【正文】 氧分壓范圍（Pa)氧分壓控制步驟（Pa）**102凝固：**104熔化(1)：**102熔化(2):****102**102（間隔15分鐘）*凝固：*102熔化：**103凝固：*熔化：**103（間隔15分鐘） 結(jié)果與討論、CaO–SiO2–FeO–Fe2O3系液相線平衡后渣樣品的組成如表2所示。實驗過程的細(xì)節(jié)如表1所示。FeO粉末是由等摩爾數(shù)的試劑級鐵和Fe3O4粉末混合物在鐵坩堝中熔化并通過水浴淬火制得，而CaO則是由試劑級碳酸鈣在1273K條件下煅燒24小時所得。2SiO2,CaO在本研究中，*103 Pa(*108 atm)、溫度為1523 K條件下的CaOSiO2FeOx系相圖，并同前人在1573 K下測得的相圖相比較，從而研究溫度降低的影響。CaO–FeO–Fe2O3系和SiO2–FeO–Fe2O3系的相圖，以及隨氧分壓變化的三價鐵和亞鐵比率也被測繪出來。前言對于分析鐵礦石燒結(jié)過程的機(jī)制和鐵礦石的冶煉反應(yīng)來說，CaOSiO2FeOx(FeOx:FeO+Fe2O3)渣系相圖是重要的熱力學(xué)數(shù)據(jù)。參 考 文 獻(xiàn)[1] 張典波、萬海明、鄭江. 世界鐵礦石資源情況及中國鐵礦石供需姿態(tài)[J]. 中國冶金，2004，(27)：26~29.[2] 馬建明，吳初國. 我國低品位資源的開發(fā)利用[J]. 中國金屬通報，2008，(29)：28～29.[3] 曹新元，呂古賢，朱裕生. 我國主要金屬礦產(chǎn)資源及區(qū)域分布特點[J]. 資源產(chǎn)業(yè)，2004，6(4)：20～22.[4] 馮偉、孫燕、熊發(fā)揮. 淺析我國鐵礦石資源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略[J]. 四川地質(zhì)學(xué)報，2010，(30)：1~3.[5] 《中國礦床》編委會. 中國礦床[M].北京：地質(zhì)出版社，1994，402～406.[6] 孫國龍, 吳勝利, 郝志忠, 等. 包鋼高爐特殊礦強(qiáng)化冶煉綜合技術(shù)[J]. 鋼鐵，2007，42(11)：21～26.[7] Ball，D. F.，J. Dartnell，J. Davison，A Grieve，R. Wild. 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Formation Mechanism of Binary Calcium Ferrites under Stable Condition of CaO礦粉名稱熔化圖像流動結(jié)束圖像草樓精粉1251 ℃ 1572 s1261 ℃ 1660 s海南富粉1300 ℃ 774 s1308 ℃ 854 s海南精粉1299 ℃ 1486 s1309 ℃ 1572 s礦粉名稱熔化圖像流動結(jié)束圖像鐵鎂粉55%1303 ℃ 632 s1328 ℃ 850 s梅山精粉1328 ℃ 1140 s1344 ℃ 1278 s秘魯精粉1305 ℃ 1486 s1313 ℃ 1564 sFMG粉1261 ℃ 1382 s1271 ℃ 1478 s59%印度粉1311 ℃ 864 s1320 ℃ 944 s圖52鐵礦粉的熔化和流動結(jié)束由圖52確定6種鐵礦粉的熔化溫度和流動時間列入表52表52鐵礦粉熔化溫度和流動時間礦粉名稱熔化溫度/ ℃流動時間/ s草樓精粉125188海南富粉130080海南精粉129986鐵鎂粉55%1303218梅山精粉1328138秘魯精粉130578據(jù)此，圖53和圖54給出按大小排列的6種礦粉的熔化溫度和流動時間。實驗設(shè)備、儀器和方法同前探索實驗一致，選取12種礦粉中在前實驗未熔化的6種礦粉進(jìn)行實驗， g，CaO配量如表51所示。形成鐵酸鈣的條件是CaO與Fe2O3同時存在，但Fe2O3在高溫下不穩(wěn)定，或被還原，或被分解為Fe3O4，因而在燒結(jié)過程中需要維持較低溫度和強(qiáng)氧化性氣氛。因此，液相生成是燒結(jié)成型的基礎(chǔ)，液態(tài)物質(zhì)的數(shù)量和性質(zhì)是影響燒結(jié)固結(jié)好壞，乃至燒結(jié)礦冶金性能優(yōu)劣的最重要因素。本實驗重點探索的是礦粉焙燒實驗過程中鐵礦粉的變化，通過實時的監(jiān)控設(shè)配來觀察高溫下礦粉的性能表現(xiàn)，從而探討其流動性能。