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粘结相对烧结矿强度的影响机理及其合理组分的探讨

李光森  
【摘要】: 烧结矿是由粘结相和铁矿物相组成的人造块矿。在烧结过程中,烧结原料中的不同矿物通过固相反应生成低熔点化合物,在高温条件下形成液相,液相冷却凝结后就形成烧结矿中的粘结相。粘结相组分约占烧结矿的30%~35%。 粘结相的成分和矿物组成取决于烧结原料的成分、烧结温度的高低(与配碳量有关)和烧结矿的冷却过程。随烧结原料不同和烧结工艺的改变,其组分和矿物组成都要发生变化。高碱度烧结矿中的粘结相以铁酸钙为主,自熔性烧结矿以硅酸盐为主。 粘结相的物性包括其流动性(液态时)、液相生成能力、润湿性和自身的强度性能。流动性影响粘结相在烧结矿中均匀分布,液相生成能力影响烧结过程中液相的生成量,润湿性影响粘结相与铁矿物间的粘结强度,粘结相自身强度直接决定着烧结矿的强度。 本文主要考察粘结相的物性对烧结矿冷态强度的影响机理,以期得到保证烧结矿具有较好强度的合理粘结相组分。 对烧结矿粘结相的组成进行EPMA分析,根据分析结果用化学试剂配制粘结相,研究粘结相组分对粘结相物性影响的规律。结果表明: (1)高碱度烧结矿中的铁酸钙粘结相 流动性试验结果表明:无杂质时,nCaO:nFe2O3=1:1时,铁酸钙粘结相的流动性最好;nCaO:nFe2O3=1:1下,粘结相中添加MgO, SiO2或Al2O3都使流动性变差。 液相生成能力试验结果表明:nCaO:nFe2O3=1:1(无杂质)时,铁酸盐粘结相的液相生成能力最好;nCaO:nFe2O3=1:1下,添加Mg0使铁酸盐粘结相的液相生成能力变差,适量的Si02和Al2O3能改善粘结相的液相生成能力。 润湿性试验结果表明:nCaO:nFe2O3=1:1(无杂质)时,铁酸盐粘结相的润湿性最好;nCaO:nFe2O3=1:1下,添加MgO, SiO2或Al2O3都使粘结相的润湿性变差。 粘结相自身的强度试验结果表明:无杂质条件下,nCaO:nFe2O3=1:2时,粘结相的抗压和抗折强度最高;nCaO:nFe2O3=1:1下,添加MgO使粘结相的抗折、抗压强度降低,适量的Si02能提高粘结相的抗折、抗压强度,Al2O3含量增加不利于提高粘结相的抗折抗压强度。 (2)自熔性烧结矿中的硅酸盐粘结相 流动性试验结果表明:当碱度(w(CaO)/w(SiO2))为1.40时,粘结相的流动性最好;碱度为1.18时,适量的MgO能改善粘结相的流动性,CaF2和FeO含量的增加,粘结相的流动性变好。 液相生成能力试验结果表明:当碱度(w(CaO)/w(SiO2))为1.18时,粘结相的液相生成能力最好;相同碱度(1.18),MgO含量为1.97%时,粘结相的液相生成能力最好;相同碱度(1.18),CaF2和FeO含量增加能改善粘结相的液相生成能力。 润湿性试验结果表明:当碱度(w(CaO)/w(SiO2))为1.18时,粘结相对Fe304的润湿性最好,添加MgO使粘结相的润湿性变差,CaF2和FeO含量增加能改善粘结相的润湿性。 粘结相自身的强度试验结果表明:当碱度为1.18时,粘结相的抗折、抗压强度最高,当碱度大于(或等于)1.40时,粘结相熔融冷却后,产生明显的粉化现象;相同碱度(1.18),添加MgO使粘结相的抗折、抗压强度降低,少量的CaF2能提高粘结相的抗折、抗压强度,FeO含量为3.86%时,粘结相的抗折、抗压强度最高。 (3)烧结试验验证 通过粘结相物性试验得到,合理的铁酸钙粘结相组分为nCaO:nFe2O3=1:1,MgO和Al2O3含量越低越好,SiO2的含量为3%;合理的硅酸盐粘结相组分为,碱度(w(CaO)/w(SiO2))1.18, w(MgO)1.97%, w(CaF2)4.42%, w(FeO)7.53%。 高碱度烧结矿的烧结试验结果表明:不同碱度(w(CaO)/w(SiO2))条件下,碱度为2.0时,烧结的成品率最高,烧结时间最短,烧结杯利用系数最高,烧结矿转鼓指数随碱度的增加而升高。在碱度(w(CaO)/w(SiO2))2.0条件下:随着MgO含量的增加,烧结矿的成品率降低,烧结时间变长,烧结杯利用系数降低,烧结矿的转鼓指数逐渐降低;随着铁精矿中Si02含量的降低,烧结时间有所延长,成品率和烧结杯利用系数略有降低,转鼓指数显著降低;随着铁精矿中Al2O3含量的增加,烧结成品率、烧结利用系数和烧结垂速都有所降低,烧结矿的转鼓指数随Al2O3含量的增加而降低。 综上所述,铁酸钙粘结相物性的研究和烧结试验结果表明,碱度大于1.8时,烧结矿的强度随碱度升高而提高,但烧结矿的TFe品位降低,因而碱度不宜过高;添加MgO和Al2O3都不利于烧结矿强度的提高;适量的SiO2是烧结过程中形成一定数量液相的前提,当铁精矿中SiO2含量低时可适当提高碱度来保证烧结过程中的液相量。通过对硅酸盐粘结相物性的研究,解释了包钢第三代烧结矿具有较好强度的原因。


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