氧分压对铁矿粉烧结成矿的影响

D0L:10.13374/.issn1001-053x.2013.12.013 第35卷第12期 北京科技大学学报 Vol.35 No.12 2013年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2013 氧分压对铁矿粉烧结成矿的影响 黄学军12)，郭玉峰1,2)，张俊1,2)，郭兴敏1,2)凶 1)北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083 2)北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京100083 ☒通信作者，E-mail:guoxm@ustb.cdu.cn 摘要氧分压一直是影响烧结矿质量的重要因素.通过控制不同氧分压进行的烧结实验结果表明：在氧化性气氛下， 生成的矿物主要有赤铁矿和铁酸钙，出现了针状铁酸钙晶形.氧分压从7.10×10-4至7.89×10-5Pa时，矿物组成区别 不大，只是在局部产生少量的磁铁刊矿.氧分压从4.44×10一5P:开始，赤铁矿明显减少而磁铁矿增加.在高碱度烧结矿 中，为了获得合理的烧结矿矿物组成与形态结构，氧分压应控制在2.12×104~7.10×10-4Pa之间. 关键词铁矿石：矿石烧结：氧：分压：赤铁矿：铁酸钙：矿物学 分类号TF046 Effect of oxygen partial pressure on the sintering process of iron ores HUANG Xue-jun2),GUO Yu-feng 2),ZHANG Jun.2),GUO Xing-min.2) 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)State Key Laboratory of Advanced Metallurgy,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:guoxm@ustb.edu.cn ABSTRACT Oxygen partial pressure has important effect on the sintering process of iron ores.Sintering experiments were carried out in different atmosphere conditions.It is found that the mineral composition of the sinter is mainly hematite and calcium ferrite,and acicular calcium ferrite appears in a stronger oxidation atmosphere.No obvious difference in mineral composition while the oxygen partial pressure is in the range of 7.10x10-4 to 7.89x10-5 Pa,but magnetite appears in local region.When the oxygen partial pressure decreases from 4.44x10-5 Pa,magnetite obviously increases but hematite simultaneously decreases.To achieve an appropriate mineral composition and structure of high basicity sinter,the oxygen partial pressure should be controlled in the range of 2.12x10 to 7.10x10-4 Pa. KEY WORDS iron ores;ore sintering:oxygen;partial pressure;hematite;calcium ferrite;mineralogy 在高碱度烧结矿中，黏结相主要是铁酸钙，其1实验 组成与矿相结构决定着烧结矿的质量.影响铁酸 实验采用黑巴西铁矿粉为主要烧结原料，石灰 钙生成和性能的因素众多，包括配料和烧结操作， 石和蛇纹石为熔剂，两者粒度研磨在200目以下.实 其中烧结气氛是一个重要的影响因素.对于烧结气 验原料、配料比例和化学组成如表1所示（碱度 氛的控制，主要是通过原料配煤来调节.配煤量基 本控制在质量分数为4%~6%1-习.但是，烧结环境 R=2.0)- 先将混合料在试样袋内混匀5min,并在DY 复杂，且原料配煤存在分布不均的问题，在生产现 电动液压制样机上压制成中15mm×5mm的圆柱形 场很难对气氛影响进行有效的研究.因此，本文通 试样，后将载有试样（两个）的小坩埚放入已恒温的 过实验研究了气氛对烧结成矿影响，从理论上指导 烧结工艺. 加热炉内进行烧结，烧结温度为1220℃，通过气体 收稿日期：2012-10-30 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50974012,51374017)：钢铁新技术国家重点实验室资助项目

