【正文】 用熔化溫度和流動(dòng)時(shí)間來(lái)評(píng)價(jià)可熔礦粉，用收縮比來(lái)衡量未熔礦粉。，如表43和表44所示。實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器和方法同前探索實(shí)驗(yàn)一致，選取22種礦粉中較有代表性的10種礦粉進(jìn)行實(shí)驗(yàn)， g，CaO配量如表51所示。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。在燒結(jié)過(guò)程中，粘結(jié)相具有較低的熔化溫度有助于液相的形成，而流動(dòng)時(shí)間則能一定程度地反映其流動(dòng)性能。 (見(jiàn)表31)，均勻混合，在直徑8 mm的壓片機(jī)上以10Pa的壓力壓制成圓柱試樣，以相同的壓力壓制試樣是為了防止礦粉因密度不同而引起相互間作用力相差過(guò)大。燒結(jié)礦粉中印度粉、海南富粉、梅山精粉、氧化鐵皮、新西蘭精粉、哈楊迪粉等性價(jià)比較好，而秘魯精粉、南非富粉、紐曼粉、伊朗粉等性價(jià)比較低。(3) 化學(xué)成分結(jié)合前文可以發(fā)現(xiàn)FeO含量對(duì)于流動(dòng)性能有明顯的影響，除氧化鐵皮外FeO含量高的礦粉草樓精粉、俄羅斯精粉、鐵鎂粉50%、海南精粉、鐵鎂粉55%、新西蘭精粉、梅山精粉、秘魯精粉等其流動(dòng)性能都很差，流動(dòng)性能好的礦粉除氧化鐵皮外其FeO含量均很低。我們將三個(gè)溫度下的流動(dòng)性指數(shù)取平均值，作為衡量流動(dòng)性能的指標(biāo)。品位越大越好，其中秘魯精粉的含鐵量最高，菲律賓粉含鐵量最低。 %， %以下，見(jiàn)圖210。通常高爐渣中Al2O3含量控制在16 %以下。這些礦物在冷卻過(guò)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(qiáng)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。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。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。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。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。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。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。(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。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。燒結(jié)是液相粘結(jié)的固結(jié)過(guò)程。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]。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。雖然2012年下半年鐵礦石、焦炭等原燃料價(jià)格有所下降，但是鋼材價(jià)格下降的幅度更大，且隨著勞動(dòng)力成本的增加，使得大部分鋼鐵廠處于虧損邊緣。世界鐵礦資源分布的特點(diǎn)是南半球國(guó)家富鐵礦床多，如巴西、澳大利亞、南非等國(guó)；北半球國(guó)家貧鐵礦床多，如前蘇聯(lián)、美國(guó)、加拿大、中國(guó)等國(guó)。與國(guó)外大型的鐵礦企業(yè)相比，我國(guó)鐵礦開(kāi)采企業(yè)規(guī)模小，選冶技術(shù)裝備落后，勞動(dòng)生產(chǎn)率和資源利用率低，資源普遍儲(chǔ)備不足。SFCA理論是低溫?zé)Y(jié)工藝的理論基礎(chǔ)。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。因此，液相量過(guò)多則冷卻后粘結(jié)相過(guò)多，導(dǎo)致燒結(jié)礦的強(qiáng)度降低。燒結(jié)基礎(chǔ)特性是吳勝利教授根據(jù)對(duì)鐵礦粉在燒結(jié)過(guò)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。一般來(lái)說(shuō)，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(duì)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(guò)程中大量液相的生成會(huì)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。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。由此可見(jiàn)，二元堿度對(duì)鐵礦粉粘結(jié)相自身強(qiáng)度的影響很復(fù)雜。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(kāi)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(kāi)始生成；隨著溫度的繼續(xù)升高，過(guò)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(lái)確定其流動(dòng)性。表21燒結(jié)鐵礦粉中TFe和FeO含量(%)礦粉名稱TFeFeO試驗(yàn)1試驗(yàn)2試驗(yàn)3平均值相對(duì)平均偏差試驗(yàn)1試驗(yàn)2試驗(yàn)3平均值相對(duì)平均偏差草樓精粉俄羅斯精粉海南富粉馬來(lái)西亞粉紐曼粉鐵鎂粉50%PB粉麥克粉哈楊迪粉海南精粉鐵鎂粉55%新西蘭精粉氧化鐵皮伊朗粉印度粉印尼粉菲律賓粉梅山精粉 南非富粉 秘魯精粉 FMG火箭粉 59%印度粉 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、馬來(lái)西亞粉、俄羅斯精粉、南非富粉、海南富粉、PB粉和紐曼粉；含TFe在57 %~60 %的有海南精粉、麥克粉、哈楊迪粉和FMG火箭粉；含TFe在55 %~56 %的有新西蘭精粉、鐵鎂粉55 %和鐵鎂粉50 %；含TFe小于55 %的有氧化鐵皮、伊朗粉、印尼粉、印度粉、59 %印度粉和菲律賓粉，其中59 %印度粉和菲律賓粉含TFe小于50 %。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。(4)MgO對(duì)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(huì)。第一次取樣每個(gè)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(gè)試樣重新分析(試驗(yàn)3)，給出平均值和相對(duì)平均偏差。