【正文】 ，使礦粉的性能充分表現(xiàn)。其中鐵酸鈣系具有良好的強(qiáng)度和還原性。所以燒結(jié)熔劑性燒結(jié)礦時(shí)，燒結(jié)溫度并不高，也不需要過(guò)多的燃料消耗。6種礦粉實(shí)驗(yàn)開(kāi)始和結(jié)束的圖像如圖51所示。從圖44中發(fā)現(xiàn)半球反應(yīng)時(shí)間普遍較短，除鐵鎂粉55%、梅山精粉外，其余4種礦粉半球反應(yīng)時(shí)間均低于100 s。本文首先通過(guò)化學(xué)平衡方法測(cè)定在溫度為1523 *103 Pa(*108 atm)條件下CaOSiO2FeOx系的液相線。因此，了解CaOSiO2FeOx系相圖與控制其熔化和凝固行為之間的關(guān)系，對(duì)于為煉鐵流程的創(chuàng)新發(fā)展而設(shè)計(jì)新的具有低液相線溫度和合適的軟熔和還原特性的原材料來(lái)說(shuō)是十分必要的。在溫度介于1573 K和1673 K之間、氧分壓介于104Pa和36Pa的條件下，Henao等人通過(guò)一種淬火法測(cè)定了CaO–SiO2–FeO(方鐵礦)和CaOSiO2Fe3O4(尖晶石)三元系的液相線。實(shí)驗(yàn)、相圖的測(cè)量本文采用化學(xué)平衡方法來(lái)測(cè)量CaOSiO2FeOFe2O3系的相關(guān)系。裝試樣的鉑坩堝放置在電阻爐內(nèi)的莫來(lái)石管(內(nèi)徑52 mm,外徑60 mm,長(zhǎng)度1000 mm)中。氧化物球團(tuán)通過(guò)鉑板與氧化物熔體分離，來(lái)防止球團(tuán)在淬火時(shí)被熔融氧化物污染。達(dá)到平衡后，控制樣品溫度到1573 K并保持10 30 min使其達(dá)到穩(wěn)定。目前我們所研究的這個(gè)渣系實(shí)際上是 CaO–SiO2–FeO–Fe2O3四元系，故該渣系相圖應(yīng)該被視為四元系的相圖。分析記錄的圖像來(lái)確定熔化或凝固時(shí)間。渣樣是由通過(guò)上述方法制備的試劑級(jí)Fe2OFe3O4與SiO2和FeO與CaO粉末混合物合成的。每個(gè)樣品都要在1523 K的加熱爐內(nèi)保溫20小時(shí)。SiO2, 3CaO特別是我們認(rèn)為鐵礦石中結(jié)晶水含量的增加會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)溫度的降低，這樣就使較低溫度下的相圖和相關(guān)系的更加重要。因此，有關(guān)在不同的氧氣分壓和溫度下CaOSiO2FeOx系相圖的知識(shí)是必不可少的。觀測(cè)到的熔化和固化行為再同先前測(cè)量的不同氧分壓下的相圖相比較。鐵酸鈣系不僅具有良好的還原性和強(qiáng)度，還具有很好的流動(dòng)性能。參考前文探索實(shí)驗(yàn)分別確定6種礦粉在本條件下的熔化溫度和流動(dòng)時(shí)間。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)CaO的配量來(lái)使其理論成分中CaO的物質(zhì)的量與Fe2O3的物質(zhì)的量比為1：1，即探討生成液相理論成分為CaO2Fe2O3，前者異分熔點(diǎn)為1215 ℃，后者在1155 ℃~1225 ℃時(shí)穩(wěn)定，在1155 ℃時(shí)分解為CaO在進(jìn)一步的流動(dòng)探索實(shí)驗(yàn)中，這些參數(shù)可以再一定程度上衡量流動(dòng)性能。表33未熔鐵礦粉收縮比礦粉名稱收縮比/ %草樓精粉海南富粉海南精粉鐵鎂粉55%梅山精粉秘魯精粉圖37未熔礦粉收縮比從圖中可看出，海南富粉收縮比較大超過(guò)了30%，有較好的熔化趨勢(shì)，而梅山精粉、秘魯精粉和草樓精粉收縮比較低，均低于10%。表32可熔鐵礦粉的熔化溫度和流動(dòng)時(shí)間礦粉名稱熔化溫度/ ℃流動(dòng)時(shí)間/ sPB粉130381麥克粉129557氧化鐵皮127339印尼粉1228102FMG粉12776359%印度粉1310192據(jù)此，圖35和圖36給出按大小排列的6種礦粉的熔化溫度和流動(dòng)時(shí)間。由于實(shí)際生產(chǎn)中燒結(jié)溫度不會(huì)超過(guò)1400 ℃，故爐溫不應(yīng)超過(guò)1400 ℃，考慮到測(cè)溫?zé)犭娕寂c爐壁溫度的誤差，將最高溫度設(shè)置為1440 ℃，并在1400 ℃恒溫足夠時(shí)間，當(dāng)試樣熔化至不再發(fā)生變化或熱電偶溫度達(dá)到最大值時(shí)視為實(shí)驗(yàn)結(jié)束。筆者在參考前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在導(dǎo)師和實(shí)驗(yàn)室?guī)熜值闹笇?dǎo)下，嘗試使用新的方式方法模擬、探究燒結(jié)礦粉在燒結(jié)過(guò)程中的變化，來(lái)分析礦粉的流動(dòng)性能。