铁矿石烧结过程中的润湿行为研究

发布时间：2020-04-05 05:35

【摘要】：目前,高炉工艺在我国钢铁生产过程中占据着绝对的主导地位,并且大多数高炉采用的是烧结矿配加少量球团矿的炉料结构。因此,保证烧结矿的质量是保证高炉顺利运行,生产高质量铁水的重要基础。自上世纪60年代兴起后,铁酸钙系烧结理论逐渐成为烧结工艺的主流理论,对烧结工艺的发展起到了重要推动作用。作为熔剂性结矿的主要粘结相,铁酸钙系熔体的结构和性能对烧结矿的质量有着决定性的作用。近年来,我国钢铁企业普遍面临着产能过剩导致的产品利润下跌、环境保护和污染物排放政策的不断严厉、国内外企业的残酷竞争等方面的压力。使得钢铁企业积极利用低品位的原料进行生产,同时各种含铁的工业物料也被广泛利用。复杂的原料结构使得烧结混合料的化学成分、粒度组成等波动频繁,从而影响到烧结过程中铁酸钙液相的形成、同化、结晶过程,进而影响烧结矿的质量。因此,保证烧结矿质量成为目前复杂原料条件下烧结的一大难点。本课题源于国家自然科学青年基金项目——“复杂原料对烧结过程中铁酸钙熔体的生成与结晶行为影响研究”(No.51104192)和优秀青年基金项目“矿物加工与提取冶金”(No.51522403)。旨在探索烧结过程中铁酸钙粘结相与脉石和熔剂成分间的润湿行为,加深对烧结过程液相同化和结晶行为的理解。润湿实验采用通管滴落法(改进的座滴法)测量渣液在铺展过程中表观接触角随时间的变化,同时对润湿过程中的界面微观结构和铺展机制进行了讨论。得到的主要结论如下:1)铁酸一钙系渣、铁酸二钙、铁酸半钙渣与Al_2O_3润湿时,平衡表观接触角均介于10~30o,即各渣样与Al_2O_3间的润湿性都很好。溶解是铁酸一钙系渣、铁酸二钙、铁酸半钙渣与Al_2O_3间润湿的驱动力。添加一定量的MgO或SiO_2或TiO_2可以提高铁酸一钙渣与Al_2O_3间的润湿性。2)铁酸一钙系渣与Al_2O_3润湿后,除CFM体系外,渣相可以分为三层:靠近渣基界面的是块状的Fe2O3固溶体层,并且其间生成了含Fe2O3的铝酸钙晶体;渣表面是不连续的板条状CaAl2O4晶体层;两层之间的是含Al_2O_3的铁酸钙固溶体层。CFM渣与Al_2O_3润湿后,渣的主体是含Al_2O_3、MgO的铁酸一钙固溶体。同时含Fe2O3的块状的铝酸钙(CaAl2O4)和含Al_2O_3的Fe2O3固溶体较为均匀的分布在主体相中。3)铁酸半钙与Al_2O_3润湿后,渣分为三层:表面由交错分布的块状CaAl2O4晶体、层片状Fe2O3固溶体以及棒状的Ca2(Fe,Al)2O5晶体组成;渣-基片界面处是Al_2O_3的溶解过渡层;两者之间的是大块状的Fe2O3固溶体。4)铁酸二钙与Al_2O_3润湿后,在界面处结晶形成了Al_2O_3的溶解过渡层。渣液形成了一个均匀相,渣的主体是Ca2(Fe,Al)2O5和块状Fe2O3固溶体,同时在主体相中还分布着一列列小块状或长条状的CaO·Al_2O_3晶体。5)铁酸一钙系渣与MgO润湿时,平衡表观接触角均介于4~11o,即各渣样与MgO间的润湿性都很好。铁酸半钙与MgO润湿时,表观接触角快速由14.5o减小到8.6o后持续缓慢的减小,体系最终没有达到润湿平衡。铁酸二钙与MgO润湿时,渣熔化后迅速扩散进入基片中以至于整个过程中都没有形成渣滴。6)铁酸一钙系渣与MgO润湿时,除CFM外,铺展过程分为四个阶段:溶解驱动润湿阶段、过渡阶段、化学反应驱动润湿阶段、平衡阶段。润湿后渣相可以根据产物组成分成两层:靠近渣基界面的层I富含MgO和铁氧化物;层I外侧是由铁酸一钙和铁酸二钙交错分布组成的层II。7)铁酸半钙与MgO润湿时,大部分渣液扩散进入基片,形成一个很厚的扩散层。渣的主体由铁酸钙晶体组成,铁酸钙晶体间还有少量铁酸二钙;扩散进入基片内的铁氧化物与MgO反应生成铁镁尖晶石和一氧化物(MgO·FeO)。8)铁酸二钙与MgO润湿时,所有渣液扩散进入基片,形成一个很厚的扩散层。浓度相对较高的扩散层是以含有少量铁氧化物的MgO为基底,并有许多不规则状的铁氧化物、氧化镁、氧化钙组成的化合物嵌布其中。9)铁酸一钙系渣与SiO_2润湿时,整个过程渣与SiO_2间的表观接触角都小于40o,即渣与SiO_2的润湿性非常好。渣熔化后首先在溶解为驱动力的条件下进行铺展;接着渣液铺展宽度保持不变,渣液不断向基片内扩散导致表观接触角不断减小;最后渣液全部扩散进入基片内,润湿过程转变为渣液成分在基片内的扩散过程。润湿后,在基片内形成了前沿呈放射状的扩散层。该扩散层的主体部分为黑色硬脆相,前沿部分为很薄的灰白色的CaO·SiO_2层。10)铁酸半钙与SiO_2润湿时,渣与SiO_2基片间的表观接触角小于20o,即铁酸半钙与SiO_2间的润湿性很好。润湿过程中SiO_2是一小块一小块的溶解进入渣中。润湿后,渣表层形成一层较薄的纯SiO_2层;渣主体成分为Fe2O3、2CaO·SiO_2及SFC固溶体,同时有很多细小块状Fe2O3固溶体和块状或棒状SiO_2块分布在渣中。11)铁酸二钙与SiO_2润湿时,渣与SiO_2基片间的表观接触角小于25o,即铁酸二钙与SiO_2间的润湿性非常好。溶解是铺展过程的驱动力。润湿后,渣相表层形成了一层很薄的SiO_2层。渣的主体成分为Fe2O3、2CaO·SiO_2以及SFC固溶体。同时,渣中相对较为均匀地分布着许多“十”字形的SiO_2小块,部分SiO_2小块整齐地排成一列,部分SiO_2小块随机地分散在渣中。
【图文】：

