郭小龍

（河鋼宣鋼煉鐵廠，河北 張家口 075100）

隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，帶來的是國內(nèi)鋼鐵工業(yè)狂飆式發(fā)展，相比于全球鋼鐵工業(yè)，中國鋼鐵工業(yè)流程特點是仍以高爐-轉(zhuǎn)爐為主，盡管技術(shù)上在不斷的進步，但高爐煉鐵仍是不可替代的主流工藝。燒結(jié)礦是我國高爐冶煉的重要原料，然而隨著鋼鐵產(chǎn)能的不斷增加，鐵礦石供應(yīng)緊張的局面，迫使一些鋼鐵企業(yè)增加了高Al2O3鐵礦石的使用。然而僅僅是少量的Al2O3增加就會使燒結(jié)礦的強度，影響高爐軟熔帶液相形成的組成和性質(zhì)，引起燒結(jié)和高爐冶煉的諸多問題。本文就結(jié)合實際工作，并從一些文獻理論出發(fā)，對Al2O3的存在對鐵礦燒結(jié)質(zhì)量產(chǎn)生的影響進行分析。

1 燒結(jié)礦礦物原料組成和燒結(jié)特性

1.1 燒結(jié)礦礦物組成

燒結(jié)礦主要包括含鐵礦物及燒結(jié)過程中產(chǎn)生的液態(tài)粘結(jié)相。含鐵礦物主要涵蓋了磁鐵礦、赤鐵礦、浮士體，粘結(jié)相主要包括鐵橄欖石、鈣鐵橄欖石、鐵酸鈣、硅灰石、玻璃質(zhì)、少量游離石英等[1]。

燒結(jié)鐵礦的礦物結(jié)構(gòu)包括宏觀、微觀兩種類型的結(jié)構(gòu)。宏觀結(jié)構(gòu)由于受燒結(jié)平衡液相特性的作用，如粗孔蜂窩狀結(jié)構(gòu)還原性和強度較差，石頭狀結(jié)構(gòu)還原性差、強度好。微觀結(jié)構(gòu)指的是顯微鏡下的鐵礦物和粘結(jié)相，粒狀結(jié)構(gòu)和粘結(jié)相礦物晶體顆粒組合形成粒狀結(jié)構(gòu)，其強度較好；骸晶結(jié)構(gòu)常被硅酸鹽液相粘結(jié)相所填補；交織-熔蝕結(jié)構(gòu)在高堿度燒結(jié)鐵礦中是多見的；斑狀結(jié)構(gòu)強度較好。

1.2 燒結(jié)的基礎(chǔ)特性

燒結(jié)特性很好地反映了鐵礦石在燒結(jié)過程中的作用和行為，也是評價鐵礦石燒結(jié)質(zhì)量的指標。如同化性能，同化能力好，說明在燒結(jié)過程中容易生成液相反之同化能力弱，液相不易生成將影響燒結(jié)質(zhì)量。液相流動性能對于燒結(jié)礦的強度有著十分重要的影響，不能過大也不能太小，應(yīng)控制在有效粘結(jié)范圍[2]。粘結(jié)相強度，對燒結(jié)礦的強度有著十分重要的影響。鐵酸鈣生成特性能是鐵礦粉生成以復(fù)合鐵酸鈣為主的粘結(jié)相能力。

2 AL2O3對燒結(jié)性能的影響和機理

2.1 對礦物組成與顯微結(jié)構(gòu)的影響

燒結(jié)過程原料條件是決定燒結(jié)礦組成與結(jié)構(gòu)的內(nèi)在因素，決定了燒結(jié)礦質(zhì)量與冶金性能。

首先是對鐵酸鈣的影響，燒結(jié)礦中以鐵酸鈣與磁鐵礦形成的交織熔蝕結(jié)構(gòu)為主要礦相。燒結(jié)礦Al2O3含量提高時,鐵酸鈣中Al伴隨著燒結(jié)礦Al2O3含量的增加而提高。一些工藝實驗研究表明為Al2O3含量1.0%時，礦化作用良好，礦相結(jié)構(gòu)較為均勻。含量為2.0%時，鐵酸鈣大量出現(xiàn)，將赤鐵礦包圍在中間，形成良好的礦相結(jié)構(gòu)。含量為3.5%時，局部區(qū)域出現(xiàn)了較多孔洞，不利于提高燒結(jié)礦的強度。