圖31流動(dòng)性實(shí)驗(yàn)裝置示意圖液相指數(shù)可以較好地反映燒結(jié)礦粉的流動(dòng)性能，受到普遍的認(rèn)可，對(duì)燒結(jié)礦流動(dòng)性能的研究起到很大的作用。在實(shí)際燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程中，若出現(xiàn)由于產(chǎn)生的液相量不足而導(dǎo)致燒結(jié)礦強(qiáng)度降低的情況時(shí)(例如生產(chǎn)高鐵分、低Si02燒結(jié)礦)，可適當(dāng)配加一些液相流動(dòng)性較高的鐵礦粉來(lái)改善燒結(jié)礦的強(qiáng)度。但是，對(duì)低SiO2礦粉而言，前者占主導(dǎo)地位。圖31燒結(jié)鐵礦粉的最低同化溫度對(duì)于多數(shù)礦粉來(lái)說(shuō)其同化性與流動(dòng)性具有一定的一致性，既同化性能越高，流動(dòng)性能越好。我們嘗試分析影響流動(dòng)性能的因素：(1) 溫度燒結(jié)溫度的作用可概括為兩個(gè)方面：其一是確保燒結(jié)料內(nèi)進(jìn)行物理化學(xué)反應(yīng)的條件，同時(shí)也有加快低熔點(diǎn)化合物生成速度的效應(yīng)；其二，是提高液相的過(guò)熱度，使液相的粘度降低。實(shí)驗(yàn)中考慮到低溫?zé)Y(jié)原則，分別測(cè)定溫度為1250 ℃、1280 ℃、1310 ℃時(shí)的流動(dòng)性指數(shù)。鐵礦粉的燒損有正有負(fù)，其中草樓精粉和秘魯精粉的燒損為負(fù)值，出現(xiàn)負(fù)值是因?yàn)橛械牡V粉中的Fe是以低價(jià)態(tài)的形式出現(xiàn)的，在焙燒過(guò)程中會(huì)被氧化而吸收空氣中的氧，使樣品質(zhì)量增加而出現(xiàn)負(fù)值。 %。表24為燒結(jié)鐵礦粉的燒損分析結(jié)果。圖27~圖211給出了燒結(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 %%~%；海南精粉CaO含量在1%左右；%。沒(méi)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。TFe和FeO進(jìn)行了兩次取樣進(jìn)行化學(xué)分析，第一次分析兩次，第二次分析一次。根據(jù)式()計(jì)算流動(dòng)性指數(shù)。但是，鐵礦粉燒結(jié)產(chǎn)生的液相的黏度要比冶金爐渣大得多，在試驗(yàn)所確定的溫度和時(shí)間條件下，無(wú)法用通常測(cè)定爐渣黏度的方法來(lái)確定燒結(jié)液相的流動(dòng)性大小。這種差異除了受燒結(jié)二元堿度的影響之外，主要與鐵礦粉的化學(xué)成分、礦物組成、同化能力、液相流動(dòng)能力SFCA生成能力以及水化程度等自身特性密切相關(guān)。影響粘結(jié)相的自身強(qiáng)度。鐵礦粉燒結(jié)粘結(jié)相自身強(qiáng)度的影響因素主要可分為兩個(gè)方面，其一屬于內(nèi)應(yīng)，其二屬于外因。因而比較各種礦石粘結(jié)相的液相流動(dòng)性對(duì)認(rèn)識(shí)以這些礦石為粉礦粘結(jié)而成的燒結(jié)礦的強(qiáng)度有重要的指導(dǎo)意義[32]。雖然鐵礦石的同化性揭示了低熔點(diǎn)液相生成能力，但同化性和熔化溫度的高低并不能完全反映有效液相量的多少。早在80年代初，新日鐵開(kāi)發(fā)了兩種測(cè)定鐵礦石同化性的試驗(yàn)方法。所謂鐵礦粉的同化特性就是鐵礦粉在燒結(jié)過(guò)程中與CaO 反應(yīng)的能力。氟有循環(huán)富集現(xiàn)象，與堿金屬結(jié)合是造成高爐結(jié)瘤的原因之一。磷化物聚集在晶界周圍減弱晶粒間結(jié)合力，使鋼冷卻時(shí)發(fā)生很大的脆性，從而導(dǎo)致鋼的“冷脆”現(xiàn)象。而在燒結(jié)過(guò)程要求液相要適量，如果燒結(jié)過(guò)程中液相量不足會(huì)導(dǎo)致粉礦存在，燒結(jié)強(qiáng)度降低，成品率下降。并且Al2O3能加寬針狀鐵酸鈣存在的溫度范圍：沒(méi)有Al2O3時(shí)，大約為1180 ℃~1230 ℃；含有適量的Al2O3時(shí)，針狀鐵酸鈣存在的溫度可以達(dá)到1300 ℃[2021]。由于硅酸二鈣增加，粉化加劇，軟化溫度升高。隨著燒結(jié)生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展和燒結(jié)自動(dòng)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(biāo),推動(dòng)了鋼鐵業(yè)的發(fā)展。