铁矿粉烧结-吴铿
测定铁矿粉同化特性新方法的探索_吴铿
收稿日期：2013－02－04基金项目：国家自然科学基金资助项目（51274026，50934007）；国家高技术研究发展计划项目（2009AA06Z105）．作者简介：吴铿（1951－），男，辽宁鞍山人，北京科技大学教授，博士生导师．第34卷第7期2013年7月东北大学学报(自然科学版)Journal of Northeastern University (Natural Science )Vo l．34，No．7Jul．2013测定铁矿粉同化特性新方法的探索吴铿1，王梦1，赵勇1，2，王崇茂1（1．北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京100083；2．首钢技术研究院，北京100041）摘要：指出目前测定铁矿粉与CaO 同化反应方法的优缺点．铁矿粉只有先在界面上熔化形成液相并与CaO 形成润湿后，才能进行同化反应形成铁酸钙．通过X 射线衍射分析给出了判别铁矿粉与CaO 同化反应的始末点等参数的方法，以此为基础建立了以实际烧结生产温度为基准温度且量纲为1的同化反应特征数．该特征数综合了铁矿粉同化反应过程中各种重要信息，如升温速率、同化反应温度和同化反应速度等参数，改进了以往方法不考虑同化反应过程的缺陷，避免了用多个参数表示同化反应过程的不便．关键词：铁矿粉；烧结；同化反应特征数；XRD ；测定方法中图分类号：TF 046.4文献标志码：A文章编号：1005－3026（2013）07－0961－05A New Method for the Measuration of Assimilation Characteristics of Iron Ore PowderWU Keng 1，WANG Meng 1，ZHAO Yong 1，2，WANG Chong-mao 1（1．State Key Laboratory of Advanced Metallurgy ，University of Science and Technology Beijing ，Beijing 100083，China ；2．Shougang Research Institute of Technology ，Beijing 100041，China．Corresponding author ：WU Keng ，E-mail ：wukeng@metall．ustb．edu．cn ）Abstract ：The advantages and disadvantages of the measuration methods currently used of assimilation reaction between iron ore powder and CaO were indicated．The iron ore powder was first melted into liquid phase at the interface wetting CaO which led to the assimilation reaction that formed calcium ferrite．Discriminated methods of the parameters of the assimilation reaction such as starting and finishing temperatures were confirmed by X-ray diffraction analysis．Uponthis ，the assimilation characteristic number taking the actual sintering temperature as the reference temperature was established．This assimilation characteristic number was a dimensionless number including kinds of important information during the assimilation reaction process ，such as the heating rate ，the assimilation reaction temperature and the assimilation reaction velocity ，which overcame the shortcomings of the previous methods without considering the assimilation reaction process ，and avoided using multiple parameters to characterize the assimilation reaction process．Key words ：iron ore powder ；sintering ；assimilation characteristic number ；XRD ；measuration 铁矿粉中铁氧化物与CaO 的反应能力，即铁矿粉的同化性能，反映了铁矿粉在烧结过程中生成液相的难易程度，对烧结矿成矿有至关重要的作用［1－2］．目前多采用最低同化温度这一指标来表征铁矿粉的同化性能［3－5］．相应的实验方法由于升温太快，以致热滞后现象明显而无法准确判断铁矿粉同化的最低温度，故需要改变目标温度而进行多次重复试验［6］，重复试验的次数视改变目标温度的幅度而定．若每次改变5ħ，则要重复试验5 6次才能得到铁矿粉的最低同化温度［7］．该种方法主要的不足之处，是不能观察铁矿粉同化的过程和到达同化的时间，忽略了同化反应过程的其他重要信息．文献［8－9］通过添加摄像设备来观察铁矿粉与CaO 的同化反应过程，采用多个参数来描述铁矿粉的同化特性．这样虽然能较全面地反映铁矿粉的同化过程，却会在使用上带来不便．例如在铁矿粉评价体系的模型中，同化特性是作为其中的一个参数来考虑的［7］．本文用可视卧式高温炉获得了铁矿粉与CaO 在同化反应全程的相关数据．对同化反应过程中的不同试样分别进行了X 射线衍射分析，根据分析不同试样生成铁酸钙的结果，确定了铁矿粉与CaO 同化反应的开始和结束的温度和时间点．进而，综合考虑了铁矿粉与CaO 同化反应的相关参数，提出一种包含铁矿粉与CaO 同化反应过程全部信息的新的表征方法，即建立了量纲为1的铁矿粉的同化特征数．1试验设备与方法试验采用卧式高温炉（其型号为SK1BYL ，额定功率为6kW ）、摄像及记录系统和压片机．试验装置示意图如图1所示．将铁矿粉和分析纯CaO 试剂研磨成粒度＜147μm 的细粉状，干燥后待用；用电子天平分别称取0.8g 铁矿粉试样和2.0g CaO 试剂，在压片机上分别压制成直径8mm ˑ（5 6）mm 的矿粉圆柱试样和直径25mm ˑ4mm 的CaO 垫片试样．然后，将铁矿粉试样置于CaO 垫片之上，放入高温炉内按设定的升温制度进行焙烧，对试样在升温过程中进行摄像的同时记录时间和温度．为了确保计算机采集系统和记录系统的稳定运行，摄像拍摄间隔设为3s．通过预备试验选择试验的升温制度为：室温到600ħ以15ħ/min 升温；600 1200ħ以10ħ/min 升温；1200ħ以上以5ħ/min 升温．试验选取了五种矿粉，其主要成分如表1所示．图1同化反应试验装置示意图Fig.1The schematic plot of assimilationreaction experiments2同化性能的表征2.1同化过程基本参数的确定为研究铁矿粉与CaO 进行同化反应过程的不同参数对同化反应的影响，需要从试验中获得同化开始和结束的温度、同化时间和升温速率等参数，进而来表征铁矿粉的同化反应特性．表1铁矿粉的化学成分（质量分数）Table 1Chemical composition of ironore powders （mass fraction ）%矿粉名称TFe FeO SiO 2Al 2O 3CaO MgO A 60.290.81 5.53 3.010.310.16B 53.638.819.15 3.86 2.22 1.87C 59.3222.006.960.880.93 5.97D 47.26 2.8914.63 6.21 3.240.80E60.451.124.502.820.230.19由预备试验，分别取出试验过程中具有代表性不同外观形态的试样，用X 射线衍射分析界面上物质的变化情况．图2和图3分别为A 粉和B 粉的同化过程图及其XRD 图谱，图左侧为铁矿粉同化过程中的几个特征状态，图右侧为与特征状态相对应的X 射线衍射分析图谱．由图2可见，在铁矿粉试样与CaO 垫片开始润湿状态（D 3）时在界面上出现铁酸钙，表明此时开始了铁矿粉与CaO 的同化反应，到同化结束状态（D 4）铁酸钙的含量有所增加并达到最大．由图3可见，由于铁矿粉的熔点低，熔化不久左边一侧形成润湿（D 2），有少量铁酸钙生成，到两侧完全润湿（D 3），铁酸钙的含量进一步增加，在CaO 垫片界面上也有Fe 2O 3，当试样在垫片上不再发生变化时（D 4），铁酸钙的含量进一步增加并达到最大，CaO 垫片上没有Fe 2O 3，表明该时刻同化反应已经结束．