高铝烧结矿的升温还原和高温性能.pdf

奋仁冶套?年第四期高铝烧结矿的升温还原和高温性能 日本!堤武司,汪志全,佐 夕木康,等摘要为调查?#姚对烧结矿的还原 和高温性能的影响,对不同?#%含量的烧结矿进行加热还原。调查了高铝烧结矿的初始软化温度和压损。同时用&射线观察了还原过程,用()和)分析了冷却后的试样,发现高招烧结犷在还原初始阶段存在大量的+,一./0认?#场共晶相。高铭烧结矿在较低温度下会产生大量的富?#1熔融相.关键词烧结矿还原压 力降软化 2,以?前言近年来,由于优质铁矿石的枯竭和为降低原料成本,在烧结矿生产 中已开 始大量使用品位低的铁矿石。因铁矿石脉石中?#3和(及水份的增多,使之成为烧结矿的一个质量问题。本研究在模拟高炉的条件下,对川#几含量不同的两种烧结矿进行升温还原实验,调查了烧结矿中的?#场含量对烧精矿的还原性状和高温性能的影响。#实验实验所用的载荷 还原 软化 熔融试 验设 备,由 4.电炉及其控制系统、反应控制系统、红外线煤气分析仪、反应塔竭、压损与收缩等计测系统和&射线透视装置构成。烧结矿试样的成分和特性示于表?。试样用试验烧结锅烧结而成,除 5#几外,为使成分基本相同,添加了矿石,并在添加试剂后,增加?#3的量 根据 2%几含量分为高铝试样和低铝 试样!。虽然6?落卜 强度!相同,但78 4值及94一72 94还原率!值以高铝试样 为大。由于 41含量 的增加,烧结矿容易粉化,随着其粉化后表面积的增加,还原率增大。假设高炉内?:时的气 体组成中,有#;.!和?2 0?。反应气体从柑锅底部的小孔进人增锅到达试样。用压 差计测定了试样人口和出口的压差,用电子测微计测定了试样在反应中的膨胀和收缩,反应后的气体用 硅胶除湿后,一部分导入红外线 气体分析仪,进 行 4和月%的含量分析。以?:角20?的升温速率进行升温,至?6:后保温到还原反应结束为止。对气体的含量、人口温度、压力、排出量,以及炉内温度、压力损失和试样收缩等各项目进行了反复测定,取3:6左右之间的平均值作为该时的值。还原结束后,通人 气,进行冷却。测定了冷却后试样重量的变化,用)观察组织,用(=4定量分析各组织。为调查还原过程 的状况,还在烧结矿成渣温度附近,即?3:左右进行了中断升温的实验。表?还原前烧结矿的化学组成和特性化化学组成?。、;特性性一一一一卜咦而一俞一弧一瓜口一丽丽6?78494一72 2 2高高高季吕6?刃?:皿6#名?乃6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6高高季吕吕吕63?低低铝铝6?:66#?6?、#6 6 663:?年第四期山卜冶套3实验结果3?还原和高温性能两试样的高温性能示于表#。还原速率和还原度随温度 时间!的变 化示于图?。两种试样都是呈基本相同的还原 曲线。但细看可知,在?:一?:6:中,高铝试样的还原速率略小。随着升 温,赤铁矿和铁酸 钙会依次 向磁铁矿、维氏体和金属铁还原,但 在本实 验 中,推测?:一?:6:的温度范围是由维氏体向金属铁还原的阶段。表#高铝和低铭烧结矿的升温还原实验数据高高铝铝低铭铭现现象象温度总还原度还原速率位移压降 温度总还原度还原速率位移压降 ;八?一2?,;?一门刀?,熔熔化 完毕毕?6?3:?一:6?#3 初初渣?#?6一:#?#:3?一:3:?渣渣 流出?#636 66一!6:#?#:3#一:6:?