燒結(jié)溫度對復(fù)合鐵酸鈣生成的影響06級冶金2班王雨蒙，指導(dǎo)老師羅果萍（內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院冶金工程06-2班，內(nèi)蒙古包頭）摘要：本文以確定燒結(jié)溫度對白云鄂博特殊礦燒結(jié)復(fù)合鐵酸鈣生成的影響規(guī)律為目標(biāo)，采用微型紅外線燒結(jié)爐進(jìn)行燒結(jié)試樣復(fù)合鐵酸鈣生成的實驗研究，并對燒結(jié)試樣進(jìn)行顯微礦相觀察，確定燒結(jié)溫度對燒結(jié)試樣組成、結(jié)構(gòu)及復(fù)合鐵酸鈣生成的影響，揭示其對燒結(jié)礦強度影響的原因。本次實驗以鉀長石和純化學(xué)試劑CaO、FeO為原料配制燒結(jié)混合料，結(jié)果表明，隨著燒結(jié)溫度的升高，燒結(jié)試樣玻璃相增多、孔隙率增大、赤鐵礦減少，赤鐵礦分解為磁鐵礦的趨勢增加。本實驗條件下，1240°C時燒結(jié)礦強度最高。由此看出，適宜的燒結(jié)溫度對提高燒結(jié)試樣的強度是有利的。本文對包鋼實際燒結(jié)生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：白云鄂博特殊礦；燒結(jié)溫度；復(fù)合鐵酸鈣；實驗研究Abstract：Adoptingminiatureinfraredsinteringfurnacesinteringofcompositecalciumferratesampleexperimentalstudyandsinteredspecimenswithmicroscopicobservationofmine，Thispaperistodeterminethesinteringtemperature'sinfluenceontheBaiyunebosinteringspecialformationofcalciumcomplexofironlawsandthecompositionofthesamplesinteringtemperature，structureandcompoundformationofcalciumferrite，torevealthereasonsofitsinfluenceonthesinterstrength．WithK-feldsparandpurechemicalreagentCaO，F(xiàn)e2O3astherawmaterialstoconfectsinteringmixture，Theresultsshowedthatwiththesinteringtemperaturerising，sinteredglasssamplesandtheporosityincreased，hematitereduced，thetrendtowardshematitedecomposedintomagnetitewasgrowing．Undertheexperimentalconditions，at1240C，thesinterstrengthwasthehighest．Thusitcanbeseethattheappropriatesinteringtemperatureonimprovingthestrengthofsinteredsamplesisadvantageous．ThispaperhassomeguidanceontheactualBaogangsintering．Keywords:SpecialBaiyuneboore；sinteringtemperature；compoundcalciumferrite；experimentalstudy引言高堿度燒結(jié)礦因具有較高的強度和良好的冶金性能而成為高爐煉鐵的主要含鐵原料，其質(zhì)量的好壞直接影響高爐煉鐵的經(jīng)濟和技術(shù)指標(biāo)。