对于铁矿粉试样熔点较高的试样，见图2，可借助图片左侧的标尺和界面上润湿角来判断同化反应的起始点，当试样高度明显下降且界面处出现润湿现象时，有铁酸钙生成，即铁矿粉与CaO 开始了同化反应．该类试样在界面熔化后润湿的温度比铁矿粉试样的熔点要低．对于铁矿粉熔点较低的试样，如图3中试样先熔化成扁球型，在试样与垫片接触出现润湿的情况，即润湿角小于90ʎ后，同样确定生成了铁酸钙．该类试样在界面熔化后润湿的温度比铁矿粉试样的熔点要高．由此，针对A ，B 两类铁矿粉，同化开始温度的确定可以由同化过程中铁矿粉试样和CaO 垫片接触界面出现润湿这一特征现象作为判定依据，此时在铁矿粉试样和CaO 垫片的界面上铁酸钙系液相已经形成．根据熔渣表面张力可知，当润湿角小于90ʎ时，相界面发生润湿现象，液相沿着固相表面铺展，接触面有扩大的趋势．综上，当铁矿粉269东北大学学报(自然科学版)第34卷图2A 粉同化反应过程图及其XRD 图谱Fig.2The assimilation procedure of iron ore powder A and its XRD patterns（a ）—初始状态D 1，1500s （1251ħ）；（b ）—开始熔化状态D 2，1551s （1253ħ）；（c ）—开始润湿状态D 3，1569s （1254ħ）；（d ）—同化结束状态D 4，1848s （1267ħ）．试样与CaO 垫片接触处的润湿角小于90ʎ时确定为同化反应开始，以此为依据可保证两类铁矿粉都已开始同化．同时，润湿角作为判断依据由于其现象明显从而可以减小实验误差．预备试验表明，只有在液相出现后，才可能进行铁矿粉与CaO 的同化反应，这也证明了在铁矿粉熔化前采用快速升温或慢速升温对研究铁矿粉与CaO 同化反应的结果没有本质上的差别的看法是正确的．试验中同化反应结束的判断是根据反应物的最终状态是否还继续发生变化来确定的，采用按程序设定的速度升温，如果观察到在3min 内铁矿粉试样外形不再变化，取试样外形不变化的最低温度为同化结束温度，此时的时间为同化结束时间，则同化反应结束与同化反应开始的时间差即为同化反应的时间．如图2和图3所示，从同化反应开始（D 3）到同化反应结束（D 4），铁酸钙的含量是逐渐增加的，到同化完全时含量达到最大．显然，仅用同化开始温度或同化结束温度这样单一的终点指标来表征铁矿粉的同化温度是不全面的．因为铁矿粉与CaO 同化反应的过程中铁酸钙在不断地生成．本文采用考虑始末温度的平均温度作为铁矿粉与CaO 同化反应的温度．2.2同化反应特征数通过试验确定出铁矿粉试样与CaO 同化反应过程的重要信息后，为了描述铁矿粉本身的同化性能，给出了同化反应参数R ：R =φ()t T ()1000β．（1）式中：R 为同化反应参数，它的量纲为1；φ为同化反应的体积分数，%；t 为同化反应时间；T 为平均同化温度，即铁矿粉开始同化反应的温度到反应结束的温度的平均值（T D3+T D4）/2，K ；β为升温速率（试验中在1200ħ以上的升温速率），K /s．式（1）中，同化反应的体积分数与同化反应时间之比为自身同化反应速度，即v Z =φt．（2）由于温度对同化反应速度影响较大，仅用铁矿粉自身同化反应参数不能比较不同铁矿粉同化性的差异，为了表示温度对同化反应速度的影响，369第7期吴铿等:测定铁矿粉同化特性新方法的探索图3B 粉同化过程图及其XRD 图谱Fig.3The assimilation procedure of iron ore powder B and its XRD patterns（a ）—初始状态D 1，2007s （1250ħ）；（b ）—开始熔化状态D 2，2034s （1252ħ）；（c ）—开始润湿状态D 3，2148s （1257ħ）；（d ）—同化结束状态D 4，2445s （1271ħ）．需要建立温度与反应速度的关系．物理化学中范特霍夫规则认为：温度每升高10K ，反应速率会增加到原来的2 4倍［10］．由于同化反应是在相对较低的高温下进行，所以取范特霍夫规则中温度变化引起的反应速率变化的值为2倍．烧结生产中的温度大约在1563K ，而铁矿粉同化反应温度会与之有一定的差别，以生产现场烧结温度作为比较的标准，对不同铁矿粉的自身同化反应速度进行修正，得到了既考虑温度变化对同化反应速度的影响，又考虑实际生产中烧结温度的同化反应特征数，其计算公式如下：TH =v RT ()1000β．（3）式中：TH 为同化反应特征数，其量纲为1；v R 为修正的同化反应速度，其值为v Z ˑ2n，n 为同化温度与烧结温度比较所得，每大于10K 增加1，不足10K 的部分取分数，同化温度小于烧结温度取正值，大于烧结温度取负值；T 为平均同化温度，K ；β为升温速率（试验中在1200ħ以上的升温速率），K /s．同化反应参数的量纲为1，对式（1）进行量纲分析，1=t '－1T 'T ᵡt ᵡ－1．可以写为1=t '－1c 'p T 'c 'p T ᵡt ᵡ－1=t '－1Q 'Q ᵡtᵡ－1其中：Q '和Q ᵡ分别为同化反应所需的热量和外部提供的热量；t '和t ᵡ分别为同化反应的时间和供热的时间．同化反应参数也表示了单位时间同化消耗的热量与单位时间供热的比值．同化反应特征数的量纲为1，但还包含了铁矿粉自身同化反应温度与烧结生产温度之差对同化反应相对速度的影响．3矿粉同化反应特征数的测定和分析测定表1中五种铁矿粉与CaO 同化反应的相关参数，由式（1），式（3）得到铁矿粉自身同化反应参数R 和同化反应特征数，如表2所示．由表2可见，五种铁矿粉的同化反应特征数大小顺序为TH A ＞TH E ＞TH B ＞TH D ＞TH C ，与仅469东北大学学报(自然科学版)第34卷考虑同化反应参数的排列顺序R A＞R B＞R E＞R C ＞RD有较大的区别，其原因是同化反应特征数考虑了铁矿粉同化反应温度与生产温度差别的影响，由于同化反应温度高于烧结生产温度，铁矿粉的同化反应特征数较低，可以将这些铁矿粉明显区分出来．同化反应特征数大小顺序为与仅考虑同化反应温度的排列顺序T E＞T A＞T B＞T D＞T C 相差不大，虽然E矿的同化反应温度低，但同化反应持续的时间长，所以其同化反应特征数会下降，这正是考虑了同化反应速度的原因．表2铁矿粉同化反应过程的基础数据及其同化反应特征数Table2Database of the iron ore powder assimilation reactopm and the assimilation characteristics number矿粉名称同化反应时间ts同化反应的体积分数φ%平均同化反应温度TK自身同化反应速度v Zs－1同化反应参数R同化反应特征数TH（参考温度1563K）A27910015340.36 6.6349.46 B29710015370.34 6.2738.02 C80410016430.12 2.360.01 D109510015950.09 1.720.19 E69610015210.14 2.5646.964结论1）在铁矿粉熔化前采用快速升温或慢速升温，对研究铁矿粉与CaO同化反应没有本质上的差别．选择较低升温速率可以减少温度滞后对试样的影响和全面获取铁矿粉与CaO同化反映过程的信息．2）采用可视的高温炉系统，可观察铁矿粉同化的整个过程．通过XRD分析确定了只有在铁矿粉与CaO形成润湿后，才会发生同化反应，以此为依据给出了同化反应过程的始末点，可以准确地获得同化反应过程的重要参数．3）建立了以烧结矿的实际生产温度为基准的同化反应特征数，可用来表征铁矿粉与CaO的同化反应过程中的同化反应的温度、始末时间、速度等性能参数，可以更全面地反映铁矿粉与CaO 的同化反应性能．参考文献：［1］Kasai E．Preface to the special issue on“recent progress of the research on the iron ore agglomeration”［J］．ISIJInternational，2005，45（4）：413－418．［2］Loo C E．A perspective of goethitic ore sintering fundamentals ［J］．ISIJ International，2005，45（4）：436－441．［3］吴胜利，刘宇，杜建新，等．铁矿粉与CaO同化能力的试验研究［J］．北京科技大学学报，2002，24（3）：258－261．（Wu Sheng-li，Liu Yu，Du Jian-xin．Experiment study ofassimilation ability between iron ores and CaO［J］．Journal ofUniversity of Science and Technology Beijing，2002，24（3）：258－261．）［4］金明芳，朱道飞，郑忠，等．铁矿石粉矿成分对烧结强度的影响［J］．东北大学学报：自然科学版，2009，30（1）：86－89．（Jin Ming-fang，Zhu Dao-fei，Zheng Zhong，et al．Effect ofcomposition of powdered iron ore on sinter strength［J］．