位位移一一:?3:?3一:?:?6 6 6?#一:?:6:最最大位移率率?#?:?一:3?3:#?#6?:?#?一:66 6 6压压降剧增增?#3:?#一:3?3?#6:6 6:33一:6 3?3 压压降最大大?3 3#?3#?一:6?#:6?6 6 6?3 3 3 6?:#一:6?6:6 6 6?#?!眨#之4艺弋?#:高铭烧结矿荞荞户户厂2 2 2,一低铝烧结矿下卞?36?3:阮阮、代,尹一一 门门丫份认 一一吓吓吓吓吓%勺勺 防防,卜卜汽汽一一卡加谬一一甲甲 于于%、日日2 2 2 日2,2 2 22 2 2%一一22 2 2 ,一李,夕2 2 2 ,二尸尸尸尸尸2 2 2 2 2 2 ,夕夕2 2 2 2一一 尸 】尸 户净行 一一肠沙“。一?2 2 2卜卜一一?一9 9 92 2 25 5 5 2一2 2 202 2 22 2 22 图?随温度函数变化的还原度和 对应的还原速率?#姚含量高对该还原段有不利的影响。可以观察到,在?#:以上的温度区域两种试样还原速率有明显差异,即高铝试样的还原速率从?#巧开始激烈增大,而低铝试样则从?#6开始激剧增大。高铝试样的还原速率在?#6 6为峰值,其后略有降低,但大的还原速率一直持续到?3:为止。低铝试样 的还原速率 曲线 的斜率小,在?#:呈极大值,在?#:一?33:时比高铝试样还原速率大。随着维氏体的还原、金属铁的烧 结、软化和熔融,试样会 收缩,其收缩比还原速率和压力损失敏感,收缩曲线 的比较示于图#。两种试 样的收缩开始温度 大体在?:6:,从?#:左右收缩开始增多。高铝试样和低铝试样收缩速度呈最大值 的温度分别是?#:和?#3:,两者相差?:左右,分别与还原速率激剧上升的温度基本对应。如果以收缩速度的最大值为峰值,按照与?#温度区域之比表不,那么高铝试样 收缩 速 度为:!?2?!,低 铝 试 样 为:?0?!。这意味着高铝试样的软化比低铝试样的快。图3表示压降的变化。高铝试样压降开始激剧增大的温 度与还原速率激剧 增大及收缩速度最大时的温度相同。低铝试样压 降激剧增大的温 度是?#6:,比还原速率和收缩速度的剧烈变化时相差#:。从压降开始增大到恢复正常值的时间积:?工!享斗侧吸旧李恻曙旧的分沁浦套?年第四期分值 值!为,低铝试样%#6?跳0?!高铝试样%#6?玮:0?!。高铝试样的值比低铝试样的大。?:6:?#:?#3:一?:、2 2 2 2 2一一入 厂 从从 万 卫一、厂厂一 眨眨 、2,一一一上入一%二二2 2 2,二二 二丁?一,一、一刁刁2 2 2 针状的铁酸钙存在,其形态如同板状或骨状晶体的赤铁矿 或磁铁矿!连接在一起似的,部分空隙被渣填充,也能观察到很多大大小小各种各样 的气孔。两种试样的差别在于,低铝试样中的赤铁矿、铁酸钙和渣等分布较均匀,而高铝试样中的这三种组织则存在偏析,且大小 不均匀。用()定量分析的结果示 于表3。在这两种试样 中,除高铝试样的铁酸钙 中的?#1含量高以外,其它组元的含量没有大的差别。侧叶雄举品2靡举一:6扑干#愉图随温度函数变化的位移程度和对应 的位移速率了人成%#味&儿()&)厂尹高铭烧结矿已已尹 一低铭烧结矿矿矿矿矿矿矿矿矿矿矿矿矿矿矿矿矿矿+,丛丛丛丛丛丛尸尸今今今,诀诀丫叫叫 .口口二二 /一一+口口 巨巨下下下下口口口口口口口+卜一%日日日日日日日以以%口口口口口口口江,从从队队&+0 0 0口口匕弘%+一一一一一一 ),过是以丫1矿&2&3 2期一翎)。