熔剂性铁矿球团还原膨胀基础研究-走进球团化学碱度禁区

Reducing the ratio of blast furnace slag by increasing the proportion of pellets in the burden, especially for the fluxed pellet, is an important way for blast furnace to realize low cost and high efficiency, energy conservation and emission reduction. it is essential to enter into the pellet 'reduction swelling forbidden zone' (CaO/SiO2=0.2-0.8), and the fluxed pellet with basicity of will be systematically investigated in this proposed project. The consolidation mechanism of fluxed pellets will be systematic studied, and the interaction of basicity, MgO and Al2O3 on reduction swelling behaviors of fluxed pellet and the occurrence of iron oxides and the crystal lattice contractures will also be investigated during the reduction. The fired fluxed pellets will be reduced under both isothermal ISO-test condition and the designed non-isothermal blast furnace simulation conditions. The swelling behavior will be monitored online with camera recording setup. The swelling mechanism and the relationship between performance parameters and reduction swelling index of the fluxed pellet under different reduction conditions will be examined based on microstructure observation and analysis of reacted pellets at different stages.

通过提高球团矿特别是熔剂性球团在高炉含铁炉料结构中的比例，降低高炉渣比，是实现高炉低耗高效、节能减排的一个重要途径。为了适应炼铁原料的多样化，改变对传统酸性球团的依赖，有必要走进铁矿球团“还原膨胀碱度禁区（CaO/SiO2=0.2-0.8）”，研究熔剂性球团的相关基础物理化学机制。本项目系统研究中低碱度熔剂性球团的焙烧过程固结机理，碱度、MgO及Al2O3对球团还原膨胀的交互作用，以及还原过程铁氧化物的赋存状态及晶格结构的变化，同时采用等温还原和模拟高炉非等温反应条件下在线记录球团的还原膨胀行为，深入研究不同氧化焙烧和还原反应条件下球团的微观结构衍变，揭示各性能参数与还原膨胀指数的交互作用及反应机理，为工业生产新型熔剂性球团提供理论指导。

随着节能减排的需求和高炉炉料结构的优化，球团矿入炉比例逐渐增加，发展熔剂性球团生产已势在必行。但熔剂性球团特别是碱度为0.3-0.8的球团严重的还原膨胀问题阻碍了其在工业上的应用。.本研究将着重于研究球团主要成分、碱度对球团还原膨胀的影响及机理；研究球团焙烧热工制度、成分对球团抗压强度的影响及熔剂性球团固结机理；研究在高炉及竖炉内还原气氛及升温制度对球团还原膨胀的影响及机理。.CaO能够促进球团矿还原并产生铁晶须，MgO、SiO2和Al2O3均能抑制球团还原并减少铁晶须，铁晶须快速生长是造成熔剂性球团还原膨胀的主要原因。添加CaO不能促进Fe2O3→Fe3O4阶段和Fe3O4→FeO阶段还原膨胀，但能促进FeO→Fe阶段铁晶须生长和还原膨胀。当球团碱度小于0.83，碱度升高可促进低熔点物质生成，焙烧温度越高，产生的液相量越多，加快Fe3+的扩散，促进Fe2O3再结晶，球团固结强度提高，球团焙烧后的体积和孔隙率逐渐增大，可促进球团在还原阶段还原速率增加和铁晶须的生长。当球团碱度大于0.83，随碱度提高，液相量下降，高温固溶体量增加，阻碍了Fe2O3再结晶，球团焙烧后的体积和孔隙率不再增加，球团抗压强度下降较多，球团在还原阶段还原速率微降，抑制了铁晶须的生长，球团还原膨胀率有所下降。随焙烧温度升高，球团焙烧后抗压强度升高，球团的还原性和还原膨胀率降低，球团内金属铁的析出形貌逐渐由晶须状的金属铁转变为块状、层状。在CO还原气氛中，非等温还原有利于减小R=0.30-1.00范围内熔剂性球团还原膨胀率。在纯H2还原气氛下，有利于减小熔剂性球团矿膨胀。.熔剂性球团在工业应用时二元碱度宜选择在1.3左右，焙烧温度选择在1300℃及以上，因该碱度球团在高温焙烧时产生少量液相，故宜选料层薄的帯式焙烧机工艺。本基金为消除熔剂性球团还原膨胀提出有效的抑制措施和其在工业上的应用提供了理论支撑。