薛方

（山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 山西 太原 030009）

試（實）驗研究

鐵礦粉的氣孔率對其燒結(jié)性能的影響

薛方

（山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 山西 太原 030009）

鐵礦粉自身特性影響燒結(jié)礦的冶金性能。測定了5種鐵礦粉的氣孔率，根據(jù)檢測結(jié)果討論了鐵礦粉氣孔率對燒結(jié)制粒和燒結(jié)礦強(qiáng)度的影響。

鐵礦粉 氣孔率 燒結(jié)制粒 燒結(jié)礦強(qiáng)度

近年來，我國鋼鐵產(chǎn)量大幅度增長，鐵礦石需求量迅猛增加。但是，國內(nèi)鐵礦石的產(chǎn)量卻徘徊不前，因此，國內(nèi)鐵礦石供應(yīng)不足的問題日益突出；同時國外鐵礦石的大量進(jìn)口，使鋼鐵生產(chǎn)所有的鐵礦石來源、結(jié)構(gòu)、品質(zhì)等發(fā)生了較大的變化[1]。如何利用好國內(nèi)外的鐵礦石，前人已從鐵礦粉自身特性的角度進(jìn)行了大量的研究[2]；本文就從鐵礦粉的氣孔特性來研究其對燒結(jié)還原性的影響。

不同種類的鐵礦粉，由于成礦的地質(zhì)作用不同，在成礦過程中所受的壓力、溫度及環(huán)境等其他因素的影響也不同，故反映在各自的礦物組成和顯微結(jié)構(gòu)上有很大差異。如鐵礦粉在成礦中所受的壓力較高時，鐵礦粉的孔隙率小，質(zhì)地就比較致密。而鐵礦粉質(zhì)地、孔隙方面的差異對冶金性能的影響有待于進(jìn)一步研究。所以，有必要研究鐵礦粉的氣孔狀況。先進(jìn)的AUTOSORB-1-C-TCD氣體吸附分析儀問世，為檢測鐵礦粉內(nèi)部氣孔的分布狀況提供了可能性。本文將利用該設(shè)備來測定5種鐵礦粉的氣孔率，根據(jù)檢測結(jié)果，討論鐵礦粉氣孔狀況對燒結(jié)生產(chǎn)可能的影響。

1 研究方法

試驗所用的鐵礦粉5種鐵礦粉，A1和A2為兩種澳大利亞礦，B1和B2為兩種巴西礦，M為國內(nèi)精礦。表1列出了5種鐵礦粉的粒度組成，表2列出了5種鐵礦粉的化學(xué)成分。

表15種鐵礦粉的粒度組成 %

表2 5種鐵礦粉的化學(xué)成分%

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為測得鐵礦粉的氣孔率，本試驗選用美國康塔公司的AUTOSORB-1-C-TCD氣體吸附分析儀，該設(shè)備如圖1所示。

2 鐵礦粉氣孔率檢測原理

2.1 氣孔率的概念

鐵礦粉內(nèi)部存在許多形狀及大小不同的氣孔，鐵礦粉實為多孔體，其內(nèi)部氣孔分三類：一側(cè)封閉另一側(cè)和外界相通的開口氣孔；封閉在鐵礦粉顆粒中不與外界相通的閉口氣孔；穿通鐵礦粉顆粒的貫通氣孔。

圖1 AUTOSORB-1-C-TCD氣體吸附分析儀

一般情況下，將貫通氣孔并入開口氣孔稱顯氣孔，閉口氣孔較少且難以進(jìn)行直接測定。這樣，氣孔率ε用顯氣孔率表示，顯氣孔率是指鐵礦粉中的開口氣孔總體積占試樣總體積的百分比。

2.2 氣體吸附法檢測氣孔率的原理

氣體吸附分析儀測量鐵礦粉的開口氣孔總體積以及其孔徑分布。先將鐵礦粉磨至200目以下細(xì)粉，稱取一定質(zhì)量的試樣裝入脫氣站進(jìn)行脫氣處理；100℃下，真空脫氣1 h，除去試樣的表面水分及附著物；而后升溫到300℃，真空脫氣12～16 h，進(jìn)一步對試樣雜質(zhì)進(jìn)行清理。然后，將試樣裝入氣孔分析站，啟動升溫程序，對試樣進(jìn)行氣孔體積的檢測。試樣檢測是在恒定溫度－195℃，充入氮氣和氦氣的條件下進(jìn)行。

根據(jù)BET吸附理論如式（1）和式（2）所列，可以得到試樣的開口氣孔總體積：

式中：V氣孔為試樣的開口氣孔總體積，mL/g；Va為壓力P下所吸附的氣體體積，mL/g；Vm為形成氣體吸附層所需要的氣體體積，mL/g；C為BET常數(shù)；P/P0為氣體相對壓力。

2.3 鐵礦粉氣孔率的求解

氣體吸附法不能得到傳統(tǒng)意義上的氣孔率（%），它能測出單位質(zhì)量鐵礦粉中所含開口氣孔的總體積（mL/g鐵礦粉）。因此，有必要將其轉(zhuǎn)化為傳統(tǒng)意義上無量綱的氣孔率，其表達(dá)式如式（3）所列：