第 35 卷 第 12 期 北 京 科 技 大 学 学 报 Vol. 35 No. 12 2013 年 12 月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec. 2013 氧分压对铁矿粉烧结成矿的影响 黄学军1,2)，郭玉峰1,2)，张 俊1,2)，郭兴敏1,2) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 2) 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京 100083 通信作者，E-mail: guoxm@ustb.edu.cn 摘 要 氧分压一直是影响烧结矿质量的重要因素. 通过控制不同氧分压进行的烧结实验结果表明：在氧化性气氛下， 生成的矿物主要有赤铁矿和铁酸钙，出现了针状铁酸钙晶形. 氧分压从 7.10×10−4 至 7.89×10−5 Pa 时，矿物组成区别 不大，只是在局部产生少量的磁铁矿. 氧分压从 4.44×10−5 Pa 开始，赤铁矿明显减少而磁铁矿增加. 在高碱度烧结矿 中，为了获得合理的烧结矿矿物组成与形态结构，氧分压应控制在 2.12×104 ∼7.10×10−4 Pa 之间. 关键词 铁矿石；矿石烧结；氧；分压；赤铁矿；铁酸钙；矿物学 分类号 TF046 Effect of oxygen partial pressure on the sintering process of iron ores HUANG Xue-jun1,2), GUO Yu-feng1,2), ZHANG Jun1,2), GUO Xing-min1,2) 1) School of Metallurgical and Ecological Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) State Key Laboratory of Advanced Metallurgy, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China Corresponding author, E-mail: guoxm@ustb.edu.cn ABSTRACT Oxygen partial pressure has important effect on the sintering process of iron ores. Sintering experiments were carried out in different atmosphere conditions. It is found that the mineral composition of the sinter is mainly hematite and calcium ferrite, and acicular calcium ferrite appears in a stronger oxidation atmosphere. No obvious difference in mineral composition while the oxygen partial pressure is in the range of 7.10×10−4 to 7.89×10−5 Pa, but magnetite appears in local region. When the oxygen partial pressure decreases from 4.44×10−5 Pa, magnetite obviously increases but hematite simultaneously decreases. To achieve an appropriate mineral composition and structure of high basicity sinter, the oxygen partial pressure should be controlled in the range of 2.12×104 to 7.10×10−4 Pa. KEY WORDS iron ores; ore sintering; oxygen; partial pressure; hematite; calcium ferrite; mineralogy 在高碱度烧结矿中，黏结相主要是铁酸钙，其 组成与矿相结构决定着烧结矿的质量. 