Journal of Northeastern University：Natural Science，2009，30（1）：86－89．）［5］姜鑫，吴刚生，金明芳，等．MgO对烧结矿软熔性能的影响［J］．东北大学学报：自然科学版，2006，27（12）：1358－1361．（Jiang Xin，Wu Gang-sheng，Jin Ming-fang，et al．Effect ofMgO content on softening-melting property of sinter［J］．Journal of Northeastern University：Natural Science，2006，27（12）：1358－1361．）［6］尚策，周明顺，翟立委，等．鞍钢铁矿石烧结基础性能研究［J］．东北大学学报：自然科学版，2009，30（8）：1139－1142．（Shang Ce，Zhou Ming-shun，Zhai Li-wei，et al．Study on basicsintering properties of iron ores in ANSTEEL［J］．Journal ofNortheastern University：Natural Science，2009，30（8）：1139－1142．）［7］王崇茂，吴铿，赵勇，等．用模糊数学建立铁矿粉评价体系的方法研究［J］．烧结球团，2012，37（5）：1－4．（Wang Chong-mao，Wu Keng，Zhao Yong，et al．Research onestablishing an evaluation system of iron ore by fuzzymathematic［J］．Sintering and Pelletizing，2012，37（5）：1－4．）［8］李光森，金明芳，魏国，等．含氟烧结矿粘结相润湿性研究［J］．钢铁，2007，42（8）：12－16．（Li Guang-sen，Jin Ming-fang，Wei Guo，et al．On wettability ofbinding phase in fluorine-bearing sinter［J］．Iron＆Steel，2007，42（8）：12－16．）［9］裴元东，赵志星，赵勇．扬地粉高配比烧结试验研究［C］//第五届中国金属学会青年学术年会论文集．北京：冶金工业出版社，2010：17－23．（Pei Yuan-dong，Zhao Zhi-xing，Zhao Yong．Experimentalresearch on high ratio Yangdi fines during sintering process［C］//The Fifth Youth Annual Conference Memoir of ChineseMetals Society．Beijing：Metallurgical Industry Press，2010：17－23．）［10］焦让杰．关于范特霍夫规则的讨论［J］．北京林业大学学报，1987，9（4）：413－416．（Jiao Rang-jie．Discussion about Van’t Hoff’s law［J］．Journal of Beijing Forestry University，1987，9（4）：413－416．）569第7期吴铿等:测定铁矿粉同化特性新方法的探索。
铁矿粉制备球团生产铁的技术综述-冶金工程论文-工程论文
铁矿粉制备球团生产铁的技术综述-冶金工程论文-工程论文简介本文对铁矿粉制备球团生产铁的技术进行综述，主要分析了球团制备工艺、球团烧结工艺以及球团在生产铁过程中的应用。
球团制备工艺铁矿粉制备球团是将铁矿粉与添加剂混合，并通过湿法制备成球团的工艺。
球团制备工艺的关键环节包括矿渣处理、细粉分散、粘结剂选择以及球团化机理等。
矿渣处理采用了加湿、破碎、磨矿等方法，能够降低矿渣的粉末粒度，提高其矿石烧结活性。
细粉分散主要通过磨矿机实现，磨矿可有效提高铁矿粉与添加剂的混合程度，促进球团化反应。
粘结剂的选择对于球团制备工艺至关重要，常用的粘结剂有煤焦沥青、发泡焦等，具体选择应根据铁矿粉的性质和生产要求来确定。
球团化机理研究指出，球团化反应是一个严格的物理化学过程，涉及到湿法粒子聚结、粘结剂润湿、发泡膨胀、晶格变形等多个阶段。
球团烧结工艺球团烧结是将球团在高温下进行加热，使其形成坚硬的球团矿的过程。
球团烧结工艺的关键环节包括烧结温度、烧结速度、固相反应以及气固相反应等。
烧结温度是球团烧结工艺中的重要参数，直接影响到球团的硬度和结构稳定性。
较高的烧结温度有助于提高球团的强度和耐磨性。
烧结速度是指球团烧结过程中的升温速率，过快的烧结速度会导致球团表面温度过高，从而产生过烧现象。
适当的烧结速度可保证球团的烧结质量。
固相反应主要是指球团中的铁矿石在高温下与添加剂之间的化学反应。
固相反应能够形成新的化合物，提高球团的强度和耐火性。
气固相反应主要是指球团与烧结气体之间的化学反应。
气固相反应能够形成富氧气氛，促进球团的烧结反应。
球团在生产铁中的应用球团在生产铁过程中起到了至关重要的作用。
它能够提高矿石利用率、减少废料排放、改善燃料利用效率等。
球团能够增加矿石表面积，提高矿石还原反应速率，从而降低还原时间，提高炉内产铁效率。
球团还能够减少废料排放，降低对环境的污染。
球团在高温下烧结时，能够发生矿渣化合物的转变和还原反应，减少了废料产生。
铁矿粉基础性能及其在烧结优化配矿中的应用
04
铁矿粉在烧结优化配矿中的 研究进展
铁矿粉基础性能的研究进展
铁矿粉的化学成分
随着分析技术的进步，对铁矿粉的化 学成分研究更加深入，尤其是微量元 素的检测和分析，有助于更精确地评 估铁矿粉的质量和潜在价值。
铁矿粉的物理性能
物理性能的研究包括粒度分布、密度 、硬度等，这些因素直接影响铁矿粉 在烧结过程中的反应性和混合性能。
铁矿粉在烧结优化配矿中的理论研究进展
烧结反应动力学
通过建立烧结反应动力学模型，研究 不同成分的铁矿粉在烧结过程中的反 应速率和机理，为优化配矿提供理论 依据。
混合料相组成与性能
研究不同铁矿粉对混合料相组成和性 能的影响，包括液相形成、固相反应 等，有助于揭示铁矿粉在烧结过程中 的作用机制。
铁矿粉在烧结优化配矿中的实践应用进展
铁矿粉基础性能及其在烧结 优化配矿中的应用
目录
• 铁矿粉基础性能 • 铁矿粉在烧结优化配矿中的作用 • 铁矿粉在烧结优化配矿中的实践
应用 • 铁矿粉在烧结优化配矿中的研究
进展 • 结论与展望
01
铁矿粉基础性能
铁矿粉的物理性质
01
02
03
密度
铁矿粉的密度是衡量其质 量的重要指标，密度越大， 单位体积的矿粉质量越大。
有害元素含量
如铅、汞、砷等有害元素 应严格控制其含量，以确 保生铁的安全直接影响烧结 矿的透气性和强度，粒度过小会 导致烧结矿强度降低，过大则会 影响透气性。
粒度分布
理想的粒度分布可以提高烧结矿 的质量和产量，粒度分布过于集 中或分散都不利于烧结。
02
铁矿粉的粒度选择与调整对烧结工艺具有重要影响，合适的粒度分布可以提高烧 结矿的质量和产量。
烧结生产中的主要铁矿粉
烧结生产中的主要铁矿粉澳洲矿粉1、 PB粉：全称皮尔巴拉混合粉（力拓公司经营），粉的品位在61.5％左右，部分褐铁矿，结晶水较多5%左右（烧损较大），铝含量2.5左右，烧结性能较好；属于中低水合褐铁矿，还原性好，热强度一般。
2、纽曼粉：产于澳大利亚纽曼镇的纽曼山矿，属赤铁矿，烧结性能较好，粉的品位在62.5％左右，结晶水含量3%～4%，由澳大利亚西澳州必和必拓公司生产。
铝含量2左右，水分和结晶水含量较低，属于高品质澳矿粉。
3、杨迪粉：产于澳大利亚（必和必拓公司经营），品位在58％左右，铝含量3左右，属中高水合褐铁矿，结晶水较多（7%左右），亲水性高，因其结构疏松，烧结同化性和反应性较好，高炉冶炼性能（热强度，还原性和RDI）不佳。
4、火箭粉：又称FMG，由澳大利亚第三大铁矿石生产商FMG公司生产；据说用作火箭发动机燃料的一种成分，故称火箭粉，其品位在58.5％左右，硅4左右，铝1.5左右（较低），属于褐铁矿，烧结性能较好，储量大且单烧品位高，结晶水在8％左右。
FMG粉矿化学成分优于扬迪粉，但烧结性能和造球性能不如扬迪粉。
5、罗布河粉：产于澳大利亚的罗布河铁矿联合公司；品位在57.5％左右，属于褐铁矿，水分和结晶水较大，铝含量居中，烧结性能较差，但是生产烧结矿的还原性较好。
6、麦克粉：又称MAC粉，中国国内应用的多为58％左右的品位，属中水和褐铁矿，烧结性能较好，含有7％左右的结晶水，铝含量3左右。
粒度大，亲水性低，烧结性能一般。
巴西矿粉1、巴特（SSFT）粉：巴西淡水河谷公司专门为中国市场配制的烧结矿粉，大部分赤铁矿，小部分磁铁矿，铁含量在65％左右，硅含量在4.4％左右，铝1.5左右，水分较大，结晶水小，烧结同化性好，结矿坚硬。
2、巴卡粉：卡拉加斯粉的简称，英文简称SFCJ粉，亚铁含量高，铁含量在65％以上（65-67％），硅含量在1％-2％。
铝1％左右，结晶水1.6％左右，水分8-9％（亲水性强），因产于巴西卡拉加斯矿而得名，粉矿的质量优异，价格高。
分段法研究烧结矿还原的动力学过程
