铁矿粉烧结液相流动特性.pdf

27 卷 第 3 期北 京Vol.27 No.3 20056Journal of University of Scienceand TechnologyBeijingJun. 2005 收稿日期 2004–04–26 修回日期2004–08–31 基金项目国家自然科学基金资助项目No.50074005 作者简介吴胜利1956 ,男,教授,博士生导师 铁矿粉烧结基础特性 新概念 [1]中指出 铁 矿粉液相流动特性是其 烧结基础特性 中的重 要指标之一 铁矿粉的同化性 [2] 虽然表征了铁矿 粉在烧结过程中生成低熔点液相的能力 但并没 有完全反映出生成液相的流动特性 因此 仅仅 依靠铁矿粉的同化性还无法全面判断铁矿粉在 烧结过程中的固结行为和作用 烧结矿的固结主要是通过生成的液相对周 围未熔物料浸润反应粘结而完成的研究表 明 烧结矿的结构强度不仅决定于残留原矿和粘 结相的自身强度还取决于两者之间的接触程 度 合适的烧结液相流动性 可确保固液接触面 积 从而有利于获得足够的固结强度 铁矿粉液相流动特性是指在烧结过程中铁 矿粉与CaO反应生成的液相的流动能力 它表征 的是粘结相的 有效粘结范围不同种类的铁矿 粉由于自身特性的不同 在烧结过程中生成的液 相的流动特性也各不相同 因此 可以通过配矿 设计来控制烧结液相的流动性 掌握各铁矿粉的 液相流动特性对提高烧结矿的产量 质量具有重 要的意义 1实验方法 本实验采用了基于流动面积的粘度测定 法 [3] 其要点是 将要考查的试样压制成小饼 然 后根据实际烧结过程的升温曲线 将试样小饼放 入微型烧结实验装置中焙烧 实验结束后取出烧 结小饼 测定其垂直投影面积 并根据下式计算 出试样的液相流动性指数 以此确定铁矿粉液相 流动性 流动性指数 小饼流动后面积 小饼原始面积 1 液相流动性指数描述的是试样因液相流动 而呈现出的面积增长率 其数值越大 则流动性 越强 若烧结后试样未出现熔化流动 即试样面 积仍为原始面积 则其流动性指数为零 主要的实验设备是微型烧结装置 它由红外 线快速高温炉以及温控仪等设备组成 实验所使 用的铁矿粉的化学成分列于表 1 本实验以非均 质烧结矿为研究对象 考虑到存在一定数量的残 留原矿及烧结原料的偏析 故选取烧结液相的二 元碱度为 3.54.5 铁矿粉烧结液相流动特性 吴胜利杜建新马洪斌田筠清许海发 北京科技大学冶金与生态工程学院 北京100083 摘要在铁矿粉烧结过程中 铁矿粉与 CaO 反应生成的液相的流动特性 是衡量烧结混合 料能否有效粘结的重要指标之一 采用微型烧结法和基于流动面积的粘度测量法 以10种常 用进口铁矿粉为对象 研究其液相流动特性及其影响因素 分析了铁矿粉的液相流动特性对 实际烧结过程的影响 结果表明 不同种类的铁矿粉由于其自身特性的不同 所生成的液相 的流动能力及其随温度 碱度的变化规律有很大差异 关键词铁矿粉; 烧结; 液相流动特性; 优化配矿 分类号TF046.4 表1实验用铁矿粉的化学成分质量分数 Table 1 Chemical composition of iron ores for experiment 矿粉 TFeSiO2CaOAl2O3MgOTiO2SFeO 烧损 A65.703.970.030.900.030.0400.0040.200.92 B67.501.370.100.940.100.0600.0080.370.92 C65.613.470.091.580.030.0580.3000.392.22 D66.354.400.300.200.260.0200.0056.920.26 E62.603.780.052.150.080.1100.0130.142.10 F58.574.610.041.260.070.0600.0100.208.66 G57.395.080.372.580.200.1200.0090.078.66 H63.574.030.042.350.100.0660.0090.252.34 I65.403.760.041.230.090.0350.0050.410.33 