隨著熔劑用量的增加,熔劑在預(yù)熱焙燒時(shí)分解所留下的孔隙也隨之增多,配加熔劑不僅對(duì)球團(tuán)礦化學(xué)成分以及礦物組成產(chǎn)生影響,同時(shí)也對(duì)球團(tuán)結(jié)構(gòu)及孔隙率產(chǎn)生影響,從而對(duì)球團(tuán)抗壓強(qiáng)度及冶金性能產(chǎn)生一定影響。
堿度和MgO含量對(duì)還原度的影響。還原度(RI)是評(píng)估鐵礦在高爐還原區(qū)溫度氣氛條件下,氧從鐵礦石脫除的趨勢(shì)及難易程度的重要指標(biāo)。影響鐵礦還原度的因素有粒度、孔隙率、礦物組成及結(jié)構(gòu)、脈石礦物成分等。自然堿度、自然MgO含量的酸性球團(tuán)還原度較低,只有62.22%,隨著MgO含量的提高,還原度提高,當(dāng)MgO含量為3.0%時(shí),球團(tuán)還原度可以達(dá)到68%;在自然MgO含量下,提高堿度,鏡鐵礦球團(tuán)還原度有較大提高,堿度提高至1.2時(shí),球團(tuán)還原度升至72.82%。這是由于石灰石的加入增加了球團(tuán)的孔隙率,同時(shí),CaO與Fe2O3反應(yīng)生成易于還原的鐵酸鈣。堿度和MgO共同作用時(shí),相同堿度下,鏡鐵礦球團(tuán)還原度隨MgO含量的增加而提高;相同MgO含量下,還原度隨堿度的提高而升高。當(dāng)堿度達(dá)到1.2、MgO含量增加到3.0%時(shí),球團(tuán)還原度高達(dá)76.94%。這是因?yàn)榱怄V礦在球團(tuán)預(yù)熱焙燒時(shí)同樣使球團(tuán)孔隙率增加,而且MgO可以提高渣相及浮氏體熔點(diǎn),使其在還原過(guò)程中不易發(fā)生熔化,使球團(tuán)孔隙不被熔融物充填而保持較高孔隙率,這有利于氣體擴(kuò)散。
堿度和MgO含量對(duì)還原膨脹的影響。自然MgO含量下,鏡鐵礦球團(tuán)還原膨脹率先增大后減小,堿度在0.4~0.6達(dá)到最大值,其最大值高達(dá)32%。這是由于配加到球團(tuán)中的CaO除少部分與Fe2O3反應(yīng)生產(chǎn)鐵酸鈣,絕大部分進(jìn)入渣相,未還原時(shí),渣相以CaO-SiO2二元體系為主。而堿度在0.4~0.6時(shí),即SiO2在渣相中的含量在62.5%~70%,正是偏硅酸鈣(CaOSiO2)與SiO2的二元共晶點(diǎn)組成所在區(qū)間,其低溫共熔點(diǎn)為1436℃,但是在還原條件下,此渣相由于FeO的加入則成為CaO-SiO2-FeO三元渣系,在此渣系中CaO和SiO2比例保持不變,渣相熔點(diǎn)隨著FeO含量增多急劇下降,在純?nèi)抵凶畹涂山档?093℃,而低熔點(diǎn)渣相恰恰會(huì)惡化球團(tuán)還原膨脹。自然堿度下,球團(tuán)還原膨脹率隨MgO含量的增加略有降低,但不明顯。這是由于自然堿度和自然MgO的球團(tuán)渣相中SiO2含量在90%時(shí)熔點(diǎn)高達(dá)1700℃,而MgO的加入,渣相以MgO-SiO2二元體系為主,但其低溫共熔點(diǎn)溫度也有1543℃。在堿度和MgO共同作用時(shí),相同MgO含量下,堿度對(duì)球團(tuán)還原膨脹率的影響規(guī)律基本與自然MgO含量一致。而MgO加入時(shí),由于MgO溶入浮氏體中從而提高浮氏體熔點(diǎn),同時(shí),MgO在渣相中同樣提高渣相熔點(diǎn)。因此,在相同堿度下,增加MgO含量可以降低還原膨脹。
氧化球團(tuán)中赤鐵礦還原向磁鐵礦及浮氏體轉(zhuǎn)變時(shí)會(huì)產(chǎn)生體積膨脹,這種膨脹主要是赤鐵礦還原成磁鐵礦時(shí)晶體結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致。球團(tuán)還原膨脹率大小與脈石成分及渣相承受赤鐵礦顆粒還原時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力的能力有關(guān)。高熔點(diǎn)渣相在還原過(guò)程中,不易發(fā)生熔化,保持較高強(qiáng)度可以有效限制球團(tuán)的還原膨脹率,而低熔點(diǎn)渣相會(huì)惡化球團(tuán)還原膨脹。 