网#绷丫!飞、锡4 56 17胜 仇3&压&姗&洲&期&3叩溉启8曰9匡、件划奋噢图:5 68一;一?8系的相图姗 1 18到毛二一%全噢 图随温度函数变化的压降和对应 的压降速率图略 表示在 试样变化明显的&2 2左右时射线透视的图像。在&2时能看见试样颗粒间有大的空隙,而在&2时因已形成了一个大的块体,难以对各个颗粒进行判 别,此时能看见高铝试样右上方有少量 的熔体。高铝试样在&2时流 出的熔体量增 大,在&:2时 由于气体 的流动,大量熔体上涨,直涨至上部石墨盖的周围。)烧结矿的矿相组织还原前高铝试样 的主要组织示于 图 3 略,低铝试样的组织示于图 略。两种试样都有柱状和在&22还原的个试样 中,粒子基本形成一体,外部被金属铁壳包裹,中心部有未还原残留核。高铝试样的组织照片示 于图 略,低铝试样的组织照片示于图 略。高铝试样和低铝试样的平均还原率分别为 2和 3。各部分的矿物组成示于表,有关的状态图示于图:。金属铁壳是金属铁、维氏体和渣 的混合体,在大的初晶维氏体周围能看见很多7&8含量少的渣。在直径 为&拜左右 的细小维氏体周围存在 的主要是4561川仇;2 2时就熔融了。随着维氏体的还原,在金属铁的周围能看到形成结晶的大的456 87&吼;=组织和4568;所示的维氏体共晶相的分析值是?年第四期鑫卜冶套增大+()探头直径 望6一?:拜!,对平均组成进行试定量的结果。这些维氏体 共晶相的分析值分布在图?+,一./?#恤 01一./01系状态图上的区域。表3烧结矿的()分析高高铝铝低铝铝还还原前前吸 飞 二们 01抢马)四四+勺几心:01?#马)妇妇?6?:?赤铁矿矿?:?:?:#3赤铁矿矿?:?:#?铁酸钙钙?366#,?:6铁酸钙钙#?363:3:渣渣:663:?:,?渣渣在在?3:中断断+幻./6?万 2%:3)夕夕+幻./0姚从味)四四壳壳壳?3:#:#?#+,!?6:?:,3?3+汉壳壳壳33?3:#?6#:维氏体共晶相相3#?3?3?6维氏体共晶淞淞壳壳壳?#36!?:渣2 2 2?3336?:渣2 2 2壳壳壳3?33#3 6:,渣#3#33:3渣#核核核?:3:+?:#:#:?+区核核核:?#?6!维氏体共晶相相3#?6?:维氏体共晶才核核核#:#36:渣渣#:#?36?:渣渣还还原后后+刃.主!0姚?#场)四四+心./0姚从马)夕夕?6336:363渣?:663?:?3渣?#63#33366!?渣#:33#633?渣#试样内部的未还原核由大量末熔融粒状 的维氏体共晶相构 成,渣相为固溶了+,和?#%的4 01组织,在未还原核 中能观察到高铝试样的维氏体共晶相 的量略多。根据金属铁壳部分和未还原核的渣量比较可以认为,这是由于载荷的作用使所生成的熔渣从未还原核中挤出的缘故。高铝试样和低铝试样在?6:几乎全部还原,还原后 的组 织照片分别示 于图5:略!和图?略!,突出的部分是大量圆形的#:式 01和填充空隙的./?#%0姚,且混有金属铁。另外,由于试样本身是由金属铁的结合而形成网络,因此其内部有夹渣。高铝试样 中除了能看到略多的金属铁外,与低铝试样没有明显的差异。研究在升温还原时,反映还原、渣形成和熔体生成等最敏感的是膨胀收缩性状。例如,从赤铁矿向磁铁矿的还原中,试样会产生 膨胀,如果再 向维氏体和金属铁还原,就会产生收缩。当金属铁烧结时,收缩会增大。从收缩开始明显增大的?#:左右开始,原来存在的橄榄石系的低熔点组分开始 同时熔融,收缩速度增大。