從圖36中觀察可知，59%印度粉的流動時間較長，超過了300 s；PB粉、FMG粉、麥克粉、氧化鐵皮的流動時間較短，均低于100 s。12種鐵礦粉的開始和結(jié)束的圖像如圖33所示：礦粉名稱實驗開始圖像實驗結(jié)束圖像草樓精粉海南富粉PB粉麥克粉海南精粉礦粉名稱實驗開始圖像實驗結(jié)束圖像鐵鎂粉55%氧化鐵皮印尼粉梅山精粉秘魯精粉礦粉名稱實驗開始圖像實驗結(jié)束圖像FMG火箭粉59%印度粉圖33燒結(jié)礦粉實驗反應(yīng)前后對比從圖33中可以看出在12種礦粉中有PB粉、麥克粉、氧化鐵皮、印尼粉、FMG粉、59%印度粉共6種礦粉在試驗中熔化，鋪展明顯開來，表現(xiàn)出良好的流動性能；其中PB粉、麥克粉、印尼粉、FMG粉熔化后高度低、縱向擴(kuò)展長且形狀規(guī)則；59%印度粉的形狀不規(guī)則；氧化鐵皮熔化后形狀規(guī)則但其高度仍然較高。圖42實驗礦粉試樣將鐵礦粉和分析純CaO試劑研磨成150 μm(100目)的細(xì)粉狀，干燥后待用。并且隨著高品質(zhì)鐵礦石用量減少，各種品位較低、雜質(zhì)含量較多的鐵礦開采和應(yīng)用，尤其是為了解決我國鋼鐵行業(yè)對國外礦石進(jìn)口依賴過大的窘態(tài)，大規(guī)模開發(fā)使用國內(nèi)釩鈦磁鐵礦、高磷鐵礦等劣質(zhì)鐵礦石，僅依靠指數(shù)在一定程度上已不能滿足燒結(jié)礦流動性能研究的需要。燒結(jié)配礦應(yīng)當(dāng)充分考慮成本、礦石品位、脈石成分、有害雜質(zhì)等，這里再基于流動性能進(jìn)行分析。液相流動性高，有效黏結(jié)范圍大，從而可以提高燒結(jié)礦的固結(jié)強(qiáng)度。但由于還有其他因素影響礦粉的液相流動特性，同化性與液相流動性之間還未發(fā)現(xiàn)存在確定的對應(yīng)關(guān)系，比如印尼粉的最低同化溫度大于1300 ℃，但其流動性指數(shù)均高于2。從表32中可以看出隨著溫度的升高，其流動性指數(shù)變大，流動性能提高。表32燒結(jié)鐵礦粉的流動性指數(shù)礦粉名稱實驗溫度/ ℃流動性指數(shù)平均值125012801310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粉59%印度粉從表32可見，隨著溫度的升高，鐵礦粉的流動性指數(shù)增加，這與在溫度升高后液態(tài)物質(zhì)的流動性增加是一致的。本實驗采用的設(shè)備是微型燒結(jié)性能裝置，如圖31所示。其中化學(xué)成分當(dāng)中影響燒結(jié)性能的指標(biāo)主要是品位、Al2O3的含量、MgO的含量、有害元素的含量、SiO2的含量。與前面測定鐵礦粉中TFe和FeO含量的方法相同。%， %，%左右，%以下，如圖28所示。但是若鐵礦粉中MgO含量過高，也有負(fù)面影響：一是它阻礙了鐵酸鈣的生成；二是如果氧化鎂過多，在燒結(jié)過程中形成以鎂硅鈣石等多種以玻璃質(zhì)為基體的低熔點物相，各種相結(jié)晶膨脹系數(shù)差異加大，致使燒結(jié)礦冷卻時產(chǎn)生應(yīng)力集中而粉化。據(jù)報道：針狀鐵酸鈣最大生成量對應(yīng)的Al2O3/~。同時，又由于SiO2含量低，生成硅酸二鈣數(shù)量少，破壞力小，故存放粉化小。圖23至圖26分別給出了按含量大小排列的燒結(jié)原料中主要氧化物的含量。表21燒結(jié)鐵礦粉中TFe和FeO含量(%)礦粉名稱TFeFeO試驗1試驗2試驗3平均值相對平均偏差試驗1試驗2試驗3平均值相對平均偏差草樓精粉海南富粉PB粉麥克粉海南精粉鐵鎂粉55%氧化鐵皮印尼粉秘魯精粉 FMG火箭粉 59%印度粉 梅山精粉 圖21和圖22分別為按含量大小排列的燒結(jié)鐵礦粉中TFe和FeO的含量圖21燒結(jié)鐵礦粉中TFe的含量(%)圖22燒結(jié)鐵礦粉中FeO的含量(%)圖21中秘魯精粉的TFe在70%以上；含TFe在60%~70%之間的有草樓精粉/海南富粉、PB粉；含TFe在57%~60%的有海南精粉、梅山精粉、麥克粉和FMG火箭粉；含TFe在55%~56%的有鐵鎂粉55%；含TFe小于55%的有氧化鐵皮、印尼粉、59%印度粉。于是在不同的溫度段，鐵礦粉有不同的液相流動情況。