鐵礦粉的燒損有正有負(fù)，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。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。但是，對(duì)低SiO2礦粉而言，前者占主導(dǎo)地位。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。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。表33未熔鐵礦粉收縮比礦粉名稱收縮比/ %草樓精粉俄羅斯精粉海南富粉馬來(lái)西亞粉鐵鎂粉50%海南精粉鐵鎂粉55%新西蘭精粉梅山精粉秘魯精粉圖37將10種礦粉的收縮比從大到小依次排列。Fe2O3和CaO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。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。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。測(cè)定了22種礦粉的流動(dòng)性指數(shù)。草樓精粉、FMG粉、南非富粉的半球溫度較低，半球反應(yīng)時(shí)間較短，表現(xiàn)出較好地流動(dòng)性能；梅山精粉、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。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?？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。我們通過(guò)拍攝的實(shí)時(shí)照片進(jìn)一步觀察其在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的現(xiàn)象，確定其熔化溫度和流動(dòng)時(shí)間。流動(dòng)性指數(shù)的測(cè)定過(guò)程中還會(huì)受到表面性質(zhì)的影響，比如礦粉試樣表面的粗糙度。~，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有很大的指導(dǎo)和借鑒意義。表33給出了22種礦粉的最低同化溫度。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，均勻混合。其為褐鐵礦，由于含有一定量的結(jié)晶水，燒損較其他鐵礦粉要高，配礦時(shí)應(yīng)控制配加比例。表23給出了熒光衍射分析得到的南鋼燒結(jié)鐵礦粉中微量物質(zhì)的化學(xué)成份。并且Al2O3能加寬針狀鐵酸鈣存在的溫度范圍。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。根據(jù)式()計(jì)算流動(dòng)性指數(shù)。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)。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。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。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。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。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]。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。在100多年的發(fā)展過(guò)程中，燒結(jié)理論也日趨完善。礦石類型復(fù)雜，難選礦和多組分共(伴)生礦所占比重大。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(dòng)性有所差別。它表征了粘結(jié)相的有效粘結(jié)范圍，對(duì)燒結(jié)強(qiáng)度有重要影響。而且中小礦多，大礦少，特大礦更少。自從19世紀(jì)末開(kāi)始，鋼鐵企業(yè)就已經(jīng)開(kāi)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(guò)程廢料和副產(chǎn)品的造塊方法[7]。此外，燒結(jié)過(guò)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(guò)程中的脫硫任務(wù)，燒結(jié)礦堿度降低，有利于燒結(jié)過(guò)程中脫硫[17]。(2) Al2O3對(duì)燒結(jié)的影響當(dāng)燒結(jié)料中含Al2O3較高時(shí)，可生成含Al2O3硅酸鹽，促進(jìn)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(duì)改善燒結(jié)礦的性質(zhì)起良好作用。燒結(jié)球團(tuán)脫硫率80%~90%，高爐中脫硫率90%以上。在國(guó)外，為數(shù)不多的研究工作僅限于對(duì)鐵礦粉的同化性(反應(yīng)性)的評(píng)價(jià)方面[2527]，而且對(duì)鐵礦粉的同化性在燒結(jié)過(guò)程中的影響機(jī)理和定量化方面仍缺乏認(rèn)識(shí)。高堿度燒結(jié)礦的固結(jié)主要是依靠發(fā)展液相來(lái)實(shí)現(xiàn)，液相量對(duì)燒結(jié)礦強(qiáng)度有重要的影響，若液相生成量適度、粘度適宜時(shí)，燒結(jié)礦形成微孔海綿狀結(jié)構(gòu)，這種燒結(jié)礦還原性好、強(qiáng)度高[30]。根據(jù)以往的研究結(jié)果可知，粘結(jié)相的礦物組成和結(jié)構(gòu)不同，其機(jī)械強(qiáng)度也不同；礦粉種類不同，生成的粘結(jié)相的礦物組成和結(jié)構(gòu)不同，這種不同是影響燒結(jié)礦強(qiáng)度的重要因素之一。不同種類的鐵礦粉, 在燒結(jié)條件下形成的粘結(jié)相自身強(qiáng)度特性各不相同。待試樣冷卻到100 ℃以下后取出，測(cè)定燒結(jié)后試樣的垂直投影面積，即為流動(dòng)面積。礦石中除Fe以外的其它化合物統(tǒng)稱為脈石。(2)Al2O3對(duì)燒結(jié)的影響當(dāng)燒結(jié)料中含Al2O3較高時(shí)，可生成含Al2O3硅酸鹽，促進(jìn)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(duì)改善燒結(jié)礦的性質(zhì)起良好作用。而其它處于中間的鐵礦粉也需要看其它的成分來(lái)確定。哈楊迪粉、FMG火箭粉、印度粉59%、印度粉、麥克粉和PB粉燒損值較高，在6 %~ %之間。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。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。由