分段法研究烧结矿还原的动力学过程赵勇;吴铿;潘文;刘起航【摘要】根据工业生产烧结矿的还原动力学特点,从冶金传输原理的质量传输和化学反应的基本原理出发,针对还原过程中的不同阶段分别建立了立方体颗粒的化学反应过程动力学和分子扩散过程的新模型.在所建立模型的基础上采用分段法研究了CO还原烧结矿的反应过程动力学,得出不同限速性环节转换的时间点和相关的动力学参数,进而给出了动力学参数与温度的关系式.通过对工业生产烧结矿还原过程中的微观结构变化的观察验证了该模型对不同限速环节判断的准确性及其合理性.采用分段法可以确定出不同控制环节的转换时间点和动力学参数可以普适地用在其他反应过程动力学的研究中.【期刊名称】《东北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(034)009【总页数】5页(P1282-1286)【关键词】反应过程动力学;分段法;烧结矿;动力学参数;立方体【作者】赵勇;吴铿;潘文;刘起航【作者单位】北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室,北京100083;北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室,北京100083;北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室,北京100083;首钢技术研究院,北京100041;北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TF513CO 还原铁氧化物的过程是典型的气、固非催化反应，其反应过程可以看成是由气体的外扩散、内扩散、化学反应等不同控速环节组成，其中速度最慢的环节作为反应过程的控速环节.对于一个特定的反应过程，不同的反应阶段通常有着不同的控速环节，这与反应物的理化特性及反应条件有关［1］.通常采用冶金物理化学的原理研究气、固非催化反应过程动力学的模型主要有:整体反应模型［2］、缩核反应模型［3－4］、微粒模型［5］、破裂芯模型［6］.根据实际情况选择不同的模型，进而可以确定出在反应过程中达到不同还原度(失重率)时的活化能，根据活化能值的大小来确定反应的控制环节.由此可见，冶金物理化学研究反应过程动力学的特点之一为，“冶金过程动力学不着重研究反应的机理，而着重研究整个多相反应的过程中控制速度的环节”［1］.本文采用热重法在不同温度(1 173，1 223，1 273，1 323，1 373 K)、全CO 气氛条件下，对首钢烧结厂的烧结矿进行了还原动力学的试验.同时，从冶金传输原理的质量传输和化学反应的基本原理出发，针对还原过程中的不同阶段分别建立了立方体颗粒的动力学新模型；并确定出反应过程中不同控制环节的转换点和各控制环节的动力学参数(化学反应速度常数、分子扩散系数和活化能)，进而给出了动力学参数与温度的关系式.通过烧结矿还原过程中的显微结构变化验证了本文对不同阶段限速性环节的判定和所建立模型的合理性.该研究结果为采用分段法深入研究考虑了化学反应、分子扩散等不同因素的耦合效应建立必要的基础.1 试验过程和结果烧结矿试样为边长12 mm 的立方体，放在铁铬铝丝制成的吊篮中，将试样用铁铬铝丝悬挂于石英弹簧称上，在高纯氩气保护下升温，达到反应温度后改通流量为0.45 L/min 的全CO 还原气体.同时用计算机连续记录样品的质量变化，当试样质量恒定后停止试验，在高纯氩气保护下降至室温.图1 为不同温度下，烧结矿的还原率随时间变化的曲线.从图中可见，随着温度升高，还原速率加快，达到完全反应的时间明显下降；在相同的还原率条件下，温度越高还原速率越快.2 烧结矿还原过程中的不同控速环节2.1 化学反应模型的建立烧结矿还原初期，由于气流较大、温度较高，外扩散一般不会成为限制性环节［7］，而此时产物层形成时间也较短，内扩散一般也不会成为限制性环节；到了反应后期，由于未反应核的缩小和产物层的增加，气体在固相内的扩散可能会成为限制性环节.本文根据立方体颗粒烧结矿的还原特点分别建立了前期的界面化学反应模型和后期考虑了体积变化的固相内扩散模型［8］.图1 烧结矿还原率曲线Fig.1 Typical reduction rate curves of the iron ore sinter根据铁氧化物逐级还原的原理，一级界面化学反应可只考虑FeO 还原为Fe 的反应，当界面反应控速时，FeO 的消耗速率等于化学反应速率，对立方体颗粒有式中:ρ 为颗粒的密度，kg·m－3；l 为FeO 颗粒在某一反应时刻的立方体边长，m；krea为反应速率常数，m·s－1；b 为FeO 的反应计量数；MFeO为FeO 的摩尔质量，g·mol－1；t 为反应时间，s；cCO为CO 的浓度，mol·m－3.可由式(1)ΔGθ=－RTLnKθ，得出平衡常数Kθ 值，再根据Kθ=pCO2/pCO，pCO2+pCO=1，得出不同温度下的pCO，又由pV=nRT 得出cCO.由转化率F1与立方体边长的关系F1=将式(2)分离变量并积分后，得立方体固体颗粒在界面化学反应控速时，时间与转化率的关系:其中:F1为化学反应控制的还原率；l0为FeO 颗粒的初始边长，m.通过对时间t 与函数1－(1－F1)1/3 作图可得直线斜率，带入相关的参数，可求得界面化学反应速率常数:2.2 气体分子扩散模型的建立对于烧结矿立方体颗粒，还原反应仅发生在CO 气相与FeO 固相的交界面上.因此，当扩散控速时固相FeO 消耗速率vFeO等于气相CO 分子扩散速率vCO:即代入初始和边界条件:l=l0，c=c0；l=l0－x，c=0，可得设反应后体积增加部分与反应前体积比为φ，则l0不是一个常数，而是与反应过程有关的函数lx，则式(5)变为将式(8)微分得将式(7)，式(8)，式(9)代入式(6)可得式中:F2为固相扩散控制的还原率；φ 为反应后体积增加部分与反应前体积比，对于该反应φ 取0.038；β=3c0/εl02，其中，ε=ρ/bMFeO；c0代表了扩散物质CO 在立方体表面l0处的浓度，mol·m－3；t 为时间，s；D 表示扩散物质在立方体中的扩散系数，m2·s－1.当0≤F2＜1 时，将式(10)积分后，可得其中:B0为常数.代入相关数据，可求得扩散系数:式中K2为由方程(10)拟合得到的直线斜率，K2=2βD.2.3 界面反应与分子扩散控速阶段活化能的求解界面反应速率常数和温度的关系可由阿伦尼乌斯公式表示:其中:Ea为界面反应活化能，J·mol－1；A 为指前因子.在一定温度范围内，A 和Ea为常数，将不同温度下的lnkrea和1/T 作图可得1 条直线，由直线斜率和截距可分别求得界面控速阶段的反应活化能和指前因子. 对于固相内的分子扩散，有以下经验关系式:即其中:ED为扩散激活能(活化能)，J·mol－1；D0为频率因子，与D 的单位同为m2·s－1.将不同温度下的lnD 与1/T 代入式(15)并作图，由直线斜率和截距可分别求得扩散激活能ED和频率因子D0.2.4 分段控制模型的拟合结果图2 用界面化学反应模型计算的结果Fig.2 Calculation results with interfacialchemical reaction model图3 用分子扩散模型计算的结果Fig.3 Calculation results with molecular diffusion model图2 和图3 分别给出了由分段界面化学反应控制方程的1－(1－F1)1/3 与时间t关系图和由固体内扩散控制方程的y(F2)与时间t 关系图.其中，“□，○，△，▽，◁”表示由试验点按模型计算所得数据，直线表示线性拟合后的结果.从图2 和图3 可见，由试验点计算所得数据的线性度非常好，说明了烧结矿还原前期和后期的控速环节分别为界面反应控速和固相内扩散控速，同时也验证了本文所建立模型的合理性.3 不同控制阶段的动力学参数计算及分析3.1 分段模型中动力学参数的计算根据2.1 节和2.2 节中的模型，将相关动力学参数分别代入式(3)或式(11)，可以得到CO 还原烧结矿过程中一级界面化学反应为控制步骤和气体在固相内扩散为控制步骤的参数，见表1 和表2.表1 CO 还原烧结矿过程中一级界面化学反应为控制步骤的参数Table 1 Parameters of the reduction of the iron ore sinter controlled by first order interfacial chemical reaction表2 烧结矿还原反应固相内扩散控速的相关参数Table 2 Parameters of the reduction of the iron ore sinter controlled by solid diffusion从表1 和表2 中的数据可见，不同温度下的控速环节转变时间不同，随着温度的升高，由化学反应控制的时间比例增加，而分子扩散控制时间比例减少.还原率随着转换点的变化也不相同，如在1 173 K 还原率在不同控制环节的转换点为68%，在1 373 K 还原率的转换点为93%.根据2.3 节中求解活化能的方法，分别将1/T和表1 中的krea代入式(14)并作图可分别求得界面反应阶段的活化能为67.13 kJ/mol 和指前因子为4.42×10－3 m·s－1；将1/T 和表2 中的D 代入式(15)，可分别求得扩散控速阶段的扩散激活能为86.27 kJ/mol 和频率因子为4.95×10－5 m2·s－1.