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本文以高碱度烧结矿主要粘结相-铁酸盐为研究对象,考察了铁矿石液相烧结过程,液相的形成温度,形成速率,液相流动性,固相在液相中的溶解度以及液相在矿石颗粒间的渗透行为,以此分析影响铁矿石液相烧结的因素。
关于铁酸盐熔体的形成及流动性,研究表明当nCaO:nFe203=1:1时,铁酸盐的熔化特征温度最低,流动性最好。随着CaO与Fe2O3摩尔比的增加(nCao:nFe203=1:1.5,1:2)熔化特征温度逐渐升高,流动性逐渐降低。关于不同铁酸盐中添加SiO2和Al2O3的影响,当CF(CaO·Fe2O3)中SiO2和Al2O3含量小于4%时熔化温度将降低,且SiO2和Al2O3的存在可以促进CF熔体的形成。当nCa0:nFe203=1:1.5时,添加SiO2会缩短熔化时间,促进其熔体的形成,而添加Al2O3则会延长熔化时间,抑制熔体的形成。当nCaO:nFe203=1:2时,不同程度的添加SiO2和Al2O3都会增加CF2(CaO·2Fe2O3)的熔化特征温度,延长熔化时间,抑制CF2熔体的形成。同时添加SiO2和Al2O3都会使铁酸盐的流动性降低。在考察粉矿特性及配加CaO量对熔体形成及流动性影响的研究表明,在相同的CaO配比条件下,矿石粒度增大,使熔化温度升高,熔化时间延长,熔体形成速率降低。同时由于不同粉矿与CaO的同化反应能力不同,其形成熔体的温度及流动性有很大差别。
对于铁矿石在铁酸盐中的溶解行为,研究表明铁酸盐中添加SiO2和Al2O3抑制了铁矿石在熔体中的溶解量,其中SiO2的抑制作用要大于Al2O3的抑制作用。通过对溶解速率和溶解活化能的求解可知,随着CF中添加SiO2和Al2O3,矿石在铁酸盐中溶解速度减慢,溶解活化能增加。
本研究还考察了烧结过程中MgO熔剂对赤铁矿的扩散行为及扩散速率,以及影响熔体在矿石间渗透性的因素。在白云石与Fe2O3扩散反应中,主要以CaO和MgO扩散进入Fe2O3中为主,而Fe2O3扩散进入白云石中的量很少,在1350℃不同恒温条件下,求得MgO在Fe2O3中的平均扩散速度为17.2μm/min。在铁酸盐熔体及矿石特性对渗透行为的影响中,铁酸盐中SiO2或Al2O3含量的增加,以及矿石表面积增大,矿石中脉石(SiO2、Al2O3)含量增加,都会导致熔体对矿石的渗透性变差。
通过对铁矿石液相烧结的分析研究,考察了粘结相熔体特性、核矿石特性及粉矿成分对铁矿石烧结强度的影响。
关于粘结相熔体特性对烧结强度的影响,在以CF为粘结相时,CF中添加适当SiO2和Al2O3有利于提高烧结试样的抗压和抗折强度。但以CF2为粘结相时,随着CF2中加入SiO2和Al2O3,烧结试样的抗压和抗折强度逐渐降低。同时本文还考察了以A和B两种粉矿配加不同CaO做为粘结相对烧结强度的影响,试验表明,配加CaO量在保证粉矿具有一定流动性的前提下,较少的CaO含量有利烧结强度的提高。
关于核矿石特性对烧结强度的影响,分别考察了核矿石粒度和核矿石种类的影响。试验结果表明,在核矿石配比一定条件下(30%),随着矿石粒度的增加,烧结试样的强度有所增加。从核矿石种类对烧结强度的影响看,核矿石自身应具有一定的强度,同时还要与粘结相具有一定的结合性。
关于粉矿特性及烧结温度对烧结强度的影响,分别考察了混合粉矿的碱度、SiO2、Al2O3和MgO含量及烧结温度(1250℃~1400℃)对烧结强度的影响。试验结果表明,粉矿的适宜碱度为2.0,粉矿中SiO2和Al2O3含量不宜超过6%和2.5%。关于MgO和烧结温度对烧结强度都有不利的影响。由试验结果得出MgO对烧结强度有不利影响;另外,适宜的烧结温度应低于1350℃。
通过系统地考察影响铁矿石液相烧结及烧结强度的因素,可以更系统全面的了解烧结过程中液相的形成及发展,以及定量化分析铁矿石烧结强度的影响因素。为烧结生产过程中合理地发展液相,提高烧结强度具有一定的理论指导意义。