不同富氧阶段下烧结矿的矿相结构及软熔滴落性能

为了深入探究不同富氧阶段下烧结矿的矿物组成及冶金性能,本文采用SEM-EDS和荷重软化熔滴设备研究在烧结前、中、后期采用富氧喷吹时烧结矿的矿相结构和软熔性能的变化规律和影响机理。试验结果表明:烧结矿的矿物组成主要包括赤铁矿、磁铁矿、铁酸钙、镁尖晶石和硅酸盐液相等;SEM观察和面扫结果表明,随着烧结过程富氧阶段的后移,SFCA(复合铁酸钙)的形态由板条状、针状向熔蚀状转变,与硅酸盐液相交织更加紧密,孔隙率下降,矿物结晶聚集性更强;XRD精修结果表明,随着富氧阶段的后移,铁酸钙在含铁矿物中的占比由76.04%下降到69.77%;不同富氧阶段得到烧结矿的软化开始温度(T 10)均在1180℃以上,软化区间为99~103℃,熔融区间为212~218℃,烧结矿的滴落质量从75.5 g变化为73.0 g最终升高到78.6 g,滴落速度在后期达到最大值0.85 g/min,原因是高熔点物质的减少和低熔点物质的形成;在烧结过程后期进行富氧喷吹时渣铁分离度高,铁的聚集性强,导致炉料的滴落性变强。

TiO_(2)含量对熔剂性球团冶金性能及矿相结构的影响

为促进低硅含钛铁精粉在球团焙烧—高炉炼铁流程中的高效利用,本文以带式焙烧机球团生产线生产的熔剂性球团为试验对象,基于不同TiO_(2)含量球团特性条件,探索熔剂性球团的适宜钛含量,重点研究不同TiO_(2)含量条件下的熔剂性球团冶金性能和微观结构的变化。结果表明:当TiO_(2)质量分数超过1.0%时,熔剂性球团抗压强度出现降低趋势,从2 772 N/P降低至2 530 N/P;1 h还原度从62.9%提高至66.9%;还原膨胀指数稳定在9%以内;低温还原粉化率出现明显降低,>6.3 mm值从89.3%降低为78.9%,>3.15 mm值从94.9%降低为88.7%,<0.05 mm值从4.2%提高至6.4%。在矿相结构方面,固相比例保持稳定,气孔率从30.29%提高至36.4%,且大气孔的数量显著增大,球体表面的致密度降低,液相比从22.72%降低至15.66%。因此,为保证熔剂性球团具备良好的冶金性能和矿相结构,其TiO_(2)质量分数不宜超过1.0%。

粒度对熔剂性球团冶金性能及矿相结构的影响

为提高熔剂性球团质量,解析不同粒度条件下球团性能的变化规律,本文以唐钢新区带式焙烧机球团生产线为研究对象,通过投笼造球试验和冶金性能检测等方式,分别对8.0~10.0、10.0~12.5、12.5~16.0、16.0~20.0 mm 4种粒度条件下球团冶金性能和矿相结构进行研究。结果表明:随着熔剂性球团粒度的逐渐提高,球团抗压强度从1767 N/P提高至3606 N/P,1 h还原度从78.5%降低至47.8%,还原膨胀指数略有降低,整体维持在12%以下,低温还原粉化指数(>6.3 mm)从87.8%降低至66.5%,低温还原粉化指数(>3.15 mm)从95%降低至87.2%,低温还原粉化指数(<0.5 mm)变化幅度较小,约为4%;随着熔剂性球团粒度的逐渐提高,气孔率降低,从38.93%降低为31.4%,液相率略有降低,固相比例显著提高,从41.05%提高至58.41%,致密度提高但液相率降低可能使得原本存在的链接状态失去效果,侧面减弱了熔剂性球团的低温还原粉化性能。因此,在熔剂性球团生产过程中应控制合适的球团粒度,改善熔剂性球团性能和微观结构,以便有利于高炉提产顺行。