式中：ε為氣孔率，%；V氣孔為AUTOSORB-1-C-TCD檢測氣孔體積，mL/g；V真為各組元的真體積累加和，mL/g。

依據(jù)鐵礦粉中化學(xué)成分（如表2所示）及其真密度值，可以得到鐵礦粉組元的真體積，而其累加和即為單位質(zhì)量鐵礦粉的真體積，如式4所列：

式中：i為鐵礦粉中FeO、Fe2O3、SiO2等；Vi為鐵礦粉中化學(xué)組元的真體積，mL/g。

3 實驗結(jié)果

根據(jù)測量氣孔率的方法，試驗考察的5種鐵礦粉氣孔率見表3。

表3 5種鐵礦粉的氣孔率結(jié)果

從表3中可以看出，5種鐵礦粉的氣孔率存在明顯的差別：兩種澳礦的氣孔率成倍地高于兩種巴西礦的氣孔率，國內(nèi)礦M的氣孔率最低；且同一產(chǎn)地的鐵礦粉也存在差別：澳礦A1的氣孔率成倍地高于A2的氣孔率，巴西礦B1的氣孔率高于B2礦的氣孔率。

4 實驗結(jié)果分析

鐵礦粉的氣孔率影響著燒結(jié)過程及產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣。

1）決定燒結(jié)制粒過程吸收水的能力，影響制粒的配水量及制粒效果，進(jìn)而影響燒結(jié)過程的透氣性。

2）燒結(jié)過程中形成液相，由于鐵礦粉氣孔率的差別，核礦石的氣孔將“吸收”部分液相，使有效液相量減少，進(jìn)而影響燒結(jié)礦的質(zhì)量

3）通常情況下，鐵礦石還原主要受擴(kuò)散環(huán)節(jié)控制，高氣孔率的鐵礦粉，將有較大的氣體通道，使擴(kuò)散阻力減小，因而高氣孔率將有利于還原性的提高。

由表3所知，5種鐵礦粉氣孔率大小順序為：A1＞A2＞B1＞B2＞M。

制粒是改善燒結(jié)料粒度組成以獲得良好透氣性的重要手段[3]。A1礦和A2礦氣孔率較高，當(dāng)燒結(jié)生產(chǎn)配加澳礦時，一方面應(yīng)增加制粒時的加水量；另外，由于A1礦和A2礦大于2 mm粒級的比例較高，分別為50.29%和49.71%（如表1所示），主要充當(dāng)燒結(jié)生產(chǎn)時的核礦石，這將引起燒結(jié)礦的強(qiáng)度降低，因而配加量不宜過高。A1礦和A2礦相比，A1礦宜低于A2礦的配加量。

A2和B2礦相比，盡管其含鐵品位相當(dāng)，而A2礦的氣孔率高于B2的氣孔率。當(dāng)燒結(jié)生產(chǎn)配加這兩種鐵礦粉時，一方面應(yīng)注意制粒時的加水量的調(diào)整；另外，大于2 mm和小于0.5 mm粒級的比例也相當(dāng)，因而考慮燒結(jié)礦的強(qiáng)度穩(wěn)定，B2礦可高于A2的配加量。

B1礦和B2礦相比，B1的氣孔率高于B2，而粒度組成上相差不大且大于2 mm的粒級比例較高。因而，兩種巴西礦的配比宜高于兩種澳礦的配比，以獲得穩(wěn)定的燒結(jié)礦強(qiáng)度；因而B1礦的配比可高于B2。

國產(chǎn)M礦盡管氣孔率較低，全部為細(xì)粒級礦粉，主要充當(dāng)燒結(jié)制粒的粘附粉。因而當(dāng)配加M礦時，一方面注意加水量不宜過大，另外，由于氣孔率較低，不利于產(chǎn)生流動性較強(qiáng)的液相，故配加量不宜過高。

5 結(jié)論

1）不同鐵礦粉氣孔率不同，本研究中兩種澳礦（A1和A2）有較高的氣孔率，兩種巴西礦（B1和B2）的氣孔率居中、國內(nèi)礦M的氣孔率較低。

2）澳礦A1礦和A2礦的氣孔率較高，燒結(jié)制粒時可增加水量，但由于A1礦和A2礦中大于2 mm粒級的比例較高，將引起燒結(jié)礦的強(qiáng)度降低。

3）巴西礦B1礦的氣孔率高于B2礦，而粒度組成上相差不大且大于2 mm的粒級比例較高。因而，兩種巴西礦的配比宜高于兩種澳礦的配比，以獲得穩(wěn)定的燒結(jié)礦強(qiáng)度，B1礦的配比可高于B2。

4）國產(chǎn)M礦氣孔率較低，不利于產(chǎn)生流動性較強(qiáng)的液相，且M礦全部為細(xì)粒級礦粉，主要充當(dāng)燒結(jié)制粒的粘附粉，燒結(jié)制粒時加水量不宜過大，燒結(jié)配料時配加量不宜過高。

[1] 張典波，萬海明，鄭江.世界鐵礦石資源情況及中國鐵礦石供需的態(tài)勢[J].中國冶金，2004（6）：26－29.

[2] 吳勝利，劉宇，杜建新，等.鐵礦石的燒結(jié)基礎(chǔ)特性之新概念[J].北京科技大學(xué)學(xué)報，2002，24（3）：254－257.

[3] 吳勝利，王躍飛，朱娟.鐵礦粉顆粒特性對其燒結(jié)制粒性的影響[J].鋼鐵，2015，50（5）：19－25.

（編輯：苗運平）

Influence of Porosity of Iron Ores on Sintering Process

XUE Fang
（Shanxi Engineering Vocational College,Taiyuan Shanxi 030009）

The self-characteristics of iron ores have effects on metallurgical properties of sintering ores.Results of porosity of five kinds of iron ores are listed.According to the results,effects of porosity on pelletization and sinter strength are discussed.

iron ores,porosity,sintering granulation,sinter strength

TF046.4

A

1672-1152（2017）03-0031-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.03.13

2017-04-11

薛方（1984—），女，山西呂梁人，2009年畢業(yè)于北京科技大學(xué)鋼鐵冶金專業(yè)，碩士研究生，現(xiàn)就職于山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，研究方向為鋼鐵冶金。