烧结过程中铁酸钙与二次赤铁矿生成

烧结过程中铁酸钙与二次赤铁矿生成

实验研究

郭兴敏

北京科技大学

研究背景

高温烧结区域

多相复杂反应

铁酸钙二次赤铁矿

Black box

问题引出

（1）

烧结矿内铁酸钙以何种形式存在？

烧结料层内如何形成的？

浅

决定量的因素？

（2）

烧结矿内原生和再生赤铁矿如何区分？烧结料层内如何形成的？

决定量的因素？深浅深

铁酸钙/Calcium ferrites 二元铁酸钙：2CaO⋅Fe2O3,CaO⋅Fe2O3和CaO⋅2Fe2O

3

•多元铁酸钙：xCaO⋅xSiO2⋅z(Fe,Al)2O3= SFCA SiO2 Al2O3

铁酸钙XRD谱线-1

低硅烧结矿

低铝烧结矿

普通烧结矿

高硅烧结矿

不同类型烧结矿的化学组成，%

种类类型

名称TFe FeO CaO SiO 2MgO Al 2O 3R 1低硅烧结矿宝钢烧结矿59.477.558.20 4.25 1.27 1.29 1.932莱钢烧结矿158.669.308.24 3.90 2.12 1.35 2.113莱钢烧结矿257.838.259.30 4.52 2.03 1.43 2.064首钢烧结矿57.21 6.759.62 5.14 2.01 1.83 1.875鞍钢烧结矿155.3511.0911.90 6.20 2.300.60 1.92低铝烧结矿6鞍钢烧结矿257.3810.1510.75 5.62 2.000.35 1.917鞍钢烧结矿357.588.809.95 5.25 2.250.50 1.908鞍钢烧结矿458.359.439.20 4.85 2.200.55 1.909普通烧结矿沙钢烧结矿156.808.919.86 5.24 1.68 2.02 1.8810沙钢烧结矿256.88 6.6110.06 5.73 2.07 2.22 1.7611石钢烧结矿154.5310.0712.23 5.61 2.25 1.96 2.1812石钢烧结矿254.6410.1912.18 5.63 2.21 1.92 2.1613高硅烧结矿

酒钢烧结矿51.759.1613.877.52 2.00 1.40 1.8414

立恒烧结矿

50.06

11.16

14.5

6.70

2.71

2.36

2.16

CaO-Fe 2O 3-Al 2O 3-SiO 2

系铁酸钙

triclinic

CaO-Fe 2O 3-Al 2O 3

系铁酸钙

CaO-Fe 2O 3-SiO 2

系铁酸钙

triclinic

几种多元铁酸钙的比较

Ca 5(Fe 18,Si x )O 32+2x

固溶体矿物

Ratios of raw materials for experiments

Sample Compositions for the samples (g)SiO

2

(wt%) CaO•Fe2O3SiO2

021.600.000.00 121.560.010.05 221.490.030.14 321.380.060.28 420.950.180.85 520.520.30 1.44 619.440.60 3.00 717.28 1.20 6.49 815.12 1.8010.64

XRD of samples sintered at 1200o C for 4h

CaO-Fe 2O 3-SiO 2熔体冷却后试样的XRD

曲线

熔体冷却后试样的矿相显微结构

C —CaO⋅Fe2O3

S —SFC

M —硅酸盐

玻璃相

a—x(SiO2)=0

b—x(SiO2)= 2.14%

c—x(SiO2)= 6.28%

d—x(SiO2)=10.23%

莱钢烧结矿

50μm

宝钢烧结矿

50μm

鞍钢烧结矿

50μm

酒钢烧结矿

50μm

铁酸钙生成是一个多相反应

矿物生成速率：化学反应+传质过程铁酸钙作为低熔点矿物，它的生成对促进烧结反应，产生液相量起着决定性作用。

固相：10-8~10-9cm 2/s 液相：10-4~10-5cm 2/s 气相：0.1 ~ 10 cm 2/s

扩散系数

烧结料层内>900o C持续时间仅4-5分钟。因此，可以说决定烧结矿内铁酸钙含量和相结构是冷却过程。

二次赤铁矿/Secondary hematite

赤铁矿

（烧结矿烧结矿））

•磁铁矿

•液相

•二次赤铁矿

（烧结混合料烧结混合料））

分解、还原或生成

低熔点矿物

氧化或结晶

矿相照片-1

矿相照片-2

矿相照片-3

热重（TG ）实验原理

L o g p O 2

T / K

铁矿粉与生石灰的化学成分/ %

矿石种类TFe FeO SiO

2CaO MgO Al

2

O

3

S烧减

巴西MBR粗粉67.07 2.37 1.560.230.150.760.003 1.00澳哈默斯利粗粉62.510.97 3.800.230.22 2.200.016 3.47澳库利安诺宾粗粉63.350.79 2.710.250.23 1.030.038 4.74生石灰 4.5186.90 3.090.150.18016.0