影响铁酸 钙生成和性能的因素众多，包括配料和烧结操作， 其中烧结气氛是一个重要的影响因素. 对于烧结气 氛的控制，主要是通过原料配煤来调节. 配煤量基 本控制在质量分数为 4%∼6%[1−2] . 但是，烧结环境 复杂，且原料配煤存在分布不均的问题，在生产现 场很难对气氛影响进行有效的研究. 因此，本文通 过实验研究了气氛对烧结成矿影响，从理论上指导 烧结工艺. 1 实验 实验采用黑巴西铁矿粉为主要烧结原料，石灰 石和蛇纹石为熔剂，两者粒度研磨在200 目以下. 实 验原料、配料比例和化学组成如表 1 所示 (碱度 R=2.0). 先将混合料在试样袋内混匀 5 min，并在 DY 电动液压制样机上压制成 φ15 mm×5 mm 的圆柱形 试样，后将载有试样 (两个) 的小坩埚放入已恒温的 加热炉内进行烧结，烧结温度为 1220 ℃，通过气体 收稿日期：2012-10-30 基金项目：国家自然科学基金资助项目 (50974012，51374017)；钢铁新技术国家重点实验室资助项目 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2013.12.013

.1566 北京科技大学学报 第35卷 质量流量控制器调节CO/CO2体积流量的配比 采用了六组气氛，对应的氧分压如表2所示.实验 (Lv)来改变烧结气氛，烧结10mim3-.实验共 装置如图1所示. 表1烧结原料与混合料的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of the raw and mix materials 令 原料 混料配比 成分 TFe SiO2 CaO Mgo Al2O3 黑巴西 80.83 63.86 2.51 0.11 0 2.440 石灰石 15.64 2.40 47.03 4.13 蛇纹石 3.53 38.39 2.73 38.18 0.035 混料 100.00 51.62 3.76 7.54 2.00 1.970 表2实验中控制的氧分压 Table 2 Oxygen partial pressures in the experimental process Pa 空气 Lv 0.05 0.10 0.15 0.20 0.40 2.12×10 7.10×10-4 1.77×10-4 7.89×10-5 4.44×10-5 1.11×10-5 电子天平 显示器 L=0.40 M-Fe O 原料饼 电流计人。 L=0.20 气体质量 出 水 L.=0.15 流量控制器 温度程序 控制器 L.=0.10Ss9 S-sFCA 8 入水口 L=0.05 空气 耳H忠 H H-FeO 偶 102030 405060 70 8090 图1实验装置示意图 20/() Fig.1 Schematic diagram of the experimental device 图2 不同氧分压下烧结试样的X射线衍射曲线 在光学显微镜下对试样进行观察，结合X射线 Fig.2 XRD patterns of samples sintered in different oxygen partial pressures 衍射分析(XRD)和扫描电镜(SEM)的能谱分析进 行相内元素定量分析. 6Fe203(s)=4Fe304(s)+O2(g),△.G=586770- 340.20T9,J·mol-1 (2) 2实验结果与讨论 当温度为1220℃时，反应(2)的平衡氧分压 2.1不同气氛下矿物组成的变化 Po2=1.74×10-3Pa.从热力学角度来说，理论上弱 试样的X射线衍射结果如图2所示.在 氧化性气氛下(Lw为0.05、0.10和0.15)，Fe304的 空气、Lv=0.05和Lv=0.10所对应的气氛下，矿 衍射峰已经开始出现，只是衍射峰强度很弱.从实 物组成以赤铁矿（田）和铁酸钙(SFCA)为主.可 验上看，Po2为4.44×10-5Pa(Lv=0.20)时，明显 以认为，氧化性气氛下，Fe2O3与Ca0结合生 出现磁铁矿峰，说明此时F®2O3在烧结矿中已经得 成CaO.Fe2O3(CF),开始产生液相，随后SiO2和 到一定量的F3O4.而且随着还原性气氛进一步加 Al2O3不断溶入液相，结晶出稳定的SFCA6-可.但 强，即Lv=0.40,磁铁矿的含量增加，赤铁矿进一步 是，随着的值增加，铁酸钙含量减少，不过L~ 减少，这也直接影响铁酸钙含量. 从0.05到0.15，其量变化较缓 2.2矿相结构的主要变化 根据反应的自由能变化 如图3所示，在氧化性气氛下，矿物主要由赤 C0(g)+1/202=C02,△.G=-28100+85.23T8, 铁矿与铁酸钙构成，特别在空气气氛下局部出现了 J.mol-1; (1) 针状铁酸钙，且形成交织熔蚀结构，矿物分布较均