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燒結(jié)液相的流動范圍小時，不利于液相對核礦石顆粒的粘結(jié)降低強度。但如果流動性過大，較寬的液相流動范圍會使粘結(jié)液相在燒結(jié)礦表層的鋪展厚度變薄。因此合理的控制流動特性對于燒結(jié)質(zhì)量影響較大。從鐵礦組成結(jié)構(gòu)來看，其是由Si、O四面體與Al、O八面體形成的層狀結(jié)構(gòu)，層間由氫鍵相連接，當(dāng)Al2O3含量增加，氫鍵破裂，促使網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)的形成，惡化了鐵礦粉燒結(jié)的液相流動性。從工藝的生產(chǎn)實踐來看，2.0%的含量是一個分水嶺，在超過這個趨勢后各指標變化趨勢明顯。

三是對赤鐵礦的影響，赤鐵礦主要以大塊的板狀為主，Al2O3低含量時，硅酸鹽填充于大塊赤鐵礦和鐵酸鈣之間，形成高強度微區(qū)，增加了燒結(jié)礦的強度。隨著含量的提升，赤鐵礦、磁鐵礦、鐵酸鈣三者兩兩相互膠結(jié)作用提升，含量為3.0%、3.5%時，少量赤鐵礦與鐵酸鈣粘結(jié)在一起，出現(xiàn)在鐵酸鈣的表層，惡化燒結(jié)礦的強度。

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四是對硅酸鹽的影響。硅酸鹽粘結(jié)相分散填充在板狀赤鐵礦、磁鐵礦、鐵酸鈣之間，當(dāng)含量升高，硅酸鹽中Mg、Al、Fe比例呈現(xiàn)下降趨勢，含量為3.0%時，赤鐵礦呈斑點狀嵌布于鐵酸鈣上。含量為3.5%時相結(jié)構(gòu)中也出現(xiàn)了對燒結(jié)礦強度有巨大危害的大孔洞，影響燒結(jié)質(zhì)量[4]。

2.2 對液相特性的影響

生成特性包括液相開始形成溫度、區(qū)間、時間、生成量等指標。Al2O3含量增加，使得鐵礦中莫來石（鋁硅酸鹽組成的礦物統(tǒng)稱）和方石英含量增加，莫來石不存在游離的Al2O3，而方石英本身熔點較高，這會在整體上使液相熔點升高。而且這也會產(chǎn)生更多比例的高熔點液相粘結(jié)相，燒結(jié)混合料層中液相生成的范圍變小、燒結(jié)液相生成溫度的可控性變差。

其次是對磁鐵礦的影響，磁鐵礦主要呈板狀，并存在少量的粒狀、塊狀磁鐵礦。Al2O3含量提高時磁鐵礦含量的減少,局部磁鐵礦連晶現(xiàn)象大量發(fā)展，這源自與鐵酸鈣交織熔蝕結(jié)構(gòu)中的磁鐵礦比例的下降，尤其是Al2O3含量為3.0%時，連晶現(xiàn)象持續(xù)增多，并且礦相結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了對燒結(jié)礦強度不利的粗長裂紋；當(dāng)含量為3.5%時，礦相結(jié)構(gòu)中也出現(xiàn)了對燒結(jié)礦強度不利的較大孔洞[3]。

從以上的工藝分析來看，Al2O3含量在1.8～2.0%之間是一個分水嶺，對于液相特性將產(chǎn)生極大的影響，總體來看隨著Al2O3含量的提升，生成特性、流動特性、濕潤特性都會受到一定的影響，繼而影響燒結(jié)質(zhì)量。因此在工藝控制中對于Al2O3的含量控制尤為關(guān)鍵。