铬渣对烧结矿矿相结构及冶金性能的影响

铬渣中含有毒性很强的Cr(Ⅵ)和大量有价金属铁,将其作为烧结原料不仅可以利用还原性气氛还原铬渣中的Cr还可以回收其中的有价金属,实现铬渣的无害化和资源高效利用。为探索在烧结过程中铬渣配加对烧结矿冶金性能的影响,本文开展添加铬渣对烧结矿矿相、烧结参数及烧结矿转鼓强度、低温还原粉化和软熔性能的影响规律研究。研究结果表明:在烧结生产中需控制铬渣配入量为3%以下;随着铬渣配比的增加,烧结矿的产量、产率以及烧结速度降低;烧结矿中复合铁酸钙黏结相质量分数减少,硅酸盐黏结相增加,导致烧结矿的转鼓强度由54.93%下降到47.46%;烧结矿中赤铁矿晶粒由粒状变为斑状以及骸晶状,使低温还原粉化指数由59.77%下降到52.46%,但当铬渣配比增加到9%时,矿相中出现了板状赤铁矿和针状复合铁酸钙的交织状结构,低温还原粉化指数增加到59.07%。由于铬渣中含有10%的Al 2O_(3),生成的富铝渣会降低软化开始温度,增加软化区间,恶化料柱透气性。本文研究成果可为铬渣的综合利用提供理论基础。

高碱度烧结矿的矿物组成与矿相结构特征

采用X射线衍射、光学显微镜和扫描电镜对莱钢、宝钢、鞍钢和酒钢烧结矿进行了研究，提出了高碱度烧结矿（w（CaO）／w（SiO2）=1．84～2．11）的矿物组成与矿相结构共性特征和差异。研究发现，其矿物组成主要有赤铁矿、磁铁矿、铁酸钙和硅酸钙，其中赤铁矿主要以自形晶和少量的他形晶存在，与铁酸钙之间具有明显的界面，而磁铁矿主要以粒状他形晶存在，与铁酸钙呈熔蚀结构。铁酸钙多以柱状和针状形态存在，中间交织着柱状或粒状的β-硅酸二钙。另外，烧结矿粘结液相内适当地增加Al2O3含量，有助于针状铁酸钙生成。

微波加热含碳铁矿粉还原矿相结构研究

微波加热含碳铁矿粉还原矿相结构分为金属铁、浮氏体和渣相结构。矿粉颗粒围绕煤粉颗粒进行还原,形成星点状金属铁,进而形成环带状结构。由于矿-煤颗粒界面间还原出的金属铁厚度增大,使初始直接还原反应减弱,尚未还原的FeO核心依靠碳气化生成的CO和金属铁中碳的扩散继续还原,形成蠕虫状金属铁连晶结构。浮氏体对微波具有一定的吸收性,在微波场中自身热碎裂,可加速碳热还原。渣相含有变价铁元素,对微波有一定的吸收能力,有利于渣相中复杂铁氧化物的还原。

含碳铬矿粉微波加热体还原显微矿相结构的研究

本文研究了含碳铬矿粉在C∶O原子摩尔比为0.84、CaO∶SiO2分子摩尔比为0.39条件下微波加热体还原物料的显微矿相结构。在温度为1000℃、1100℃、1200℃、1300℃(大气压力下且无保护气氛)时,还原物料的显微矿相结构主要为铬矿微细热碎裂还原结构和矿颗粒周围的渣相结构,显微热碎裂还原结构随温度的提高而加剧。被还原的铬矿颗粒由最初边部微细热碎裂还原结构扩展到整体热碎裂还原崩解结构,且金属CrFe相中的Fe随着温度的提高而增加。在1300℃时,由于碳量的不足,导致金属CrFe相局部氧化,还原率降低。

