金屬化燒結(jié)礦

研究金屬化燒結(jié)礦的顯微結(jié)構(gòu)表明，金屬鐵顆粒位于浮士體，硅酸鹽化合物的中間和剩余炭粒周圍。 1967~1970年間在Mucuca等實驗室里進行250次以上燒結(jié)以制取金屬化燒結(jié)礦。燒結(jié)金屬化燒結(jié)礦的某些重要指標與混合料固體燃料用量的規(guī)律性如下圖：

曾經(jīng)確定，在燒結(jié)條件下燒結(jié)料的金屬化是從含炭7~8%的開始的。隨著燃料用量增多，燒結(jié)礦的金屬化率相應增加。在20及30%的含炭條件下，燒結(jié)礦的金屬化率分別為40~60%及60~80%。

但是，應該注意到，隨著固體燃料用量增多， 燒結(jié)廢氣CO含量增大， 甚至會造成抽風管道發(fā)生煤氣爆炸的危險， 故一般要求固體燃料用量不超過25~30%，其計算的燒結(jié)礦金屬化率接近40%。此外，隨著燒結(jié)礦金屬化率的提高，燒結(jié)過程的脫硫條件劇烈變壞，如下圖所示。

在普通的燒結(jié)臺車上制取金屬化燒結(jié)礦是完全可能的。從生產(chǎn)工藝的各個環(huán)節(jié)到燒結(jié)臺車不必改變，僅在操作上要求盡可能高的料層和足夠厚的鋪底料，防止燒結(jié)爐篦。

高爐使用金屬化燒結(jié)礦的效果是顯著的，平均每增加10%的金屬化燒結(jié)礦高爐焦比下降5~6%，生產(chǎn)率增加5%，但是目前與普通燒結(jié)礦比較，金屬化燒結(jié)的生產(chǎn)率下降了50%，致使這一工藝尚需進一步研究和改善。

金屬化燒結(jié)礦就是部分含鐵原料被還原成金屬鐵的燒結(jié)礦。它是在燒結(jié)混合料中加入比普遍燒結(jié)大得多的固體燃料用量，改善燒結(jié)料層的還原條件制得的。當固體燃料用量很高時，氣相中CO的液度將大大增加，與此同時，抽入料層內(nèi)的空氣中的水汽與熾熱的燃燒碳粒相互作用放出H₂，CO，H₂和固體碳本身都是鐵氧化物的還原劑，而且在金屬化燒結(jié)礦中有4~6%的過剩的碳存在、這就保證了燒結(jié)礦冷卻過程中有利于還原反應的繼續(xù)進行，而不會使金屬鐵再被大量氧化。

燒結(jié)礦解決l精礦粉的利用問題，而且自熔性燒結(jié)礦能減少石灰石入爐，還原性又好，對降低高爐燃料消耗，作出重要貢獻，與天然塊礦比較，燒結(jié)礦用量每增加10%，可節(jié)約高爐燃料2%，所以燒結(jié)礦生產(chǎn)是當代冶金工業(yè)的重大技術突破。

燒結(jié)礦也有不足之處，首先，它靠局部燒熔礦粉產(chǎn)生液體，將礦粉粘結(jié)起來，因此燒結(jié)溫度較高，要達到1300℃以上，這樣，消耗的燃料較高。由于燃料在混合料中燃燒，且溫度較高，容易生成氧化鐵?；旌狭显跓Y(jié)過程中必須有空氣通過，才能保持混合料中的燃料燃燒。如果混合料中的精礦粉過細，料層透不過空氣，燒結(jié)礦質(zhì)量和燒結(jié)機產(chǎn)量都會降低，這是燒結(jié)生產(chǎn)一大障礙。

從燒結(jié)礦中搞金屬化既然不經(jīng)濟，人們只好轉(zhuǎn)而在球團礦中試驗。球團礦基本由精礦粉構(gòu)成，氣孔微細、均勻，很容易與還原氣體發(fā)生反應，而焙燒球團礦用的是煤氣或重油，氣氛容易控制，因些效率很高。實踐表明，金屬化球團礦中的鐵，92~96%都已經(jīng)還原成金屬鐵。這種球團礦，可以代替廢鋼，用于電爐或轉(zhuǎn)爐；用于高爐，幾乎使高爐變成化鐵爐。下表是用同一種精礦粉生產(chǎn)的燒結(jié)礦和球團礦，從中可以看出它們的區(qū)別。

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顯微結(jié)構(gòu)對燒結(jié)礦的性質(zhì)有很大的影響，容易開裂就是一個很重要的因素。在掃描電子顯微鏡下觀察燒結(jié)礦的新鮮斷面，發(fā)現(xiàn)未同化的赤鐵礦顆粒上存在有裂紋。而對天然赤鐵礦加熱并隨之用水驟冷的實驗表明，赤鐵礦不會產(chǎn)生裂紋。由此可見，赤鐵礦顆粒上的裂紋是氧化和還原引起的相變而產(chǎn)生的。對于熔劑性燒結(jié)礦來說，粘結(jié)相裂紋相對較少，但酸性燒結(jié)礦就比較多。

在約850℃用CO或H₂對鐵礦燒結(jié)礦進行還原時的試驗結(jié)果表明，在赤鐵礦還原為班鐵礦時，由于形成孔隙和裂紋，總伴隨著視在體積的明顯增大。當赤鐵礦晶粒塑性較低時，低溫還原過程的體積增加更為嚴重。在550℃時裂紋數(shù)最多。次生赤鐵礦順粒一般不容易開裂，因為它們的體積比殘存赤鐵礦小得多 。2100433B

燒結(jié)礦的顯微結(jié)構(gòu)基本上由未熔礦物、粘結(jié)相、孔隙和裂紋等組成。熔劑性燒結(jié)礦的枯結(jié)相有好幾種礦物，但主要是鐵酸鈣、磁鐵礦、次生的和再氧化的赤鐵礦以及硅酸鹽。

未熔礦物在燒結(jié)過程中是發(fā)生了變化的。將原來的礦物結(jié)構(gòu)與燒結(jié)礦中未熔顆粒進行比較，可以看出有如下變化：

1.燒結(jié)礦中礦石顆粒孔隙變大；

2.燒結(jié)礦中礦石顆粒的反射率提高。

在燒結(jié)過程中，赤鐵礦晶粒重結(jié)晶和晶體聚合是可能的。

隨著燒結(jié)生產(chǎn)技術的發(fā)展，燒結(jié)燃耗降低，從而增大了燒結(jié)礦中未熔相的比例，如日本鋼廠生產(chǎn)的燒結(jié)礦含有的未熔相，所以研究燒結(jié)礦中未熔相顆粒的性質(zhì)具有重要意義 。

熔劑性燒結(jié)礦(fluxed sinter)是指堿度高于高爐爐渣堿度的燒結(jié)礦，其堿度一般在1.2～1.5之間。當高爐單獨使用熔劑性燒結(jié)礦冶煉時，完全取消生熔劑入爐，可使高爐焦比降低，產(chǎn)量上升 。