优化配矿强化西澳超细粒磁铁精矿球团焙烧研究

进行了西澳超细粒磁铁精矿分别配加国产磁铁精矿和巴西赤铁精矿制备氧化球团矿的实验研究.结果表明,以100%西澳超细磁铁精矿为原料制备氧化球团矿时,球团预热及焙烧性能较差,在预热温度为1050℃、预热时间20 min及焙烧温度1300℃、焙烧时间40 min的条件下,预热球团和焙烧球团矿抗压强度分别为每个502和2313 N.西澳超细粒磁铁精矿配加40%国产磁铁精矿或20%巴西赤铁精矿时,球团适宜预热温度由1050℃分别降低到950和975℃,适宜的焙烧温度由1300℃分别降低到1250和1280℃;而且焙烧球团矿的抗压强度分别提高到每个2746 N和每个2630 N.焙烧球团矿的微观结构研究表明:配加国产磁铁精矿后,焙烧球团矿中Fe2 O3晶粒发育优良,晶粒间互联程度提高,晶粒粗大,孔隙率低,固结更加紧密.配加20%巴西赤铁精矿时,焙烧球团矿中Fe2 O3晶粒基本连接成片,Fe2 O3晶体发育良好.优化配矿是改善西澳超细粒磁铁精矿球团矿预热及焙烧性能的有效途径.     

钒钛磁铁矿球团氧化焙烧行为和固结特性

研究原料粒度、预热条件和焙烧条件对钒钛磁铁精矿球团预热、焙烧特性的影响。研究结果表明:钒钛磁铁精矿球团难氧化,其预热所需时间长且焙烧温度高;预热时间比普通磁铁精矿球团长10 min、焙烧温度高30℃。在920℃下需预热20 min并在1 250℃下焙烧,预热球和焙烧球强度分别达到400 N/个和2 500 N/个以上。钒钛磁铁精矿中的磁铁矿与钛、镁固熔,导致其氧化速率慢、预热球氧化程度低,不利于球团固结过程的Fe_2O_3结晶长大,使得焙烧球中Fe_2O_3主要以粒状为主、固结强度差。     

MgO来源对磁铁精矿球团预热行为的影响

分别对普通磁铁矿球团、高镁磁铁矿和普通磁铁矿配加MgO粉的球团预热行为进行研究,考察镁的来源对球团预热性能的影响。研究结果表明:在850~1 000℃的预热温度下,磁铁矿预热球的抗压强度随着MgO质量分数的升高而降低。在相同预热条件下,普通磁铁矿预热球的抗压强度最高;以类质同象形式存在或外加的MgO均会降低磁铁矿预热球的抗压强度,外加MgO粉的磁铁矿预热球强度最低;高镁磁铁矿球团氧化困难,预热球团中存在明显的双层结构;外加的MgO粉在磁铁矿球团预热阶段仅有少量矿化,未矿化的MgO粉残留在新生Fe_2O_3颗粒之间,影响新生晶粒之间的微晶连接及晶粒生长,致使其预热球强度最低。     

高镁球团焙烧特性及其固结强化机理

分别以蛇纹石、MgO粉和菱镁石作为含镁添加剂,研究高镁球团的焙烧特性。研究结果表明:随着球团中MgO质量分数的增加,磁铁矿球团和赤铁矿球团的预热球和焙烧球强度都降低,表明MgO质量分数的提高不利于球团的固结;通过添加含钙和含硼物质,改善了高镁球团的预热球和焙烧球强度;随着球团矿碱度的提高,球团矿预热球和焙烧球强度都是先升高后降低,碱度为0.4~0.5时达到最大值,而随着球团硼质量分数的增加,球团预热球和焙烧球强度都升高;添加含钙和含硼物质可促进低熔点物质的形成,使球团产生适宜的液相量,加快Mg2+和Fe3+的扩散,促进含镁熔剂的矿化和Fe2O3再结晶,从而改善含镁球团的固结强度。     