根据国外研究者的结果可知，反应表观活化能小于60～67 kJ·mol－1时，控制步骤可能为化学反应；反应表观活化能大于90 kJ·mol－1 时，控制步骤可能为气体在固相中的扩散［9］.前面计算结果与此基本吻合.将前面不同阶段的动力学参数分别代入式(11)和式(13)，可得到界面反应的速率常数与温度的关系式(16)、扩散系数与温度的关系式(17).3.2 烧结矿还原过程中的微观结构变化图4 是烧结矿在1 273 K 下，不同还原阶段的微观形貌照片.由图4a 可见，在还原反应的中前期，反应界面较为清晰，此时还原气体可迅速扩散至反应界面发生界面化学反应；至反应末期，如图4b 所示，反应界面已经非常模糊，这是由于被还原的金属铁形核长大，形成致密金属铁层，阻碍还原气体的扩散，此时还原反应的限制性环节为固相扩散.因此，通过还原过程微观结构的观察验证了前述由Arrhenius 图、界面化学反应公式及固相反应动力学公式推断的烧结矿还原过程的限制性环节及所建立模型的合理性.图4 烧结矿还原不同阶段微观形貌Fig.4 Changes in morphology during the reduction of the iron ore sinter(a)—还原率70%；(b)—还原率90%.图4 给出的是在还原率为70%和90%对应两种控制环节的微观形貌，与表1 和表2 中在该温度下不同控制速度的转换点在还原率为85%是完全吻合的.4 结论1)根据烧结矿在不同阶段的还原特点，分别建立了界面化学反应模型和体积变化的固相内扩散模型.并在此基础上，确定出反应过程中不同控制环节的转换点和各控制环节的动力学参数.2)界面化学反应的速度常数和分子扩散常数相差在102 的数量级.分别得到了在测量温度范围内的控速速度常数和分子扩散与温度的关系式.在该反应过程中，界面化学反应的活化能为67.13 kJ/mol，分子扩散的激活能为86.27 kJ/mol.随着温度的升高，由化学反应控制的时间比例增加，而分子扩散控制时间比例减少，还原率随着转换点的变化的规律也相同.3)由烧结矿还原过程中微观结构的变化可见，前期是化学反应控速，后期为分子扩散控制，进一步验证了本文对首钢生产用烧结矿还原过程中限制性环节的判定和所建立模型的合理性.参考文献：【相关文献】［1］魏寿昆.冶金过程动力学与冶金反应工程学——对其学科内容及研究方法的某些意见的商榷［C］//冶金物理化学年会论文集.鞍山，1988:1－6.(Wei Shou-kun.Discussion on some opinions of the subject content and research method between kinetics of metallurgical processes and metallurgical reaction engineering ［C］//Metallurgical Physical Chemistry Annual Conference.Anshan，1988:1－6.)［2］Ishida M，Wen C parison of kinetic and diffusional models for solid-gas reactions［J］.AIChE Journal，1968，14(2):311－317.［3］Smith J M.Chemical reaction engineering［M］.3rd ed.New York:McGraw-Hill，1981:14－19.［4］Levenspiel O.Chemical and catalytic reaction engineering［M］.3rd ed.New York:John Wiley ＆Sons，1999:25－27.［5］Szekely J，Evans J W.A structural model for gas-solid reactions with a moving boundary—II:the effect of grain size，porosity and temperature on the reaction of porous pellets［J］.Chemical Engineering Science，1971，26(11):1901－1913.［6］Park J Y，Lenvenspiel O.The cracking core model for the reaction of solid particles ［J］.Chemical Engineering Science，1975，30(10):1207－1214.［7］吴铿.冶金传输原理［M］.北京:冶金工业出版社，2011:284－286.(Wu Keng.Principles of transfer in metallurgy［M］.Beijing:Metallurgical Industry Press，2011:284－286.)［8］张长瑞，杨以文，张光.扩散控制的固相反应动力学模型［J］.物理化学学报，1988，4(5):539－544.(Zhang Chang-rui，Yang Yi-wen，Zhang Guang.Kinetic model for solid state reactions controlled by diffusion［J］.Acta Physico-Chimica Sinica，1988，4(5):539－544.)［9］Nasr M I，Omar A A，Khedr M H，et al.Effect of nickel oxide doping on the kinetics and mechanism of iron oxide reduction［J］.The Iron and Steel Institute of Japan，1995，35(9):1043－1049.。
铁矿粉的烧结特性及优化配矿试验研究_苏步新
第46卷 第9期 2011年9月钢铁Iron and Steel Vo l .46,N o .9September 2011铁矿粉的烧结特性及优化配矿试验研究苏步新, 张建良, 常 健, 王广伟, 王春龙, 车晓梅(北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083)摘 要:以来自澳大利亚、巴西、印度、南非以及中国的6种烧结铁矿粉作为考察对象,分别研究其化学成分、粒度组成、颗粒形貌和气孔率,并对其同化性、液相流动性、黏结相自身强度和铁酸钙生成特性等高温烧结特性进行试验测定和因素考察。
在该研究基础上,提出基于铁矿粉配矿特性互补配矿原则,设计了6组优化配矿方案,对混合矿进行特性研究,且烧结杯试验结果显示获得较好的烧结经济技术指标。
关键词:铁矿石;烧结;特性;配矿文献标志码:A 文章编号:0449-749X (2011)09-0022-07Sintering Characteristics of Iron Ores and ExperimentStudy on Optimizing Ore -BlendingSU Bu -xin , ZH ANG Jian -liang , CH ANG Jian ,WA NG G uang -w ei , WANG Chun -lo ng , CH E Xiao -mei(Schoo l o f M etallurgical and Ecolog ical Enginee ring ,U niver sity o f Science andT echnology Beijing ,Beijing 100083,China )A bstract :T aking the six kinds of iro n o res fro m Austra lia ,Br azil ,India ,So uth A frica and China as the o bjects ,T he chemical co mpo sitio ns ,size distribution ,the pat te rn and po rosity of the selec ted iro n o res were inv estiga ted respec -tively ,w hose high temperature sintering characteristics such a s assimilability ,fluidity of liquid phase ,self -intensity of adher e phase ,calcium fer rite ge nera ted cha racteristics w ere evalua ted and analyzed .A nd then six schemes of ir on ore blending w ere pre sented and char acte ristic of mixed ore we re r esear ched o n the basis of the complementary ac tion of assimilatio n .T hroug h sinte r po t test ,the better sintering economic and technical nor ms w ere o btained .Key words :iro n o re ;sinte ring ;cha racteristic ;o reblending基金项目:国家科技支撑计划项目资助项目(2008BAB32B05)作者简介:苏步新(1985—),男,博士生; E -mail :subu xin2005@ ; 收稿日期:2010-12-08 随着中国经济的发展和工业化程度的提高,近年铁矿石供应日趋紧张。