J58.684.370.031.380.080.0520.0050.179.89 292 20053 2实验结果 在烧结温度为 1280 二元碱度为 4.0 的实 验条件下分别测定了 10 种进口铁矿粉的液相 流动特性图 1 给出了相应的实验结果根据液 相流动性指数的大小可以获得实验所用 10 种 铁矿粉的液相流动性从强到弱的排列顺序为 DFGAJICHEB 由实验结果可知 各种铁矿粉的烧结液相流 动特性存在明显差异 在此实验条件下D F G矿 的流动性较大 C H E 矿流动性较小 B 矿的流 动性指数为零 即在此实验条件下它没有产生流 动现象 3影响铁矿粉烧结液相流动性的 因素 烧结过程粘结相的产生主要取决于粘附粉 的物理化学变化 含有一定量CaO的铁矿石粘附 粉经历了加热 固相反应 液相生成等过程 最终 形成固结其他烧结原料的粘结相 因此 粘附粉 的液相流动性实际上包括两个方面 一方面是低 熔点液相的生成能力 另一方面是生成的液相的 流动能力 因此 影响烧结液相流动性的因素可 作如下解析 3.1 温度的影响 烧结温度的作用可概括为两个方面 其一是 确保粘附粉内进行物理化学反应的条件同时 也有加快低熔点化合物生成速度的效应其二 是提高液相的过热度 使液相的粘度降低 因此 一般情况下随着烧结温度的升高铁矿粉的 液相流动性相应地增大 图 2 给出了 4 种铁矿粉 在二元碱度为4.0时的液相流动性随温度的变化 特征 3.2 碱度的影响 图3给出了4种铁矿粉在烧结温度为1280 时的液相流动性随二元碱度的变化特征 理论分 析和实验结果均表明 铁矿粉烧结时随着 CaO 的配入 可逐渐形成低熔点化合物 在同一烧结 温度条件下铁矿粉生成的液相的过热度增大 液相的粘度降低 因此 随着二元碱度的增大 铁 矿粉的液相流动性变大 3.3 铁矿粉自身特性的影响 1 SiO2含量 一方面 SiO2是烧结液相生成 的基础 高SiO2含量的矿粉有利于烧结液相的形 成 从而增大液相的流动性 另一方面 由于SiO2 是硅酸盐网络的形成物 其含量的增加有可能伴 随液相粘度的升高 从而降低了铁矿粉的液相流 动性但是对低 SiO2矿粉而言前者占主导地 位 例如 A矿和B矿在其他性质上基本相同 但 由于B矿的SiO2含量低 因此B矿的液相流动性 相比 A 矿要小 2Al2O3含量 Al2O3属于高熔点物质 且它对 硅酸盐网络的形成有促进作用 导致液相的粘度 ABCDEFGHIJ 矿粉 图1各种铁矿粉试样液相流动性指数的比较 Fig.1 Comparison of the fluidity indexof liquid phase in ironores 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 流动性指数 1280,二元碱度4.0 3.03.504.04.5 二元碱度 图3铁矿粉的液相流动性随碱度的变化特征 Fig.3 Change of the fluidity of liquid phase in iron ores with basi- city A D G J 1280 1 2 3 4 流动性指数 127012801290130013101320 温度/ 图2铁矿粉的液相流动性随温度的变化特征 Fig.2 Change of the fluidity of liquid phase in iron ores with tem- perature 1 2 3 4 5 流动性指数 二元碱度4.0 A D G J Vol.27 No.3吴胜利等铁矿粉烧结液相流动特性293 增大 [3] 故高Al2O3含量的矿粉一般具有较低液相 流动性的倾向 例如F矿和G矿 由于F矿的Al2O3 含量较G矿为低 故F矿的液相流动性相比G 矿 稍高 3MgO 及FeO含量 MgO及FeO能形成Fe 2 和Mg 2 而Fe 2 和Mg 2是碱性物质 是硅酸盐网络 的抑制物 因而能降低液相的粘度 使液相流动 性增大 例如 D 矿 其 FeO 含量高达 6.92 MgO 含量为 