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Al₂O₃、SiO₂对铁矿烧结的影响及其机理的研究

作　者: 胡林
导　师: 范晓慧
学　校: 中南大学
专　业: 钢铁冶金
关键词: 铁矿烧结 Al2O3 SiO2 转鼓强度低温还原粉化性
分类号: TF046.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来,随着高铝低硅进口铁矿在国内烧结生产中的广泛应用,烧结矿逐渐呈现Al2O3含量提高的趋势,对烧结矿产量、质量和冶金性能具有不利的影响。因此,系统研究A12O3、SiO2影响烧结过程的规律,揭示其影响的机理,对于高铝烧结技术和高铁低硅烧结技术的发展具有重要的指导意义。本文利用配矿和配加试剂两种形式研究了Al2O3和SiO2含量对烧结矿产质量和冶金性能的影响。研究表明,烧结矿其他成分不变的情况下,Al2O3含量在1.0%至1.8%的范围内,SiO2含量在4.0%至4.8%的范围内转鼓强度与利用系数变化不大,Al2O3含量超过1.8%或SiO2含量超过4.8%时烧结矿产量、质量明显恶化；低温还原粉化性(RDI+3.15)随Al2O3含量提高呈下降趋势,在SiO2含量5.32%时达到极小值。通过矿相鉴定和能谱分析研究了不同Al2O3和SiO2含量烧结矿的矿物组成和显微结构,并揭示了Al、Si、Ca等元素的分布以及原料成分变化时元素分布的变迁。研究表明,烧结矿Al2O3含量提高时,伴随着铁酸钙含量的大幅增长,磁铁矿和硅酸盐比例下降,同时铁酸钙主要结构由针柱状向板片状发展,磁铁矿中连晶形式大量发展,增加的Al几乎全部进入铁酸钙,同时Ca、Si元素也逐渐在铁酸钙中富集；烧结矿SiO2含量提高时,铁酸钙总量降幅明显,其中针柱状和板片状结构均不同程度减少,而磁铁矿和硅酸盐均显著增加,磁铁矿连晶和硅酸盐玻璃相得到发展,Si、Ca等元素主要在硅酸盐中富集。通过研究混合料液相生成特性、铁酸钙性质以及还原过程烧结矿裂纹萌生与扩展情况,揭示了不同Al2O3、SiO2含量条件烧结矿成矿过程特点和主要矿物性质。研究表明,随着Al2O3和SiO2含量的增加,混合料液相生成温度和熔化温度区间上升,液相生成量和平均生成速度减少；不同结构铁酸钙的强度由高到低的顺序为：针状>柱状>粒状>板状；板状和粒状铁酸钙液相生成温度相对较高,熔化温度区间小,而针柱状铁酸钙的液相生成量和平均生成速度较高；再生赤铁矿是导致还原过程中裂纹萌生成的主要结构,板片状铁酸钙、玻璃相和大孔抵御裂纹扩展能力较差,是促进裂纹发展的关键结构,而针状铁酸钙和大片硅酸盐结构强度较高,对抵御裂纹扩展有利。Al2O3含量较高时,虽然矿物组成中铁酸钙总量的增加对烧结矿质量有利,但强度较差的板片状铁酸钙和连晶磁铁矿结构的大量发展导致了最终烧结矿强度的下降和低温还原粉化性的恶化；而SiO2含量提高对烧结矿强度和低温还原粉化的影响是多种矿物含量和结构变化的共同结果,总体上铁酸钙总量降低和其中针状结构的减少、玻璃相增加、磁铁矿连晶发展等不利因素得到更为明显的体现,但高SiO2含量条件下板状铁酸钙比例的显著下降改善了烧结矿低温还原粉化性。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章文献综述  10-21
  1.1 我国钢铁工业的发展  10-11
  1.2 烧结原料条件的变化  11-13
  1.3 Al_2O_3影响烧结过程的研究现状  13-18
    1.3.1 Al_2O_3对成矿过程的影响  13-14
    1.3.2 Al_2O_3对矿相结构的影响  14-16
    1.3.3 Al_2O_3对烧结过程的影响  16-17
    1.3.4 Al_2O_3对冶金性能的影响  17-18
  1.4 SiO_2影响烧结过程的研究现状  18-20
    1.4.1 SiO_2对成矿过程的影响  18
