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      論內配碳對雙層球團還原膨脹率的影響

      2013-05-21 16:52 來源:冶金工業論文 人參與在線咨詢

      實驗

      1.實驗原料

      所用原料是國內某鋼廠的磁鐵礦粉、赤鐵礦粉和膨潤土,其成份及粒度組成見表1。配加燃料是1種低揮發分焦粉,其性能指標見表2。

      2.實驗方法

      造球時每批料的料量為4kg,水、焦粉、膨潤土及鐵精礦粉按一定比例配入,造球原料混勻后在圓盤造球機上造球,直至球團直徑達到10.0~12.5mm時取出過篩作為球團內層;把篩選出的10.0~12.5mm的生球加入造球機中,再配加鐵精礦粉繼續造球,球團外層的厚度為1.5~2.0mm,球團內、外層所用鐵精礦質量比為1:1,制備雙層球團。造完后過篩,取12.5~15.0mm的生球為合格球。造球設備采用圓盤造球機,主要技術參數為直徑Φ=1000mm,邊高h=200mm,傾角α=45°,轉速為20r/min。造球結束后,將合格生球放入鼓風干燥箱中干燥至質量不變,然后將干球置于臥式管式電阻爐中進行預熱和焙燒實驗。焙燒制度為:預熱溫度950℃,預熱時間15min;焙燒溫度1250℃,焙燒時間15min。待球團冷卻后,取出10個球團放至FZY-1型抗壓強度檢測儀上進行抗壓強度測量,其平均值作為球團的抗壓強度。球團膨脹率的測定是按照《鐵礦球團相對自由膨脹指數的測定方法》GB/T13240—1991,將一定量粒度10.0~12.5mm的球團礦,在900℃下等溫還原,球團發生體積變化,采用排水法測定還原前后球團體積,體積變化的相對值用體積分數表示,球團還原膨脹率(RSI)的計算公式為(略):式中:V0為還原前試樣的體積,mL;V1為還原后試樣的體積,mL。球團的礦相顯微結構采用奧林巴斯BX51M光學顯微鏡進行觀測,利用顯微鏡自帶的DT2000圖像分析軟件測定球團的赤鐵礦再結晶固結率(%)和氣孔率(%)。

      3.實驗方案

      實驗中的鐵精礦為磁鐵礦和赤鐵礦,分兩組進行,每組配加一定量的焦粉和膨潤土,混勻造球。第一組造球原料為東北精礦(磁鐵礦),內層配碳的質量分數依次為0%,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%(即配加焦粉的質量分數為0%,0.59%,1.18%,1.76%,2.35%),外層不配碳,制備雙層球團,焙燒后檢測其焙燒球強度和還原膨脹率。第二組造球原料為卡拉加斯粉(赤鐵礦),內層配碳量依次為0%,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%(即配加焦粉的質量分數為0%,0.59%,1.18%,1.76%,2.35%),外層不配碳,制備雙層球團,焙燒后檢測其焙燒球抗壓強度和還原膨脹率。球團內、外層所用鐵精礦質量分別為2kg,焦粉的配比是以內層鐵精礦的質量為標準的。造球實驗的實驗方案如表3,4。

      實驗結果及分析

      1.配碳量對雙層球團抗壓強度的影響內

      層配碳量對雙層球團抗壓強度影響的測定結果見表5與圖1。由表5和圖1可知:不同內配碳量的磁鐵礦雙層球團,經過高溫焙燒后,其抗壓強度發生明顯變化,隨著配碳量的增加,焙燒球的抗壓強度一直呈下降趨勢;在配碳的質量分數超過1.0%,球團強度急劇下降,配碳的質量分數為2.0%時,僅為836N/個;不同配碳量的赤鐵礦雙層球團,配碳的質量分數超過0.5%后焙燒后球團抗壓強度先增加后又降低,配碳的質量分數為1.0%時較高,為3166N/個。根據文獻[8],球團內配碳質量分數為0.8%~0.9%的固體燃料,總燃耗可以降低11.9%~18.7%。所以在赤鐵礦球團內配適量的固體燃料,在滿足生產需求的焙燒球團抗壓強度(不小于2500N/個)的情況下起到節能降耗的作用。