铁矿粉烧结基础特性的新方法探索
铁矿粉烧结基础特性的新方法探索$杜晓东吴铿朱春恩黄德军徐大安(北京科技大学冶金与生态工程学院）摘要顺应科学研究由“静态”到“动态”的客观发展规律，在铁矿粉与CaO同化反应前 期研究中，充分利用试验所获得的不同信息，由冶金物理化学和冶金传输原理中的基本原理,建立不同信息之间的内在联系，给出表征不同信息总体内涵的同化反应特征数。
拟将该研究的新思路和方法加以应用，确定铁矿粉流动特征数和粘结相强度特征数，进而建立研究铁矿粉烧结基础特性的新方法，为建立铁矿粉性价比的评价体系及烧结配料提出指导性的建议。
关键词铁矿粉烧结基础特性特征数评价体系Exploration of new method for sintering basic characteristicsof iron ore powderDu Xiaodong Wu Keng Zhu Chunen Huang Dejun Xu Daan(University of Science and Technology Beijing)Abstract Following the law of development of scientific research from “static” to “dynamic，，，through assimilation reactions between iron ore powder and CaO, making full use of various information obtained from experiment and physical chemistry and transport principle of metallurgy, the inherent relationship of various information and characteristic number for fully characterizing different phenomenon in sintering were established. And then the fluidity characteristic and intensity of binding phase characteristic can be established through application of this new idea and methods, also the new methods for evaluating the basic sintering characteristic can be established. Moreover, this new method can provide suggestion to the evaluation system for iron ore and ore matching.Keywords iron ore powder sintering basic characteristics characteristic number evaluation sys-国内钢铁产能严重过剩，国家已决定逐年降 低产量。
铁矿粉烧结-吴铿
褐 铁 矿
2020/2/5
北京科技大学
3 进口铁矿粉产能和质量变化趋势
马 拉 曼 巴 矿
2020/2/5
4 资源多元化
北京科技大学
2009年1~9月，中国进口铁矿石前5大来源国分别是澳 大利亚、巴西、印度、南非和乌克兰，进口来源分布 和价格发生了很大的变化。
进口矿 澳矿
2012 62.8 66.2 3.2 1.45 0.077 5.1 61.7 65.1 3.8 2.05 0.087 5.15
2014 62.8 66.2 3.2 1.45 0.077 5.1 61.7 65.1 3.8 2.05 0.087 5.15
2016 62.8 66.2 3.2 1.45 0.077 5.1 61.7 65.1 3.8 2.05 0.087 5.15
05 ~ 10 年 我 国 生 铁 产 量2020/2/5
北京科技大学
1 我国生铁产量和矿石进口量
05 ~ 10 年 我 国 铁 矿 石 原 矿 产 量 2020/2/5
北京科技大学
1 我国生铁产量和矿石进口量
2020/2/5
北京科技大学
1 我国生铁产量和矿石进口量
亿吨 美元/吨
9
8
铁矿石进口总量
1.0 95.0 65.0
PFFG 65.8 2.70 1.00 0.055 0.25 1.60 10.5
PFFT 66.5 2.50 0.70 0.035 0.15 0.70 8.00
2020/2/5
2.0 90.0 55.0 2.0 84.0 35.0
北京科技大学
2 世界三大矿企简介及储备情况
北京科技大学
褐铁矿配加澳矿的烧结效果
褐铁矿配加澳矿的烧结效果
贺真
【期刊名称】《烧结球团》
【年(卷),期】2000(25)4
【摘要】对褐铁矿配加澳大利亚矿进行了烧结试验。
研究表明 :与褐铁矿相比 ,澳大利亚矿适合于低水、低碳烧结。
对碱度为 2 .0的烧结矿 ,配加 30 %～ 4 0 %的澳矿 ,其烧结效果最佳。
【总页数】3页(P27-28)
【关键词】褐铁矿;澳大利亚铁;烧结试验;配矿
【作者】贺真
【作者单位】湘潭钢铁公司烧结厂
【正文语种】中文
【中图分类】TF046.4
【相关文献】
1.烧结配加澳矿生产试验提高烧结机利用系数 [J], 赵静芝
2.混匀矿中配加澳矿粉烧结生产实践 [J], 王沧;孙丽明
3.制铁公司配加澳矿(PBF)混合矿粉的烧结试验和生产实践 [J], 展之发;柴寿祥
4.安钢烧结机配加澳褐铁矿粉的生产实践 [J], 刘月建;郭军伟;公毅;赵恒山
5.配加澳矿烧结矿矿物组成及显微结构的研究 [J], 陈耀明;王黎光
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
铁矿粉烧结生产工艺流程
1.烧结的概念将各种粉状含铁原料，配入适量的燃料和熔剂，加入适量的水，经混合和造球后在烧结设备上使物料发生一系列物理化学变化，将矿粉颗粒黏结成块的过程。
2. 烧结生产的工艺流程目前生产上广泛采用带式抽风烧结机生产烧结矿。
烧结生产的工艺流程如图2 —4 所示。
主要包括烧结料的准备，配料与混合，烧结和产品处理等工序。
图2-4 抽风烧结工艺流程◆烧结原料的准备①含铁原料含铁量较高、粒度<5mm 的矿粉，铁精矿，高炉炉尘，轧钢皮，钢渣等。
普通要求含铁原料品位高，成份稳定，杂质少。
②熔剂要求熔剂中有效CaO 含量高，杂质少，成份稳定，含水3％摆布，粒度小于3mm 的占90％以上。
在烧结料中加入一定量的白云石，使烧结矿含有适当的MgO，对烧结过程有良好的作用，可以提高烧结矿的质量。
③燃料主要为焦粉和无烟煤。
对燃料的要求是固定碳含量高，灰分低，挥发分低，含硫低，成份稳定，含水小于10％，粒度小于3mm 的占95％以上。
对入厂烧结原料的普通要求见表2 —2。
表2-2 入厂烧结原料普通要求◆配料与混合①配料配料目的：获得化学成份和物理性质稳定的烧结矿，满足高炉冶炼的要求。
常用的配料方法：容积配料法和质量配料法。
容积配料法是基于物料堆积密度不变，原料的质量与体积成比例这一条件进行的。
准确性较差。
质量配料法是按原料的质量配料。
比容积法准确，便于实现自动化。
②混合混合目的：使烧结料的成份均匀，水分合适，易于造球，从而获得粒度组成良好的烧结混合料，以保证烧结矿的质量和提高产量。
混合作业：加水润湿、混匀和造球。
根据原料性质不同，可采用一次混合或者二次混合两种流程。
一次混合的目的：润湿与混匀，当加热返矿时还可使物料预热。
二次混合的目的：继续混匀，造球，以改善烧结料层透气性。
用粒度10~Omm 的富矿粉烧结时，因其粒度已经达到造球需要，采用一次混合，混合时间约50s。
使用细磨精矿粉烧结时，因粒度过细，料层透气性差，为改善透气性，必须在混合过程中造球，所以采用二次混合，混合时间普通不少于2．5~3min。
铁矿粉的化学成分劣质化对其烧结同化性的影响研究
铁矿粉的化学成分劣质化对其烧结同化性的影响研究
阎丽娟;吴胜利;朱娟;黄威;张哲铠;阙志刚
【期刊名称】《太原理工大学学报》
【年(卷),期】2014(45)1
【摘要】针对烧结用铁矿粉质量变差等问题,通过比较不同时期内我国大量进口的3种铁矿粉的化学成分,分析了铁矿粉劣质化特征;在此基础上采用微型烧结法考察了不同时期内铁矿粉的同化性,并分析了SiO2,Al2 O3和LOI含量的影响,最后探讨了应对铁矿粉化学成分劣质化的烧结技术方向,指出为了应对该问题,需要在优化配矿的基础上,优化熔刘结构或实施厚料层烧结.
