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《重庆大学》 2018年
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B_2O_3对高炉钒钛炉料造块成矿机理影响研究

柳浩  
【摘要】:当前,我国钒钛磁铁矿利用工艺以高炉-转炉法为主导,其中高炉炉料以钒钛烧结矿和钒钛球团矿为主。钒钛磁铁精矿以二氧化钛高、三氧化二铝高、氧化镁高、粒度粗、熔点高等著称,这些特点严重制约着其在造块过程中的成矿行为和冶金性能。近年来,硼泥、硼铁精矿、硼酸等在钒钛磁铁精矿造块中的成功应用成为改善其成矿和冶金性能的有力措施。然而,含B_2O_3添加剂对于钒钛磁铁精矿造块过程的强化作用机理尚不明确,成矿强化过程需要更深入的认识。基于此,本论文围绕B_2O_3对高炉钒钛炉料在烧结、球团造块过程中的成矿机理开展工作,通过系统性研究,揭示B_2O_3在钒钛磁铁矿造块过程中的强化作用机制,明确钒钛磁铁矿粉烧结矿、球团矿微观结构变化规律及物相分布特征,阐明B_2O_3对高炉钒钛炉料冶金性能的影响本质。论文借助热力学计算软件FactSage,分析了B_2O_3的添加对钒钛炉料烧结和球团造块过后中的成矿反应、平衡物相、液相量等的影响;采用微型烧结技术,开展了B_2O_3对钒钛铁矿粉高温烧结基础特性影响的实验研究,主要包括同化性、液相生成能力、流动性、粘结相强度、断裂韧性和微观形貌等;在热力学理论分析和高温基础特性研究的基础上,开展了85.00kg级烧结杯实验、圆盘造球和钒钛球团焙烧等实验。通过上述研究内容的开展,主要得到如下结论:(1)钒钛磁铁精矿造块过程配加B_2O_3后,B_2O_3与CaO和SiO_2发生反应能够抑制2CaO·SiO_2的生成。配加B_2O_3后,钒钛炉料造块过程中的液相初始生成温度降低、液相生成量增多,钙钛矿类物相的含量明显降低。当B_2O_3的配比达到5.00%时,钒钛烧结和球团平衡物相为分别为橄榄石类、钛镁尖晶石类和橄榄石类、钛镁尖晶石类、刚玉石类、斜辉石类。(2)B_2O_3的配加有利于提高钒钛铁矿粉的同化性。随着B_2O_3加入量的逐渐增加,钒钛铁矿粉压块试样的熔化温度明显降低。钒钛铁矿粉的流动性指数随B_2O_3的加入量增加而增大。B_2O_3的加入在一定范围内有助于提高烧结试样的粘结相强度,当过量时,粘结相强度降低。B_2O_3的加入对于烧结试样的断裂韧性并无明显作用。B_2O_3的加入有利于磁铁矿及铁酸钙生成量的增加,抑制了硅酸钙、钙钛矿及赤铁矿的生成。(3)85.00kg级烧结杯试验表明:B_2O_3配加量对烧结矿机械强度的影响呈现先上升后下降的趋势,极值点为3.0%,转鼓强度为58.00%;配加B_2O_3后钒钛烧结矿的低温还原粉化得到明显改善,但配加比例超过1.00%以后,改善幅度有限;B_2O_3可以改善钒钛烧结矿的还原度,但配加比例不宜超过1.00%,超过后还原性迅速恶化;配加B_2O_3后钒钛烧结矿的软化开始温度、软化终了温度呈下降趋势,且软熔区间明显增大;配加B_2O_3后钒钛烧结矿的微观结构由大面积的板状结构逐渐变为面积较小的颗粒状、点状结构,分布均匀,总体气孔率变小但气孔孔径变大,裂纹裂隙减少。(4)在全钒钛铁精粉造球过程中,B_2O_3的加入不利于生球的落下强度提高,但是随着B_2O_3配加量的增加,成品球的抗压强度以及显微组织断裂韧性得到了一定程度的改善。在本实验的条件下,最佳的添加量为1.40%~1.60%之间。随着B_2O_3的配加比例升高,钒钛球团矿的还原度呈现相应的增长趋势。B_2O_3的配加有利于在球团焙烧过程中产生一定量的高温液相,增加球团内部的密实性,可降低还原粉化。B_2O_3的配加可以改善钒钛球团矿的还原膨胀性能,但是随着B_2O_3配比的不断增加,软化区间也会相应的增大。综上所述,本文系统性揭示了B_2O_3对高炉钒钛炉料造块成矿机理影响规律,为进一步改善我国钒钛磁铁矿利用率,提高钒钛炉料产质量探索了新途径。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TF046

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【参考文献】
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