近年來,鐵礦石價格連續(xù)上升,高品位礦石日趨枯竭,煉鐵廠不可避免地使用越來越高脈石含量的原料,原料的惡化對燒結(jié)工藝有了新的挑戰(zhàn)。在燒結(jié)過程中,復(fù)合鐵酸鈣(SFCA)是高堿度燒結(jié)礦中最重要的粘結(jié)相,它的數(shù)量和結(jié)構(gòu)對燒結(jié)礦的強度和還原性起著重要的影響。本研究從二元系鐵酸鈣到三元系、四元系和五元系鐵酸鈣物相還原行為進行系統(tǒng)研究主要研究結(jié)論包括:Fe_2O_3-CaO系固相反應(yīng)中,根據(jù)Fe_2O_3和CaO摩爾比的不同,分別會生成CaO·2Fe_2O_3(CF_2)、CaO·Fe_2O_3(CF)和2CaO·Fe_2O_3(C_2F)。Fe_2O_3-CaO-Al_2O_3系固相反應(yīng)中,Al_2O_3含量較低時,主要生成CFA;隨著Al_2O_3含量的持續(xù)上升,會與CaO結(jié)合生成CaO·2Al_2O_3,Fe_2O_3以游離的形式出現(xiàn)。Fe_2O_3-CaO-SiO_2系固相反應(yīng)時,SiO_2含量較低時,主要生成SFC,隨著SiO_2含量的繼續(xù)提高,會與CaO結(jié)合生成2CaO·SiO_2,Fe_2O_3以游離的形式出現(xiàn)。Fe_2O_3-CaO-MgO系固相反應(yīng)中,MgO與Fe_2O_3形成鎂鐵尖晶石,其余的CaO和CaO·Fe_2O_3生成2CaO·Fe_2O_3。Fe_2O_3-CaO系物相還原行為研究結(jié)果表明:CaO·2Fe_2O_3(CF_2)最先達到還原終點,其次是CaO·Fe_2O_3(CF),2CaO·Fe_2O_3(C_2F)最慢達到還原終點,并且CF_2的還原速度大于CF,C_2F的還原速度最慢。CF、CF_2和C_2F的還原的表觀活化能分別為46.89、34.37和51.74 kJ·mol~(-1),三者的反應(yīng)都受二維未反應(yīng)核模型(A_2)控制。還原路徑方面,CF_2先分解生成氧化鐵和CF,CF還原C_2F,C_2F還原成鐵;而CF還原CF_2,CF_2還原成鐵;而CF_2還原成鐵。Fe_2O_3-CaO-Al_2O_3系物相還原方面,Al_2O_3的加入使得鐵酸鈣的還原度降低,但是Al_2O_3的繼續(xù)加入對于還原度的影響不大。并且,Al_2O_3的加入使得CF的還原減緩,但隨著Al_2O_3的繼續(xù)加入,H和CFA同時增加,兩者作用相互抵消,對于還原速度的影響不大。CF2A、CF4A和CF8A的表觀活化能分別為91.05、64.83和59.47 kJ·mol~(-1)。CF2A的還原受到A_2模式控制,CF4A的還原受到A_2和二維界面反應(yīng)模型(R_2)的共同作用,CF8A在反應(yīng)的前期主要受到三維未反應(yīng)核模型(A_3)控制,隨著還原的進行,逐步轉(zhuǎn)為A_2模式。Fe_2O_3-CaO-SiO_2系物相還原方面,SiO_2在2%-4%時,對鐵酸鈣的還原有抑制作用,使得還原度和還原速度,隨著SiO_2含量的繼續(xù)上升,抑制作用逐漸增大;但SiO_2含量達到8%時,由于生成較多的Fe_2O_3,SiO_2的作用由抑制變?yōu)榇龠M鐵酸鈣的還原。CF2S、CF4S和CF8S的表觀活化能分別為24.48、44.84和8.71kJ·mol~(-1)。CF2S和CF4S在反應(yīng)初期的模式函數(shù)為A_2,隨后被2種模式A_2和R_2所控制;而CF8S在反應(yīng)前期主要受到A_3模式控制,隨后逐漸由A_2模式所控制。Fe_2O_3-CaO-MgO系物相還原方面,MgO的加入對CF的還原有抑制作用,使得CF的還原度降低。并且,隨著MgO含量的增加,反應(yīng)前期的速度增快了,但后期的速度有所下降,整體來說降低了CF的還原速度。CF2M、CF4M和CF8M的表觀活化能分別為37.31、29.15和17.27 kJ·mol~(-1)。CF2M和CF4M的還原主要被A_2模式控制,而CF8M被A_2和R_2共同控制。四元鐵酸鈣體系還原中,反應(yīng)主要分為2個階段,即還原度0-0.2和0.2-1。鋁硅比為1時,CF的還原度最低。隨著鋁硅比的增大,第一階段的反應(yīng)速度變化不大,但第二階段的反應(yīng)速度明顯提高。五元鐵酸鈣體系還原中,反應(yīng)主要分為2個階段,即還原度0-0.2和0.2-1。MgO的加入,抑制了CF的還原,使得還原率降低,還原速度也降低。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TF046.4
【部分圖文】：