【总页数】6页(P19-24)
【作者】阎丽娟;吴胜利;朱娟;黄威;张哲铠;阙志刚
【作者单位】北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083;北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083;北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083;北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083;北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083;北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083
【正文语种】中文
【中图分类】TF046.4
【相关文献】
1.京唐烧结铁矿粉的同化性测试研究 [J], 王全乐;康海军;裴元东;石江山;袁中平
2.铁矿粉同化性能在安钢500㎡烧结配矿过程中的应用实践 [J], 杨玉兵
3.水分对增强铁矿粉烧结制粒效果的影响研究 [J], 张志超
4.化学成分和奥氏体化温度对粉末冶金钢硬化性能的影响 [J], 孙世杰
5.劣质铁矿粉烧结的生产实践及分析 [J], 代汝昌;张瑞堂;郭永群;申爱民
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
铁矿粉化学成分对烧结高温基础特性的影响靳加亮王思思
铁矿粉化学成分对烧结高温基础特性的影响靳加亮王思思发布时间：2023-05-30T14:46:58.255Z 来源：《科技新时代》2023年6期作者：靳加亮王思思[导读] 烧结作为矿石冶炼中的重要环节，其烧结质量直接关系到最终矿产的品位。
在烧结过程中，温度是至关重要的因素之一，其直接影响到最终的烧结质量。
因此，文章选用10种铁矿粉作为研究对象，对比烧结高温环境下的同化性、液相流动性、粘结相强度和铁酸钙生成量等烧结特性，以此来分析铁矿粉化学成分对烧结高温基础特性的影响。
天津市新天钢联合特钢有限公司天津市宁河区 301500摘要：烧结作为矿石冶炼中的重要环节，其烧结质量直接关系到最终矿产的品位。
在烧结过程中，温度是至关重要的因素之一，其直接影响到最终的烧结质量。
因此，文章选用10种铁矿粉作为研究对象，对比烧结高温环境下的同化性、液相流动性、粘结相强度和铁酸钙生成量等烧结特性，以此来分析铁矿粉化学成分对烧结高温基础特性的影响。
关键词：铁矿粉化学成分；烧结高温；基础特性；影响近年来，随着冶炼水平的提高和进口铁矿石价格的变化，国内企业为提高烧结矿品位，逐步降低了烧结矿中SiO2的含量。
而随着二氧化硅含量的降低，矿相中硅酸盐含量和液相含量均下降，从而导致烧结矿的冷强度和成品率下降。
因此，寻求提高烧结矿质量的途径显得尤为重要。
1试验原料与方法1.1铁矿粉的化学成分试验所用10种铁矿粉化学成分及烧损见表1。
表1 铁矿粉的主要化学成分（质量分数）及烧损1.2高温基础特性试验方法铁矿粉高温烧结的基本性能包括同化作用、液相流动性、黏结相强度和铁酸钙的生成特性。
2试验结果2.1同化性结果A5和C1的同化温度均高于1300 ° C，低硅矿A1的同化温度为1286 ° C，A2的同化温度最低，优于其他铁矿粉。
2.2液相流动性结果A5镜铁矿的液相流动性小于2.0，A3、A4、A6、B1、C2的液相流动性指数大于4.0，A1的液相流动指数为2.95。
铁矿石空心球烧结研究及其对行为的影响
铁矿石空心球烧结研究及其对行为的影响铁矿石空心球是指一种由铁粉、炭粉等材料制成的空心球体，它们是高炉烧结中的一种原料。
随着钢铁工业的发展，对铁矿石空心球的制备和研究也越来越深入。
本文旨在探讨铁矿石空心球烧结研究及其对行为的影响。
一、铁矿石空心球的烧结原理及工艺空心球的制备工艺分为两种：湿法和干法。
湿法中所用的材料比较简单，常用的为铁粉、炭粉、湿法酚醛树脂、环氧树脂等。
首先将铁粉和炭粉混合，并加入一定量的润湿剂，制成水分含量为12%~14%的颗粒状物料。
然后将物料放入可旋转的球形制粒机中，通过旋转制成颗粒状空心球。
对于干法来说，材料复杂度略高一些，常用的原料有铁粉、炭粉、氯化胆红素、聚丙烯酸钠等。
在制备空心球的过程中，还需要进行球形塑性变形和热模压成型。
通过这两个步骤制备出来的空心球较为坚硬，表面质量也较高。
在烧结方面，铁矿石空心球在高炉中热解后释放的二氧化碳会将空心球的表面烧结，从而使烧结后球体的力学性能和耐火性能都得到提高。
二、铁矿石空心球烧结对行为的影响1.铁水渗透性铁矿石空心球的热解过程所释放的二氧化碳可使它们的表面烧结，并增强整个球体的强度。
然而，烧结过程必须使空心球内的松散物料粘结成坚固的团块。
如果这些团块未能充分烧结，那么在高温高压的条件下，气体便可进入烧结土壤和空心泡孔之间的松隙中，以影响铁水的渗透性。
2.高炉冶炼能力由于铁矿石空心球的表面烧结，铁水渗透性得到了提高，因此可使高炉冶炼能力增强。
此外，铁矿石空心球的应用也可取代部分钙质矿物，从而减少下料量，缩短下料时间，提高炉效。
3.灰化度灰化度是指一种物质燃烧后留下的不可燃灰分的重量与该物质的总重量之比。
铁矿石空心球的表面经过烧结处理后，它们的燃烧和着火阶段不同于普通铁矿石，呈现出较长时间的燃烧和着火阶段，并留下不包括球体外表面的不可燃残渣。
4.球形度空心球的球形度是指空心球的表面与理想球面的接触程度。
空心球表面的不规则和不平滑直接导致其球形度降低。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
平均到岸均价 75.4美元/吨 89.2美元/吨 67美元/吨 82.9美元/吨 86.8美元/吨
累计 1.97亿吨 1.02亿吨 8268万吨 2653万吨 1140万吨
同比增幅 39.5% 31.4% 31% 144% 91.3%
5 小结
中国钢铁产能增加 对进口矿依存度高
铁矿粉价格
2 世界三大矿企简介及储备情况
BHP
2021/3/1
2 世界三大矿企简介及储备情况
BHP
2021/3/1
2 世界三大矿企简介及储备情况
BHP
2021/3/1
2 世界三大矿企简介及储备情况
BHP
2021/3/1
2 世界三大矿企简介及储备情况
Rio Tinto
07年底前品种：哈默斯利混合粉(块)、马拉曼巴粉 (块)、扬地粉、西安吉拉斯粉(块)、马萨杰粉(块) 07年底后品种：PB粉(块)、扬地粉、马萨杰粉(块)
企业成本
长协谈判
对 策
市场方面 拓展资源渠道
研究铁矿粉自
技术方面 身特性、配矿
和烧结技术
2021/3/1
南非、印度、秘鲁…
高效使用铁矿 粉以降低成本
烧结铁矿粉的基础试验
1 烧结优化配矿研究 2 铁矿粉基础特性研究 3 混合矿高温特性研究 4 烧结矿质量指标及影响因素 5 几种常用铁矿粉烧结性能研究
2016 62.8 66.2 3.2 1.45 0.077 5.1 61.7 65.1 3.8 2.05 0.087 5.15
2 世界三大矿企简介及储备情况
澳洲新矿业公司－FMG
澳大利亚FMG集团(FortescueMetalsGroup)，经过3 年半的铁路和港口等基础设施建设，首船铁矿石的装船， 标志着新兴的FMG正式成为澳大利亚继必和必拓和力拓 后20的21/3第/1 三大铁矿石企业。