鞍钢烧结矿的矿物组成和矿相结构研究

对鞍钢二烧和四烧的烧结矿进行了冶金性能检测和分析,并采用X射线衍射、光学显微镜和扫描电镜对二烧和四烧的高碱度烧结矿进行了矿物组成、矿相结构的分析与研究。结果表明,二烧和四烧烧结矿矿物组成与结构特征的差异分别与其化学成分和冶金性能的差异相吻合,两者矿物都以赤铁矿、磁铁矿或磁赤铁矿、铁酸钙、硅酸二钙和玻璃相为主。建议四烧适当降低配碳量,使其矿相结构更趋合理。

碱度对球团矿热态性能和矿相结构的影响

针对酸性球团矿热态冶金性能不佳的问题,采用配加白云石调整球团矿碱度的方法研究了不同碱度球团矿在还原气氛中反应1h后的低温还原粉化及还原膨胀指数,再通过光学显微镜分析球团矿矿相结构,得到了球团碱度、热态冶金性能与矿相结构之间的关系。以期为球团生产采取合理措施,改善产品质量提供依据和参考。

烧结矿低温还原过程矿相结构演变规律

烧结矿低温还原粉化直接影响高炉块状区的透气性,而矿相结构的变化是产生粉化的主要因素。在系统研究了烧结矿低温还原过程不同矿相结构演变规律的基础上,结合各矿相结构显微力学性能分析了其粉化的本质特性。研究表明:低温还原阶段主要结构变化为赤铁矿由粗粒状依次转变为连晶状、不规则团块状、板片状,最后还原为粒状磁铁矿;不同形貌的赤铁矿还原后断裂韧性平均下降 12%~ 19%;骸晶状赤铁矿下降超过20%,其承受内应力和阻碍裂纹拓展的能力变差,进而产生粉化。

印度矿粉对烧结矿矿相结构的影响

采用光学显微镜对印度矿粉及其烧结矿进行观察,研究了其对烧结矿矿相结构的影响。研究发现:印度矿粉结构致密,主要为磁赤铁矿,以板状形态存在;印度矿粉配加量由10%增加到40%,烧结矿矿物组成变化不明显,显微结构由斑状—粒状结构向斑状结构过渡,相应的烧结矿强度降低;印度矿粉由40%增加到60%,磁铁矿含量降低,铁酸钙含量增加,显微结构由班状结构向交织熔蚀结构过渡,对应的转鼓强度升高。

炼钢污泥对烧结矿矿相结构及冶金性能的影响

为了明确污泥废水在烧结过程中对烧结矿冶金性能的影响,开展了炼钢污泥对烧结矿还原性、低温还原粉化性以及软熔性能的影响规律的试验研究。结果表明:随着污泥质量分数的增大,烧结矿的还原度指数从78.64%减小至71.51%,还原粉化指数RDI+3.15 mm由59.1%增大至63.7%,软化开始温度由1035℃降至976℃。这主要是由于炼钢污泥中有着一定的C,使烧结过程还原气氛增强,导致烧结矿FeO质量分数上升,还原度指数减小。在荷重软化实验中,烧结矿中的FeO与脉石成分易生成低熔点物质,因此会降低烧结矿的软化开始温度,并且改善烧结矿的低温还原粉化性。本研究可为污泥废水的合理利用提供理论基础。

含硅铬铁矿粉微波加热体还原显微矿相结构分析

本文研究了含硅铬铁矿粉在碱度1.60～1.80的条件下微波加热体还原物料的显微矿相结构。在温度1100℃、1200℃、1300℃（大气压且无保护气氛）时，含硅铬铁粉矿在微波冶炼条件下的显微矿相结构以热碎裂还原结构以及铬铁矿粉颗粒周围渣相结构为主，随着冶炼温度的提高热碎裂也逐渐加剧。被还原的铬铁矿颗粒表面由最初边缘到内部的细小热碎裂还原结构扩展到最后的完全崩裂结构，且CrFe金属相中铬、铁含量也随着冶炼温度的提高而增加。最终在1300℃时实现渣金相完全分离。

