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论内配碳对双层球团还原膨胀率的影响

2013-05-21 16:52 来源:冶金工业论文 人参与在线咨询

实验

1.实验原料

所用原料是国内某钢厂的磁铁矿粉、赤铁矿粉和膨润土,其成份及粒度组成见表1。配加燃料是1种低挥发分焦粉,其性能指标见表2。

2.实验方法

造球时每批料的料量为4kg,水、焦粉、膨润土及铁精矿粉按一定比例配入,造球原料混匀后在圆盘造球机上造球,直至球团直径达到10.0~12.5mm时取出过筛作为球团内层;把筛选出的10.0~12.5mm的生球加入造球机中,再配加铁精矿粉继续造球,球团外层的厚度为1.5~2.0mm,球团内、外层所用铁精矿质量比为1:1,制备双层球团。造完后过筛,取12.5~15.0mm的生球为合格球。造球设备采用圆盘造球机,主要技术参数为直径Φ=1000mm,边高h=200mm,倾角α=45°,转速为20r/min。造球结束后,将合格生球放入鼓风干燥箱中干燥至质量不变,然后将干球置于卧式管式电阻炉中进行预热和焙烧实验。焙烧制度为:预热温度950℃,预热时间15min;焙烧温度1250℃,焙烧时间15min。待球团冷却后,取出10个球团放至FZY-1型抗压强度检测仪上进行抗压强度测量,其平均值作为球团的抗压强度。球团膨胀率的测定是按照《铁矿球团相对自由膨胀指数的测定方法》GB/T13240—1991,将一定量粒度10.0~12.5mm的球团矿,在900℃下等温还原,球团发生体积变化,采用排水法测定还原前后球团体积,体积变化的相对值用体积分数表示,球团还原膨胀率(RSI)的计算公式为(略):式中:V0为还原前试样的体积,mL;V1为还原后试样的体积,mL。球团的矿相显微结构采用奥林巴斯BX51M光学显微镜进行观测,利用显微镜自带的DT2000图像分析软件测定球团的赤铁矿再结晶固结率(%)和气孔率(%)。

3.实验方案

实验中的铁精矿为磁铁矿和赤铁矿,分两组进行,每组配加一定量的焦粉和膨润土,混匀造球。第一组造球原料为东北精矿(磁铁矿),内层配碳的质量分数依次为0%,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%(即配加焦粉的质量分数为0%,0.59%,1.18%,1.76%,2.35%),外层不配碳,制备双层球团,焙烧后检测其焙烧球强度和还原膨胀率。第二组造球原料为卡拉加斯粉(赤铁矿),内层配碳量依次为0%,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%(即配加焦粉的质量分数为0%,0.59%,1.18%,1.76%,2.35%),外层不配碳,制备双层球团,焙烧后检测其焙烧球抗压强度和还原膨胀率。球团内、外层所用铁精矿质量分别为2kg,焦粉的配比是以内层铁精矿的质量为标准的。造球实验的实验方案如表3,4。

实验结果及分析

1.配碳量对双层球团抗压强度的影响内

层配碳量对双层球团抗压强度影响的测定结果见表5与图1。由表5和图1可知:不同内配碳量的磁铁矿双层球团,经过高温焙烧后,其抗压强度发生明显变化,随着配碳量的增加,焙烧球的抗压强度一直呈下降趋势;在配碳的质量分数超过1.0%,球团强度急剧下降,配碳的质量分数为2.0%时,仅为836N/个;不同配碳量的赤铁矿双层球团,配碳的质量分数超过0.5%后焙烧后球团抗压强度先增加后又降低,配碳的质量分数为1.0%时最高,为3166N/个。根据文献[8],球团内配碳质量分数为0.8%~0.9%的固体燃料,总燃耗可以降低11.9%~18.7%。所以在赤铁矿球团内配适量的固体燃料,在满足生产需求的焙烧球团抗压强度(不小于2500N/个)的情况下起到节能降耗的作用。