復(fù)合鐵酸鈣（SFCA）是高堿度燒結(jié)礦的主要粘結(jié)相，在燒結(jié)粘結(jié)相中復(fù)合鐵酸鈣粘結(jié)相的性能是最優(yōu)的。因此研究燒結(jié)過程中影響復(fù)合鐵酸鈣生成的因素是十分必要的，本文作者主要研究燒結(jié)溫度對復(fù)合鐵酸鈣生成的影響。第一章文獻(xiàn)綜述武鋼燒結(jié)廠高堿度燒結(jié)礦理論研究結(jié)果[1]:當(dāng)燒結(jié)溫度為1250?1280°C時，有30%?40%的鐵酸鈣生成，形成交織結(jié)構(gòu)，強度最好。在巴西礦作為原料，研究燒結(jié)溫度對鐵酸鈣含量的影響中發(fā)現(xiàn)[2]:當(dāng)燒結(jié)溫度升高到1250?1280C時生成40%?60%的鐵酸鈣，形成針狀交織結(jié)構(gòu)，強度最高；在對本溪南芬高純磁鐵精礦鐵酸鈣生成特性的研究中發(fā)現(xiàn)[3]:磁鐵礦SFCA形成的最佳溫度區(qū)間為1230?1250C。在對釩鈦燒結(jié)礦鐵酸鈣生成特性的研究中發(fā)現(xiàn)[4]:適宜的燒結(jié)溫度以1250C?1270C較佳。第二章燒結(jié)溫度對燒結(jié)試樣組成、結(jié)構(gòu)及復(fù)合鐵酸鈣生成的影響的實驗研究2.1實驗用燒結(jié)試樣的化學(xué)成分以KAlSiO、CaO、FeO純化學(xué)試劑為原料配制燒結(jié)混合料，在堿度為2.0、鉀長石中AlO/SiO38 23 23 2為0.28、FeO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%的條件下，進(jìn)行不同溫度（1200C、1240C、1280C、1320C）下鐵酸鈣的生成實驗。燒結(jié)試樣的化學(xué)成分如表2.1所示。表2.1燒結(jié)試樣的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）試樣編號FeOCaOSiO2AlO23KO2￡溫度183.989.044.521.271.191001200C283.989.044.521.271.191001240C383.989.044.521.271.191001280C483.989.044.521.271.191001320C2.2燒結(jié)試樣鐵酸鈣生成特性的實驗研究本實驗采用微型燒結(jié)法、顯微礦相觀察法進(jìn)行研究。將試驗所需鐵礦粉在110C的烘箱內(nèi)干燥3h,冷卻后研磨成小于100目的粉狀，用精確到萬分之一的電子天平稱重后采用“干粉壓制法”壓制成小餅,放入高溫實驗裝置中根據(jù)設(shè)定升溫曲線和實驗氣氛進(jìn)行焙燒。對燒結(jié)后的小餅試樣進(jìn)行磨樣，并在礦相顯微鏡下觀察試樣的SFCA生成情況及礦物結(jié)構(gòu)等。2.3實驗結(jié)果及分析1.不同溫度條件下燒結(jié)試樣的組成和結(jié)構(gòu)實驗通過對燒結(jié)試樣進(jìn)行顯微礦相觀察，鑒定了燒結(jié)試樣的礦物組成和顯微結(jié)構(gòu)。如表2.2及圖2.1、2.2、2.3、2.4所示。

