【正文】 值此論文完成之時，謹向給予本人無私關(guān)懷的老師羅果萍教授致以最虔誠的謝意！謹向?qū)嶒炛斜拘〗M其他成員：王剛、王雨蒙、宋美麗幾位同學致以最誠摯的感謝！本論文的研究過程中，實驗部分得到了包鋼煉鐵廠燒結(jié)車間的大力支持和幫助，感謝包鋼技術(shù)中心沈茂森高工的實驗結(jié)果分析。中南工業(yè)大學學報，1999，30（2）：141144[19] 閆俊萍，那樹人，馬燕生，等。 LUO Guoping。 CHEN Xuling。K2O是玻璃相的穩(wěn)定劑，本實驗中K2O含量過多，使CaO幾乎全部參與形成玻璃相，故鐵酸鈣沒有明顯生成。燒結(jié)礦粉中CaFK2O 是影響其燒結(jié)基礎(chǔ)特性的主要因素。與普通礦燒結(jié)相比較，白云鄂博鐵礦燒結(jié)，保持更高的燒結(jié)礦堿度是生成鐵酸鈣，改善燒結(jié)礦強度與還原性的重要前提。CaO的含量也可以進一步增加，SFCA的生成要求有自由CaO存在。在燒結(jié)過程中CaF2可吸收CaO和SiO2生成槍晶石，減少了形成鐵酸鈣的有效CaO數(shù)量，顯著降低了鐵酸鈣的生成量。另一方面，由于高溫下CaO?Fe2O3等鐵酸鈣的分解，使得鐵酸鈣的生成量又減少。赤鐵礦晶粒與氣孔的分布也相對均勻。從照片2我們能看到：赤鐵礦的連晶很多，赤鐵礦所占比例也很多，玻璃相分布很不均勻，形成連片的聚集狀。由于透氣性改善，使赤鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦的反應(yīng)正向進行，反應(yīng)放出的氧氣更加容易擴散通過液相，使磁鐵礦的含量有所增加。本實驗中的液相主要為玻璃相，而玻璃相的分布和含量也直接反映了燒結(jié)礦中液相的流動性和粘度[18]。這是由于CaOSiO2和2FeOSiO2形成低熔點的固溶體或共晶體。結(jié)合特殊礦燒結(jié)理論進一步分析如下：1） 從F含量的變化看液相流動性和玻璃相變化CaF2是表面活性物質(zhì),它能降低燒結(jié)液相的熔點、粘度和表面張力,從而改善液相流動性。在赤鐵礦和玻璃相的旁邊可觀察到少量的淺棕色的磁鐵礦，但是含量不多。試樣中出現(xiàn)了大的形狀不規(guī)則的孔隙，孔隙所占的比率也相對增加，孔隙的分布和大小也較不均勻，局部可見少量的淺棕色磁鐵礦。填充在赤鐵礦晶粒間的玻璃相相對較少，很多玻璃相都集中團聚在一起，形成了大片的玻璃質(zhì)。其原因是由于實驗所用的配料中鉀長石的含量較多，而鉀長石中的K2O在試樣中的含量也較多，K2O是玻璃質(zhì)的穩(wěn)定劑，有利于玻璃質(zhì)的形成。照片3為樣品號2的顯微結(jié)構(gòu)照片，%。表 實驗溫度和氣氛控制 實驗結(jié)果及分析委托包鋼技術(shù)中心進行礦相檢驗，顯微照片如下：照片1 1～4（從上開始逆時針排列）的宏觀形貌 照片2 試樣1的顯微結(jié)構(gòu) 照片3 試樣2的顯微結(jié)構(gòu) 照片4 試樣3的顯微結(jié)構(gòu) 照片5 試樣4的顯微結(jié)構(gòu)（照片說明：在照片中，赤鐵礦呈白灰色；磁鐵礦呈淺棕色，一般晶粒比赤鐵礦大；玻璃相呈深灰色；孔隙多為黑色，圓形或不規(guī)則狀。1模具頂蓋 2壓樣模 3恢復(fù)彈簧和模具壓力桿 4油壓千斤頂 5千斤頂壓 6壓力表圖 自動退模制樣器1石英管 2熱電偶 3升降裝置 4溫控儀電流表 5溫控儀溫度表 6溫控設(shè)置按鈕 7溫度表 8氣體流量表及調(diào)節(jié)旋鈕 9升降裝置速率表及調(diào)節(jié)旋鈕 10氣體轉(zhuǎn)換開關(guān) 11電源開關(guān) 12升降裝置開關(guān) 13紅外線加熱爐圖 微型紅外線快速高溫實驗爐1數(shù)字顯示面板 2鎖定/釋放按鈕 3壓力傳感器 4試樣臺 5加壓按鈕 6卸壓按鈕圖 抗壓強度檢測裝置 鐵礦粉鐵酸鈣生成特性的實驗研究 試驗方法及過程本實驗采用微型燒結(jié)法、顯微礦相觀察法進行研究。 