0.26 在实验所用的10 种矿粉中是最高 的 并且其 Al2O3含量在实验所用的 10 种矿粉中 最低 因此 D 矿表现出很高的液相流动性 4铁矿粉的同化性 低熔点液相的生成是烧 结液相流动的基础 故铁矿粉的同化性对其液相 流动性也有重要影响 例如 I矿的最低同化温度 为1190 流动性指数为1.53 J矿的最低同化温 度为 1305 流动性指数为 1.15 可见铁矿粉的 同化性强 则意味着其与 CaO 的反应能力强 这 就为低熔点液相的生成创造了条件 确保了液相 的数量 另外 在烧结温度一定的情况下 随着液 相熔化温度的降低 液相过热度增大 有利于降 低液相的粘度 因此 一般认为同化性较强的铁 矿粉 其液相流动性亦较大 例如 I 矿和 J 矿 由 于J矿的同化性强于I矿 所以J矿的液相流动性 高于 I 矿 应当指出 铁矿粉的各项自身特性对其液相 流动性产生综合影响,目前还无法根据铁矿粉的 各项自身特性定量计算得出它的液相流动性 因 此 通过实验方法测定铁矿粉的烧结液相流动性 是必需的 4铁矿粉液相流动性对烧结过程 的影响 一般而言烧结液相流动性较高时其粘结 周围物料的范围较大 更多的未熔散料因此可以 得到粘结 从而提高烧结矿的固结强度 如果烧 结液相的流动性过低 烧结液相粘结周围物料的 能力就会下降 易导致烧结过程中部分散料得不 到有效粘结 从而使烧结矿的成品率下降 应当指出 铁矿粉的烧结液相流动性也不宜 过大 否则会产生不利的影响 一方面 在烧结过 程中 若铁矿粉的液相流动性过大 则可能影响 烧结过程的透气性 从而降低烧结生产率 另一 方面 若铁矿粉的液相流动性过大 则对周围物 料的粘结层厚度会变薄 烧结矿易形成薄壁大孔 结构 使烧结矿整体变脆 强度降低 也使烧结矿 的强度变差 由此可见 适宜的液相流动性是烧 结矿有效固结的基础 在实际烧结生产过程中 若出现由于产生的 液相量不足而导致烧结矿强度降低的情况时 例 如生产高铁分 低SiO2烧结矿 可适当配加一些 流动性较高的铁矿粉来增加烧结的液相量 从而 改善烧结矿的固结强度 反之 若烧结过程中产 生的液相量过多 例如应用褐铁矿的低成本烧结 时则可适当配加流动性较弱的铁矿粉 以改善 烧结矿的固结强度和烧结生产率 综上所述 通过对铁矿粉液相流动性的测定 和评价 有利于实际烧结生产中合理地选择铁矿 粉的种类 特别是对解决高铁分 低 SiO2烧结矿 的粘结相不足问题以及高褐铁矿配比的烧结矿 的过度熔化问题均具有重要的现实意义 5结论 1铁矿粉的液相流动特性表征了烧结粘结 相的 有效粘结范围各种铁矿粉在烧结条件下 形成的液相流动特性各不相同 可以通过测定铁 矿粉的流动性指数予以评价 2各种铁矿粉液相流动特性差异的存在 除 与烧结温度和二元碱度有关外 还与铁矿粉的自 身特性密切相关 铁矿粉的化学成分SiO2,Al2O3, FeO, MgO 以及铁矿粉的同化性是主要的影响 因素 3把握并合理运用铁矿粉的烧结液相流动 特性 有助于实现真正意义的烧结优化配矿以及 提高烧结矿的产量与质量 参 考 文 献 [1]吴胜利,刘宇 杜建新 等.铁矿石的烧结基础特性之新概 念.北京科技大学学报2002243 254 [2]吴胜利,刘宇 杜建新 等.铁矿粉与CaO同化能力的实验 研究.北京科技大学学报2002 243258 [3]WuSL KasaiE, Omori Y.Influenceof propertyof adhering lay- ers on bonding strength of granules after sinteringCAMP- ISIJ 19892 961 [4]Kasai E Wu S L, Omori Y. Influence of property of Ion ores on the coalescing phenomenon of granules during sintering. Tetsu- to-Hagane 1991,77156 [5]Dawson P R.铁矿石烧结技术的最新发展.周取定,等译. 国外钢铁19947 下转第 320 页