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[摘 要]球团的应用可极大降低污染排放量，为更有效控制球团性能，研究其原料理化指标和温度调控机制。详细说明了原料各理化指标的测定方法、评价标准及所得结论；基于优化后的工艺参数，测定范忠粉的TG-DSC变化曲线，分析热量变化规律及内在机理；基于研山粉焙烧过程各段化学反应，拟合质量随温度的变化曲线，得到各段函数以更精准调控温度。
[关键词]熔剂性磁铁矿，TG-DSC变化，理化指标，拟合
中图分类号：TP464 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）42-0083-01
0引言
球团矿可用于钢铁生产，其污染物排放量远低于烧结生产排放量，因此提高入炉球团矿比例、优化高炉炉料结构是减少污染物排放量的一种有效途径。入炉炉料中球团比例增加的同时，也提高了对球团矿高温冶金性能的要求。因此，国内外学者的研究焦点开始向镁质熔剂性球团转移。镁质熔剂性磁铁矿球团中磁铁精粉的氧化放热行为，使其焙烧过程中的热量变化规律更为复杂。为保证球团的性能更佳，重点研究镁质熔剂焙燒过程的热量变化以及伴随的氧化放热行为，协调熔剂分解放热和磁铁精粉氧化放热两者对焙烧过程热量变化的影响。
1镁质熔剂理化指标研究
主要从粒度组成、比表面积、成分组成三个方面分别研究磁铁精粉、镁质熔剂、钙质熔剂的理化指标，以探究其对球团性能的影响。
针对不同指标分别采取不同的检测和计算方法，在测定各理化指标前，需要对原料进行预处理，一般采用湿式球磨与高压辊磨联合预处理工艺。在球团的焙烧过程中，其微观结构、孔隙率等特征会因原料性能的不同产生差异。制备足够数量的球团样本并测定其性能，从而综合评测磁铁精粉及熔剂的理化指标对球团性能的影响。磁铁精粉及熔剂的理化指标研究结果如下。
磁铁精粉的化学组成中TFe、SiO2占比可达68.83%；磁铁精粉粒度较大，比表面积小，成球性较差。因此，用于生产氧化球团矿前需要进一步磨细处理，改善其成球性和焙烧性能。
钙质熔剂中石灰石杂质含量少，氧化钙含量高，其化学成分主要时CaO；镁质熔剂的化学成分组成主要是MgO。
2镁质熔剂温度调控与球团强度控制
焙烧球团的强度与镁质熔剂焙烧过程中的温度变化密切相关。现研究焙烧过程中各原料的温度变化以探求期间规律更好的控制得到性能更佳的球团。采用SETARAMSetsysEvolution型同步热分析仪测试熔剂性磁铁矿球团7种原料的TG-DSC曲线，反应其在焙烧过程中的温度、质量变化规律。不同原料的温度变化和质量变化规律有所差异，主要是由焙烧过程中的氧化还原反应引起的。
在不同的焙烧温度下，碱度以及MgO含量的综合作用影响着球团的强度。当大幅度提高碱度时，焙烧温度随之降低，球团抗压强度增强。然而MgO含量的增加往往会降低焙烧球团的抗压强度，并且需要更高的焙烧温度。原料在焙烧过程中质量增大的主要原因是结合通入试验设备空气中的氧发生氧化反应，通入气流的速度、原料的比表面积、焙烧的温度等因素都会影响氧化反应的发生。基于以上，分析单种粉原料的热量变化曲线，可得结论：铁精粉在高于1300℃时开始分解，焙烧温度不宜；配加红土镍矿后，应增加鼓风干燥段，风温不宜超过250℃；石灰石粉在700-850℃分解，在此温度区间应增设烧嘴补热或延长焙烧时间以避免石灰石分解带来的不利影响。
3拟合研山粉质量温度变化函数
以研山粉的实验数据为例，依据各段化学反应，分段拟合研山粉质量随温度变化的函数。
1）选取实验数据中的质量指标和温度指标。设质量指标数据为数据集 ，其中每一数据点所对应的质量为 ；温度指标数据集为 ，其中每一个数据点所对应的温度为 ，计算质量随温度的变化率DTG：
2）拟和质量变化和质量变化率随温度变化的曲线
每一温度区间均可拟合得到一个拟合函数，在此列出第一段函数，其他各段不再赘述。第一段温度区间x=[52，250]拟合函数为：
o=[-0.000000000000433 0.000000000347230 -0.000000107248114 0.000015811233393 -0.001104944744600 0.029941742122850]
3）依据各段化学反应对应分析其内在机理
第五段温度区间为[699，1000]：DTG曲线出现第三次氧化高峰，当温度达到高温区后，试样表面上已经氧化成 。在晶格转变时，新生的赤铁矿晶格中，原子具有很大的活性，不仅能在晶体内发生扩散，并且比邻的氧化物晶体也发生扩散迁移，在颗粒之间产生连接桥，可称之为微晶键连接，试样在氧化气氛中焙烧，氧化过程由表面向内部进行，在900℃左右，约有95%的磁铁矿转化成了 ，并形成微晶键。一方面残存的磁铁矿继续氧化，另一方面赤铁矿晶粒扩散增强，并产生再结晶和聚晶长大。
5结论
1）磁铁精粉、钙质熔剂、镁质熔剂的理化性质有所差异，其中比表面积主要影响氧化反应的程度，比表面积越大则氧化反应程度越大。
2）镁质熔剂性球团矿的冶金性能和质量水平较优，体现在抗压强度较大、还原性得到改善、球团软熔行得到改善；
3）单种粉及混合粉的热量变化差异取决于内在氧化还原反应以及其他化学反应的发生，一些关键节点是温度控制的要点；
2）通过拟合处理研山粉实验数据可得，研山质量变化率曲线的理论与实验数据值的变化趋势较为吻合。
参考文献
[1]张建良，刘东辉，刘征建，王广伟，王耀祖，亢庆锋.比表面积对钒钛磁铁精粉烧结制粒的影响[J].钢铁钒钛，2017，38（06）：91-97.