實驗設(shè)備實驗主要設(shè)備包括自動退模制樣器（）、微型紅外線快速高溫實驗爐（）和抗壓強度檢測裝置（）等?！覝氐慕禍囟卧摱蜗喈斢趯嶋H燒結(jié)料層的冷卻帶。改換空氣后，最高溫度下的停留時間，可以模擬實際燒結(jié)料層的燃燒終點后的高溫氧化階段。其間主要發(fā)生Fe2O3的還原、硅酸鹽和鐵酸鹽的形成等物理化學反應(yīng)。所以，升溫時間越長，相當于燒結(jié)料層越厚，燒結(jié)小餅結(jié)構(gòu)接近于下層燒結(jié)礦。可對微型燒結(jié)法的試驗過程描述如下。作為一種基礎(chǔ)試驗方法，并不會對其相對比較結(jié)果產(chǎn)生影響，因此這樣簡化是可行的。因此，用N2氣氛的焙燒可以模擬實際燃燒終點以前的各種反應(yīng)。因此，模擬實際燒結(jié)過程Fe2O3的變化是微型燒結(jié)法必須考慮的問題。該法能夠定性地模擬燒結(jié)溫度、氣氛的變化對礦物形成帶來的影響。采用固相合成法，控制合成反應(yīng)由難向易進行以減少穩(wěn)定雜質(zhì)相的生成，即先對K2O和Al2O3進行合成，然后再加入SiO2，調(diào)整溫度與時間，合成鉀長石KAlSi3O8（(4)冶金性能還在白云鄂博礦特殊性上有所體現(xiàn)。包鋼根據(jù)自產(chǎn)礦的特點,采用創(chuàng)新的ENS 環(huán)保新工藝,除氟率、脫硫率分別達到95%和75%以上。進入21世紀,環(huán)境壓力越來越大,我國燒結(jié)煙氣的脫硫步入了起步階段,已經(jīng)有部分鋼鐵企業(yè)開始實施或即將實施。另一方面,燒結(jié)設(shè)備的大型化和自動化,采用鋪底料、氣力輸送除塵灰等措施減少了粉塵的產(chǎn)生。鋼鐵產(chǎn)業(yè)作為一個高耗能、高污染的產(chǎn)業(yè),是節(jié)能減排潛力最大的行業(yè)之一,在我國能源問題日益嚴峻的情況下,燒結(jié)系統(tǒng)中開展節(jié)能工作,增加余熱回收裝置,對節(jié)能減排、提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益具有重要意義[14]。在降低電耗方面,我國在降低抽風系統(tǒng)的漏風率和變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用方面取得一些進步、但還不夠。鞍鋼煉鐵總廠三燒車間料層厚將達到750mm (含鋪底料) , 屬國內(nèi)一流水平[13]。因此,各企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身的實際情況選擇合適的料層厚度。厚料層的發(fā)展主要得益于我國燒結(jié)設(shè)備的大型化、工藝流程的完善和原料條件的改善。部分先進鋼鐵企業(yè)如寶鋼、馬鋼等混勻礦品位波動也已控制在177。 %以下。建設(shè)原料混勻料場是實現(xiàn)原料成分穩(wěn)定的有效辦法。冷強度。B 料層厚度提高, 返礦量增加, 使固體燃料消耗升高。關(guān)于用針鐵礦或褐鐵礦進行燒結(jié)生產(chǎn), 其他國家和國內(nèi)的一些生產(chǎn)廠家也總結(jié)了許多可貴的經(jīng)驗。