1 我国生铁产量和矿石进口量
05 ~ 10 年 我 国 铁 矿 石 原 矿 产 量 2021/3/1
1 我国生铁产量和矿石进口量
2021/3/1
1 我国生铁产量和矿石进口量
亿吨 美元/吨
9
8
铁矿石进口总量
7
6
5
4
3
2
1
0
2006 2007 2008
180
进口均价
160
140
120
100
80
60
2021/3/1
磁铁矿
赤铁矿
褐铁矿 马拉曼巴矿
精粉 矿物较单一 粒度较粗 细粉较多
Al2O3
结晶水较低
低Al2O3
Al2O3和SiO2 相对较低
结晶水很低 气孔率适宜 SiO2较高
矿物和结构 复杂
气孔率很低
气孔率、结 晶水很高
结晶水较高
1 烧结优化配矿研究
2021/3/1
磁铁矿配加褐铁矿后的矿物组成变化
高炉含铁原料的相关研究
北京科技大学冶金与生态工程学院
吴铿
2021/3/1
2011.06.20
自我介绍
吴铿 1982年2月获得钢铁冶金学士学位(辽宁科技 大学冶金系)之前曾在鞍钢炼铁厂5高炉从事炉前工 和高炉工近8年。1985年2月获冶金物化硕士学位 (东北大学有色冶金学院)。1993年获得钢铁冶金博 士学位(德国亚琛工业大学TH Aachen)，1994年回 国在北京科技大学工作。现为北京科技大学冶金 与生态工程学院教授，博士导师。 研究领域：高炉喷煤、炼铁原料和冶炼新技术， 熔20融21/3还/1 原，泡沫冶金和冶金过程中的环保。
内容名录
－铁矿资源现状 －烧结铁矿粉的基础试验 －实验室烧结杯试验 －烧结生产现场的工业实验
2021/3/1
铁矿资源现状
1 我国生铁产量和矿石进口量 2 世界三大矿企简介及储备情况 3 进口铁矿粉产能和质量变化趋势 4 资源多元化 5 小结
2021/3/1
1 我国生铁产量和矿石进口量
05 ~ 10 年 我 国 生 铁 产 量2021/3/1
BHP: 主要矿石品种有纽曼粉(块)、MAC
粉(块)、扬地粉(块)
Rio Tinto: 在澳洲主要由哈默斯利和罗泊
河两家铁矿公司组成，铁矿粉主要有PB粉 (块)、扬地粉、马萨杰粉(块) FMG (FMGF Rocket)，目前产能5000万t。
2021/3/1
2 世界三大矿企简介及储备情况
VALE
2021/3/1
2 世界三大矿企简介及储备情况
VALE主要矿粉
产品 Fe SiO2 Al2O3 P Mn LOI H2O +6.3 +1.0 -0.15 -0.045 mm mm mm mm
SFCJ 66.0 1.40 1.30 0.035 0.65 1.90 8.50 18.0 55.0 18.0
W a s te g a s
1 烧结优化配矿研究
采用优化配矿目的是达到保质量、降成本
－各种铁矿粉的烧结特性存在显著差异 －某些劣质铁矿粉的烧结特性较差，但考虑资源 和成本又不得不使用之 －铁矿粉如何互相搭配(优势互补)才能得到质量 优良的烧结矿？ －研究铁矿粉的特性、相互影响及优化配矿技术
2021/3/1
SSFG 65.0 3.60 1.30 0.055 0.25 1.70 7.50 12.0 51.0 28.0
SSFT 65.0 4.40 0.90 0.049 0.15 1.60 6.50 10.0 51.0 25.0
PFCJ 65.3 1.40 1.70 0.040 0.65 2.20 12.5
1 烧结优化配矿研究
赤铁矿配加褐铁矿烧结(高褐铁矿配比)
强度下降；烧结褐铁矿配比过高，生成液相量过多， 易大孔薄壁结构；降低配比。 RI上升；褐铁矿气孔较多。 RDI波动；(1)褐铁矿更易还原，不利于RDI。(2)褐铁 矿含较多气孔能减弱裂纹扩展。 FeO含量波动：(1)易还原，FeO增加、(2)少分解， FeO减少、(3)促同化，FeO增加、(4)快冷却，FeO增加； 控20制21/3燃/1 料。
1 烧结优化配矿研究
磁 铁 矿 配 加 赤 铁 矿 烧 结
2021/3/1
赤铁矿
➢1300 ℃以下即可生 成大量SFCA， SFCA-I(R>2);
➢ 磁-赤混合烧结(赤< 45％)的固结方式与磁 铁矿烧结(赤<10％)类 似。
1 烧结优化配矿研究
磁 铁 矿 配 加 赤 铁 矿 烧 结
2021/3/1
2021/3/1
1 我国生铁产量和矿石进口量
中国进口铁矿粉的主要国家有澳大利 亚、巴西、印度、俄罗斯、乌克兰、哈萨 克斯坦、加拿大、南非等国。
排名前三位的铁矿石供应商: VALE 巴西淡水河谷；BHP Billiton澳大利 亚必和必拓；Rio Tinto澳大利亚力拓。他 们202掌1/3/1 控了世界铁矿石70%以上的海运量。
2011 62.8 66.2 3.2 1.45 0.077 5.1 61.7 65.1 3.8 2.05 0.087 5.15
2012 62.8 66.2 3.2 1.45 0.077 5.1 61.7 65.1 3.8 2.05 0.087 5.15
2014 62.8 66.2 3.2 1.45 0.077 5.1 61.7 65.1 3.8 2.05 0.087 5.15
3 进口铁矿粉产能和质量变化趋势
褐 铁 矿
2021/3/1
3 进口铁矿粉产能和质量变化趋势
马 拉 曼 巴 矿
2021/3/1
4 资源多元化
2009年1~9月，中国进口铁矿石前5大来源国分别是澳 大利亚、巴西、印度、南非和乌克兰，进口来源分布 和价格发生了很大的变化。
进口矿 澳矿
巴西矿 印度矿 乌克兰矿 南非矿
2 世界三大矿企简介及储备情况
VALE : 铁矿石产量占巴西全国总产量
的80%。其铁矿资源集中在“铁四角” 地区和巴西北部的巴拉州，拥有挺博佩 贝铁矿、卡潘尼马铁矿、卡拉加斯铁矿 等，保有铁矿储量约40亿吨，其主要矿 产可维持开采近400年。世界最大铁矿公 司。 2021/3/1
2 世界三大矿企简介及储备情况
2021/3/1
1 烧结优化配矿研究
从铁矿粉的 烧结过程示 意图可以看 出：矿粉经 历了从低温 到高温再到 低温的复杂 变化过程
2021/3/1
Te m p e ra tu re
1000℃ 100℃
C o o lin g
M e ltin g & a g g lo m e ra tio n
C o k e c o m b u s tio n D e h y d ra tio n & d e c o m p o s itio n
2 铁矿粉基础特性研究
评价铁矿粉综合考虑它的物化性能、运输条件及 价格。
烧结生产常引入单烧品位来判断一种矿粉的品位 高低， 通过单烧品位可以比较各种矿粉原料成本 高低。 单 烧 品 位 1SiO 2% T F R e－ C aO ％
➢ 几内亚西芒杜矿山(Simandou) 20分21/3阶/1 段开采，最终1.7亿吨/年
2 世界三大矿企简介及储备情况
Rio Tinto
Fe
块矿
Fe烧后 SiO2 Al2O3
P
LOI
Fe
Fe烧后 粉矿 SiO2
Al2O3
P
2021/3/1
LOI
2007 63.6 66.5 2.9 1.35 0.068 4.35 62.2 65.3 3.6 2.05 0.082 4.7
2021/3/1
2 世界三大矿企简介及储备情况
2021/3/1
Rio Tinto 铁矿产能变化
2 世界三大矿企简介及储备情况