萤石含量对结晶器保护渣物理性质和渣膜矿相结构的影响

针对亚包晶钢连铸板坯易发生表面纵裂现象,研究和分析了萤石配加量对保护渣（/%：29~37水泥熟料,8硼砂,20石英砂,15硅灰石,12纯碱,8~16萤石）熔化温度、黏度和平均热流密度以及渣膜矿相结构的影响。结果表明,随着萤石含量的增加,渣膜结晶率和枪晶石含量升高,硅灰石含量降低,同时保护渣熔化温度、黏度、平均热流密度降低;提出萤石配加量为12%时,能满足亚包晶连铸板坯对渣膜矿相结构的要求,并改善了铸坯质量。

镁铝对烧结矿矿相结构的影响规律

烧结矿中镁、铝的质量分数是影响其低温还原粉化性能的关键因素。本文从工艺矿物学角度入手,利用XRD、偏光显微镜等手段,以化学纯试剂为原料进行微型烧结,重点研究原料中MgO、Al_(2)O_(3)的不同配比对烧结矿矿相结构的影响规律,并分析其与低温还原粉化性能之间的关系。结果表明:在碱度为2.0时,随着原料中MgO质量分数的提高,烧结矿的显微结构越来越均匀,气孔增多,裂隙减少,赤铁矿及铁酸钙的质量分数有所降低,烧结矿RDI+3.15 mm指数提高,对其质量有利好趋势;在原料中增加Al_(2)O_(3)配比会使烧结矿显微结构的不均匀化加剧,气孔率降低,形态向薄壁大气孔转变,裂隙逐渐发育,铁酸钙质量分数有所增加,其形态向板片状发展,烧结矿的RDI+3.15 mm指数降低;原料中MgO质量分数为3.0%,Al_(2)O_(3)质量分数为1.5%时,烧结矿的低温还原粉化性相对较好。

连铸保护渣渣膜矿相结构对不同钢种板坯冶金质量的影响

使用偏光显微镜,系统对比分析了邯郸钢厂超低碳钢SPHC(0.020%~0.055%C,70 mm板坯保护渣/%:33.14SiO_2,3.86Al_2O_3,3.88MgO,31.52CaO,8.27K_2O+Na_2O,7.55F^(-1),3.93C)、包晶钢SS400(0.18%~0.22%C,70 mm板坯保护渣/%:29.62SiO_2,4.63Al_2O_3,2.05MgO,35.86CaO,10.43 K_2O+Na_2O,7.55F^(-1),3.93C)和Ti微合金钢Q345B(0.15%~0.19C,0.04%~0.05%Ti,260 mm板坯保护渣/%:31.10SiO_2,5.21Al_2O_3,5.07MgO,35.46CaO,6.22K_2O+Na_2O,6.96F^(-1),6.96C)对应的渣膜的矿相组成、结晶率和显微结构。结果表明,3种渣膜从铸坯至结晶器侧均呈现"结晶层-玻璃层"交替结构。SPHC钢渣膜有90%~95%的玻璃相,结晶相仅出现少量枪晶石,低结晶率有利于其润滑铸坯;SS400钢渣膜结晶率为55%~60%,析出较多的枪晶石和部分黄长石,有利于控制铸坯传热;Ti微合金钢Q345B渣膜结晶率略高于SS400钢,析出的黄长石、枪晶石和硅灰石能同时满足连铸对其润滑和控制传热的需求,可得到良好的铸坯质量。