氧化球团矿中Fe2O3的结晶规律

以磁铁矿精矿(Fe3O4)为原料,添加粘结剂后进行混合、造球,将生球干燥预热后,在1150～1280℃氧化焙烧6～15 min。将所得氧化球团取样制片,采用显微镜和扫描电镜(SEM)对Fe2O3再结晶晶形进行研究。研究结果表明:Fe2O3再结晶主要形成3种晶形,即初晶、发育晶和互连晶;球团矿质量与Fe2O3的晶形有密切关系,3种不同晶形的球团抗压强度有明显差异;随着焙烧温度的升高,初晶→发育晶→互连晶形依次形成,球团抗压强度逐渐提高,当氧化球团矿内部Fe2O3大量形成互连晶时,氧化球团矿抗压强度最高,质量最好。解释了球团抗压强度随温度升高而升高的微观机理;同时验证了氧化球团矿主要靠Fe2O3再结晶的固相固结机理。     

铬铁矿球团焙烧固结特性

本文系统研究铬铁矿球团的焙烧固结特性.结果表明：预热时间对于预热球强度影响不大,在预热时间为10 min时,随着预热温度的提高,预热球强度和氧化率呈直线型增加,适宜温度为1050益,此时预热球强度可达每个400 N以上;与传统铁矿球团相比,铬铁矿球团焙烧所需的温度高,焙烧时间为10 min时,焙烧温度从1250益提高到1350益,球团强度从每个1078 N提高到1973 N.在铬铁矿球团预热和焙烧过程中,铬尖晶石( Fe,Mg)( Cr,Fe,Al)2 O4氧化生成富镁的( Fe,Mg)( Cr, Fe,Al)2O4和铬铁铝复合氧化物(Cr,Fe,Al)2O3,当温度高于1000益时,(Cr,Fe,Al)2O3新相生成,其主要以环状分布在颗粒外层,颗粒内部为针状与(Fe,Mg)(Cr,Fe,Al)2O4形成交织结构,降低Cr/Fe比或升高焙烧温度均有助于(Cr,Fe,Al)2O3向颗粒外层富集和再结晶长大,有利于球团的固结,提高球团强度.     

含硼磁铁矿强化巴西赤铁矿球团的制备

研究含硼磁铁矿配比对巴西赤铁矿球团生球质量、预热焙烧性能和成品球团冶金性能的影响。结果表明:配加30%和50%(质量分数)含硼磁铁矿后,生球的落下强度增加,爆裂温度显著提高;球团预热温度降低50℃左右,焙烧温度降低120℃以上;成品球团矿还原度从72.40%分别提高到87.95%和78.71%,低温还原粉化指数RDI+3.15从87.79%分别提高到97.38%和99.62%,还原膨胀率从36.25%分别降到12.50%和4.00%;焙烧性能得到提高的原因是Fe3O4氧化生成的新生Fe2O3晶体具有较大的活性,B2O3有利于含硼的镁铁橄榄石液相生成,这两者能够促进球团再结晶和晶粒长大;还原度提高的原因是B3+半径很小,易扩散进入Fe2O3晶格中,产生晶格畸变,使得Fe2O3易于还原;铁酸镁和含硼的镁铁橄榄石液相的生成,有利于还原膨胀和低温还原粉化性能的提高。     

磁铁矿球团煤基直接还原工艺中润磨的强化

以铁品位为69.21%(质量分数)的磁铁精矿为原料,采用预热球团"一步法"煤基直接还原工艺制取直接还原铁。为了降低该精矿成球时产生过多粉末,采用润磨工艺来预处理混合料,并在最优条件下进行了扩大型全流程试验。研究结果表明:在磁铁精矿配加1.0%复合粘结剂及润磨4 min的条件下,生球落下强度由未润磨时的3.8次/(0.5 m)提高到13.7次/(0.5 m);润磨后干球(<1 mm=粉末率由未润磨时的10.98%降低到2.98%;在预热温度为800℃和预热时间为10 min时,预热球团抗压强度由未润磨时的466 N/个提高到581 N/个。预热球团直接还原时,采用润磨预处理方案球团的金属化率与无润磨工艺球团的金属化率相差不大,但金属化球团抗压强度远远大于未润磨时的金属化球团抗压强度,且几乎不产生磁性粉末。通过链箅机-回转窑直接还原扩大试验,所得直接还原球团铁品位达93.43%,金属化率达95.88%,含硫量低于0.01%,磁性粉率为0.75%~0.96%,每吨直接还原铁所耗还原煤为808.5~859.3 kg。     

