球團(tuán)礦的還原性狀

時(shí)間：2021-04-13作者：河南省遠(yuǎn)征冶金科技有限公司瀏覽：82

高爐煉鐵的本質(zhì)是鐵氧化物的還原過程。即焦炭做燃料和還原劑，在高溫下將鐵礦石或含鐵原料的鐵，從氧化物或礦物狀態(tài)還原為液態(tài)生鐵。

高爐冶煉過程概述

塊狀帶

爐料中水分蒸發(fā)及受熱分解，鐵礦石還原，爐料與煤氣熱交換，焦炭與礦石層狀交替分布，呈固體狀態(tài)，以氣固相反為主。

礦焦保持裝料時(shí)的分層狀態(tài)，與布料形式及粒度有關(guān)。

軟熔帶

爐料在該區(qū)域軟化，在下部便捷開始熔融滴落，主要進(jìn)行直接還原反應(yīng)，初渣形成。

礦石層開始熔化與焦炭層交互排列，形狀受煤氣流分布與布料影響。

滴落帶

滴落的液態(tài)渣鐵與煤氣及固體炭之間進(jìn)行多種復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。

主要由焦炭床組成，熔融狀態(tài)的渣鐵穿越焦炭床。

回旋區(qū)

噴乳的燃料與熱風(fēng)發(fā)生燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生高熱煤氣，是爐內(nèi)溫度高的區(qū)域。

炭在鼓風(fēng)作用下一面做回旋運(yùn)動(dòng)一面燃燒，是高爐熱量法源寺，高爐的氧化區(qū)域。

渣鐵集聚區(qū)

在渣鐵層間的交界面及鐵滴穿過渣層時(shí)發(fā)生渣金反應(yīng)。渣鐵分層存在，焦炭浸泡其中，主要反應(yīng)，渣鐵間脫硫、硅、錳等元素還原。

還原反應(yīng)是高爐內(nèi)的基本反應(yīng)。爐料從高爐**部裝入后開始還原，直到下部爐缸，除風(fēng)口回旋區(qū)外，幾乎貫穿整個(gè)高爐冶煉的始終。

高爐冶煉要求爐料在各還原階段應(yīng)具有足夠穩(wěn)定性和透氣性，即球團(tuán)礦應(yīng)具有良好的還原性狀。

球團(tuán)礦的還原性狀是指：

球團(tuán)礦在高爐中還原時(shí)的體積膨脹。

球團(tuán)礦還原后的強(qiáng)度，一般以膨脹率和高溫還原粉化率來表示。

膨脹率指球團(tuán)礦膨脹之后的體積與正常情況下的體積之比。

球團(tuán)礦在爐內(nèi)還原要求：1、爐內(nèi)球團(tuán)礦的還原度達(dá)60%。

2、還原后球團(tuán)礦殘余冷抗壓強(qiáng)度要求單球不小于250N。

球團(tuán)礦還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是在固相反應(yīng)劑相界上及其內(nèi)部，由于金屬鐵向較高含氧區(qū)域擴(kuò)散而產(chǎn)生的固相反應(yīng)。

還原過程中球團(tuán)礦結(jié)構(gòu)的變化

還原過程中球團(tuán)礦體積的變化

赤鐵礦球團(tuán)在還原過程中，任何情況下體積都會(huì)膨脹。

磁鐵礦球團(tuán)在還原過程中不產(chǎn)生體積膨脹。

體積膨脹與球團(tuán)強(qiáng)度的關(guān)系

球團(tuán)礦還原過程中的體積膨脹同抗壓強(qiáng)度的下降按相反方向發(fā)展。

即球團(tuán)礦體積的變化必然引起機(jī)械強(qiáng)度的變化，低機(jī)械強(qiáng)度與高膨脹率是相關(guān)聯(lián)的。

球團(tuán)礦還原體積膨脹理論

球團(tuán)內(nèi)氣體壓力增大引起異常膨脹。在較高的還原速度下，球團(tuán)內(nèi)部二氧化碳，水生成速度大于其通過氣孔向外擴(kuò)散的速度時(shí)。

碳沉積膨脹理論。由于碳在鐵和浮士體相界上的沉積引起異常膨脹。

纖維狀金屬鐵膨脹理論。在浮士界面各適宜點(diǎn)析出纖維狀金屬鐵，鐵晶須破壞球團(tuán)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生體積膨脹。

