配碳比对热压含碳球团软熔滴落性能的影响

配碳比对热压含碳球团软熔滴落性能的影响
储满生;柳政根;王兆才;付磊
【摘要】在碱度固定为1.20的条件下,系统研究了配碳比n(FC)/n(0)对热压含碳球团软熔滴落性能的影响,并进行了理论分析.研究表明,配碳比对软化区间、熔化区间、滴落率等软熔滴落性能参数有显著的影响.随着配碳比增加,软化区间t_(40)～t_4先变窄后加宽,在配碳比为1.00时最窄,降至348℃;熔化区间t_D～t_S也先变窄而后加宽,当配碳比为1.00时最窄,降至46℃;滴落率先增加后降低,在配碳比为1.08时滴落率最高,达到24.66%.从软熔滴落性能角度综合考虑,实际生产热压含碳球团时其配碳比宜定在1.00左右.
【期刊名称】《东北大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2010(031)003
【总页数】4页(P394-397)
【关键词】炼铁原料;热压含碳球团;软熔滴落性能;配碳比
【作者】储满生;柳政根;王兆才;付磊
【作者单位】东北大学,材料与冶金学院,辽宁,沈阳,110004;东北大学,材料与冶金学院,辽宁,沈阳,110004;东北大学,材料与冶金学院,辽宁,沈阳,110004;东北大学,材料与冶金学院,辽宁,沈阳,110004
【正文语种】中文
【中图分类】TF046.6
当前,高炉炼铁发展的方向是高产、低污染、低耗·为了实现该目标,一些革新的炼铁技术已被提出或实际应用,其中包括热压含碳球团的开发及其应用等·热压含碳球团[1-4]是一种利用煤的热塑性提高冶金性能的新型优质炼铁原料,具有高温强度高(实验表明,在1 000℃左右热压含碳球团的高温抗压强度在450 N/个以上,明显优于冷固结含碳球团和常见的氧化焙烧球团[5])、还原速度快、原料适应性强等优点·另外,采用热压工艺,无需外加黏结剂,这就有效消除了比如冷固结含碳球团由于添加各种黏结剂导致渣量增加和炉况不顺的弊端·目前,国外对热压含碳球团及其应用于炼铁工艺已经进行了多年研究,而在国内也属于研究的热点[6-7]·
任何一种炼铁原料质量包括化学成分、机械强度和冶金性能等三个重要方面,其中,化学成分是基础,机械强度是保证,冶金性能是关键[8]·冶金性能主要包括低温还原粉化性能、膨胀性能、软熔滴落性能等,其中软熔滴落性能是最重要的冶金性能指标,决定其能否应用于炼铁工艺的前提以及采用该原料的工艺技术经济指标的优劣·影响热压含碳球团软熔滴落性能的主要因素包括配碳比(也即配煤量)和碱度·本研究首先在实验室条件下,对配碳比不同但碱度一定的热压含碳球团进行了自还原条件下的荷重还原软化熔滴实验,考察配碳比对热压含碳球团软熔滴落性能的影响,确定适宜的配碳比,为后续工业化提供适宜的工艺参数·
1 实验方法
1.1 实验原料
实验所用的热压含碳球团试样是在实验室条件下,由铁精矿粉、烟煤、熔剂按设定的配比,在一定的温度和压力下压制而成·制备热压含碳球团所用的原料为棉花堡铁精矿粉(磁铁矿)和七台河烟煤·棉花堡铁精矿粉化学成分(质量分数,%)为TFe
70.62,FeO 23.94,SiO21.44,Al2O30.20,CaO 0.15,MgO 0.05,S 0.01,P 0.01·七台河烟煤工业分析(质量分数,%)为:FC 60.00,Aad9.12,Vad29.52,Mad1.36,St,d0.20·
1.2 热压含碳球团工艺
在给定条件下,将煤粉和精矿粉充分混匀后,加热到一定温度,在加热过程中煤粉将软化熔融·然后在一定压力下热压,煤中的碳侵入含铁原料颗粒的空隙中或覆盖在颗粒的表面上,从而保证煤粉和矿粉充分接触·整个过程未外加粘结剂,充分利用煤的热塑性,通过制粉、混合、热压等工序保证热压含碳球团具有良好的微观结构和强度·热压工艺的流程如图1所示·
图1 热压工艺流程Fig.1 Flowchart of hot briquetting process
2 实验过程
2.1 试样准备
在前期实验的基础上,在熔滴实验过程中将碱度固定为1.20,通过改变配煤量获得不同配碳比的热压含碳球团试样,其成分如表1所示·
表1 具有不同配碳比的热压含碳球团成分Table 1 Chemical compositions of CCB with different carbon ratio注:F-0.84表示热压含碳球团配碳比为0.84,其余类推·编号配煤量 TFe CaO SiO2 Al2O3 MgO F-0.84 21.9553.472.50 2.08 0.58 0.05 F-1.00 25.0251.202.61 2.17 0.63 0.05 F-1.08 26.4750.162.66 2.22 0.66 0.05 F-1.17 28.0249.022.72 2.26 0.68 0.05
2.2 熔滴实验
进行熔滴实验的设备是RSZ/03型矿石冶金性能综合测定仪,实验升温速度和气量等实验条件示于图2·实验过程中初始热压含碳球团质量约为500 g放置于坩埚中,测其料柱高度,并在试样上下均铺有焦炭层,以防止试样收缩时阻塞滴落孔和排气孔,从而保证熔化物和气流顺利通过·对于同一个试样分别进行了多次熔滴实验和合理的数据处理,以充分考察实验数据的重复性和合理性·
图2 软熔滴落实验条件Fig.2 Conditions for softening-dripping test