· 1566 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 质量流量控制器调节 CO/CO2 体积流量的配比 (Lv) 来改变烧结气氛，烧结 10 min[3−5] . 实验共 采用了六组气氛，对应的氧分压如表 2 所示. 实验 装置如图 1 所示. 表 1 烧结原料与混合料的化学成分 (质量分数) Table 1 Chemical composition of the raw and mix materials % 原料 混料配比 成分 TFe SiO2 CaO MgO Al2O3 黑巴西 80.83 63.86 2.51 0.11 0 2.440 石灰石 15.64 — 2.40 47.03 4.13 — 蛇纹石 3.53 — 38.39 2.73 38.18 0.035 混料 100.00 51.62 3.76 7.54 2.00 1.970 表 2 实验中控制的氧分压 Table 2 Oxygen partial pressures in the experimental process Pa 空气 Lv 0.05 0.10 0.15 0.20 0.40 2.12×104 7.10×10−4 1.77×10−4 7.89×10−5 4.44×10−5 1.11×10−5 图 1 实验装置示意图 Fig.1 Schematic diagram of the experimental device 在光学显微镜下对试样进行观察，结合 X 射线 衍射分析 (XRD) 和扫描电镜 (SEM) 的能谱分析进 行相内元素定量分析. 2 实验结果与讨论 2.1 不同气氛下矿物组成的变化 试样的 X 射线衍射结果如图 2 所示. 在 空气、Lv=0.05 和 Lv=0.10 所对应的气氛下，矿 物组成以赤铁矿 (H) 和铁酸钙 (SFCA) 为主. 可 以认为， 氧化性气氛下，Fe2O3 与 CaO 结合生 成 CaO·Fe2O3(CF)，开始产生液相，随后 SiO2 和 Al2O3 不断溶入液相，结晶出稳定的 SFCA[6−7] . 但 是，随着 Lv 的值增加，铁酸钙含量减少，不过 Lv 从 0.05 到 0.15，其量变化较缓. 根据反应的自由能变化 CO(g) + 1/2O2 = CO2, ∆rG = −28100 + 85.23T [8] , J · mol−1 ; (1) 图 2 不同氧分压下烧结试样的 X 射线衍射曲线 Fig.2 XRD patterns of samples sintered in different oxygen partial pressures 6Fe2O3(s) = 4Fe3O4(s) + O2(g), ∆rG = 586770 − 340.20T [9] , J · mol−1 . (2) 当温度为 1220 ℃时，反应 (2) 的平衡氧分压 P O2 =1.74×10−3 Pa. 从热力学角度来说，理论上弱 氧化性气氛下 (Lv 为 0.05、0.10 和 0.15)，Fe3O4 的 衍射峰已经开始出现，只是衍射峰强度很弱. 从实 验上看，P O2 为 4.44×10−5 Pa (Lv=0.20) 时，明显 出现磁铁矿峰，说明此时 Fe2O3 在烧结矿中已经得 到一定量的 Fe3O4. 而且随着还原性气氛进一步加 强，即 Lv=0.40，磁铁矿的含量增加，赤铁矿进一步 减少，这也直接影响铁酸钙含量. 2.2 矿相结构的主要变化 如图 3 所示，在氧化性气氛下，矿物主要由赤 铁矿与铁酸钙构成，特别在空气气氛下局部出现了 针状铁酸钙，且形成交织熔蚀结构，矿物分布较均

