鐵礦石燒結過程中的潤濕行為研究.pdf

1、目前，高爐工藝在我國鋼鐵生產過程中占據著絕對的主導地位，并且大多數高爐采用的是燒結礦配加少量球團礦的爐料結構。因此，保證燒結礦的質量是保證高爐順利運行，生產高質量鐵水的重要基礎。自上世紀60年代興起后，鐵酸鈣系燒結理論逐漸成為燒結工藝的主流理論，對燒結工藝的發(fā)展起到了重要推動作用。作為熔劑性結礦的主要粘結相，鐵酸鈣系熔體的結構和性能對燒結礦的質量有著決定性的作用。近年來，我國鋼鐵企業(yè)普遍面臨著產能過剩導致的產品利潤下跌、環(huán)境保護和污染物

2、排放政策的不斷嚴厲、國內外企業(yè)的殘酷競爭等方面的壓力。使得鋼鐵企業(yè)積極利用低品位的原料進行生產，同時各種含鐵的工業(yè)物料也被廣泛利用。復雜的原料結構使得燒結混合料的化學成分、粒度組成等波動頻繁，從而影響到燒結過程中鐵酸鈣液相的形成、同化、結晶過程，進而影響燒結礦的質量。因此，保證燒結礦質量成為目前復雜原料條件下燒結的一大難點。
　　本研究主要內容包括：⑴鐵酸一鈣系渣、鐵酸二鈣、鐵酸半鈣渣與Al2O3潤濕時，平衡表觀接觸角均介于10~

3、30o，即各渣樣與Al2O3間的潤濕性都很好。溶解是鐵酸一鈣系渣、鐵酸二鈣、鐵酸半鈣渣與Al2O3間潤濕的驅動力。添加一定量的MgO或SiO2或TiO2可以提高鐵酸一鈣渣與Al2O3間的潤濕性。⑵鐵酸一鈣系渣與Al2O3潤濕后，除CFM體系外，渣相可以分為三層：靠近渣基界面的是塊狀的Fe2O3固溶體層，并且其間生成了含Fe2O3的鋁酸鈣晶體；渣表面是不連續(xù)的板條狀 CaAl2O4晶體層；兩層之間的是含 Al2O3的鐵酸鈣固溶體層。CFM

4、渣與Al2O3潤濕后，渣的主體是含Al2O3、MgO的鐵酸一鈣固溶體。同時含Fe2O3的塊狀的鋁酸鈣（CaAl2O4）和含Al2O3的Fe2O3固溶體較為均勻的分布在主體相中。⑶鐵酸半鈣與Al2O3潤濕后，渣分為三層：表面由交錯分布的塊狀 CaAl2O4晶體、層片狀Fe2O3固溶體以及棒狀的Ca2(Fe,Al)2O5晶體組成；渣-基片界面處是Al2O3的溶解過渡層；兩者之間的是大塊狀的Fe2O3固溶體。⑷鐵酸二鈣與Al2O3潤濕后，在界

5、面處結晶形成了 Al2O3的溶解過渡層。渣液形成了一個均勻相，渣的主體是Ca2(Fe,Al)2O5和塊狀Fe2O3固溶體，同時在主體相中還分布著一列列小塊狀或長條狀的CaO·Al2O3晶體。⑸鐵酸一鈣系渣與MgO潤濕時，平衡表觀接觸角均介于4~11o，即各渣樣與MgO間的潤濕性都很好。鐵酸半鈣與MgO潤濕時，表觀接觸角快速由14.5o減小到8.6o后持續(xù)緩慢的減小，體系最終沒有達到潤濕平衡。鐵酸二鈣與MgO潤濕時，渣熔化后迅速擴散進入基

6、片中以至于整個過程中都沒有形成渣滴。⑹鐵酸一鈣系渣與MgO潤濕時，除CFM外，鋪展過程分為四個階段：溶解驅動潤濕階段、過渡階段、化學反應驅動潤濕階段、平衡階段。潤濕后渣相可以根據產物組成分成兩層：靠近渣基界面的層I富含MgO和鐵氧化物；層I外側是由鐵酸一鈣和鐵酸二鈣交錯分布組成的層II。⑺鐵酸半鈣與 MgO潤濕時，大部分渣液擴散進入基片，形成一個很厚的擴散層。渣的主體由鐵酸鈣晶體組成，鐵酸鈣晶體間還有少量鐵酸二鈣；擴散進入基片內的鐵氧化

7、物與MgO反應生成鐵鎂尖晶石和一氧化物(MgO·FeO)。⑻鐵酸二鈣與MgO潤濕時，所有渣液擴散進入基片，形成一個很厚的擴散層。濃度相對較高的擴散層是以含有少量鐵氧化物的MgO為基底，并有許多不規(guī)則狀的鐵氧化物、氧化鎂、氧化鈣組成的化合物嵌布其中。⑼鐵酸一鈣系渣與 SiO2潤濕時，整個過程渣與 SiO2間的表觀接觸角都小于40o，即渣與SiO2的潤濕性非常好。渣熔化后首先在溶解為驅動力的條件下進行鋪展；接著渣液鋪展寬度保持不變，渣液不斷

8、向基片內擴散導致表觀接觸角不斷減??；最后渣液全部擴散進入基片內，潤濕過程轉變?yōu)樵撼煞衷诨瑑鹊臄U散過程。潤濕后，在基片內形成了前沿呈放射狀的擴散層。該擴散層的主體部分為黑色硬脆相，前沿部分為很薄的灰白色的CaO·SiO2層。⑽鐵酸半鈣與SiO2潤濕時，渣與SiO2基片間的表觀接觸角小于20o，即鐵酸半鈣與SiO2間的潤濕性很好。潤濕過程中SiO2是一小塊一小塊的溶解進入渣中。潤濕后，渣表層形成一層較薄的純SiO2層；渣主體成分為Fe2

9、O3、2CaO·SiO2及SFC固溶體，同時有很多細小塊狀Fe2O3固溶體和塊狀或棒狀SiO2塊分布在渣中。⑾鐵酸二鈣與SiO2潤濕時，渣與SiO2基片間的表觀接觸角小于25o，即鐵酸二鈣與SiO2間的潤濕性非常好。溶解是鋪展過程的驅動力。潤濕后，渣相表層形成了一層很薄的SiO2層。渣的主體成分為Fe2O3、2CaO·SiO2以及SFC固溶體。同時，渣中相對較為均勻地分布著許多“十”字形的SiO2小塊，部分SiO2小塊整齊地排成一列，部