燒結(jié)礦的生產(chǎn)先后經(jīng)歷了2個(gè)主要的發(fā)展時(shí)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。在100多年的發(fā)展過(guò)程中，燒結(jié)理論也日趨完善。然而由于我國(guó)過(guò)分依賴國(guó)外鐵礦石資源，我國(guó)的鋼鐵企業(yè)為此付出了沉重的代價(jià)，當(dāng)前如果現(xiàn)在我們還不能立即著手準(zhǔn)備充分利用國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的鐵礦資源，包括低品位鐵礦資源，大幅提高國(guó)內(nèi)鐵礦石占消費(fèi)的比重，扭轉(zhuǎn)我國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展過(guò)度依賴國(guó)外鐵礦資源，過(guò)度依賴進(jìn)口鐵礦石的局面，我們還會(huì)付出更高的代價(jià)。礦石類型復(fù)雜，難選礦和多組分共(伴)生礦所占比重大。巴西、澳大利亞、印度、加拿大和南非等國(guó)的儲(chǔ)量約占世界總儲(chǔ)量的78 %。我國(guó)已查明鐵礦資源儲(chǔ)量607億噸，預(yù)測(cè)資源量1000億噸以上，占世界第3位[2]。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]。更大程度上利用好低品位礦石[6]。燒結(jié)是液相粘結(jié)的固結(jié)過(guò)程。燒結(jié)礦屬于人造富礦。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。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。(3) CaO對(duì)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。因此，MgO含量的增加會(huì)降低燒結(jié)礦的強(qiáng)度。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(huì)引起高爐結(jié)瘤。鐵礦石的燒結(jié)基礎(chǔ)特性主要包括：同化性能、液相流動(dòng)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。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。不同種類的鐵礦粉由于自身特性的不同，在燒結(jié)過(guò)程中形成的液相流動(dòng)性也各不同。但是，粘結(jié)相的流動(dòng)性也不能過(guò)大，否則對(duì)周圍物料的粘結(jié)層厚度會(huì)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。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。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。試樣的抗壓強(qiáng)度定義為：?jiǎn)蝹€(gè)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(gè)(試樣)。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。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。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(guò)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。從圖22可見(jiàn)，氧化鐵皮和草樓精粉FeO含量分別超過(guò)40%和30%；秘魯精粉、海南精粉和鐵鎂粉55%%~%之間；%。由于硅酸二鈣增加，粉化加劇，軟化溫度升高。%~%；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。%~%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%。相對(duì)59%印度粉和印尼粉為低品質(zhì)礦粉。由圖211可見(jiàn)，梅山精粉和鐵鎂粉55%%~%之間，麥克粉和59%%，%。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(méi)有結(jié)晶水，高溫下FeO被還原。%時(shí)為宜。