)過選礦工序。國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)應(yīng)根據(jù)世界鐵礦石資源特點(diǎn)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(guó)內(nèi)外鐵礦石資源,從而達(dá)到降低鋼鐵生產(chǎn)成本、增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的目的。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(diǎn)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)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]。(1) SiO2對(duì)燒結(jié)的影響高SiO2型燒結(jié)礦，當(dāng)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。~，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。鐵礦石燒結(jié)過程中CaO是主要熔劑，對(duì)燒結(jié)過程中液相的形成起著決定作用。(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。砷在高爐冶煉過程中全部還原進(jìn)入生鐵，砷能使鋼增加脆性，并使鋼的焊接性能變壞。目前與這一研究項(xiàng)目相關(guān)的國(guó)內(nèi)外其他研究者的工作還很少。因此，要獲得鐵酸鈣體系液相，首先取決于礦石的同化作用。因此可以通過配礦設(shè)計(jì)來控制燒結(jié)液相的流動(dòng)性，掌握各鐵礦粉的液相流動(dòng)性對(duì)提高燒結(jié)礦的產(chǎn)量、質(zhì)量具有重要意義。已有研究結(jié)果表明，燒結(jié)礦的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度取決于殘留原礦和黏結(jié)相的自身強(qiáng)度及二者之間的接觸程度，合理地控制液相的流動(dòng)性可確保接觸程度，從而有利于燒結(jié)礦獲得足夠的強(qiáng)度[31]。低溫?zé)Y(jié)下形成的非勻質(zhì)結(jié)構(gòu)，其含鐵礦物的自身強(qiáng)度要高于粘結(jié)相強(qiáng)度，故在燒結(jié)工藝條件一定的情況下，粘結(jié)相的強(qiáng)度就成為制約燒結(jié)礦強(qiáng)度的因素[3335]。這些因素均對(duì)粘結(jié)相強(qiáng)度的提高有積極作用。鐵礦粉的粘結(jié)相自身強(qiáng)度特性表征的是鐵礦粉在燒結(jié)過程中形成的粘結(jié)相對(duì)其周圍的核礦石進(jìn)行有效固結(jié)的能力，對(duì)燒結(jié)的產(chǎn)量及質(zhì)量有重要影響。如果燒結(jié)礦中的復(fù)合鐵酸鈣數(shù)量較多且大多以熔蝕交織狀態(tài)存在，則燒結(jié)礦的還原性和強(qiáng)度均會(huì)明顯改善。然后，將鐵礦粉小餅試樣放入微型燒結(jié)實(shí)驗(yàn)裝置()中按一定的燒結(jié)制度進(jìn)行焙燒?；瘜W(xué)成分是評(píng)價(jià)鐵礦粉常溫特性最基本和首要的指標(biāo)，目前國(guó)內(nèi)大都對(duì)燒結(jié)鐵礦粉中含鐵氧化物采用化學(xué)分析。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、新西蘭精粉、俄羅斯精粉、鐵鎂粉50 %、鐵鎂粉55 % %~； % %； %。由于硅酸二鈣增加，粉化加劇，軟化溫度升高。如印尼粉、 %~ %， %；59 %印度粉、海南精粉、 %~ %之間，梅山精粉、馬來西亞粉、草樓精粉、秘魯精粉和俄羅斯精粉SiO2的含量小于4 %；%~ %之間。