第12期 黄学军等：氧分压对铁矿粉烧结成矿的影响 ·1567· 匀.在Lv=0.05时，赤铁矿与液相熔渣所形成的独的Po2相差较大，相对于Po2=7.10×10-4Pa,空 特结构，可认为e2O3与CaO结合，生成液相熔 气气氛有很强的氧化性，此时F2O3稳定存在并易 渣，分布在赤铁矿之间 40μm 40μm 10m 图4Lv=0.15时烧结试样的扫描电镜照片 40 um Fig.4 SEM image of the sample sintered at Lv=0.15 表3图4中各点的成分（原子分数） Table 3 Composition of points in Fig.4 点 Fe Ca Si Al A 49.40 39.326.16 2.962.16 B 58.04 39.02 1.40 1.53 40μm 40 um C 70.36 24.82 4.82 白色一赤铁矿：灰白色一磁铁矿：灰色一铁酸钙：深灰色一 硅酸盐及玻璃相：黑色一孔洞 图3试样的显微结构照片.(a)空气；(b)Lv=0.05;(C) Lv=0.10:(d)Lw=0.15:(e)L=0.20:(f)Lw=0.40 Fig.3 Microstructures of samples sintered in different atmo spheres:(a)air;(b)Lv=0.05;(c)Lv=0.10;(d)Lv=0.15;(e) Lv=0.20:()Lw=0.40 10μm 图3(c)~(e)的变化不大，基本结构也比较相似， 说明图3(c)~(e)三组气氛是氧化气氛与还原气氛的 中间过渡区.但是还原气氛的加强，导致SFCA的 减少，同时从原来的熔蚀结构向粗大的柱状晶过度 2.3烧结矿局部区域的变化 选择Lv=0.15试样，其扫描电镜照片如图4所 10μm 10μm 示，其中A、B和C点的元素含量分析结果如表3 图5 不同气氛下烧结试样的扫描电镜照片.(a)空气：(b) 所示.通过A点的成分可认为它是复合铁酸钙或者 Lv=0.05:(c)Lv=0.15:(d)Lv=0.40 玻璃相，而在B和C点时，Fe/O(原子数比)分别为 Fig.5 SEM images of samples sintered in different atmo- 1.49和2.83，B点主要为Fe3+,而C点应为Fe2+, sphere:(a)air;(b)Lv=0.05;(c)Lv=0.15;(d)Lv=0.40 这很可能是混料中的局部CO浓度不均引起的 表4不同气氛下烧结试样内铁酸钙的元素组成（原子分数） 图5给出了不同气氛下，对微区铁酸钙相进行 Table 4 Element composition of SFCA formed at different 检测，得到不同点的成分如表4.从表4中可以看 atmospheres 中 出，从Po2=7.10×10-4Pa(L=0.05)开始，Fe元 Po2/Pa Fe Ca Al Si 素含量随着还原气氛加强而增加，而其他三个元素 2.12×104 78.97 14.25 4.51 2.27 变化规律刚好相反，且Fe和Si变化较为明显，说明 7.10×10-4 66.17 19.86 3.51 10.46 还原性气氛下铁酸钙生成过程中，溶入液相的SO2 7.89×10-5 77.92 16.85 1.92 3.30 和Al2O3量减少，导致铁酸钙液相中Fe元素含量增 1.11×10-5 87.56 11.64 0.80 0 文献[10 77 14 加.空气气氛下与Lv=0.05下烧结试样，两者之间

第 12 期 黄学军等：氧分压对铁矿粉烧结成矿的影响 1567 ·· 匀. 在 Lv=0.05 时，赤铁矿与液相熔渣所形成的独 特结构，可认为 Fe2O3 与 CaO 结合，生成液相熔 渣，分布在赤铁矿之间. 白色—赤铁矿；灰白色—磁铁矿；灰色—铁酸钙；深灰色— 硅酸盐及玻璃相；黑色—孔洞 图 3 试样的显微结构照片. (a) 空气; (b) Lv=0.05; (c) Lv=0.10; (d) Lv=0.15; (e) Lv=0.20; (f) Lv=0.40 Fig.3 Microstructures of samples sintered in different atmo￾spheres: (a) air; (b) Lv=0.05; (c) Lv=0.10; (d) Lv=0.15; (e) Lv=0.20; (f) Lv=0.40 图 3(c)∼(e) 的变化不大，基本结构也比较相似， 说明图 3(c)∼(e) 三组气氛是氧化气氛与还原气氛的 中间过渡区. 但是还原气氛的加强，导致 SFCA 的 减少，同时从原来的熔蚀结构向粗大的柱状晶过度. 2.3 烧结矿局部区域的变化 选择 Lv=0.15 试样，其扫描电镜照片如图 4 所 示，其中 A、B 和 C 点的元素含量分析结果如表 3 所示. 通过 A 点的成分可认为它是复合铁酸钙或者 玻璃相，而在 B 和 C 点时，Fe/O(原子数比) 分别为 1.49 和 2.83，B 点主要为 Fe3+，而C 点应为 Fe2+， 这很可能是混料中的局部 CO 浓度不均引起的. 