2.配碳量对双层球团矿还原膨胀率的影响

内层配碳量对双层球团的还原膨胀率影响的测定结果见表6与图2。由表6与图2可知:双层球团内层配碳后,球团的还原膨胀率比普通球团有明显的降低;磁铁矿普通球团的膨胀率在20%以上,配碳后,还原膨胀率降低到10%左右,配碳质量分数为1.0%时RSI最低,为7.98%;赤铁矿普通球团的膨胀率在30%以上,配碳后,还原膨胀率明显降低,配碳质量分数为1.5%时RSI最低,为9.52%。向双层球团内层添加适量焦粉对抑制球团膨胀具有明显的效果。是由于焦粉的存在改变了球团内部的气氛,使渣相易于生成,渣相除了能改善球团矿固结形式以外,特别重要的是使碱金属以硅酸盐的形式进入渣相,从而克服了碱金属进入铁氧化物晶格而引起晶格畸变的现象发生;另外,焦粉在焙烧过程中以二氧化碳形式排出,改善了球团内部的组织结构。

3.双层球团显微结构特征

内配碳双层球团的显微矿相结构见图3~5。球团的气孔率、赤铁矿再结晶固结率测定结果见表7。从矿相照片和表7可看出:以磁铁矿或赤铁矿为原料制得的双层球团,显微结构很有规律地分为两层,外层以Fe2O3的结晶长大固结为主,矿物由赤铁矿、脉石及少许硅酸盐粘结相组成,外层孔隙多呈细孔状,分布均匀;内层显微结构为Fe2O3的它形晶互相连接,在球核出现Fe3O4,随着配碳量增加,内核中Fe3O4含量增加。磁铁矿内配碳双层球团中配碳质量分数低于1.0%时,球团内部没有出现Fe3O4晶体,Fe2O3再结晶固结率较高,气孔率低,因此球团抗压强度大,还原膨胀率也大;当配碳质量分数为1.5%时,球团内有少量大的空洞,球团外层是Fe2O3结晶,但球团内层出现了部分的Fe3O4结晶,说明由于碳的还原作用,一部分Fe2O3被还原成Fe3O4;当配碳质量分数为2.0%时,球团内部出现大量的空洞,球团外层已经出现部分Fe3O4结晶,球团内层几乎都是Fe3O4结晶,说明球团外层形成1层致密的Fe2O3,阻止空气中的氧进入球团内层,进而生成大量的Fe3O4晶体。赤铁矿内配碳双层球团随着配碳量的增大,球团内Fe2O3再结晶固结率先增后减,导致球团抗压强度先增后减;配碳质量分数为1.0%时最大,此时球团抗压强度也最大。当配碳质量分数为2.0%时,球团内部出现少量的Fe3O4结晶,球团抗压强度降低。随着配碳量的增加,赤铁矿双层球团的气孔率逐渐增大,所以还原膨胀率降低,但当配碳质量分数超过1.5%后出现磁铁矿结晶,导致还原膨胀率又开始升高。

结论

1)磁铁矿内配碳双层球团随着配碳量的增加,球团抗压强度是逐渐降低的,当配碳量(质量分数)超过1.0%后,球团内出现磁铁矿结晶,球团抗压强度开始骤降。赤铁矿内配碳双层球团随着配碳量的增加,球团抗压强度开始升高后又降低,配碳量(质量分数)超过1.5%后,球团内出现磁铁矿结晶,球团抗压强度开始下降。2)磁铁矿双层球团内层配碳量(质量分数)为1.0%时,还原膨胀率最低,为7.98%,此时球团强度亦可以达到2512N/个;赤铁矿双层球团内层配碳量(质量分数)为1.5%时,还原膨胀率最低,为9.52%,在配碳量小于1.5%时球团抗压强度均大于2500N/个。磁铁矿双层球团内层配碳量(质量分数)不大于1.0%时,赤铁矿双层球团内层配碳量(质量分数)不大于1.5%时,均可以满足生产需求的情况下,有效降低球团的还原膨胀率。3)在球团内层添加适量的焦粉,可以增加成品球团的气孔率,改善其还原性,有效抑制球团的还原膨胀。(本文图、表、公式略)

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