一步法直接还原新疆磁铁精矿

以新疆磁铁精矿为原料,采用“一步法”直接还原,研究粘结剂种类和润磨方式对生球质量的影响,高强度、高还原性预热球团的制备及煤基直接还原的工艺。研究结果表明,对于铁品位为69.21%的新疆磁铁精矿,采用润磨工艺,并添加粘结剂XB能明显改善生球质量;干燥后的生球在800℃预热10 min后,球团抗压强度达到581 N/个,将预热球团在1 050℃还原80 min,得到直接还原铁(DRI)的质量指标为:总Fe含量为90.33%,金属铁含量为85.05%,金属化率达到94.15%。与传统的预热-高温氧化-高温还原煤基回转窑直接还原工艺相比,“一步法”省去了高温氧化这一高能耗(1 150～1 300℃)工序,且还原所得产品结构完整,外表光滑,无裂纹。     

含硼铁精矿用于巴润精矿氧化球团生产的实验研究

在实验室条件下,研究了含硼铁精矿对巴润精矿氧化球团制备工艺及冶金性能的影响.研究表明:球团原料中外配5.0%的含硼铁精矿,可将混合料中的巴润精矿配比(质量分数)提高到40%,制备的氧化球团满足高炉冶炼要求;含硼铁精矿可增加巴润精矿氧化球团的抗压强度和降低还原膨胀率,并可降低球团的焙烧温度;当含硼铁精矿配加量(质量分数)从0增加到7.5%时,球团抗压强度从2 630 N·个-1上升到3 709 N·个-1,还原膨胀率从25.69%降低到15.53%;外配质量分数为7.5%的含硼铁精矿时,球团的焙烧温度可从1 200℃降低至1 150℃,巴润精矿氧化球团满足高炉生产要求.     

MHA黏结剂在钒钛磁铁矿氧化球团制备中的应用

应用已发明的MHA黏结剂替代膨润土制备钒钛磁铁矿氧化球团,获得质量优良的高炉冶炼原料。研究表明:当MHA用量为0.25%,在预热温度950℃,预热时间10 min,焙烧温度1 250℃,焙烧时间10 min的条件下,获得的预热球团抗压强度为522 N/个,焙烧球团抗压强度为3 702 N/个。与2.0%膨润土球团矿比较,MHA成品球团的抗压强度略低,而TFe品位明显提高1.11%。2种黏结剂球团矿的还原性能指标接近。MHA球团黏结剂在氧化球团矿生产中具有良好的应用前景。     

钙和镁添加剂在氧化球团中的应用

对石灰石、菱镁石和白云石3种钙、镁添加剂对球团性能、TFe品位以及生产工艺的影响进行研究。研究结果表明:添加剂降低了生球落下强度和预热球抗压强度,但提高了生球爆裂温度;添加剂中的CaO使焙烧球抗压强度先升高后降低,MgO使得焙烧球抗压强度降低;加入钙、镁添加剂会降低球团矿TFe品位,通过添加生石灰或有机黏结剂取代膨润土,可以提高球团的TFe品位;钙、镁添加剂在干燥预热段分解吸热会影响链篦机的热平衡,通过在球团中内配无烟煤,由无烟煤燃烧放热来提供钙、镁添加剂热分解所需的热量,可以维持链篦机的热平衡制度;通过添加生石灰或有机黏结剂和内配适量的无烟煤,可解决钙、镁添加剂在氧化球团中应用的难题。     

焙烧温度对氧化球团性质及其气基直接还原过程的影响

考查焙烧温度对氧化球团抗压强度、孔隙率、Fe3O4含量及显微结构等性质的影响,研究不同焙烧温度下球团的还原行为,计算其还原过程动力学并确定还原过程的限制性环节。研究结果表明:随着焙烧温度的升高,氧化球团抗压强度增大,晶粒间互联及渣相增多,球团内Fe3O4含量及孔隙率则明显降低;在1 200℃焙烧时球团还原最快,其次为1 150℃和1 250℃,最慢的是于1 100℃焙烧球团;在1 100,1 150和1 200℃焙烧球团还原过程受界面化学反应控制,而1 250℃焙烧球团在还原过程前期受界面化学反应控制,后期受内扩散控制。     