      2.配碳量對雙層球團礦還原膨脹率的影響

      內層配碳量對雙層球團的還原膨脹率影響的測定結果見表6與圖2。由表6與圖2可知:雙層球團內層配碳后,球團的還原膨脹率比普通球團有明顯的降低;磁鐵礦普通球團的膨脹率在20%以上,配碳后,還原膨脹率降低到10%左右,配碳質量分數為1.0%時RSI較低,為7.98%;赤鐵礦普通球團的膨脹率在30%以上,配碳后,還原膨脹率明顯降低,配碳質量分數為1.5%時RSI較低,為9.52%。向雙層球團內層添加適量焦粉對抑制球團膨脹具有明顯的效果。是由于焦粉的存在改變了球團內部的氣氛,使渣相易于生成,渣相除了能改善球團礦固結形式以外,特別重要的是使堿金屬以硅酸鹽的形式進入渣相,從而克服了堿金屬進入鐵氧化物晶格而引起晶格畸變的現象發生;另外,焦粉在焙燒過程中以二氧化碳形式排出,改善了球團內部的組織結構。

      3.雙層球團顯微結構特征

      內配碳雙層球團的顯微礦相結構見圖3~5。球團的氣孔率、赤鐵礦再結晶固結率測定結果見表7。從礦相照片和表7可看出:以磁鐵礦或赤鐵礦為原料制得的雙層球團,顯微結構很有規律地分為兩層,外層以Fe2O3的結晶長大固結為主,礦物由赤鐵礦、脈石及少許硅酸鹽粘結相組成,外層孔隙多呈細孔狀,分布均勻;內層顯微結構為Fe2O3的它形晶互相連接,在球核出現Fe3O4,隨著配碳量增加,內核中Fe3O4含量增加。磁鐵礦內配碳雙層球團中配碳質量分數低于1.0%時,球團內部沒有出現Fe3O4晶體,Fe2O3再結晶固結率較高,氣孔率低,因此球團抗壓強度大,還原膨脹率也大;當配碳質量分數為1.5%時,球團內有少量大的空洞,球團外層是Fe2O3結晶,但球團內層出現了部分的Fe3O4結晶,說明由于碳的還原作用,一部分Fe2O3被還原成Fe3O4;當配碳質量分數為2.0%時,球團內部出現大量的空洞,球團外層已經出現部分Fe3O4結晶,球團內層幾乎都是Fe3O4結晶,說明球團外層形成1層致密的Fe2O3,阻止空氣中的氧進入球團內層,進而生成大量的Fe3O4晶體。赤鐵礦內配碳雙層球團隨著配碳量的增大,球團內Fe2O3再結晶固結率先增后減,導致球團抗壓強度先增后減;配碳質量分數為1.0%時較大,此時球團抗壓強度也較大。當配碳質量分數為2.0%時,球團內部出現少量的Fe3O4結晶,球團抗壓強度降低。隨著配碳量的增加,赤鐵礦雙層球團的氣孔率逐漸增大,所以還原膨脹率降低,但當配碳質量分數超過1.5%后出現磁鐵礦結晶,導致還原膨脹率又開始升高。

      結論

      1)磁鐵礦內配碳雙層球團隨著配碳量的增加,球團抗壓強度是逐漸降低的,當配碳量(質量分數)超過1.0%后,球團內出現磁鐵礦結晶,球團抗壓強度開始驟降。赤鐵礦內配碳雙層球團隨著配碳量的增加,球團抗壓強度開始升高后又降低,配碳量(質量分數)超過1.5%后,球團內出現磁鐵礦結晶,球團抗壓強度開始下降。2)磁鐵礦雙層球團內層配碳量(質量分數)為1.0%時,還原膨脹率較低,為7.98%,此時球團強度亦可以達到2512N/個;赤鐵礦雙層球團內層配碳量(質量分數)為1.5%時,還原膨脹率較低,為9.52%,在配碳量小于1.5%時球團抗壓強度均大于2500N/個。磁鐵礦雙層球團內層配碳量(質量分數)不大于1.0%時,赤鐵礦雙層球團內層配碳量(質量分數)不大于1.5%時,均可以滿足生產需求的情況下,有效降低球團的還原膨脹率。3)在球團內層添加適量的焦粉,可以增加成品球團的氣孔率,改善其還原性,有效抑制球團的還原膨脹。(本文圖、表、公式略)

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