3 实验结果与分析
由图3可知,随着配碳比增加,热压含碳球团软化开始温度t4逐渐降低,温度由901℃降低到863℃;软化终止温度 t40呈下降趋势,温度由1266℃降低到1 223℃;软化
区间 t40～t4随配碳比增加先变窄后加宽,在配碳比为1.00时最窄,降至348℃·
3.2 配碳比对热压含碳球团熔化性能的影响
熔化区间tD～tS也称为软熔带区间,由图4与图5可知,随着配碳比的增加,热压含
碳球团熔化开始温度tS逐渐下降;熔化终了温度即滴落温度tD随配碳比增加先降
低后增加,在配碳比为1.08时最低,低至1 285℃;熔化区间 tD～tS也随配碳比增加先变窄而后加宽,当配碳比为1.00时最窄,降至46℃·软熔带区间位置随着配碳比的增加先上升后降低·
图3 配碳比对软化区间的影响Fig.3 Effects of carbon ratio on the softening range
图4 配碳比对熔化区间的影响Fig.4 Effects of carbon ratio on the melting range
图5 配碳比对软熔带位置的影响Fig.5 Effectsof carbon ratio on the position
of cohesive zone
3.3 配碳比对热压含碳球团料柱最大压差的影响
由图5可知,随着配碳比增加,热压含碳球团在实验中料柱最大压差Δpmax变化幅
度较小(5.78～6.15 kPa范围内)·与常规炼铁原料相比(某钢厂烧结矿熔滴实验的最
大压差Δpmax为15.11～16.11 kPa,球团矿熔滴实验的最大压差Δpmax为
11.13～ 14.60 kPa[9]),热压含碳球团的最大压差Δpmax处于较低的范围,这说明
料柱的透气性良好·
图6 配碳比对热压含碳球团料柱最大压差的影响Fig.6 Effects of carbon ratio
on max.pressure difference of CCB
从表2可知,热压含碳球团的滴落率总体上不高,滴落量和滴落率均随着配碳比的增加先增加后降低,在配碳比为1.08时滴落率最高,达到24.66%·
表2 不同配碳比的热压含碳球团的滴落率Table 2 Dripping ratio of CCB with different carbon ratio理论出理论出理论渣铁实际滴滴落率编号铁量渣量生成量落量gggg%F-0.84 281 26 307 52 16.94 F-1.00 270 27 297 66 22.22 F-1.08 264 28 292 72 24.66 F-1.17 258 29 287 47 16.38
4 配碳比对软熔滴落性能影响的分析
对于本研究,所用热压含碳球团试样的碱度均保持不变·结合冶金物理化学相关理论,可大致确定不同配碳比条件下试样中渣相的熔点·可知,针对本实验原料条件,当试样碱度为1.20时,不同配碳比试样渣相的成分变化范围很小,渣相熔点的变化幅度也很小,基本维持在1 310℃左右·因此,滴落温度 tD的高低主要取决于铁相的熔点,主要影响因素是铁相的渗碳·根据Fe-C相图[10]可知,金属铁的熔点为1 538℃,随着渗碳的逐渐增多,其熔点逐渐降低·通过化验滴落物中铁相的渗碳量,根据Fe-C相图可推测出对应铁相的熔点·对比具有不同配碳比的热压含碳球团,实验时实测滴落物中铁相渗碳量和滴落温度 tD和相应的理论铁相熔点列于表3·
表3 不同配碳比热压试样铁相的渗碳量和相应熔点Table 3 Comparison between carburization content and melting point of Fe-phase for the CCB with different carbon ratio项目 F-0.84 F-1.00 F-1.08 F-1.17实测渗碳量/% 2.47 2.69 2.81 1.93推测铁相熔点/℃ 约1 330约1 300约1 290约1 350实测滴落温度/℃ 1 326 1289 1285 1325
由表3可知,由滴落物中铁相的渗碳量近似推测出的铁相熔点与滴落温度 tD接近·配碳比过低时(热压含碳球团中的碳不足而主要消耗于铁氧化还原),导致还原铁的渗碳低,滴落温度tD偏高;随着配碳比的增加,还原铁的渗碳量逐渐增加,在配碳比
为1.08时,渗碳量最多,滴落温度tD降至最低;配碳比继续增加至过量后,一方面Fe 和C原子之间的接触面积反而减少,渗碳条件恶化,渗碳降低,另一方面试样内残存过多石墨化的碳颗粒阻碍了渣、铁颗粒的凝聚·因此导致滴落温度tD偏高·另外,与tD 相关的软熔带温度区间(tD～tS)、滴落率均有类似的变化规律·
5 结论
1)随着配碳比的增加,软化区间 t40～t4先变窄后加宽,在配碳比为 1.00时最窄,降至348℃·
2)随着配碳比的增加,熔化区间 tD～tS也先变窄而后加宽,当配碳比为1.00时最窄,降至46℃;软熔带位置随着配碳比的增加先上升后降低·
3)滴落量和滴落率均随着配碳比增加,先增加后降低,在配碳比为1.08时滴落率最高,为24.66%·
4)从软熔滴落性能角度综合考虑,实际应用时热压含碳球团配碳比宜定在1.00左右·参考文献:
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