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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

作　者: 李光森
导　师: 沈峰满
学　校: 东北大学
专　业: 钢铁冶金
关键词: 烧结矿粘结相流动性液相生成能力润湿性抗折抗压强度成品率烧结杯利用系数转鼓强度
分类号: TF046.4
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  5-8
ABSTRACT  8-11
目录  11-15
第一章绪论  15-38
  1.1 烧结过程基本理论和工艺  15-20
    1.1.1 烧结过程及烧结生产的意义  15
    1.1.2 烧结料层中的物理变化及化学反应  15-17
    1.1.3 烧结过程中的固相反应  17-18
    1.1.4 烧结过程中的液相  18-20
  1.2 烧结矿的矿物组成及结构  20-23
    1.2.1 烧结矿的矿物组成  20
    1.2.2 烧结矿的结构  20-21
    1.2.3 矿物组成和结构对烧结矿质量的影响  21-23
  1.3 烧结矿中粘结相的物理特性  23-33
    1.3.1 粘度  23-26
    1.3.2 表面张力  26-30
    1.3.3 熔化特性  30-31
    1.3.4 润湿性  31-32
    1.3.5 其它物理性质  32-33
  1.4 包钢含氟烧结矿的研究  33-36
    1.4.1 含氟铁精矿的特性  33
    1.4.2 含氟烧结矿的矿物组成和结构  33-35
    1.4.3 包钢第三代自熔性烧结矿发展历程  35-36
  1.5 课题的提出及研究内容  36-37
  1.6 本论文的主要创新点  37-38
第二章烧结矿中粘结相组分分析  38-44
  2.1 普通高碱度烧结矿中粘结相组分  38-40
  2.2 包钢第三代烧结矿中粘结相组分  40-42
  2.3 小结  42-44
第三章粘结相组分对流动性影响的研究  44-63
  3.1 试验原料及粘结相的配制  44-45
  3.2 粘结相的流动性测定方法  45-52
    3.2.1 铁酸钙粘结相流动性的测定  45-46
    3.2.2 硅酸盐粘结相流动性的测定  46-51
    3.2.3 流动性的重现性  51-52
  3.3 粘结相的流动性试验结果及分析  52-62
    3.3.1 铁酸钙粘结相的流动性  52-55
    3.3.2 硅酸盐粘结相的流动性  55-62
  3.4 粘结相流动性小结  62-63
第四章粘结相组分对液相生成能力影响的研究  63-78
  4.1 粘结相液相生成能力的测定方法  63-66
    4.1.1 试验设备  63
    4.1.2 特征熔化温度和熔化时间的定义  63-64
    4.1.3 试验方法  64-66
    4.1.4 试验步骤  66
    4.1.5 液相生成能力的重现性  66
  4.2 粘结相的液相生成能力试验结果及分析  66-77
    4.2.1 铁酸钙粘结相的液相生成能力  66-71
    4.2.2 硅酸盐粘结相的液相生成能力  71-77
  4.3 液相生成能力小结  77-78
第五章粘结相组分对润湿性影响的研究  78-87
  5.1 粘结相润湿性的测定方法  78-80
    5.1.1 试验设备及测定方法  78
    5.1.2 试样与垫片的制备  78-79
    5.1.3 试验步骤  79-80
    5.1.4 润湿性的重现性  80
  5.2 粘结相的润湿性试验结果及分析  80-86
    5.2.1 铁酸钙粘结相的润湿性  80-83
    5.2.2 硅酸盐粘结相的润湿性  83-86
  5.3 润湿性小结  86-87
第六章粘结相组分对自身强度影响的研究  87-102
  6.1 粘结相自身强度的测定方法  87-89
    6.1.1 试验设备  87-88
    6.1.2 测抗折抗压强度试样制备  88-89
    6.1.3 试验步骤  89
    6.1.4 粘结相自身强度的重现性  89
  6.2 粘结相的自身强度试验结果及分析  89-101
    6.2.1 铁酸钙粘结相的自身强度  89-96
    6.2.2 硅酸盐粘结相的自身强度  96-101
  6.3 自身强度小结  101-102
第七章合理粘结相的组分及烧结试验验证  102-113
  7.1 普通高碱度烧结矿  102-109
    7.1.1 合理的铁酸钙粘结相组分  102
    7.1.2 高碱度烧结矿烧结杯试验  102-105
    7.1.3 试验结果及分析  105-109
  7.2 含氟自熔性烧结矿  109-110
    7.2.1 合理的硅酸盐粘结相组分  109-110
    7.2.2 包钢自熔性烧结矿生产实践  110
  7.3 小结  110-111
  7.4 未来展望  111-113
第八章结论  113-116
参考文献  116-124
致谢  124-125
攻读博士学位期间所发表的学术论文  125-128
作者简介  128-129
论文包含图、表、公式及文献  129

粘结相对烧结矿强度的影响机理及其合理组分的探讨

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