矿物组成及其结构对烧结矿质量的影晌

来源:网络  作者:网络转载   2019-10-14 阅读:489
    烧结矿的质量主要表现在强度及还原性上,它们除了与粘结相的发展程度、结晶条件、气孔的数置和特征、裂纹等有关外,还与粘结相矿物的强度和还原性有关。
    近年来国内外烧结矿研究工作者对于烧结矿中各矿物的强度及还原性进行了许多的研究。
    抗压强度的测定:将单矿物制成边长为10毫米的立方体,在万能试验机上进行。耐磨性是在小球磨机中进行,试验时间为55分钟,试验后以大于5毫米及小于1毫米的筛级百分数作为评价机械强度的指标。脆性是在ΠMT-3仪器中进行,在它的金刚石角锥上加以不同的荷重,按照矿物薄片上发生裂纹前的印痕数作为检验指标。
    从烧结矿矿物组成的还原性来看,磁矿、赤铁矿、铁酸半钙、铁酸一钙容易还原,铁酸二钙、褐针矿还原性较低,玻璃、钙铁橄榄石、钙铁辉石特别是铁橄榄石是难还原的。由千烧结矿的还原是由还原性气体通过烧结矿的孔隙进行的,这样对于酸性烧结矿来讲,气孔壁大部由铁橄榄石与玻璃组成的,而自熔性烧结矿大多由钙铁橄榄石、玻璃、铁酸钙所组成。因此酸性烧结矿的还原性在同样的气孔度条件下也要比自熔性烧结矿差。当然酸性烧结矿的还原性差的另一种原因是由于硅酸盐组成低熔点液相,过早软化,降低了气孔率,造成还原的困难。而碱度特别低的烧结矿则由于液相少,含铁矿物暴露面大,因而也有较好的还原性。
    随着碱度的提高(超过酸性烧结矿,一般在1.0以上),烧结矿的气孔率增加,难还原的铁橄榄石为钙铁橄榄石所代替,烧结矿的还原性也就变好。有些烧结矿在碱度2.0以上耐,还原性又变坏,这可能由于相对还原性差的铁酸二钙出现的缘故。
    当烧结料提高配碳量时,对于石英脉石自熔性烧结矿,增加了烧结矿的熔化性,降低了气孔度,同时增加难还原的粘结相,这样降低了产品的还原性。但是在低石英脉石烧结矿则影响不大,因为增加配碳量并不增加难还原的硅酸盐液相。例如山东张家洼矿(TFe61.68%,SiO24.0%)的试验表明当配加固定碳自3.5%提高到4.5%,FeO由16.65%提高到20.18%,转鼓指数大大改善,而还原性没有什么变化。
    烧结矿的矿物结构对于还原性也有很大的影响,晶粒细小密集而粘结相少的磁铁矿容易还原,这一般发生在低石英脉石的烧结矿中。而大块磁铁矿或者被硅酸盐包裹时均难还原或者只是表面还原。另外气孔率高(大孔和微孔)晶体嵌布松弛以及裂纹多的组织容易破坏也容易还原,但强度也较差。
    单矿物晶体还原性的好坏从结晶化学的观点来分析,凡品格能低的矿物晶体愈容易还原。晶格能高的(即把晶格分解成为它的组成单位并使这些单位相互排斥以至无限远所消耗的能量)愈难破坏,还原性愈差。
    烧结矿的强度也是受多方面影响的。例如原料破碎粒度较大,它们在烧结过程中不可能熔融,特别是石灰的残余物存在,遇水以后形成Ca(OH)2,使烧结矿破裂。造成烧结矿强度不好的另一个原因就是烧结矿矿物组成中的矿物的强度。磁铁矿、赤铁矿、铁酸一钙有较高的抗压强度,其次为钙铁橄榄石及铁酸二钙,其中x=0.5,即CaO0.5FeO1.5SiO2,无论在抗压、耐磨性、显微脆性试验指标比前一类接近或超过,x=1.5的钙铁橄榄石强度相当低而且容易形成裂纹,它的晶格常数接近于2CaO•SiO2.玻璃俸则具有最低强度。从烧结矿的结构中发现在积聚玻璃相中磁铁矿的树枝状及粒状结构有助于降低它的脆性,最危险的是分布在钙铁橄榄石及铁撖榄石结晶体中间的整体及单一的玻璃质。因此增加烧结矿强度的任务就是要从结构中消除这些玻璃质以及尽可能使它转变为结晶体。
    当液相开始凝固时烧结矿的显微结构便形成,而矿物组成则不同,由于液相的结晶过程以及在固体状态的再结晶形成相当宽的温度区间,在这个区间矿物组成才形成,最终的矿物组成以及烧结矿的显微结构不仅取决于液相成分以及当矿物凝固时的结晶能力,而且取决于冷却速度。
    矿物组成对烧结矿强度的影响不仅仅局限于烧结中分离出来的结晶个体或玻璃质的强度作用,强度在一定程度上取决于烧结矿的矿物组成以及它的冷却所形成的内应力,按照最新的观点,产生内应力的必要条件是物体内不同点的不均匀变形,引起这种不均匀性变形的原因可以是不同性质、热膨胀(或收缩)或由于相变而发生的体积膨胀等等。
    液相凝结后,烧结矿的冷却过程伴随着不同种类的内应力:
    1)由于烧结矿块表面与中心温差的存在而产生的热应力;
    2)各相不同的热膨胀系数而引起的矿相之间的应力;
    3)正硅酸钙的多晶转变引起的相应力。热应力主要取决于冷却条件,并且可以用缓慢冷却或热处理的方法来消除。物相之间的应力主要由于各种物相具有不同的体积膨胀系数,下面列出一些矿物的体积膨胀系数。
    以上因素产生的应力主要在两种矿物的接触面之间。烧结矿是属于多相结构,它由不同膨胀系数的矿物及玻璃体组成,在冷却或加热的条件下是促使一定碱度的烧结矿强度下降的原因之一。
    正硅酸钙的多晶转变所引起的相应力对于破坏烧结矿的强度是十分严重的。关于它的多晶转变的研究已在第七章作了介绍。当βC2S转变为γC2S时,体积膨胀10%.这就是烧结矿粉化的重要原因。由于杂质的存在以及冷却速度的不同,转变温度可以在525℃至20℃间进行。
    为了防止βC2S的转变可以用以下方法来实现:
    1)在相当于a′相稳定区的温度对物体进行淬火,在高速冷却下,晶格离子来不及重新排列,使得高温相在常温下固定住。
    2)加入具有相应的离子的物质,它能进入高温变形的晶格以形成固溶体,以稳定βC2S的相变。
    3)加入一定数量玻璃状结晶的附加物,它包围C2S的晶体颗粒,同时形成一种阻止颗粒膨胀的薄膜,给β→γ的转变以机械制止的作用。有人认为在碱度较高的烧结矿中(碱度3~4)有20~25%C2S,其所以未发生粉化是由于铁酸钙粘结相机械阻止的缘故,也有人认为C2S之所以稳定是由于过剩的CaO在一定程度上稳定β相的转变。
标签: 烧结
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