论文部分内容阅读
随着环保政策和供给侧结构性改革的实施,低成本高炉炼铁是众多钢铁企业追求的目标,炉料结构的合理配置是降低炼铁成本最有效的办法之一。高碱度烧结矿搭配酸性球团矿是我国高炉普遍采用的炉料结构,随着球团矿入炉比例的提高,酸性球团矿已经不能满足高炉生产的需求,因此发展熔剂性球团显得尤为重要。熔剂性球团的还原膨胀性能是影响球团入炉比例的关键,而脉石成分则是影响球团还原膨胀性能的关键。因此,研究脉石成分对球团还原膨胀交互作用的影响,进而探讨其膨胀机理具有重要意义。本文首先对含有不同脉石成分的赤铁矿球团的焙烧过程进行理论分析,在此基础上,实验采用分析纯试剂压制赤铁矿球团,探究脉石成分（CaO、MgO、SiO2、Al2O3）以及碱度（CaO/SiO2）对球团还原膨胀交互作用的影响,进而探究球团还原膨胀的机理。得出的主要结论如下:FactSage热力学分析结果表明,球团中含有CaO时需要选择适宜的焙烧温度,保证球团矿再结晶温度的同时,应考虑到液相生成量和生成温度;含MgO和Al2O3的球团焙烧时生成镁铝尖晶石等高熔点物质,因此需要适当提高焙烧温度;对于不同碱度的球团,当球团碱度为0.2-0.6时,球团中主要矿物组成为液相,Fe2O3和少量的尖晶石。当球团碱度由0.6提高到1.0时,球团中没有液相产生,其主要矿物组成为钙铁橄榄石,Fe2O3和黄长石。不同脉石成分以及碱度对球团还原膨胀的影响不同。对于添加单种脉石的球团来说,当还原时间为60min时,纯赤铁矿球团的膨胀率在18.0%左右;球团中CaO含量由0.25%增加到2.00%时,球团膨胀率由40.82%增加到60.24%;球团中MgO含量由0.25%增加到2.00%时,球团膨胀率呈现先增加后降低的趋势,但球团的最大膨胀率仅为16.85%;随着球团中SiO2和Al2O3含量的增加,球团膨胀率保持在4.0%-11.0%之间;由此表明,CaO能够促进球团的还原膨胀,相反MgO、SiO2和Al2O3能够抑制球团的还原膨胀;对于不同碱度的球团来说,随着球团碱度的增大,其膨胀率呈现先增加后降低的趋势;当碱度为0.2-0.8时,球团的膨胀率呈线性增加,当碱度为0.8-1.2时,球团的膨胀率缓慢降低。通过扫描电镜观察球团还原后的表面微观结构,发现不同脉石成分以及碱度的球团还原后金属铁析出的形式不同:对于添加单种脉石的球团来说,CaO球团表面全部以铁晶须的形式存在,MgO和SiO2球团表面以颗粒状的金属铁和少量的铁晶须的形式存在,Al2O3球团表面全部以颗粒状的金属铁的形式存在;对于不同碱度的球团来说,随着球团碱度的增加,球团矿表面的金属铁由颗粒状的金属铁层逐渐转变为铁晶须状。球团的还原膨胀与球团孔隙率,矿相结构和金属铁的析出形貌有关。1)CaO促进球团膨胀的原因为:一是CaO球团焙烧过程中生成铁酸钙液相,同时导致球团孔隙率增大,还原过程中气固反应接触面积增大,有利于提高球团的还原度;二是CaO球团在还原过程中,球团表面的金属铁全部以铁晶须的形式存在。随着CaO含量的增加,铁晶须数量增多且晶须长度变长。铁晶须在生长过程中存在各向异性,不同形态的铁晶须在球团矿中占据不同的空间,导致球团孔隙率增大,球团体积膨胀率增加。2)MgO,SiO2和Al2O3抑制球团膨胀的原因为:一是球团焙烧过程中生成尖晶石,SiO2和Al2O3等还原性差的物质,且球团的孔隙率均小于纯赤铁矿球团,还原过程中气固反应接触面积小,导致球团的还原度降低;二是球团还原过程中金属铁以颗粒状的铁层的形式存在,基本没有铁晶须产生,球团结构致密且孔隙率小,使得球团的体积膨胀率降低。