低硅烧结矿微观结构形成与控制的分形理论研究——粒度、微孔隙及晶粒分布的分形特征

摘要

以烧结理论和分形理论为基础，利用烧结杯和微型烧结机分别制取烧结试样并对其冶金性能进行了实验室研究，分析了不同工艺参数对烧结矿微观组织结构及冶金性能的重要影响，并定量地分析了烧结矿的粒度、微孔隙及晶粒分布的分形特征，建立了烧结矿微观组织结构和宏观性能之间的关系。 研究内容主要包括：借助矿相显微镜、扫描电子显微镜、压汞仪等工具对烧结矿的矿物组成及显微结构进行研究；微型烧结设备的制作；分形维数计算软件的制作；烧结矿粒度分布的分形特征研究；烧结矿微孔隙分布的分形特征研究；烧结矿晶粒分布的分形特征研究。 通过研究发现：低硅烧结矿粒度组成具有良好的分形特征，分形维数是定量表征烧结矿的粒度分布的有效方法。分形维数表征了烧结矿粒度的质量百分比构成情况，粒度组成的集中、均匀程度，利用粒度分布曲线及数据表可以外推估测其级配。同时利用粒度分布的分形特征建立了分形维数和烧结矿配矿条件及烧结矿性能之间的关系。 烧结矿的微孔隙具有分形结构特征，除了一些满足整体的线性关系外，大部分样品的分形曲线表现出分段线性的特征，说明有些烧结矿的微孔隙是具有多层次自相似性的混沌体。烧结矿分形曲线在孔隙尺寸很小时表现出非分形特征，透过这段曲线可以找出烧结矿强度和孔隙结构分形维数之间的关系。 对微型烧结试样的图像处理结果表明，烧结矿晶粒分布的分形特征明显，其分形维数可以定量表征烧结矿晶粒分布的均匀程度。同时研究并设计了分形维数计算软件(FWJS)为烧结矿的微观结构特征的准确描述提供了一个有效手段。