[2]肖洪，高冰，张文强，李晓云，李杰.镁质熔剂性球团性能及其原料特性研究[J].烧结球团，2017，42（03）：64-69+74.
[3]青格勒吉日格乐.低硅含镁含钛球团矿的成矿基础研究[D].北京科技大学，2017.
[4]许满兴，张玉兰.新世纪我国球团矿生产技术现状及发展趋势[J].烧结球团，2017，42（02）：25-30+37.
[5]徐晨光.镁质熔剂性球团矿焙烧固结机理研究[D].华北理工大学，2017.
[6]田铁磊，师学峰，蔡爽，张彦辉，邢宏伟，李杰.镁质熔剂性球团孔结构特性[J].钢铁，2016，51（10）：10-14.
[7]范建军，赵国栋，席玉明.球团矿抗压强度对其冶金性能的影响[J].中国冶金，2015，25（10）：21-26.
[8]范建军，张文平，刘慈光，赵国栋，席玉明.磁铁矿粉粒度对球团矿预热焙烧性能的影响[J].钢铁，2014，49（11）：20-24.
项目：华北理工大学大学生创新创业训练计划项目（X2017145）
[关键词]熔剂性磁铁矿，TG-DSC变化，理化指标，拟合
中图分类号：TP464 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）42-0083-01
0引言
球团矿可用于钢铁生产，其污染物排放量远低于烧结生产排放量，因此提高入炉球团矿比例、优化高炉炉料结构是减少污染物排放量的一种有效途径。入炉炉料中球团比例增加的同时，也提高了对球团矿高温冶金性能的要求。因此，国内外学者的研究焦点开始向镁质熔剂性球团转移。镁质熔剂性磁铁矿球团中磁铁精粉的氧化放热行为，使其焙烧过程中的热量变化规律更为复杂。为保证球团的性能更佳，重点研究镁质熔剂焙燒过程的热量变化以及伴随的氧化放热行为，协调熔剂分解放热和磁铁精粉氧化放热两者对焙烧过程热量变化的影响。
1镁质熔剂理化指标研究
主要从粒度组成、比表面积、成分组成三个方面分别研究磁铁精粉、镁质熔剂、钙质熔剂的理化指标，以探究其对球团性能的影响。
针对不同指标分别采取不同的检测和计算方法，在测定各理化指标前，需要对原料进行预处理，一般采用湿式球磨与高压辊磨联合预处理工艺。在球团的焙烧过程中，其微观结构、孔隙率等特征会因原料性能的不同产生差异。制备足够数量的球团样本并测定其性能，从而综合评测磁铁精粉及熔剂的理化指标对球团性能的影响。磁铁精粉及熔剂的理化指标研究结果如下。
磁铁精粉的化学组成中TFe、SiO2占比可达68.83%；磁铁精粉粒度较大，比表面积小，成球性较差。因此，用于生产氧化球团矿前需要进一步磨细处理，改善其成球性和焙烧性能。
钙质熔剂中石灰石杂质含量少，氧化钙含量高，其化学成分主要时CaO；镁质熔剂的化学成分组成主要是MgO。
2镁质熔剂温度调控与球团强度控制
焙烧球团的强度与镁质熔剂焙烧过程中的温度变化密切相关。现研究焙烧过程中各原料的温度变化以探求期间规律更好的控制得到性能更佳的球团。采用SETARAMSetsysEvolution型同步热分析仪测试熔剂性磁铁矿球团7种原料的TG-DSC曲线，反应其在焙烧过程中的温度、质量变化规律。不同原料的温度变化和质量变化规律有所差异，主要是由焙烧过程中的氧化还原反应引起的。
