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鐵礦石的高溫荷重還原軟化性
荷重還原軟化性(softening property under load during reduction) 鐵礦石在荷重和升溫還原條件下發(fā)生軟化收縮的特性。鐵礦石被加熱還原生成大量Fe0,它容易與礦石中SiO2、CaO、Al2O3等脈石礦物形成低熔點的液相。隨著溫度的升高,液相數(shù)量增加。當(dāng)升高到一定溫度后,礦石在荷重條件下開始變形、收縮、軟化。繼續(xù)升溫,則繼續(xù)軟化收縮,直至熔化滴落。在高爐煉鐵過程中,從軟化開始發(fā)生熔滴,即在爐內(nèi)形成了軟熔帶。軟熔帶中的透氣性差,還原和傳熱過程受到限制。因此,要求軟熔帶薄一些,位置低一些。軟熔帶的厚度和位置同礦石的軟化性在高爐內(nèi)和熔滴性有直接關(guān)系。礦石的軟化溫度高、軟化溫度區(qū)間窄,則高爐內(nèi)的軟熔帶薄,在爐內(nèi)位置低,透氣性好,所以礦石的荷重還原軟化性是評價鐵礦石高溫冶金性能的主要指標(biāo)之一。不同礦石具有不同的荷重還原軟化性,并可用專門的裝置測定。 測試方法 20世紀60年代以前,研究礦石軟化性的方法是取一定數(shù)量和粒度的礦石置于坩堝中,試樣上加一定的荷重,在一定升溫速度下加熱,測定其收縮率同溫度的關(guān)系。用軟化開始溫度和軟化區(qū)間為評價礦石軟化性的指標(biāo)。但是,測試溫度不超過1200℃,試驗氣氛和試樣還原程度不予控制,升溫制度和荷重的控制也無統(tǒng)一的規(guī)范,裝置的自動化水平較低。到60年代,出現(xiàn)了一些新的測試裝置和方法。為了控制試樣的還原程度,先將試樣預(yù)還原到不同的還原度,然后在N。氣氛下進行加熱,測定不同溫度下的收縮率,以比較不同礦石的軟化性。為了測定礦石在軟化收縮時的透氣性和還原性的變化,研制了一種荷重還原透氣性測定裝置。但是,這種裝置由于使用耐熱金屬反應(yīng)管,測試溫度只能達到1050~1100℃,而且測定是在恒溫下進行。為使測試條件同高爐內(nèi)相近,采用了程序升溫和在高溫下通入N2+CO混合氣,用高Al2O3管代替金屬管,使測試溫度可提高到1350~1400℃。 評價指標(biāo) 評價礦石荷重軟化性有3項指標(biāo):(1)軟化開始溫度。表示軟化開始的判據(jù)、無統(tǒng)一規(guī)定,一般以開始收縮時的溫度或收縮率為4%或10%時的溫度為軟化開始溫度。(2)軟化終了溫度。也無統(tǒng)一的判據(jù)。20%和25%收縮率曾被用作軟化終了的判據(jù),后來改為40%的收縮率。一般認為,軟化終了即為熔化開始,由于鐵礦石是一個含多種氧化物的復(fù)雜體系,不存在明確的熔化溫度,只有一個溫度區(qū)間,所以熔化開始溫度常以通過試樣層的氣流壓差陡升時的溫度來表示。(3)軟化區(qū)間。即軟化終了溫度和軟化開始溫度之間的溫度差。溫差大表示軟化區(qū)間長,軟熔帶的透氣性不好。 影響因素 影響鐵礦石還原荷重軟化性的因素有5:(1)礦石還原程度低,軟化前礦石FeO含量高,會促使低熔點渣相形成,軟化開始溫度即低;若礦石還原程度高,礦石中FeO低,并可能還原成部分金屬鐵則軟化開始溫度高。(2)堿度升高,軟化溫度一般升高。(3)增加MgO,形成高熔點鎂浮土體和含MgO的硅酸鹽,軟化溫度則提高。(4)提高礦石品位和降低SiO2含量,可以減少低熔點渣相,使軟化溫度提高。(5)礦石中含有K2O和Na2O時,形成渣相的溫度下降,軟化溫度會大幅度降低。
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