MgO对烧结矿强度以及还原熔滴性能影响的机理研究

摘要

近年来，随着我国钢铁企业外矿使用量的增加，高炉渣中Al2O3含量增大。为了应对高Al2O3渣的操作，高炉操作者们主要是保证炉渣中适宜的MgO含量，MgO的添加方式主要是在烧结配料中添加含MgO熔剂，如白云石、菱镁石、蛇纹石等。但是，添加的含MgO熔剂会对烧结矿冶金性能带来一系列的影响，如强度、还原性、熔滴性等。为此，本文进行了MgO对烧结矿强度及还原熔滴性能影响的机理研究。比较了MgO·Fe2O3和CaO·Fe2O3的矿化速度、液相生成温度、自身强度、还原性等，在此基础上考察了不同MgO含量烧结矿的高温熔滴性能。 本论文的研究内容主要得到如下结论: (1)化学试剂的试验结果表明:1150℃～1180℃温度条件下，将MgO或CaO与Fe2O3化学试剂焙烧20min，几乎完全生成MgO·Fe2O3或CaO·Fe2O3。焙烧后的CaO·Fe2O3的强度明显高于MgO·Fe2O3。1150℃时，CaOFe2O3的抗压强度为0.95kN，MgO·Fe2O3的抗压强度为0.74kN;1180℃时，CaO·Fe2O3的抗压强度为1.18kN，MgO·Fe2O3的抗压强度为0.80kN。因此，MgO·Fe2O3比CaO·Fe2O3自身强度低，是添加MgO后烧结矿强度降低的原因之一。 (2)通过相图分析和试验验证可知，CaO·Fe2O3的熔点较低，在1200℃时即有液相生成。而MgO·Fe2O3是一种固溶体，没有固定熔点，熔化温度区间都比较高，1200℃时焙烧无液相生成（液相生成的最低温度约为1600℃）。因此，添加含MgO熔剂，液相生成温度提高，不利于烧结过程中液相的生产，是添加MgO后烧结矿强度降低的原因之二。 (3)工业熔剂的试验结果表明:1150℃～1180℃温度条件下，将焙烧后的生石灰或焙烧后的菱镁石与Fe2O3混合焙烧20min。通过能谱分析可知，较多的CaO与Fe2O3形成铁酸钙粘结相，但很少MgO与Fe2O3发生矿化反应，MgO和Fe2O3为分别独立的两相。因此，菱镁石中MgO与铁氧化物的矿化反应速度比石灰石中的CaO慢，是添加MgO后烧结矿强度降低的主要原因之三。 (4)化学试剂MgO或CaO与Fe2O3按1∶1摩尔比在1180℃下焙烧获得MgO·Fe2O3和CaO·Fe2O3。在900℃，被CO∶N2=3∶7的混合气体还原1h时，MgO·Fe2O3的还原度为82.6％，CaOFe2O3的还原度为100％。MgO·Fe2O3还原性差的原因为:Mg2+与Fe3+的离子半径比较相近，且离子半径较小，Mg2+容易进入Fe2O3中，形成固溶体，结构稳定，不易被还原。因此，高MgO烧结矿的还原性较差。 (5)烧结矿MgO含量提高，高温软熔性能变差。MgO从0.9％提高至2.0％，熔融区间增大(TD-TS:191→207℃)，压差提高(△Pmax:10.2→11.35kPa)，滴落量变少(w:214.32→188.98g)。矿焦混装可以有效改善高MgO烧结矿的高温软熔性能。MgO为2.0％的烧结矿混入5％焦丁，熔融区间降低(TD-TS:207→159℃)，压差降低(△Pmax:11.35→7.3kPa)。 综上所述，高MgO烧结矿强度差、还原性差、熔滴性能差，在生产条件允许的前提下可以适当降低烧结矿MgO含量。本文的研究内容可为科学合理的制定含MgO熔剂的使用提供理论指导，有利于优化烧结配料工艺和高炉冶炼工艺。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题背景

1．1．1中国铁矿资源

1．1．2外矿用量的增加

1．1．3应对高Al2O3的措施

1．1．4研究内容及意义

2．1烧结概述

2．1．1烧结工艺概述

2．1．2烧结矿的固结机理

2．1．3烧结矿的矿物结构及其组成

2．1．4烧结矿质量指标及检测

2．2烧结矿强度的影响因素

2．2．1烧结矿中MgO的含量

2．2．2烧结矿中SiO2的含量

2．2．3烧结矿中FeO的含量

2．2．4烧结矿中Al2O3的含量

2．2．5烧结矿强度的其他影响因素

2．3烧结矿还原熔滴性的影响因素

2．3．1 MgO对还原熔滴的影响

2．3．2 FeO对还原熔滴的影响

2．3．4 SiO2对还原熔滴的影响

2．3．5其他影响因素

第3章MgO对强度影响的实验研究

3．1实验设备简介

3．2原料准备及粒度分析

3．3实验方案

3．4实验步骤

3．5生成物分析

3．6液相生成温度

3．7强度检测

3．8本章小结

第4章还原性实验

4．1实验设备及原料

4．2实验步骤

4．3实验结果及分析

4．4本章小结

第5章MgO含量不同的熔滴实验

5．1实验设备及原料

5．2实验步骤

5．3实验结果

5．5结果分析

5．6本章小结

第6章结论

参考文献

致谢