    1.4.2 SiO_2对矿相结构的影响  18-19
    1.4.3 SiO_2对烧结过程的影响  19
    1.4.4 SiO_2对冶金性能的影响  19-20
  1.5 本研究的目的与意义  20-21
第二章原料性能与研究方法  21-32
  2.1 原料性能  21-27
    2.1.1 铁矿石  21-26
    2.1.2 熔剂、燃料和返矿  26-27
    2.1.3 化学试剂  27
  2.2 研究方法  27-32
    2.2.1 烧结杯试验  27-28
    2.2.2 矿相鉴定与能谱分析  28
    2.2.3 成矿特性研究  28-30
    2.2.4 矿物强度检测  30-32
第三章 Al_2O_3、SiO_2对烧结矿产量、质量的影响  32-39
  3.1 配矿烧结  32-35
    3.1.1 Al_2O_3含量的影响  32-33
    3.1.2 SiO_2含量的影响  33-35
  3.2 配加试剂烧结  35-37
    3.2.1 Al_2O_3含量的影响  35
    3.2.2 SiO_2含量的影响  35-37
  3.3 冶金性能  37-38
  3.4 本章小结  38-39
第四章 Al_2O_3、SiO_2对矿物组成与显微结构的影响  39-54
  4.1 Al_2O_3对矿物组成与显微结构的影响  39-46
    4.1.1 对铁酸钙的影响  39-41
    4.1.2 对磁铁矿的影响  41-43
    4.1.3 对赤铁矿的影响  43-44
    4.1.4 对硅酸盐的影响  44
    4.1.5 对元素分布的影响  44-46
  4.2 SiO_2对矿物组成与显微结构的影响  46-52
    4.2.1 对铁酸钙的影响  47-48
    4.2.2 对磁铁矿的影响  48-49
    4.2.3 对赤铁矿的影响  49-51
    4.2.4 对硅酸盐的影响  51-52
    4.2.5 对元素分布的影响  52
  4.3 本章小结  52-54
第五章 Al_2O_3、SiO_2影响烧结过程的机理  54-72
  5.1 Al_2O_3、SiO_2对液相生成特性的影响  54-58
    5.1.1 Al_2O_3含量对液相生成特性的影响  54-55
    5.1.2 SiO_2含量对液相生成特性的影响  55-56
    5.1.3 Al_2O_3和SiO_2对液相生成特性的影响  56-58
  5.2 不同铁酸钙结构与其强度和液相生成特性的关系  58-62
    5.2.1 不同铁酸钙结构与其成分的关系  58
    5.2.2 不同铁酸钙结构与其强度的关系  58-61
    5.2.3 不同铁酸钙结构与其液相生成特性的关系  61-62
  5.3 不同矿物还原前后的裂纹变化  62-68
    5.3.1 铁酸钙对裂纹萌生与扩展的影响  62-64
    5.3.2 赤铁矿对裂纹萌生与扩展的影响  64-65
    5.3.3 硅酸盐对裂纹萌生与扩展的影响  65-66
    5.3.4 孔洞对裂纹萌生与扩展的影响  66-67
    5.3.5 不同矿物或结构边界对裂纹萌生与扩展的影响  67-68
  5.4 Al_2O_3和SiO_2影响烧结矿强度和低温还原粉化性的机理分析  68-71
    5.4.1 Al_2O_3影响烧结矿强度和低温还原粉化性的机理分析  68-69
    5.4.2 SiO_2影响烧结矿强度和低温还原粉化性的机理分析  69-71
  5.5 本章小结  71-72
第六章结论  72-74
参考文献  74-78
致谢  78-79
攻读硕士学位期间的主要研究成果  79-80

Al2O3、SiO2对铁矿烧结的影响及其机理的研究

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