溫度在 1270oC 下，針狀的 SFCA-Ⅰ（P）和柱狀的 SFCA（Pr）成分上的ernary plot showing range in composition of prismatic SFCA(Pr) and platy Sn pot grate sinter; approximate compositional break between SFCA and SFCfor 1270oCme 等人[19]在燒結(jié)礦中發(fā)現(xiàn)的 SFCA-I 相含有 84wt.％的 Fe2O3，t.％的 SiO2和 2wt.％的 Al2O3，并成功地合成了具有 SFCA-I 結(jié)wt.％的 Fe2O3，12.6wt.％的 CaO 和 4.2 wt.％的 Al2O3。SFCA-一種組成的晶體確定。McAndrew 和 Clout[20]認(rèn)為 SFCA-I 特征賦予鐵礦燒結(jié)礦高強度和還原性，并且含有大量這一相的燒結(jié)的。研究[21-25]旨在確定 SFCA 復(fù)雜的富鈣鐵氧體鐵礦石燒結(jié)粘結(jié)相 階段是工業(yè)鐵礦石燒結(jié)礦的關(guān)鍵組成部分，對其形成機制的更以下方式提高燒結(jié)過程的效率：1）能夠預(yù)測生產(chǎn)的最佳燒結(jié)條分壓）基于給定的起始鐵礦石燒結(jié)混合物的化學(xué)組成和物理特

圖 1.2 Fe2O3-CaO 間反應(yīng)示意圖Fig. 1.2 Schematic diagram of reaction between Fe2O3-CaOCaO 與 Fe2O3反應(yīng)的動力學(xué)因素wijk 和 Koopmans[29]，利用 CaO 粉末和 Fe2O3燒結(jié)塊組成的擴0-1142oC 溫度范圍內(nèi)進行了 CaO 和 Fe2O3間的反應(yīng)動力學(xué)研究的兩種鐵酸鈣中，一層是 C2F，一層是 CF，前者層薄，厚度均化范圍大，CF 在 Fe2O3一側(cè)界面呈現(xiàn)出曲面形狀。這種曲面形段中形成了不同方向的 CF 晶體，導(dǎo)致了 CaO 擴散的各向異性所反應(yīng)時間的關(guān)系表明，在最初 2h 過程中，線形生長占優(yōu)勢，后生成層以拋物線機理生長（斜率接近 0.5）說明前期是界面反散控制。行博[30]等用致密的赤鐵礦切塊與 CaO 粉末組成擴散偶，分別在行焙燒，獲得了 CF 和 C2F 的生成層，同樣得到了 CF 層厚與反直線關(guān)系，也說明了固相狀態(tài)下擴散是 CF 層生成速度的限制

圖 1.3 1000oC 時，鐵酸鈣在 CO/CO2氣氛下的還原順序Fig. 1.3 Reduction reaction scheme for calcium ferrite in CO/CO2gas at 1000oCChufarov[45]和 Brunner[54]所做的還原試驗的結(jié)果與 Edstrom 的一致。然而，這些研究為了縮短反應(yīng)時間，是在氫氣（Chufarov）和一氧化碳（Brunner）中進行反應(yīng)的，反應(yīng)會生產(chǎn)多相重疊層結(jié)構(gòu)，這也導(dǎo)致在相的識別上存在困難。在 20 世紀(jì) 50 年代和 60 年代，F(xiàn)e2O3-CaO 系統(tǒng)被認(rèn)為是燒結(jié)過程中粘結(jié)階段
【參考文獻】

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本文編號：2844719