烧结工艺中复合铁酸钙黏结相的研究进展

铁矿石烧结工艺是钢铁流程不可或缺的环节,铁酸钙作为烧结矿中最主要的黏结相,对烧结工艺及烧结矿冶金性能具有重要影响。综述了铁矿石烧结工艺中铁酸钙黏结相及其复合体系的化学组成、形成机理、还原机理和脉石成分对其影响等方面的研究进展。铁酸钙的化学组成取决于烧结矿中的Fe、Ca、Si、Al等元素的含量,复合铁酸钙(SFCA)可用通式xFe_(2)O_(3)·ySiO_(2)·zAl_(2)O_(3)·5CaO表示,且满足x+y+z=12;铁酸钙的生成机理受脉石成分之间的化学反应、不同温度和气氛条件下相变过程的影响,对生成机理的研究对于控制烧结矿中黏结相含量具有关键作用;铁酸钙的还原路径受黏结相组成、还原温度、气氛组成等影响,四元复合铁酸钙的还原路径暂时缺乏研究,还原机理的研究对于提高铁矿石冶炼效率和降低能耗具有重要意义;脉石材料是影响铁酸钙形成和还原的重要因素,SiO_(2)、Al_(2)O_(3)、MgO等可改变铁酸钙的晶体结构及其生成和还原机理。最后,基于当前铁酸钙黏结相的研究现状,对未来关于铁酸钙黏结相的研究方向进行了展望,主要包括探索烧结过程中有价组元的有效提取、综合利用及获得铁酸钙领域具有普适性的物化数据等,这些工作的实施有助于进一步完善铁矿石烧结理论。

基于相图分析铁酸钙流动性及烧结矿强度

铁酸钙黏结相的流动性是维持烧结矿强度的重要因素。由于铁酸钙黏结相没有固定组成,首先根据相图获得不同成分铁酸钙黏结相的熔点和液相量,在不同SiO_2质量分数条件下,通过试验分析了流动性与熔点和液相量的关系。结果表明,不同SiO_2质量分数的矿石获得最佳流动性的铁酸钙成分和碱度不同;铁酸钙流动性与其熔点呈反比,与其液相量呈正比。在此基础上,通过烧结杯试验考察了不同SiO_2质量分数矿石黏结相流动性对烧结强度的影响规律和作用机理。烧结杯试验结果表明,w(SiO_2)等于4.30%的铁矿石在碱度为1.8～2.2时,烧结矿强度都比较高;而w(SiO_2)等于12.42%的铁矿石在碱度为2.0时处于最高值,过高或过低都会使烧结矿强度明显下降。其根本原因是由热力学性质决定的,低SiO_2矿石的液相区间较宽,高SiO_2矿石的液相区间较窄,烧结生产中不建议使用高硅矿石。研究结果可为评价黏结相流动性和新矿种的应用提供理论指导。