在不同的焙烧温度下，碱度以及MgO含量的综合作用影响着球团的强度。当大幅度提高碱度时，焙烧温度随之降低，球团抗压强度增强。然而MgO含量的增加往往会降低焙烧球团的抗压强度，并且需要更高的焙烧温度。原料在焙烧过程中质量增大的主要原因是结合通入试验设备空气中的氧发生氧化反应，通入气流的速度、原料的比表面积、焙烧的温度等因素都会影响氧化反应的发生。基于以上，分析单种粉原料的热量变化曲线，可得结论：铁精粉在高于1300℃时开始分解，焙烧温度不宜；配加红土镍矿后，应增加鼓风干燥段，风温不宜超过250℃；石灰石粉在700-850℃分解，在此温度区间应增设烧嘴补热或延长焙烧时间以避免石灰石分解带来的不利影响。
3拟合研山粉质量温度变化函数
以研山粉的实验数据为例，依据各段化学反应，分段拟合研山粉质量随温度变化的函数。
1）选取实验数据中的质量指标和温度指标。设质量指标数据为数据集 ，其中每一数据点所对应的质量为 ；温度指标数据集为 ，其中每一个数据点所对应的温度为 ，计算质量随温度的变化率DTG：
2）拟和质量变化和质量变化率随温度变化的曲线
每一温度区间均可拟合得到一个拟合函数，在此列出第一段函数，其他各段不再赘述。第一段温度区间x=[52，250]拟合函数为：
o=[-0.000000000000433 0.000000000347230 -0.000000107248114 0.000015811233393 -0.001104944744600 0.029941742122850]
3）依据各段化学反应对应分析其内在机理
第五段温度区间为[699，1000]：DTG曲线出现第三次氧化高峰，当温度达到高温区后，试样表面上已经氧化成 。在晶格转变时，新生的赤铁矿晶格中，原子具有很大的活性，不仅能在晶体内发生扩散，并且比邻的氧化物晶体也发生扩散迁移，在颗粒之间产生连接桥，可称之为微晶键连接，试样在氧化气氛中焙烧，氧化过程由表面向内部进行，在900℃左右，约有95%的磁铁矿转化成了 ，并形成微晶键。一方面残存的磁铁矿继续氧化，另一方面赤铁矿晶粒扩散增强，并产生再结晶和聚晶长大。
5结论
1）磁铁精粉、钙质熔剂、镁质熔剂的理化性质有所差异，其中比表面积主要影响氧化反应的程度，比表面积越大则氧化反应程度越大。
2）镁质熔剂性球团矿的冶金性能和质量水平较优，体现在抗压强度较大、还原性得到改善、球团软熔行得到改善；
3）单种粉及混合粉的热量变化差异取决于内在氧化还原反应以及其他化学反应的发生，一些关键节点是温度控制的要点；
2）通过拟合处理研山粉实验数据可得，研山质量变化率曲线的理论与实验数据值的变化趋势较为吻合。
参考文献
[1]张建良，刘东辉，刘征建，王广伟，王耀祖，亢庆锋.比表面积对钒钛磁铁精粉烧结制粒的影响[J].钢铁钒钛，2017，38（06）：91-97.
[2]肖洪，高冰，张文强，李晓云，李杰.镁质熔剂性球团性能及其原料特性研究[J].烧结球团，2017，42（03）：64-69+74.
[3]青格勒吉日格乐.低硅含镁含钛球团矿的成矿基础研究[D].北京科技大学，2017.
[4]许满兴，张玉兰.新世纪我国球团矿生产技术现状及发展趋势[J].烧结球团，2017，42（02）：25-30+37.
[5]徐晨光.镁质熔剂性球团矿焙烧固结机理研究[D].华北理工大学，2017.
[6]田铁磊，师学峰，蔡爽，张彦辉，邢宏伟，李杰.镁质熔剂性球团孔结构特性[J].钢铁，2016，51（10）：10-14.
[7]范建军，赵国栋，席玉明.球团矿抗压强度对其冶金性能的影响[J].中国冶金，2015，25（10）：21-26.
[8]范建军，张文平，刘慈光，赵国栋，席玉明.磁铁矿粉粒度对球团矿预热焙烧性能的影响[J].钢铁，2014，49（11）：20-24.
项目：华北理工大学大学生创新创业训练计划项目（X2017145）