對燒結(jié)面積來說,我國大中型燒結(jié)機的燒結(jié)面積約占整個燒結(jié)面積的2/3 ,已占明顯優(yōu)勢,這說明燒結(jié)機大型化的發(fā)展速度非常快。1985 年寶鋼從日本引進的450 m2 燒結(jié)機投產(chǎn),顯示了諸多的優(yōu)勢,燒結(jié)礦質(zhì)量好、能耗低,技術(shù)經(jīng)濟指標達到了國際先進水平。CaF2) ,賦存于粘結(jié)相中1F 含量增加使槍晶石生成數(shù)量增多,與Fe2O3 ,FeO 反應(yīng)的有效CaO ,SiO2 數(shù)量減少,燒結(jié)過程中鐵酸鈣、硅酸二鈣、鈣鐵橄欖石等高強度粘結(jié)相的生成數(shù)量降低. 槍晶石的礦物強度僅為鐵酸鈣的1/ 3 ,槍晶石數(shù)量的增加抑制了鐵酸鈣的生成,降低了燒結(jié)礦的強度另一方面,CaF2 可與CaO 生成低熔點共晶體,作為熔劑促進CaO 礦化和熔解,降低燒結(jié)液相熔點和過熱度, 離子,促進硅氧復(fù)合陰離子團解體,降低硅酸鹽玻璃液相的粘度和表面張力. 當F 含量過大時,燒結(jié)液相的粘度、表面張力過低,使得粘結(jié)相在燒結(jié)凝固后期仍然具有較好的流動性,粘結(jié)作用降低,容易形成薄壁多孔結(jié)構(gòu),從而顯著降低燒結(jié)礦粘結(jié)相自身強度.. 由于燒結(jié)溫度越高,液相過熱度越大,F含量降低液相粘度和表面張力的作用越顯著,F 含量使粘結(jié)相自身強度下降的速度越快.%～%時,燒結(jié)礦中槍晶石粘結(jié)相含量幾乎達到最大值,鐵酸鈣粘結(jié)相幾乎消失,燒結(jié)液相粘度和表面張力顯著降低,流動性指數(shù)達到最大,孔隙含量顯著增大,燒結(jié)礦宏觀上呈現(xiàn)薄壁多孔結(jié)構(gòu),微觀上形成以槍晶石為主粘結(jié)相,多種礦物共存結(jié)構(gòu), 含量繼續(xù)增加,由于堿度一定,CaO大多消耗于生成槍晶石,粘結(jié)相主要由槍晶石和玻璃體組成,槍晶石和玻璃體總量相對穩(wěn)定,粘結(jié)相組成及液相性質(zhì)變化不大,粘結(jié)相自身強度變化不大[4]. 國內(nèi)鋼鐵企業(yè)燒結(jié)現(xiàn)狀、比較及新工藝 發(fā)展概況1） 　產(chǎn)量高速增長 21 世紀初期,隨著我國生鐵產(chǎn)量的高速增長,我國燒結(jié)礦產(chǎn)量也迅猛增長，2000 年我國生鐵產(chǎn)量13101萬t ,燒結(jié)礦產(chǎn)量只有16844萬t 。液相粘度和表面張力低,燒結(jié)礦孔隙含量較高。2SiO2在混合工序要保證含鐵料與熔劑的充分混勻。B 粒度對鐵酸鈣生成量的影響在化學成分一定的條件下，鐵礦與CaO 生成鐵酸鈣的含量隨鐵礦粒度的增大而增大；粒度范圍越寬，與CaO 反應(yīng)生成鐵酸鈣的含量越大[2]。②燒結(jié)時間對生成鐵酸鈣的影響鐵礦與CaO量隨燒結(jié)時間的延長先增大后減小③焙燒溫度對鐵酸鈣含量的影響。包鋼高堿度低氟燒結(jié)礦, 鐵酸鈣粘結(jié)相的發(fā)展除與普通燒結(jié)礦一樣受著堿度和溫度氣氛的制約外, 還受F含量的制約。 包鋼燒結(jié)礦中鐵酸鈣的組成化學組成mol％形態(tài)Fe2O3CaOSiO2Al2O3MgO針狀片狀柱狀包鋼燒結(jié)礦中鐵酸鈣存在方式與普通燒結(jié)礦不同, 普通燒結(jié)礦鐵酸鈣的存在方式主要以針狀、柱狀、片狀三種狀態(tài)與鐵氧化物形成交織熔蝕結(jié)構(gòu), 對鐵氧花物起著重要的粘結(jié)作用與槍晶石, 玻璃相共存。