摘要：為定量分析燒結過(guò)程中的聚結行為，本文采用熱力學(xué)軟件FactSage對不同堿度條件下熔體的組成及性質(zhì)進(jìn)行計算，并根據計算結果進(jìn)一步得出了各條件下熔體的表面張力以及表觀(guān)黏度，用于燒結礦致密化系數的計算。結果顯示，隨著(zhù)堿度升高，熔體的表觀(guān)黏度不斷減小，在溫度為1350℃時(shí)，表觀(guān)黏度有最小值(0.114 Pa·s)；表面張力隨堿度的升高而先減小后增大，在溫度為1300℃時(shí)有最小值(約為0.32 N)。燒結礦的聚結行為受表觀(guān)黏度與表面張力共同驅動(dòng)，提高堿度有利于燒結過(guò)程的聚結行為，使得致密化系數增大，溫度越高，致密化系數也越大。燒結試驗表明，在堿度為1.85~2.25范圍內，致密化系數與燒結礦孔隙率和轉鼓指數有關(guān)聯(lián)，致密化系數在一定程度上可以表征燒結礦強度的大小。

引言

燒結礦是高爐煉鐵的主要原料，其結構可以分為兩個(gè)部分：礦物成分和孔隙。普遍認為，燒結礦中的孔隙在高爐煉鐵環(huán)節發(fā)揮重要作用：一方面，孔隙為反應物氣體提供擴散路徑；另一方面，孔隙也增大了反應面積。對燒結體孔隙與強度間關(guān)系的討論，早在1953年，DUCKWORTH在研究報告中指出，對于一般燒結體，孔隙率的增大往往會(huì )使得其強度降低。于是，有學(xué)者開(kāi)始研究鐵礦石燒結過(guò)程中的孔隙形成機制，YANG等發(fā)現燒結礦中的孔隙主要在液相流動(dòng)時(shí)、石灰石顆粒部位和焦炭顆粒燃燒后形成。另外，有研究結果證實(shí)孔隙對燒結礦質(zhì)量參數有重要影響。因此，孔隙率可以表征燒結礦的強度大小，對于高爐生產(chǎn)的順行與否有著(zhù)重要意義。從燒結機理上來(lái)講，燒結過(guò)程可以描述為擴散過(guò)程、黏性流動(dòng)及冷凝的結果，而這些過(guò)程最終引起燒結礦的致密化。致密化行為是燒結礦孔隙演變的主要方式，是固相燒結和液相燒結兩個(gè)階段的結果。在燒結床中，主要的結構變化發(fā)生在熔體形成位置，這個(gè)過(guò)程通常被稱(chēng)為聚結，聚結過(guò)程非常復雜，受眾多變量的控制。在燒結過(guò)程中，強化聚結過(guò)程將會(huì )形成更大更致密的燒結顆粒，從而改善高爐生產(chǎn)。

當前，燒結礦聚結過(guò)程的研究主要在液相流動(dòng)性方面，系統流動(dòng)性越高，燒結過(guò)程的聚結和致密性越好。王春來(lái)等通過(guò)試驗，研究了在燒結中添加硼鎂鐵精粉對液相流動(dòng)性的影響。楊雙平等通過(guò)燒結杯試驗，研究了礦粉中SiO2質(zhì)量分數對液相生成及流動(dòng)性的影響?？到〉韧ㄟ^(guò)SEM-EDS、荷重軟化熔滴等性能測定試驗，研究了礦粉配比對混勻料液相生成的影響。試驗結果表明，礦粉配比對混勻料液相生成行為有影響，進(jìn)而影響燒結礦質(zhì)量。此外，也有研究人員采用FactSage模擬計算，對燒結過(guò)程進(jìn)行熱力學(xué)分析，從化學(xué)平衡的角度探討各因素對燒結過(guò)程的影響。吳勝利等采用FactSage熱力學(xué)計算和微型燒結可視化試驗方法，研究了固定CaO配比條件下鐵礦粉的液相流動(dòng)性及其主要的熱力學(xué)液相生成特征的影響因素，KIMURA等利用化學(xué)平衡技術(shù)研究了不同氧分壓下CaO-SiO-FeO-FeO2-Al2O3系統的相圖，CHEN等研究了氧分壓和添加Al2O3和MgO對FeOx-CaO-SiO2體系液相線(xiàn)的影響。翟曉波等以7種鐵礦粉為研究對象，在試樣測定兩種氧分壓下高溫熔體流動(dòng)行為的基礎上，通過(guò)FactSage熱力學(xué)計算、XRD礦相分析法及礦相數點(diǎn)法探究燒結高溫熔體的流動(dòng)行為，對燒結礦強度的影響。李小明等采用FactSage熱力學(xué)軟件研究了不銹鋼酸洗污泥對鐵礦粉燒結液相生成特性和CaO-SiO2-Fe2O3-Al2O3-MgO-CaF2體系液相分布的影響。通過(guò)FactSage研究了不同溫度和堿度條件下燒結液相生成行為，結合熔體成分與性質(zhì)，對燒結過(guò)程聚結行為作出了定量評估，得到了不同溫度和堿度條件下的致密化系數，對于實(shí)際的燒結生產(chǎn)有著(zhù)理論指導意義。但目前對于鐵礦石燒結過(guò)程中的聚結行為研究相對較少，因為真實(shí)的燒結生產(chǎn)存在火焰前鋒，熔體的數量與性質(zhì)是火焰前鋒處燒結反應的結果，對此進(jìn)行測量較為困難。理論研究表明，聚結過(guò)程是表面力、黏性力、慣性力和重力的綜合結果，其中慣性力和重力通常比表面力和黏性力小。盡管燒結是由各種反應的動(dòng)力學(xué)控制，并且遠離平衡，但是熱力學(xué)分析可以提供關(guān)于熔體形成的有用輸入，并且有助于理解與實(shí)際工藝條件的偏差。實(shí)踐研究表明，原料結構、燃料質(zhì)量、工藝操作、布料設備等均對燒結礦強度有不同程度的影響，通過(guò)優(yōu)化原料結構、調整燃料粒度、精細化操作、工藝設備改造等方法能顯著(zhù)改善燒結礦轉鼓強度。

因此，本文基于實(shí)際的燒結生產(chǎn)，通過(guò)FactSage對燒結過(guò)程中的熔體數量及性質(zhì)進(jìn)行計算，然后結合熔體的各項參數，得到不同溫度和不同堿度條件下熔體的表面張力和與表觀(guān)黏度值，根據致密化系數值的大小來(lái)定量描述燒結過(guò)程中的聚結行為程度，再結合燒結試驗，評估計算所得的致密化系數與燒結礦孔隙率和轉鼓指數間的關(guān)聯(lián)。通過(guò)FactSage計算得到的致密化系數，對燒結礦孔隙率及轉鼓強度的提前預估和評價(jià)，能為實(shí)際燒結配礦和生產(chǎn)過(guò)程提供優(yōu)化指導。