复杂原料烧结过程中铁酸钙熔体生成与结晶行为的研究

随着全球优质铁矿资源枯竭和铁矿石价格上涨，钢铁企业被迫扩大原料来源以降低生产成本，导致混合料的物理性能和化学成分复杂多变。由于缺乏对复杂原料条件下混合料烧结行为的系统认识，给烧结生产组织和产品质量控制带来困难。为此，本项目拟通过对复杂原料条件下铁酸钙相熔体的产生行为、多元熔体高温物理性质的研究，建立原料特性、烧结工艺、多元熔体性质之间的相互关系，丰富对多元熔体高温物理性质的认识；通过多元铁酸钙熔体的结晶行为、结晶产物冶金性能研究，建立熔体特性、冷却工艺、结晶产物性质之间的相互关系，系统掌握多元熔体结晶产物的高温特性。综合以上研究，获得复杂原料条件下烧结过程中合理的液相控制、适宜的烧结速度和冷却速度的控制范围，充实铁矿石的烧结理论，深化复杂原料条件下烧结行为的认识，为我国钢铁企业优化铁矿粉烧结工艺提供理论支撑。

SiO2-Fe2O3-CaO体系， SiO2未固溶进入CaFe2O4，与CaO反应生成Ca2SiO4；Al2O3-Fe2O3-CaO体系， Al3+完全固溶进入CaFe2O4并置换出Fe3+；MgO-Fe2O3-CaO体系， MgO与Fe2O3反应生成MgFe2O4；TiO2-Fe2O3-CaO体系，TiO2与CaO生成CaTiO3；SiO2-Al2O3-MgO-Fe2O3-CaO体系，主要物相有CaFe2O4、Ca2(Fe,Mg,Si)2O5、Ca2(Fe,Al)2O5； SiO2-Al2O3-MgO-Fe2O3-TiO2-CaO体系，主要物相有CaFe2O4、MgFe2O4、Ca2SiO4、CaTiO3。采用Ca(OH)2时，分解反应发生时间较早， CaO与Fe2O3的结合可以在更低的温度下发生。以CaCO3为原料时，CaFe2O4的生成速率在高温下明显较以以Ca(OH)2为原料更快。在铁酸钙中，增加SiO2、Al2O3、MgO在热力学上都有利于烧结过程液相的产生，其中SiO2对促进液相产生的效果最明显，添加TiO2则不利于烧结液相的产生。铁酸钙系熔体氧化铝溶解的溶解度较大，但溶解过程较慢。Mg2+在Si4+存在时才进入复合铁酸钙晶格形成Ca2FewAlxMgySizO5（w+x+y+z=2），剩余的Mg2+在Fe2O3/CaO摩尔比较高时（>0.5）与Fe3+及O2-结合生成MgFe2O4。铁酸钙熔体体系氧化铝扩散系数DAl2O3在1.86×10-7~2.45×10-6 cm2•s-1范围内。SiO2在铁酸钙中的溶解相对容易，熔体中不含Si4+时，只有Al3+能够取代Fe3+进入晶格形成Ca2FexAlyO5（x+y =2）固溶体；当熔体中含有较低含量（1-2wt%）的Si4+时，Mg2+得以同Si4+一起进入铁酸钙晶格形成含镁复合铁酸钙Ca2FewAlxMgySizO5（w+x+y+z=2）；当熔体中的Si4+含量进一步增加时，Mg2+同Si4+不再进入铁酸钙晶格，而是单独结合生成MgSiO3。SiO2溶解速率随Fe2O3/CaO质量比的增加呈现减小的趋势。初渣中MgO含量增加有利于SiO2的溶解。复合铁酸钙在Al2O3和MgO上的润湿性都非常好。在Al2O3基片上，大约200s表观接触角接近平衡接触角;氧化镁基片上，约500秒后，铁酸钙的铺展才接近平衡。