纳米金属氧化物对水泥基材料力学性能的增强效应

为了区别6种纳米金属氧化物(Al2O3、CuO、ZrO2、MgO、Fe3O4和Fe2O3)对水泥基材料力学性能的贡献。通过等质量替代(2%和4%)水泥,制备水泥基材料,测试其力学性能。结果表明：纳米Al2O3、CuO、ZrO2、MgO、Fe3O4和Fe2O3均能提高水泥基材料的抗折强度和抗压强度,纳米ZrO2的增强作用最大,28d~90d时分别为34%~47%和28%~51%,纳米CuO的增强作用最小,28d~90d时分别为4%~9%和4%~10%。通过影响系数和增长速率的计算发现,6种金属氧化物对水泥基材料的促进作用主要集中在28d前,28d后的促进作用不明显。分析认为,6种纳米金属氧化物在水泥基材料中主要发挥填充作用,晶核作用和表面活性作用,达到促进水泥颗粒水化、提高其密实度和力学性能的目的。     

短纤维预制件强度对铝基复合材料组织的影响

采用GF砂型抗压强度测试仪测量了短纤维预制件压溃时的抗压强度，研究了氧化铝短纤维体积分数和黏结剂质量分数对预制件抗压强度的影响，使用金相显微镜观察了预制件强度对金属基复合材料组织的影响，试验结果表明，氧化铝短纤维预制件的抗压强度随着纤维体积分数的升高而升高，随着黏结剂质量分数的提高而升高，黏结剂浓度过低的预制件强度较低，在压力渗流过程中可能发生变形，导致复合材料组织不均匀；预制件黏结剂质量分数过高，复合材料中可能出现网状组织，甚至空洞。     

用焦煤和氧化钙制备含CaO碳球团: 热解炉中温度、孔分布和碳结构对球团抗压强度的影响

CaO-containing carbon pellets (CCCP) were successfully prepared from well-mixed coking coal (CC) and calcium oxide (CaO) and roasted at different pyrolysis temperatures. The effects of temperature, pore distribution, and carbon structure on the compressive strength of CCCP was investigated in a pyrolysis furnace (350–750°C). The results showed that as the roasting temperature increased, the compressive strength also increased and furthermore, structural defects and imperfections in the carbon crystallites were gradually eliminated to form more organized char structures, thus forming high-ordered CC. Notably, the CCCP preheated at 750°C exhibited the highest compressive strength. A positive relationship between the compressive strength and pore-size homogeneity was established. A linear relationship between the compressive strength of the CCCP and the average stack height of CC was observed. Additionally, a four-stage caking mechanism was developed.     

Effect of Cr<Subscript>2</Subscript>O<Subscript>3</Subscript> addition on the oxidation induration mechanism of Hongge vanadium titanomagnetite pellets

As part of a research project to develop a novel clean smelting process for the comprehensive utilization of Hongge vanadium titanomagnetite (HVTM), in this study, the effect of Cr₂O₃ addition on the oxidation induration mechanism of HVTM pellets (HVTMPs) was investigated in detail. The results showed that the compressive strength of the HVTMPs was greatly weakened by the Cr₂O₃ addition, mainly because of a substantial increase in the porosity of the HVTMPs. The Cr₂O₃ addition marginally affected the phase composition but greatly affected the microstructural changes of the HVTMPs. Increased amounts of Cr₂O₃ resulted in a decrease in the uniform distribution of the hematite grains and in an increase in the Fe-Cr solid solutions (Fe_1.2Cr_0.8O₃ and Fe_0.7Cr_1.3O₃) embedded in the hematite grains. Moreover, the compact hematite was destroyed by forming a dispersed structure and the hematite recrystallization was hindered during the oxidation induration, which adversely affected the compressive strength. On the basis of these results, a schematic was formulated to describe the oxidation induration mechanism with different amounts of added Cr₂O₃. This study provides theoretical and technical foundations for the effective production of HVTMPs and a reference for chromium-bearing minerals.     

纳米氧化铝增强铝硅磷质矿物键合材料的合成和性能

室温下,在偏高岭土与Al（H2PO4）2溶液混合均匀,并加入纳米氧化铝,采用浇注（Ф20mm×20mm×20mm）成型方法合成纳米氧化铝增强偏高岭土基矿物键合材料。采用XRD、SEM、ID等测试方法研究了纳米氧化铝对偏高岭土基矿物键合材料性能的影响。研究结果显示：纳米氧化铝可明显增强其抗压强度;随着纳米氧化铝添加量的增加,养护时间的延长对抗压强度的影响越明显;XRD和IR测试结果显示其含有非晶相和次结晶相;SEM测试结果显示其保留了偏高岭土的层状结构。