表2.2燒結(jié)試樣的礦物組成(T=1200°C,1240°C,1280°C,1320°C,R=2.0)試樣編號赤鐵礦磁鐵礦玻璃相孔隙其他（很少）Co八Co八Co八Co八Co八(%)(%)(%)(%)(%)1451540殘余熔劑2252550殘余熔劑3252550殘余熔劑410102060殘余熔劑圖2.11?4號試樣（從上開始逆時針排列）的宏觀形貌圖2.21200C時的礦相顯微結(jié)構(gòu)1號試樣礦相特征：由赤鐵礦和玻璃相構(gòu)成的多孔粒狀結(jié)構(gòu)。赤鐵礦約占45%（V/V）,呈它形粒狀，晶粒一般小于5pm；玻璃相約占15%，填充在赤鐵礦晶粒間，經(jīng)常可見長石類礦物殘留在玻璃相中；孔隙約占40%，呈不規(guī)則形和近圓形，一般小于100|Jm,分布均勻。局部可見晶粒巨大的石英殘

留。圖2.31240°C時的礦相顯微結(jié)構(gòu)2號試樣礦相特征：由赤鐵礦和玻璃相構(gòu)成的多孔粒狀結(jié)構(gòu)。赤鐵礦約占25%，呈它形粒狀，晶粒一般小于10pm；玻璃相約占25%，非常均勻的填充在赤鐵礦晶粒間，能很好的將周圍的燒結(jié)料粘結(jié)起來，偶爾可見長石類礦物殘留在玻璃相中；孔隙約占50%，呈近圓形和不規(guī)則形，大小懸殊，小的一般小于100pm,大的可達(dá)lOOOpm,分布均勻?；緵]有石英殘留。圖2.41280C時的礦相顯微結(jié)構(gòu)3號試樣礦相特征：由赤鐵礦和玻璃相構(gòu)成的多孔粒狀結(jié)構(gòu)。赤鐵礦約占25%，呈它形粒狀，晶粒一般小于10pm；玻璃相約占25%，比較均勻的填充在赤鐵礦晶粒間，能比較好的將周圍的燒結(jié)料粘結(jié)起來，偶爾可見長石類礦物殘留在玻璃相中；孔隙約占50%，呈近圓形和不規(guī)則形，大小懸殊，小的一般小于100pm,大的可達(dá)lOOOpm,分布均勻?；緵]有石英殘留。圖2.71320時的礦相顯微結(jié)構(gòu)4號試樣礦相特征：由赤鐵礦、磁鐵礦和玻璃相構(gòu)成的多孔斑狀結(jié)構(gòu)。赤鐵礦約占10%，呈它形—半自形，晶粒一般小于10pm；磁鐵礦約占10%,呈自形一半自形，晶粒一般在30pm左右；玻璃相約占20%，玻璃相雖填充在赤鐵礦晶粒間，但成團富集，向孔隙周圍聚集，沒有均勻的分布在赤鐵礦的顆粒間，不能很好的將周圍的燒結(jié)料粘結(jié)起來；孔隙約占60%，呈近圓形且圓度提高，大小懸殊，小的一般小于100pm,大的可達(dá)1000pm,分布均勻。2.實驗結(jié)果分析燒結(jié)過程中的粘結(jié)相是由固相反應(yīng)生成的低熔點化合物熔化后得到的，燒結(jié)礦的強度和高溫冶金性能與燒結(jié)礦中粘結(jié)相的組成和物性密切相關(guān)，因而要獲得優(yōu)質(zhì)的燒結(jié)礦必須控制好燒結(jié)礦中粘結(jié)相的成分。液相粘度隨溫度的升高而下降，而液相的流動性與液相的粘度互為倒數(shù)，故當(dāng)溫度升高時，粘度降低，燒結(jié)礦液相的流動性增強，有利于生成均勻粘結(jié)相，從而提高燒結(jié)礦的強度和燒結(jié)礦的透氣性。顯微觀察發(fā)現(xiàn)，1240時玻璃相非常均勻的填充在赤鐵礦晶粒間，說明相較于1200°C、1280°C、1320°C，此溫度下粘度適宜，液相流動性較好，易于分布均勻，能很好的將周圍的燒結(jié)料粘結(jié)起來形成質(zhì)地均勻的燒結(jié)礦，此時燒結(jié)礦強度最高。但隨著溫度的進(jìn)一步升高，液相流動性太大，液相透氣性進(jìn)一步增加，又會在燒結(jié)礦中形成薄壁大氣孔結(jié)構(gòu)。從宏觀上可以看出，隨著溫度的升高，孔隙率增大，微孔隙融合成較大的孔隙。顯微觀察表明，隨著溫度的升高，孔隙的圓度提高，大孔增多。鐵礦物晶粒呈長大趨勢，赤鐵礦分解為磁鐵礦的趨勢增加。當(dāng)溫度達(dá)到1320°C時，有較多的赤鐵礦分解生成了磁鐵礦并形成較大的晶粒。