球團(tuán)還原膨脹率在20%以下屬于正常膨脹范圍,鏡鐵礦球團(tuán)堿度需控制在小于0.2或大于等于1.0的范圍內(nèi)。然而,通常工業(yè)生產(chǎn)中球團(tuán)還原膨脹率要求控制在15%以下。對(duì)含3.0%~3.1%SiO2的自然堿度鏡鐵礦球團(tuán),其還原膨脹率低于15%,且還原度僅為62.2%,通過(guò)提高堿度的方式改善其還原度時(shí),需要將堿度提高至1.0和MgO含量提高到3.0%,或?qū)A度提高至1.2和MgO含量≥1.0%時(shí),才能使其還原膨脹率低于15%。
堿度和MgO含量對(duì)低溫還原粉化的影響。低溫還原粉化(RDI)反映球團(tuán)在高爐或直接還原豎爐上部400℃~600℃溫度區(qū)間還原時(shí)產(chǎn)生粉末的趨勢(shì)。低溫還原粉化產(chǎn)生的主要原因是赤鐵礦還原成磁鐵礦時(shí)晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的體積膨脹及晶格畸變。球團(tuán)預(yù)熱焙燒時(shí)形成的黏結(jié)方式主要有3種:鐵氧化物再結(jié)晶、硅酸鹽黏結(jié)和鐵酸鹽黏結(jié)。其中,赤鐵礦再結(jié)晶黏結(jié)最為普遍也是強(qiáng)度最高的,但是赤鐵礦在還原條件下卻是極不穩(wěn)定的,而硅酸鹽黏結(jié)相在赤鐵礦還原成磁鐵礦時(shí)卻可以保持不變。因此,可以通過(guò)添加熔劑的方式增加這種分布均勻且在低溫還原條件下保持穩(wěn)定的黏結(jié)相,以降低鏡鐵礦球團(tuán)低溫還原粉化。
自然堿度和自然MgO含量的球團(tuán)由于其主要為赤鐵礦固相擴(kuò)散固結(jié),硅酸鹽黏結(jié)相較少,因此,在低溫還原時(shí)產(chǎn)生較多粉末,其RDI-3.15mm值高達(dá)12.75%。自然MgO含量下,堿度提高至0.2,球團(tuán)低溫還原粉化率RDI-3.15mm值迅速降低至0.52%;堿度繼續(xù)提高,RDI-3.15mm值基本維持在0.5%左右。這是由于CaO的加入,使得球團(tuán)在預(yù)熱焙燒時(shí)可以形成較多的低溫還原時(shí)穩(wěn)定存在的硅酸鹽液相,從而達(dá)到降低球團(tuán)低溫還原粉化的目的。自然堿度下,增加MgO含量,球團(tuán)低溫還原粉化率RDI-3.15mm值均降至3.0%以下。當(dāng)堿度和MgO共同作用時(shí),球團(tuán)低溫還原粉化RDI-3.15mm值均較低,RDI-3.15mm隨堿度的提高而降低,隨MgO含量的提高略有升高,這是由于MgO有阻礙液相硅酸鹽形成的作用。
堿度和MgO含量對(duì)軟熔特性的影響。球團(tuán)的熔融特性可以反映球團(tuán)在高爐下部軟化熔融區(qū)的形成及其在軟熔區(qū)的性能,爐料軟熔特性對(duì)高爐操作有較大影響。球團(tuán)軟化溫度低,軟熔區(qū)間寬,高爐下部軟熔區(qū)透氣性就會(huì)變差,這不利于還原氣體與爐料對(duì)流,嚴(yán)重影響還原過(guò)程的進(jìn)行。自然堿度、自然MgO含量的酸性球團(tuán)在1009℃即開(kāi)始軟化,滴落溫度為1272℃。自然MgO含量下,堿度提高至1.2,球團(tuán)軟化溫度提高至1034℃,軟化區(qū)間及軟化區(qū)間都變窄一些,滴落溫度也提高至1299℃。堿度1.2時(shí),提高M(jìn)gO含量可以提高軟化開(kāi)始溫度和滴落溫度,MgO含量1.0%時(shí),球團(tuán)軟化溫度升至1072℃,滴落溫度達(dá)到1319℃,MgO含量繼續(xù)增加,球團(tuán)軟化溫度不再增加,滴落溫度有所提高。球團(tuán)軟熔特性主要受還原時(shí)產(chǎn)生的浮氏體及渣相等低熔點(diǎn)液相影響。酸性球團(tuán)所表現(xiàn)出的較差的高溫軟熔特性,主要原因在于還原過(guò)程中富含F(xiàn)eO的橄欖石渣相熔點(diǎn)較低,而加入MgO可以提高渣相熔點(diǎn),還原過(guò)程中MgO與浮氏體形成高熔點(diǎn)的固溶體也會(huì)起到改善球團(tuán)高溫軟熔特性的作用。