示意图,烧结技术,镶嵌式,示意图

图 1.1 镶嵌式烧结技术示意图[3]Figure 1.1 Bed structure of the inlaying sinter technology[3]目的和内容国家自然科学基金项目“复杂原料对烧结过程中影响研究”（No. 51104192）和“矿物加工与提目的在于通过铁酸钙系熔体（铁酸半钙、铁酸一钙脉石成分以及 MgO 等熔剂成分间的润湿行为测量钙系熔体的润湿特性进行表征，并进而研究铁矿石酸钙为主的熔体与 Al2O3、MgO、SiO2等物质的润转变为复合铁酸钙过程的机理及影响因素，改善为在复杂原料条件烧结下，提高烧结铁矿石质量（CaO Fe2O3、2CaO Fe2O3、CaO 2Fe2O3）熔体与

工艺流程图,抽风烧结,工艺流程图,富矿

一方面，，钢铁行业对铁矿石的的储量和年生产量在不断减少。天然富矿矿石资源的需求。与此同时，天然富矿的矿富选后得到的精矿粉都不能直接加入高炉好的块状，则能加入高炉生产铁水，从而造块技术就是在这样的背景下应运而生的力，到目前为止，已经形成了多种铁矿粉最为广泛。粉等含铁物料中配加一定比例的燃料、熔上点火烧结。在烧结过程中，燃料燃烧产体发生软化、熔化，从而产生一定量的液相。冷却后形成质量和性能良好的块状矿。结晶来实现颗粒粘结的高温物理化学过程图。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF046.4

【参考文献】