含硼复合添加剂对烧结矿性能和烧结的影响

摘要

随着现代高炉冶炼技术的发展,要求烧结矿的各方面性能也要相应提高,特别是烧结矿的强度和粒度均匀性要好,这样可以提高高炉上部的透气性。在烧结矿中添加添加剂可以改善烧结矿液相的生成和固结,抑制粉化,含硼酸和氯化钙复合添加剂是其中较为有效的。通过一系列冶金性能、烧结性能和机理研究,优选了含硼酸和氯化钙的烧结矿添加剂。含硼酸和氯化钙添加剂具有明显的改善烧结矿冶金性能、提高烧结矿成矿率和改善烧结矿烧结性能效果。这既为提高烧结矿的质量探索了一种方法,也为含硼矿物的综合利用开辟了一条有效途径。研究主要集中在冶金性能、强化冶金性能机理和烧结性能研究三个方面:
　　 1.含硼酸和氯化钙烧结添加剂明显改善了烧结矿的低温还原粉化率,其他主要冶金性能未发生改变或略有改善,同时提高了烧结矿成矿率。
　　 利用现有的烧结工艺,加入添加剂后可以得到冶金性能更好的烧结矿。加入硼酸、氯化钙后烧结矿低温还原性、转鼓强度有所增加,高温还原性、软化温度、软融区间未发生变化,对高炉生产生铁的质量不会产生不利影响。实验表明了添加剂对高炉中还原过程和产品不会产生不利影响。硼酸对烧结矿粒度分布有较大的影响,粒度分布更为合理,可以明显提高烧结矿成矿率,减少返矿。加入硼酸后,粒度小于10mm的矿石百分含量逐步降低。返矿率(即＜5mm的粉料)最好的下降了3个百分点,相对于空白样,返矿率减少38％。加入含硼酸和氯化钙添加剂后,烧结矿的低温还原粉化率指标大幅度提高。当加入添加剂硼酸和氯化钙总浓度大于0.5％以上时,RDI指标增加4个百分点以上,最多增加了近12个百分点。即加入含硼酸和氯化钙添加剂后对高炉的正常运行有利,可以提高高炉生铁产率,降低焦比。
　　 2.烧结的机理是复杂和多样的,但都是以表面自由能的减小为动力的。在加入含硼酸添加剂后硼酸以多种方式影响烧结:阻止或选择性地晶型转变,形成新的物种和物相,改变产生液相的条件。
　　 硼酸的加入生成了新的物种。XRD实验表明有新的物种CaB6生成,表明了硼酸与铁矿粉、碳在烧结过程中具有化学作用,进而影响烧结过程。烧结过程液相生成条件改变,降低了烧结团块的开孔率。加入硼酸后开孔率减低了20％以上。硼酸的加入促进了铁酸钙的生成,抑制了硅酸钙的生成。岩相反射和透射照片结果证明了这个结果。
　　 3.添加剂影响碳的着火点,从而会影响烧结矿的烧结过程。通过对一系列添加剂对石墨、无烟煤以及模拟工业烧结的研究,表明含硼酸和氯化钙的复合添加剂克服了单一添加剂可能造成的不利影响,会改善烧结矿的烧结过程。
　　 高锰酸钾、氯化钙、重铬酸钾、碳酸锂、硼酸、盐酸、碳酸钙和碳酸镁作为添加剂或其复合添加剂对石墨、无烟煤以及铁矿粉与石墨和无烟煤的混合物的着火点均产生影响。其中高锰酸钾、氯化钙和高锰酸钾与氯化钙可以明显降低碳的着火点,重铬酸钾、碳酸锂可以降低碳的着火点,盐酸、碳酸钙和碳酸镁提高了碳的着火点,硼酸明显提高了碳的着火点。高锰酸钾、氯化钙以及其复合添加剂的催化作用机理主要表现在对固定碳的催化燃烧上,而对挥发分燃烧无明显催化作用。
　　 从实际应用前景看,高锰酸钾与氯化钙的复合添加剂具有最好的降低着火点效果,因为氯化钙即具有很好的降低着火点的效果,同时又具有较低的价格,可以降低使用成本。硼酸添加剂的加入提高了碳的着火点,可能对烧结过程产生不利影响,为消除这种潜在的不利影响,可以选用复合添加剂。硼酸与氯化钙的复合添加剂对于降低烧结矿低温还原分化率、改善烧结矿粒度分布和降低碳的着火点均具有有利影响,可以达到综合提高冶金性能和烧结性能的目。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 烧结与烧结技术

1.1.1 烧结生产概述

1.1.2 国内外烧结技术现状

1.1.3 抽风烧结基本原理

1.2 硼及其化合物的性质

1.3 石墨及无烟煤简介

1.4 含硼添加剂在铁矿粉烧结中的应用现状

1.4.1 抑制烧结矿自然粉化的作用

1.4.2 对烧结矿冷强度的影响

1.4.3 对低温还原粉化率的影响

1.4.4 对还原性的影响

1.4.5 对软熔性能的影响

1.4.6 含硼添加剂对烧结矿机械强度的影响

1.5 添加剂对烧结速率的影响

1.6 本文工作与目的

第二章 含硼复合添加剂对烧结矿冶金性能的影响

2.1 实验研究

2.1.1 烧结矿的烧结实验

2.1.2 烧结矿的转鼓强度的测定

2.1.3 烧结矿还原性能的测定

2.1.4 低温还原粉化率试验

2.1.5 烧结矿软化温度实验

2.1.6 烧结矿化学组分分析

2.2 实验结果与讨论

2.2.1 烧结矿化学组分分析结果

2.2.2 矿石中水分含量的测定结果

2.2.3 烧结矿烧结

2.2.4 烧结矿转鼓强度的测定结果

2.2.5 烧结矿还原性能的测定

2.2.6 低温还原粉化率实验结果与讨论

2.2.7 烧结矿软化温度实验结果与讨论

2.2.8 硼对生铁质量影响的推论

2.3 小结

第三章 含硼复合添加剂对抑制烧结矿的低温粉化的机理探讨

3.1 实验研究

3.1.1 烧结矿气孔率的测量

3.1.2 烧结矿XRD实验

3.1.3 烧结矿岩相结构实验

3.2 试验结果与讨论

3.2.1 烧结矿气孔率实验结果及讨论

3.2.2 XRD实验和岩相分析实验

3.3 添加含硼添加剂改善烧结矿质量的理论分析

3.3.1 粉化原因

3.3.2 机理探讨

3.4 小结

第四章 添加剂对烧结矿烧结过程碳氧化速率的影响

4.1 添加剂对石墨着火点的影响

4.1.1 实验

4.1.2 差热分析实验

4.1.3 添加剂对石墨着火点影响结果与讨论

4.2 添加剂对无烟煤着火点的影响

4.2.1 无烟煤的组成分析

4.2.2 添加剂对无烟煤着火点影响实验

4.3 添加剂在烧结矿中对石墨和碳着火点的影响

4.3.1 添加剂在烧结矿中对石墨着火点的影响实验

4.3.2 添加剂在烧结矿中对无烟煤着火点的影响实验

4.3.3 添加剂降低碳的着火点机理讨论

4.4 小结

第五章 结论

参考文献

附录

致谢

博士生在读期间发表论文情况

学习简历