四元素鐵酸鈣的分子式的構(gòu)成5CaO, 包頭精礦中的F含量雖已降到1％以下, 按理論計算, 1％氟含量可以生成約10％的槍晶石, 而它的生成要奪取一定量CaO, 因此造成同堿度下, 目前包鋼低氟燒結(jié)礦鐵酸鈣含量較低。3）包鋼燒結(jié)礦礦物組成與結(jié)構(gòu)特點 包鋼燒結(jié)礦礦物組成中鐵氧化物為四氧化三鐵, 少量三氧化二鐵, 膠結(jié)相由含氟硅酸鹽渣相和鐵酸鈣兩種粘結(jié)相共同起作用, 渣相中槍晶石占多數(shù)其次為玻璃相, 近幾年由于包頭精礦品位大幅度提高, 氟含量降低, 致使燒結(jié)礦化學成分與微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。⑤ 溫度 SFCA的形成溫度清楚表明, SFCA本身形成要求溫度較低, 且區(qū)間相當窄, 這是發(fā)展以針狀鐵酸鈣為粘結(jié)相的高堿度燒結(jié)礦需要和允許低溫度燒結(jié)的根本依據(jù)。③ Al2O3 Al2O3是SFCA生成的必要成分，但含量偏高時SFCA將向片狀發(fā)展，燒結(jié)礦中最佳的Al2O3/，Al2O3起著提高SFCA異分熔點的作用。②SiO2配入量 結(jié)果表明, 在CaO含量一定、堿度足夠高的情況下, SiO2對鐵酸鈣的生成量無明顯影響, 但對鐵酸鈣的形態(tài)起著決定性作用。溫度升到1250℃, 鐵酸鈣含量在燒結(jié)礦中達到7580%, 基本都形成針狀, 這時低溫熔渣消失, %, 針狀SFCA充分形成。A 針狀鐵酸鈣的形成機理對11501300℃不同燒結(jié)溫度下的燒結(jié)小餅的試驗表明, 針狀SFCA形成是一個固一液反應(yīng)過程。并普遍為針狀。在燃燒帶, 碳激烈燃燒奪氧, 燃料也基本消失, 自由固態(tài)脈石消失, 鐵氧化物仍主要以磁鐵礦存在, 鐵酸鈣少量, 一部分固溶進入磁鐵礦中, 一部分生成硅酸二鈣, 一部分生成鐵酸鈣, 另一部分進入玻璃相中。燒結(jié)過程是復(fù)雜的多相反應(yīng), 它從固相反應(yīng)開始。在用包頭磁精粉燒結(jié)溶劑性燒結(jié)礦時，液相中含有CaF2，因此燒結(jié)礦的粘結(jié)相主要為槍晶石（3CaO?2SiO2?2CaF2）、玻璃質(zhì)及少量螢石、鐵酸一鈣、鐵酸半鈣和稀土礦物[1]。本系中有一個穩(wěn)定化合物2CaO?Fe2O3，熔點為1449℃，兩個不穩(wěn)定化合物：CaOFe2O3 和CaO2Fe2O3，前者熔點為1215℃，后者在11551225℃時穩(wěn)定，在1155℃時分解為CaOFe2O3和Fe2O3 。本系有一個穩(wěn)定的低熔點化合物鐵橄欖石，熔點為1205℃它是非熔劑性燒結(jié)礦的主要固結(jié)相。在燒結(jié)過程中，由于燃料的燃燒產(chǎn)生高溫廢氣加熱了燒結(jié)料，這為固相反應(yīng)的進行創(chuàng)造了條件。燒結(jié)生產(chǎn)的工藝流程如圖下所示。在燒結(jié)料中加入一定量的白云石，使燒結(jié)礦含有適當?shù)腗gO，對燒結(jié)過程有良好的作用，可以提高燒結(jié)礦的質(zhì)量。利用燒結(jié)熟料煉鐵對于提高高爐利用系數(shù)、降低焦比、提高高爐透氣性保證高爐運行均有一定意義。燒結(jié)原料組分多、賦存狀態(tài)復(fù)雜、復(fù)合鐵酸鈣生成影響因素多，使得包鋼高堿度燒結(jié)礦在復(fù)合鐵酸鈣的含量、性質(zhì)、化學成分、形貌和分布狀況等方面均呈現(xiàn)出與普通高堿度燒結(jié)礦不同的特點。但是，隨著燒結(jié)礦鐵品位提高和SiO2 含量下降