堿金屬離子惡化膨脹。有K、Na等堿金屬離子存在時(shí)，金屬鐵析出增強(qiáng)，導(dǎo)致膨脹加劇，即災(zāi)難性膨脹。

不論礦石種類和添加劑種類，凡焙燒不足，初始機(jī)械強(qiáng)度低的球團(tuán)礦，在還原過程中均產(chǎn)生體積膨脹和粉化。

赤鐵礦還原過程中體積變化的原因

赤鐵礦還原成磁鐵礦過程中的體積膨脹，使磁鐵礦層厚度增大，**過原來赤鐵礦層厚度。

同一赤鐵礦的還原速度呈各向異性，除了體積增大外，還生成不同厚度的磁鐵礦層。

在各晶界面省形成壓力，使晶體結(jié)構(gòu)破裂。

相鄰的赤鐵礦晶體還原四度的各向異性造成球團(tuán)結(jié)構(gòu)破裂。

還原過程中體積增大，球團(tuán)內(nèi)壓力增大，從而引起球團(tuán)結(jié)構(gòu)的破壞。

如何控制？

晶格變化引起的球團(tuán)礦體積變化

抑制壓力增大的因素和作用

球團(tuán)焙燒過程中，不生成赤鐵礦晶體，只生成其他鐵礦物。

脈石成分的連接力很強(qiáng)，足以經(jīng)受住壓力增大。

脈石在化學(xué)成分上以及數(shù)量上均發(fā)生變化，通過脈石成分相互之間以及脈石與鐵氧化物的反應(yīng)而獲得足夠強(qiáng)的反應(yīng)力。

高爐冶煉表明，含大量酸性脈石的球團(tuán)礦具有較低的膨脹性。

氧化鎂和氧化鈣的加入可促進(jìn)焙燒過程中形成穩(wěn)定的鐵酸鎂或鐵酸鈣。

鉀和鈉等堿金屬化合物是產(chǎn)生異常膨脹的主要原因之一。

鉀和鈉離子在高溫下以置換或填隙的形式滲入鐵氧化物晶格中引起畸變。

高堿度時(shí)，脈石含量越大，容許膨脹范圍越寬。

堿度對(duì)球團(tuán)礦膨脹性的影響隨著脈石含量的增大而減小，當(dāng)脈石含量**過10%后，影響便失去作用。

堿度**0.1的酸性球團(tuán)礦特性

在堿度**0.1的酸性球團(tuán)礦情況下，脈石主要以SiO2形式存在。

球團(tuán)礦的強(qiáng)度依靠對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的赤鐵礦鍵獲得，具有很多氣孔。

還原過程中低溫下就可發(fā)貨所能，使整個(gè)球團(tuán)體積開始產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變化。

鐵橄欖石可減輕球團(tuán)礦的進(jìn)一步膨脹和粉化，可作為高酸性球團(tuán)礦還原過程中的穩(wěn)定劑。

需要：脈石含量應(yīng)大于5%，較低的還原溫度下。

堿度為0.1-0.6的球團(tuán)礦特性

生產(chǎn)多種玻璃質(zhì)渣相，在還原過程中生產(chǎn)鈣橄欖石，再與鐵橄欖石生成低熔點(diǎn)的混合晶體，相應(yīng)的堿度約0.35，渣相的機(jī)械強(qiáng)度處于小值。

在堿度為0.1-0.6范圍內(nèi)，生成的低熔點(diǎn)橄欖石晶體不能抑制球團(tuán)還原過程中的膨脹，反而會(huì)在一定條件下加重膨脹。

但大約10%以上的脈石含量能減輕球團(tuán)礦結(jié)構(gòu)的破壞，因?yàn)槊}石能為骨架保持球團(tuán)礦結(jié)構(gòu)。

堿度大于0.6的球團(tuán)礦特性

CaO含量較多，同時(shí)生成玻璃質(zhì)相和鐵酸鈣。

還原過程中生成金屬鐵皮，不生成鐵晶須，這種金屬鐵在鐵酸鹽顆粒周圍形成同心層，抑制球團(tuán)礦的進(jìn)一步膨脹。

堿度大于0.6的球團(tuán)礦，在焙燒之后及在還原之后，有較高的機(jī)械強(qiáng)度。

含磁鐵礦和浮士體的焙燒球團(tuán)礦的還原性狀

磁鐵礦還原過程中無晶體轉(zhuǎn)變和其晶體無各向異性，還原時(shí)晶體不產(chǎn)生破壞。

生產(chǎn)只含有磁鐵礦而無赤鐵礦的球團(tuán)礦，則還原過程中球團(tuán)礦結(jié)構(gòu)破壞可避免。

生產(chǎn)磁鐵礦球團(tuán)的方法

磁鐵礦在中性氣氛下焙燒

赤鐵礦先轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦，再在中性氣氛下焙燒

赤鐵礦與細(xì)磨海綿鐵粉混合焙燒


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