SiO2與MgO在鐵酸鈣系熔體中的溶解動力學(xué)研究.pdf

1、燒結(jié)礦是當(dāng)前我國高爐冶煉工藝的最主要原料，因此保證燒結(jié)礦的質(zhì)量是高爐強(qiáng)化冶煉操作的必要條件。鐵酸鈣系燒結(jié)理論在上世紀(jì)60年代中期興起，之后高堿度燒結(jié)逐漸取代自溶性燒結(jié)工藝。作為高堿度燒結(jié)礦的主要粘結(jié)相，鐵酸鈣的組織形態(tài)及性能對燒結(jié)礦質(zhì)量有決定性影響。已有研究表明，在保持燒結(jié)工藝參數(shù)不變時(shí)，影響鐵酸鈣形成及結(jié)晶行為的兩個(gè)主要因素是原料化學(xué)成分和燒結(jié)礦冷卻工藝。其中，由于近年來優(yōu)質(zhì)鐵礦石資源漸趨枯竭、低品位礦石的價(jià)格優(yōu)勢等因素影響，鋼鐵企業(yè)

2、燒結(jié)廠原料來源漸趨復(fù)雜，原料化學(xué)成分的波動成為生產(chǎn)企業(yè)保證燒結(jié)礦質(zhì)量的一大難點(diǎn)。
　　本課題來源于國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目—“復(fù)雜原料對燒結(jié)過程中鐵酸鈣熔體的生成與結(jié)晶行為影響研究”（No.51104192）。致力于燒結(jié)鐵酸鈣生成過程中的固液反應(yīng)動力學(xué)問題的研究，研究內(nèi)容分為兩部分：SiO2在復(fù)合鐵酸鈣Fe2O3-CaO-SiO2-Al2O3四元系及 Fe2O3-CaO-SiO2-Al2O3-MgO五元系熔體中的溶解反應(yīng)動力學(xué)研究；M

3、gO在復(fù)合鐵酸鈣 Fe2O3-CaO-MgO-Al2O3四元系及Fe2O3-CaO-MgO-Al2O3-SiO2五元系熔體中的溶解反應(yīng)動力學(xué)研究。溶解實(shí)驗(yàn)采用動態(tài)旋轉(zhuǎn)測量法，并結(jié)合熱力學(xué)計(jì)算等方法確定實(shí)驗(yàn)溫度、實(shí)驗(yàn)成分、熔體粘度，對溶解動力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了推導(dǎo)，此外還對溶解過程的界面物相組成進(jìn)行了分析。研究所得的主要結(jié)論如下：
　　①鐵酸鈣系熔體中二氧化硅的溶解與實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)溫度、棒樣轉(zhuǎn)速以及初渣中MgO含量呈正比關(guān)系，與初渣中Si

4、O2含量、Fe2O3/CaO質(zhì)量比呈負(fù)相關(guān)，熔體中的二氧化硅含量是影響溶解速率的主要因素；當(dāng)熔體中初渣中 SiO2含量較低時(shí)(<25％)，終渣物相主要是Ca2Fe2O5、CaFe2O4、Ca2SiO4；當(dāng)初渣中SiO2含量較高時(shí)(>25%)，終渣物相主要是CaFe2O4、Fe2O3、CaSiO3。當(dāng)初渣中MgO含量較高時(shí)(>2%)，終渣物相主要為SFCAM、MgFe2O4、Fe2O3；溶解過程固液界面出現(xiàn)裂痕，未中間產(chǎn)物層發(fā)現(xiàn)，而且Si

5、O2棒樣只是在棒樣表面與熔體發(fā)生反應(yīng)，熔體沒有往棒樣內(nèi)部侵蝕。溶解速率可由Rd=k0(η-1/6D2/3)[(mass%sio2)s-(mass%sio2)b]描述。固液相SiO2濃度差是溶解過程的主要受驅(qū)動，熔體粘度對溶解速率有較大影響；本研究鐵酸鈣熔體體系SiO2擴(kuò)散系數(shù)DAl2O3在2.09×10-6~7.14×10-6 cm2·s-1范圍內(nèi)，SiO2溶解活化能受熔體成分影響較大，推導(dǎo)所得活化能處于102kJ·mol-1數(shù)量級。<

6、br>　　②鐵酸鈣系熔體中 MgO溶解過程失重量與實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)溫度、棒樣轉(zhuǎn)速呈正比關(guān)系，與初渣中MgO含量、Fe2O3/CaO質(zhì)量比呈負(fù)相關(guān)，初渣中SiO2的添加對MgO溶解過程失重量由先增大后減少的影響，并且溶解速率明顯比鐵酸鈣系熔體中二氧化硅的溶解要慢很多；初渣中的MgO含量是影響溶解速率的主要因素；當(dāng)熔體中初渣中MgO含量發(fā)生變化時(shí)，終渣物相組成為Ca2Fe1.52Al0.48O5、MgFe2O4，基本不變；當(dāng)熔體中初渣中 Fe

7、2O3/CaO質(zhì)量比較低時(shí)(<2.33)，終渣物相主要是Ca2Fe1.52Al0。48O5，MgFeAlO4；當(dāng)初渣中Fe2O3/CaO質(zhì)量比較高時(shí)(>2.33%)，終渣物相主要是Ca2Fe1.52Al0.48O5，MgFe2O4，當(dāng)初渣中Fe2O3/CaO質(zhì)量比較高時(shí)(>2.33%)，終渣物相主要是Ca2Fe1.52Al0.48O5，MgFe2O4；初渣中SiO2含量較低時(shí)(≤2%)，終渣物相為Ca2Fe1.052Al0.665Mg0

8、.133Si0.133O5(SFCAM)，MgFe2O4，初渣中SiO2較高時(shí)(>2%)，終渣物相為Ca2Fe1.052Al0.665Mg0.133Si0.133O5(SFCAM)，Ca2SiO4；MgO溶解過程固液界面出現(xiàn)裂痕，未中間產(chǎn)物層發(fā)現(xiàn)，熔體侵蝕到棒樣內(nèi)部與其發(fā)生反應(yīng)。固液相MgO濃度差是溶解過程的主要受驅(qū)動，熔體粘度對溶解速率有較大影響。溶解速率可由Rd=k0(η-1/6D2/3)[(mass%sio2)s-(mass%si