含硼复合添加剂强化巴西赤铁矿球团制备及机理研究

摘要

随着我国钢铁企业的快速发展，国内各大钢铁企业对进口矿的依赖程度大幅度上升，2008年进口铁矿石的消费量达到4.4亿吨左右。尤其是近年来链篦机-回转窑球团工艺的迅速发展与大型化，以至铁品位高、粒度细和焙烧性能好的磁铁精矿日益短缺，开发和应用进口高品位赤铁矿资源已成为我国球团工业持续发展的新途径。巴西赤铁矿虽然可烧性能差，但是其铁品位高，有害杂质含量低，储量丰富，越来越受到国内各大球团厂的青睐。因此，致力于进口赤铁矿球团新技术的开发和应用，尤其是使用添加剂强化球团焙烧，可提高其利用率，对我国钢铁企业的发展将具有十分重要的现实意义。 本文通过对巴西赤铁矿PFCJ中添加含硼复合添加剂制备氧化球团及其机理的研究。系统研究了添加剂种类和用量对生球制备、球团预热焙烧固结及冶金性能的影响，进一步优化了工艺参数。最佳工艺参数如下：膨润土用量1.8％，造球时间15min，生球水分11％，预热温度1000℃，预热时间8min，焙烧温度1280℃，焙烧时间15min。在此条件下，添加5.0％含硼复合添加剂时，生球落下强度为6.5次/0.5m，抗压强度为12.3N/个，爆裂温度为509℃，预热球团抗压强度为773N/个，焙烧球团抗压强度为2843N/个，球团冶金性能优良：还原性指数为81.67％，还原膨胀率为14.42％，低温还原粉化指数RDI+3.15mm为99.98％；而无添加剂时，虽然生球性能和球团冶金性能均较好，但是球团焙烧性能差，焙烧球团抗压强度仅为1792N/个，即使提高焙烧温度和延长焙烧时间，所生产球团的机械强度均不能达到球团生产的要求。结果表明，该赤铁矿添加含硼复合添加剂后，其焙烧性能得到明显改善，在较低的焙烧温度和较短的焙烧时间就可制备出机械强度高、冶金性能优良的优质氧化球团。 对硼砂、含硼复合添加剂强化赤铁矿氧化球团固结机理的研究表明，添加硼砂或含硼复合添加剂均可显著降低液相生成温度，促进液相生成和赤铁矿晶粒长大和互连，从而大大提高球团的致密程度和固结强度。对赤铁矿晶粒长大的动力学研究结果表明，在焙烧温度1150～1300℃，焙烧时间20～50min范围内，硼砂、含硼复合添加剂球团的赤铁矿晶粒生长速率常数为分别为7.59×105（μm）n·min-1和7.22×105（μm）n·min-1，远大于无添加剂赤铁矿球团的赤铁矿晶粒生长速率常数5.04×105（μm）n·min-1。 研究了硼砂、含硼复合添加剂对赤铁矿球团还原行为的影响。等温还原动力学结果表明，在还原温度范围850℃～950℃，还原时间为180min，以CO/N2=30/70为还原气体的条件下进行还原，球团受界面化学反应控制，含硼复合添加剂球团的表观活化能为32.192kJ/mol，小于硼砂添加剂球团的表观活化能43.233kJ/mol，表观活化能越低，还原反应越容易进行，即含硼复合添加剂球团的还原性优于硼砂添加剂球团的还原性。添加硼砂使球团还原膨胀恶化，硼砂导致赤铁矿晶格畸变，促使球团体积膨胀；硼砂使液相的熔点降低，还原过程中的机械强度降低，抗膨胀能力减弱；添加硼砂的氧化球团结构致密，阻碍热量由表及里的传递，使球团内部热应力增大，球团膨胀加剧。添加含硼复合添加剂时，球团中的Fe2O3与MgO发生固溶，在还原时转变为Fe3O4的过程中，不会引起晶格变化；MgO使液相熔点升高，还原过程中机械强度提高，抗膨胀能力增强；另外，含硼复合添加剂的加入使球团孔隙增多，可抵消一部分球团内部膨胀所产生的内应力，进一步抑制膨胀。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1钢铁工业的现状及发展前景

1.2铁矿球团的发展现状及趋势

1.2.1国外铁矿球团发展现状及趋势

1.2.2国内铁矿球团发展现状及趋势

1.3赤铁矿球团生产在我国的发展及研究现状

1.3.1赤铁矿用于球团生产的理论研究

1.3.2赤铁矿用于球团生产的实践

1.3.3赤铁矿用于球团生产所面临的问题

1.4改善赤铁矿球团质量的途径

1.4.1机械化学磨矿预处理

1.4.2优化配矿

1.4.3配加含碳质原料

1.4.4配加熔剂

1.4.5配加含硼添加剂

1.5选题的目的和意义

第二章 原料性能及研究方法

2.1原料性能

2.1.1铁精矿

2.1.2膨润土

2.1.3添加剂

2.2工艺研究

2.2.1试验流程

2.2.2试验方法

2.2.3试验设备

2.3机理研究

2.3.1试验方法

2.3.2试验设备

第三章含硼复合添加剂强化赤铁矿氧化球团工艺研究

3.1造球工艺参数

3.1.1膨润土用量对生球性能的影响

3.1.2造球水分对生球性能的影响

3.1.3造球时间对生球性能的影响

3.1.4添加剂种类和用量对生球性能的影响

3.2预热焙烧工艺制度优化

3.2.1添加剂对球团预热焙烧制度的影响

3.2.2添加剂强化预热焙烧球团强度的对比

3.3产品冶金性能对比

3.4产品冶金性能对比

3.5 本章小结

第四章 含硼复合添加剂强化赤铁矿焙烧球团固结机理

4.1赤铁矿成品球团的矿相分析

4.2赤铁矿球团中的液相分析

4.3赤铁矿晶粒长大动力学研究

4.3.1焙烧制度对赤铁矿晶粒尺寸的影响

4.3.2晶粒生长动力学模型的应用

4.4本章小结

第五章 含硼复合添加剂改善赤铁矿球团还原行为的机理

5.1含硼复合添加剂对还原性的影响

5.1.1球团还原过程热力学基础

5.1.2等温还原试验及动力学模型的选择

5.1.3影响球团还原性的因素分析

5.2含硼复合添加剂对还原膨胀性的影响

5.2.1球团还原膨胀后的显微结构

5.2.2影响球团还原膨胀性的因素分析

5.3本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要研究成果