基于以上分析，Al2O3的存在會影響到礦物組成，同時對液相特性也將帶來顯著的影響，這些影響都會造成強度的波動。

推廣液體肥還能夠帶動很多技術(shù)的應(yīng)用，同時也能帶動很多農(nóng)資產(chǎn)品的應(yīng)用。通過施液體肥可以和很多產(chǎn)品進行配套使用，如可與液體土壤改良劑、液體微生物肥一同配套使用，國外很多有機肥做成液體，通過灌溉設(shè)備施入土壤，非常方便。液體肥是未來中國的主流肥料，液體肥會迎來很好的一個發(fā)展空間，有廣闊的應(yīng)用市場。

從工藝的生產(chǎn)實踐來看，1.8%的含量是一個分水嶺，在超過這個趨勢后各指標變化趨勢明顯。

疲勞載荷試驗主要是為了驗證聯(lián)軸器在正常運行情況下的疲勞載荷承載能力。聯(lián)軸器在正常運行過程中，除了受扭矩載荷作用外，還需要受齒輪箱輸出軸和發(fā)電機輸入軸的徑向位移和軸向位移載荷的作用。在聯(lián)軸器疲勞試驗時，除了施加扭矩載荷外，還需要在聯(lián)軸器試驗臺上施加徑向位移和軸向位移。聯(lián)軸器極限載荷試驗參數(shù)如表2所示。聯(lián)軸器完成極限疲勞測試后，需對聯(lián)軸器進行檢查，主要檢查項目與極限載荷試驗的檢查項目相同。

2.3 對燒結(jié)礦強度影響

流動特性表示燒結(jié)液相的有效粘結(jié)區(qū)域大小，對燒結(jié)礦的強度有重要影響。

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有實驗研究表明，鋁酸鹽與鐵酸鹽可以形成固溶體,從現(xiàn)代熔渣結(jié)構(gòu)的觀點出發(fā),這類復(fù)雜穩(wěn)定的離子團結(jié)合能較高,排列有序。當(dāng)Al2O3含量增加時，液相生成溫度提高、液相生成量減少，液相中質(zhì)點從一個平衡位置轉(zhuǎn)移到另一個位置時較為困難。液相粘度的提高,致使質(zhì)點擴散速率下降，較小的晶體微粒因曲率較大而溶解到周圍的介質(zhì)中，致使析出的鐵酸鈣向板片狀發(fā)展，晶粒發(fā)育較大。板片狀鐵酸鈣的強度和抵御裂紋擴展的能力極差,當(dāng)Al2O3含量增加時，抵御裂紋擴展的能力也較差，對燒結(jié)礦強度和低溫還原粉化十分不利。

3 結(jié)語

從燒結(jié)工藝特點出發(fā)，Al2O3含量對燒結(jié)質(zhì)量的影響主要是通過對礦物組成結(jié)構(gòu)的影響以及對液相特性的影響，從而進一步對燒結(jié)強度產(chǎn)生影響。

結(jié)合工藝實踐以及理論文獻的綜述探討，本文分析的結(jié)論認為Al2O3含量的提升時，1.8%～2.0%是一個分水嶺，在超過這一數(shù)值水平時，燒結(jié)礦產(chǎn)量、質(zhì)量明顯惡化。其原理是當(dāng)Al2O3含量增加時，混合料液相生成溫度和熔化溫度區(qū)間上升,液相生成量和平均生成速度減少,連晶形式大量發(fā)展，增加的Al大部分都進入鐵酸鈣，同時也使得游離的Ca、Si匯集在鐵酸鈣中。

從理論上看，鐵酸鈣總量的增加對燒結(jié)礦質(zhì)量有利，但是在液相以及熔點的變化情況下，大量的板片狀鐵酸鈣的生成也導(dǎo)致了燒結(jié)強度的降低，最終燒結(jié)礦強度的下降和低溫還原粉化性的惡化，形成低質(zhì)量的燒結(jié)成品。當(dāng)然也要注意的是，本文討論的是基于工藝實踐以及理論上的單一指標探討，實際上燒結(jié)質(zhì)量過程中有大量的工藝參數(shù)的影響，所以具體的生產(chǎn)還是要結(jié)合不同的原材料來進行針對性的分析，確定具體的關(guān)鍵參數(shù)。