在圖24中印度粉、印尼粉、 %~ %，之間，而59 %% %；Al2O3含量在3 %~ %為紐曼粉、新西蘭精粉和伊朗粉； %~ %的有麥克粉、PB粉、FMG火箭粉和氧化鐵皮；Al2O3含量在1%~2 %的有馬來西亞粉、南非富粉、哈楊迪粉、俄羅斯精粉和梅山精粉；其他鐵礦粉的Al2O3的含量小于1 %。相對(duì)菲律賓粉、59 %印度粉、印度粉和印尼粉為低品質(zhì)礦粉。由圖211可見， %，印度粉、菲律賓粉、梅山精粉、紐曼粉和鐵鎂粉55 % %~ %之間，新西蘭精粉、 %~ %之間， %。在圖112中，除俄羅斯精粉、秘魯精粉、新西蘭精粉和草樓精粉外，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。%為最好，樣品中菲律賓粉Al2O3的含量最高， %，草樓精粉的Al2O3含量最低， %。即：將要考察的試樣壓制成小餅，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件在高溫下焙燒；隨著溫度的逐漸升高，試樣開始形成低熔點(diǎn)化合物；當(dāng)燒結(jié)溫度達(dá)到該化合物的熔化溫度時(shí)試樣逐漸癱軟，液相開始生成；隨著溫度的繼續(xù)升高，過熱度增大，液相逐漸呈流動(dòng)狀態(tài)，試樣的垂直投影面積變大；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后取出冷卻了的小餅試樣，根據(jù)試樣流動(dòng)后的面積來確定其流動(dòng)性。將22種礦粉的流動(dòng)性指數(shù)均值從大到小排列如圖32所示。(2)同化性流動(dòng)性能是燒結(jié)礦粉重要的衡量指標(biāo)，但是它和礦粉的其他性質(zhì)尤其是燒結(jié)基礎(chǔ)特性中同化性密切相關(guān)。通過比較發(fā)現(xiàn)MgO含量高的礦粉俄羅斯精粉、鐵鎂粉50%、鐵鎂粉55%、新西蘭精粉其流動(dòng)性很差，而流動(dòng)性能好的礦粉普遍MgO含量較低。但液相流動(dòng)性也不可過大，過大則說明其黏度很小，對(duì)周圍的物料的黏結(jié)層厚度會(huì)很薄，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)度下降，也使燒結(jié)礦還原性變差，也可能影響燒結(jié)過程的透氣性，而降低燒結(jié)生產(chǎn)效率。4液相流動(dòng)性能新探索本實(shí)驗(yàn)采用的22種鐵礦粉來國(guó)內(nèi)外各地，其化學(xué)成分、燒損如前文所示。于是在不同的溫度段，鐵礦粉有不同的液相流動(dòng)情況。用電子秤稱取4 g鐵礦粉，在直徑25 mm的壓片機(jī)上以20Pa的壓力壓制成圓柱礦粉墊片，以20Pa壓力壓制礦粉墊片是因?yàn)椴糠值V粉難以壓制成型，采用較大壓力以使礦粉墊片具有固定形狀和一定強(qiáng)度，采用礦粉墊片是為了盡可能排除表面性質(zhì)的影響，更好的模擬實(shí)際燒結(jié)的燒結(jié)過程。12種熔化的鐵礦粉表現(xiàn)出較好地流動(dòng)性能，我們先重點(diǎn)討論這些礦粉的流動(dòng)性能。流動(dòng)性指數(shù)較高的哈楊迪粉、麥克粉、印尼粉其流動(dòng)時(shí)間較短，流動(dòng)性指數(shù)較低的59%印度粉，其流動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，熔化溫度較高。不僅僅衡量礦粉的終點(diǎn)參數(shù)，而且對(duì)過程量進(jìn)行探討。燒結(jié)過程中形成的液相主要有四種：FeO—SiO2(鐵橄欖石)系、CaO—SiO2(硅酸鈣)系、CaO—Fe2O3(鐵酸鈣)系、CaO—SiO2—FeO(鈣鐵橄欖石)系。上述化合物和共熔物的熔化溫度均較低，而且在低熔點(diǎn)液相生成后，進(jìn)一步溶解燒結(jié)料中的CaO、Fe2O3，其熔點(diǎn)還有下降趨勢(shì)。表51鐵酸鈣(鈣鐵比為1：1)液相流動(dòng)性實(shí)驗(yàn)CaO配量礦粉名稱TFe/ %FeO/ %CaO加入量/g草樓精粉海南富粉海南精粉鐵鎂粉55%印度粉梅山精粉南非富粉秘魯精粉F