CaCl2对钒钛烧结矿矿相结构及RDI的影响机理

为探究Cl-影响钒钛烧结矿低温还原粉化性的规律,从工艺矿物学角度,运用光学显微镜及扫描电镜等手段,对喷洒CaCl2前、后烧结矿的矿物组成及显微结构进行系统定量研究。研究结果表明:在现场喷CaCl2前、后烧结矿的矿相结构差异不明显,而500℃还原后,喷CaCl2前、后烧结矿的矿相结构及低温还原粉化率均存在着明显差异;未喷CaCl2还原后的烧结矿的铁酸钙质量分数极少;喷CaCl2还原后的烧结矿,仍然保留有由针状和柱状铁酸钙黏结他形钛磁铁矿的形态,其还原粉化指数(RDI+3.15 mm)显著提高。通过SEM-EDS分析可知,CaCl2主要呈晶体颗粒吸附在烧结矿孔隙或矿物颗粒表面,还原前、后CaCl2晶体并无明显差异,CaCl2与烧结矿之间无明显化学反应。通过现场调查发现,烧结矿中CaCl2的存在会腐蚀炉顶设备,堵塞煤气管道,降低炉顶设备的使用寿命及高炉产量。如何通过其他手段或寻找CaCl2的替代品来改善烧结矿的低温还原粉化性,提高烧结矿质量,仍是高炉生产亟待解决的问题。

钒钛烧结矿和普通烧结矿的矿物组成与矿相结构对比

针对钒钛烧结矿和普通烧结矿的质量对比问题,通过烧结试验改变碱度、燃料比等条件,对比研究了两者的矿物组成与矿相结构。结果表明,在改变碱度、燃料比的条件下,从矿物组成分析,钒钛磁铁烧结矿的铁酸钙生成量比普通烧结矿低15%~20%(体积分数,下同),粘结相含量低20%以上。从矿相结构分析,普通烧结矿的微观结构较均匀,气孔率约20%;而钒钛磁铁烧结矿的矿相结构不均匀,气孔率高,且含有钙钛矿,矿相结构中裂纹明显比普通烧结矿多。因此,钒钛烧结矿的粉化现象要明显严重于普通烧结矿。

球团矿矿相结构特征及其对冶金性能的影响

对2种磁铁矿型球团矿矿相结构进行了定量分析,并结合冶金性能测试,从工艺矿物学的角度研究了普通球团矿矿相结构对其冶金性能的影响。结果表明:2种磁铁矿型球团矿矿物组成相似,均主要为赤铁矿,少部分由石英、磁铁矿所组成。显微结构差异性明显,2#球团矿无分带、结构较疏松,1#球团矿分为内外两带双层结构、结构相对疏松。1#球团矿晶键更为发育,各矿物晶型较大;2#球团矿晶键发育不完全,各矿物晶形较小。冶金性能方面,2#球团矿抗压强度优于1#球团矿。2#球团矿的还原性略差于1#球团矿。在焙烧时,应适当减小1#球团矿的粒度,增加焙烧时间,以避免双层分带结构的出现。对于2#球团矿,应改善混料结构,以促进赤铁矿再结晶晶键的发育,减少大颗粒石英的存在,保证球团矿结构的致密性和具有一定的抗压强度。在微观结构中晶键的发育度与铁矿物晶形是否粗大决定了球团的冶金性能。

球团矿双层矿相结构的研究

本文从微观结构角度出发研究了各种普通球团矿(均质单层)的矿相结构特征和普遍存在的问题,提出了生产一种孔隙率高、还原性良好的双层矿相结构球团矿的新工艺。为了探求从根本上改善球团矿还原性的可行途径笔者详细地研究了磁铁矿、赤铁矿的酸性球团矿、碱性球团矿和添加煤粉球团矿的矿相结构及冶金性能。从分析比较中发现,酸性球团矿一般强度较高,但还原率低,特别是磁铁球团矿往往有低温还原粉化指数(RDI)高的现象。而熔剂性球团矿虽然还原性好,但易结块、在生产上难以实现。为了研究改善球团矿还原性的可行途径,笔者进行了一种新型球团矿结构的研究,即球核心为熔剂性、表层为酸性的双层球团矿的研究。