從顯微觀察得到的燒結(jié)試樣的礦物組成中可看出，隨著溫度的升高，赤鐵礦減少、玻璃相增多，究其原因，高溫有利于鐵氧化物、氧化鈣與鉀長石反應(yīng)，形成較多的玻璃態(tài)物質(zhì)，抑制了鐵酸鈣的生成，玻璃相最高甚至達(dá)到25%。各燒結(jié)試樣均未觀察到有鐵酸鈣生成。燒結(jié)過程未生成鐵酸鈣的原因分析如下：鉀長石(KAlSiO)是長石礦物的一種，是一種富含鉀的硅酸鹽礦物，其理論成分為:SiO38 2占64.7%,A^O占18.4%,KO占16.9%。它的熔點低(1150±20°C),熔融間隔時間長。本實驗中，SiO?和Al2O3全部以復(fù)合硅鋁酸鹽鉀長石的形態(tài)存在，顯微觀察發(fā)現(xiàn)，1200°C時經(jīng)?？梢娢慈刍拈L石類礦物殘留在玻璃相中，說明此溫度下鉀長石不能完全熔化分解。當(dāng)溫度升高到1240C和1280C時，顯微觀察發(fā)現(xiàn)，偶爾可見長石類礦物殘留在玻璃相中，說明此時鉀長石大部分熔化分解，溫度繼續(xù)升高至1320C時，未見長石類礦物析出，說明鉀長石基本全部熔化形成玻璃相，燒結(jié)試樣中仍未見鐵酸鈣生成。分析其原因，鉀長石在高溫下易于熔化形成玻璃質(zhì)，其中的K20是玻璃的穩(wěn)定劑，具有很強的堿性，易于吸收礦物中其它酸性氧化物進(jìn)入玻璃相，如FeO，而其中的Si0和AlO又是強酸23 2 2 3性氧化物，易于吸收礦物中其它的堿性氧化物進(jìn)入玻璃相，女!CaO,從而對鐵酸鈣的形成具有強烈的抑制作用。通常包鋼燒結(jié)常用鐵礦粉由自產(chǎn)精礦和外購精礦按照一定的配比組成，其中屯0最高的百分含量不過0.17%,本研究為了深入探究鉀長石對燒結(jié)鐵酸鈣生成的影響，實驗原料中的Si02和Al203全部以鉀長石的形態(tài)加入，使得屯0所占百分含量很高，達(dá)到1.19%。故本實驗燒結(jié)試樣中產(chǎn)生的玻璃相較多，而未見鐵酸鈣生成?，F(xiàn)在使用最廣的高堿度燒結(jié)礦的特點是燒結(jié)料中配加較多的CaO，以促進(jìn)性能優(yōu)良的復(fù)合鐵酸鈣粘結(jié)相生成。復(fù)合鐵酸鈣是由一定含量的Fe0、CaO、SiO和Al0化合而成，而本實驗中的SiO23 2 23 2和Al2O3全部以鉀長石的形態(tài)存在，其化學(xué)活性很低，易于穩(wěn)定存在于玻璃相中，雖然本研究中燒結(jié)試樣堿度較高為2.0,但相對于白云鄂博鐵礦含有長石類脈石的特殊性，CaO含量有待于進(jìn)一步提高，當(dāng)CaO在玻璃相中溶解達(dá)到或接近飽和，才能開始形成鐵酸鈣類礦物。結(jié)論通過本文的實驗研究工作，就燒結(jié)溫度對復(fù)合鐵酸鈣的影響有了比較明確的認(rèn)識，結(jié)論如下：隨著燒結(jié)溫度的升高，燒結(jié)試樣玻璃相增多、赤鐵礦減少，赤鐵礦分解為磁鐵礦的趨勢增加，在1320C時，發(fā)現(xiàn)有較多的赤鐵礦分解為磁鐵礦并形成較大的晶粒。隨著燒結(jié)溫度的升高，液相粘度降低，流動性增大，透氣性增強，有助于微孔隙融合成較大的孔隙，且孔隙的圓度提高，形成薄壁大氣孔結(jié)構(gòu)。本實驗條件下，1240C是最適宜的燒結(jié)溫度，此時燒結(jié)液相的流動性適宜，燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)均勻，呈現(xiàn)多孔海綿狀，強度最高。由于白云鄂博鐵礦含有長石類脈石的特殊性，包鋼燒結(jié)礦中SiO2和Al2O3以硅鋁酸鹽形式存在，本研究表明，以硅鋁酸鹽形式存在的非游離態(tài)SiO2和Al2O3可促進(jìn)玻璃相的生成，不利于復(fù)合鐵酸鈣的生成，在包鋼實際燒