將要考察的試樣壓制成小餅，然后根據(jù)實驗條件在高溫下焙燒；隨著溫度的逐漸升高，試樣開始形成低熔點化合物；當(dāng)燒結(jié)溫度達(dá)到該化合物的熔化溫度時試樣逐漸癱軟，液相開始生成；隨著溫度的繼續(xù)升高，過熱度增大，液相逐漸呈流動狀態(tài)，試樣的垂直投影面積變大；實驗結(jié)束后取出冷卻了的小餅試樣，根據(jù)試樣流動后的面積來確定其流動性。這有助于實現(xiàn)真正意義的燒結(jié)優(yōu)化配礦，為進(jìn)一步改善燒結(jié)礦的產(chǎn)量及質(zhì)量指標(biāo)提供技術(shù)依據(jù)。由此可見，二元堿度對鐵礦粉粘結(jié)相自身強(qiáng)度的影響很復(fù)雜。在先進(jìn)的低溫?zé)Y(jié)工藝原則下, 燒結(jié)溫度和氣氛應(yīng)屬于不能任意改變的因素。由燒結(jié)礦顯微結(jié)構(gòu)可知,燒結(jié)礦的強(qiáng)度主要取決于三部分:鐵礦物相的強(qiáng)度、粘結(jié)相的強(qiáng)度和粘結(jié)相與鐵礦物相間的粘結(jié)強(qiáng)度。因而，對燒結(jié)礦強(qiáng)度有實際意義的是液相的流動性，即CaO與礦石生成的液相的流動能力。一般來說，若鐵礦粉的同化性好，則其易于和CaO反應(yīng)生成鐵酸鈣液相，作為主要粘結(jié)相，從而對燒結(jié)礦強(qiáng)度的改善有一定的促進(jìn)作用，燒結(jié)礦的強(qiáng)度也較好；若鐵礦粉的同化性不好，則液相量少，不利于鐵礦石的粘結(jié)，影響強(qiáng)度；但礦石的同化性也不能太高，如果同化性太高，則燒結(jié)過程中大量液相的生成會使起骨架作用的核礦石大大減少，從而惡化燒結(jié)透氣性，影響燒結(jié)礦的產(chǎn)量。因此，鐵礦粉的同化性成為考察鐵礦粉的燒結(jié)基礎(chǔ)特性的重要指標(biāo)。燒結(jié)基礎(chǔ)特性是吳勝利教授根據(jù)對鐵礦粉在燒結(jié)過程中的高溫物理化學(xué)行為的探索性研究而提出的新概念。銅在高爐冶煉中全部還原進(jìn)入生鐵，%時，鋼焊接性能降低，并產(chǎn)生“熱脆”現(xiàn)象。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(qiáng)度降低。據(jù)報道：針狀鐵酸鈣最大生成量對應(yīng)的Al2O3/~。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。市場上往往以含F(xiàn)e量單位數(shù)計價。SFCA理論是低溫?zé)Y(jié)工藝的理論基礎(chǔ)。這個過程叫做燒結(jié)。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。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。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。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。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(yuǎn)遠(yuǎn)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。燒結(jié)的主要目的是：(1)將粉狀料制成具有高溫強(qiáng)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(biāo)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(dá)到綜合利用資源和擴(kuò)大鐵礦石原料資源。SFCA被認(rèn)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(rèn)識包含：它的強(qiáng)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?zé)Y(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。因為Fe含量越高的礦石，脈石含量越低，則冶煉時