目前流動(dòng)性能的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)是流動(dòng)性指數(shù)，是由我校吳勝利教授首先提出的：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)；若燒結(jié)后試樣未出現(xiàn)熔化流動(dòng)，即試樣面積仍為原始面積，則其流動(dòng)性指數(shù)為零。圖32鐵礦粉流動(dòng)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(dòng)性指數(shù)較高，均超過(guò)了2，可以說(shuō)明其流動(dòng)性能較好；海南富粉、秘魯精粉、59%印度粉和海南富粉流動(dòng)性指數(shù)較低，均低于1，可以說(shuō)明其流動(dòng)性能較差。低熔點(diǎn)液相的生成是燒結(jié)液相流動(dòng)的基礎(chǔ)，故鐵礦粉的同化性對(duì)其液相流動(dòng)性也有重要影響。過(guò)高M(jìn)gO含量可顯著降低鐵礦粉的液相流動(dòng)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。由此可見(jiàn)，適宜的燒結(jié)液相流動(dòng)性是確保燒結(jié)礦有效固結(jié)的基礎(chǔ)。本試驗(yàn)采用臥式高溫爐，其型號(hào)為SK1BYL，額定功率為6 kw。因此，根據(jù)某個(gè)溫度下的液相流動(dòng)面積來(lái)推斷其在燒結(jié)過(guò)程中的實(shí)際液相流動(dòng)面積是不足的。采用方形鐵墊片是由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備所致，長(zhǎng)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。參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2191996《煤灰熔融性的測(cè)定方法》和保護(hù)渣熔點(diǎn)的測(cè)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(dòng)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(dòng)時(shí)間。對(duì)于大多數(shù)礦粉來(lái)說(shuō)，熔化溫度和流動(dòng)時(shí)間同流動(dòng)性指數(shù)具有一致性?？紤]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(guò)程。該系中有一個(gè)穩(wěn)定的化合物2CaO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。礦粉種類實(shí)驗(yàn)開(kāi)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(kāi)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(duì)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(dòng)性能。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(dòng)性能；鐵鎂粉55%半球溫度較高，半球反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，其流動(dòng)性相對(duì)較差。其液相區(qū)域分為高二氧化硅含量與低二氧化硅含量?jī)蓚€(gè)部分。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。1573 K左右時(shí)，氧分壓對(duì)CaOSiO2FeOx系液相線的影響已經(jīng)被測(cè)定。實(shí)驗(yàn)過(guò)程在先前的文章中已經(jīng)有了詳細(xì)的描述。根據(jù)反應(yīng)式(1)使CO :CO2比率維持在2:41，*103 Pa。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。通過(guò)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(cè)到熔化和凝固行為。然而，因?yàn)?。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。、熔化和凝固行為的直接測(cè)定本文采用由一個(gè)帶有紅外圖像加熱爐的共焦掃描激光顯微鏡對(duì)CaO–SiO2–FeOx渣系在1573