收缩速度最大的是在心:01一./01一+,的3种成分共晶温度处,即为?#:一?#3:左右 图?上部!的温 度区域。在此温度区域内,./01熔化,橄榄石系的熔体量增多。即使在高铝试样的压降 曲线中,该温度下也是大的峰值,但在低铝试 样 中则 不明显。另外,它与还原速率的快速卜升温度也基本一致。如果温度进一步上升时,熔体会相继增多。当温度为?#6:时,高熔点的#二/01也会大量熔融。在此温度卜,高铝试样的还原速率最大,而且能看到两种试样的压降的速度也都增大。但是,在?3#:的温度区域中,含+,的熔体会从烧结矿粒子中大量流出,使熔融还原变得显著。从?#:一?#6开始,熔体会进一步增多,且高铝试样的熔体量更多。在?3#:时,两种试样的压力降都呈最大值。当熔体大量流出时,能 同时观察到以下3种现象%2!还奋沁泊套?,?年第四期6 验异原速率变得最大#!收缩速度变得最大3!压力损失激剧上升。由于熔体的大量生成,试样会迅速软化,空隙减少,使反应气体的通路被阻断,而且在熔体与石墨 钳锅、铺底料和上盖石墨!反应后会一下子产生大量的.气体,所以压降和还原速率都呈最大值。在本研 究中,从还原、软化收缩和压降的显著变化中可以确认这些都是从低温段开始的,且高铝试样发生显著变化的温度比低铝试样的低。根据对在?3:中断还原时的试样组织的观察可知,金属铁壳部分的渣可分为维氏体共晶相和还原结晶相两种。它们 是由熔体与金 属铁占大部分的组织一道产生的。高铝试样 的熔体组成为图?中的点,低铝试样 为点。在高铝试样 中,随着冷却的进行,首 先是 形成+,结 晶,同时熔体组成变化为一,.,接着随着+,和./?#场6?:#的结晶,变化为.斗,在点共晶凝固。至于低铝试样,由于+,的结 晶,熔体组成变化为一8,随着+,和./01的结晶,变化为8一,在 共晶点全部变成固体。维氏体共晶相的分析值为图?中的区域,其组织与该图中的.力 6?姚一./八】#几 01一+,三成分的共 晶点有若干差异。实际上这 是由于维氏体共晶相含有少量 的).!及其他很少量的脉石成 分,且。1#这两个原因而产生的。在图?中能观察到高铝试样的维氏体共晶相较多,含有+,的#。?#几 01一.%/01系熔体的量会随?#1含量的增加而增加。本实验认为它是导致 高铝试样软化收缩温度低和压力损失增大的原因。结束语对?#姚含量高的烧结矿进行了升温还原实,它与现有烧结矿 八?#几含量低!比较有以下差?!开始发生激剧软化收缩的温度较低#!压力损失开始迅速升高的温度较低,值较局3!熔融还原的开始温度低,熔融还原的温度区间大!在?3:时,+,一./?#认 0姚一./。01系的熔体生成量特别多。根据上述结果可以认为,#认能控制熔体的数量,?#晓 并非完全有害。参考文献 略!译自 铁胜钢,?,=,一3廖建国译福建省三明钢铁厂科技处三明36:吴培良校 杭州钢铁集团公司炼铁厂杭州3?:#收稿?一:?一:浙笼省冶场毖遥开究院厄开制出高性能场 汾属骨周豁催七剂随着石油、医药、化纤等行业的快速发展,人们越来越重视廉价催化剂的开发。金属 骨架催化剂作为一种廉价、高效催化剂,正在部分地替代贵金属催化剂一并且使用范围也在逐步扩大,除加氢、脱氢反应外,还可用于氧化、脱水、环化和缩合。浙江省冶金研究院现已研制出高性能骨架=0、骨架.金属催化剂,骨架强度高,活性超过同类催化剂,使产品转化率比用同类催化剂高出?:;。现已投人批量生产。潘剑明供稿?一?:一?