图 5 给出了不同气氛下，对微区铁酸钙相进行 检测，得到不同点的成分如表 4. 从表 4 中可以看 出，从 P O2 ＝ 7.10×10−4 Pa (Lv=0.05) 开始，Fe 元 素含量随着还原气氛加强而增加，而其他三个元素 变化规律刚好相反，且 Fe 和 Si 变化较为明显，说明 还原性气氛下铁酸钙生成过程中，溶入液相的 SiO2 和 Al2O3 量减少，导致铁酸钙液相中 Fe 元素含量增 加. 空气气氛下与 Lv ＝ 0.05 下烧结试样，两者之间 的 P O2 相差较大，相对于 P O2 ＝ 7.10×10−4 Pa，空 气气氛有很强的氧化性，此时 Fe2O3 稳定存在并易 图 4 Lv=0.15 时烧结试样的扫描电镜照片 Fig.4 SEM image of the sample sintered at Lv=0.15 表 3 图 4 中各点的成分 (原子分数) Table 3 Composition of points in Fig.4 % 点 Fe O Ca Si Al A 49.40 39.32 6.16 2.96 2.16 B 58.04 39.02 1.40 1.53 — C 70.36 24.82 4.82 — — 图 5 不同气氛下烧结试样的扫描电镜照片. (a) 空气; (b) Lv=0.05; (c) Lv=0.15; (d) Lv=0.40 Fig.5 SEM images of samples sintered in different atmo￾sphere: (a) air; (b) Lv=0.05; (c) Lv=0.15; (d) Lv=0.40 表 4 不同气氛下烧结试样内铁酸钙的元素组成 (原子分数) Table 4 Element composition of SFCA formed at different atmospheres % PO2 /Pa Fe Ca Al Si 2.12×104 78.97 14.25 4.51 2.27 7.10×10−4 66.17 19.86 3.51 10.46 7.89×10−5 77.92 16.85 1.92 3.30 1.11×10−5 87.56 11.64 0.80 0 文献 [10] 77 14 4 5

.1568 北京科技大学学报 第35卷 与Ca0结合生成铁酸钙：但是，Po2=7.10×10-4 energy consumption reduction of the sintering process of Pa气氛下，尽管增加了Fe2Og不稳定性，Fe元素含 Shougang in 2009.Shougang Sci Technol,2010(1):1 量没有增加，反而减少，主要原因是S含量增加较 (贯增，张劲草，刘文光，等.2009年首钢炼铁厂降低烧结 多，这可能是Po2虽然较低，但不足以促使Fe2O3 工序能耗的实践.首钢科技，2010(1)：1) 大量分解，但它有助于S元素溶入铁酸钙. [2]Fan X H,Meng J,Chen X L,et al.Influence factors of cal- 当Po2<7.10×10-4Pa时，表4显示出Ca cium ferrite formation in iron ore sintering.J Cent South Univ Sci Technol,2008,39(6):1125 A1和Si含量都呈降低趋势：而且，从图2各 (范晓慧，孟君，陈许玲，等.铁矿烧结中铁酸钙形成的影响 种气氛下烧结试样的X射线衍射曲线也表明，当 因素.中南大学学报：自然科学版，2008,39(6)：1125) Po,<1.77×10-4Pa时加速了Fe203分解，说明 [3]Chen C L,Zhang L,Lu L,et al.Thermodynamic calcu- Po,=7.10×10-4Pa是一个临界氧分压气氛，高于 lation of liquidus surface of FeOr-CaO-SiO2 system.ISIJ 它时可以促进Fe2Og与CaO等结合生成多元铁酸 Int,2010,50(11):1523 钙，而低于它时加快了Fe2O3分解，阻止了SiO2和 [4]Jeon J W,Jung S M,Sasaki Y.Formation of calcium fer- Al2O3溶入液相，进而抑制了多元铁酸钙生成. rites under controlled oxygen potentials at 1273 K.ISIJ 文献[10]给出的数据与空气下烧结得到的铁 1nt,2010,50(8):1064 酸钙成分很接近，同时它每个组元的成分点都落在 [5]Kimura H,Endo S,Yajima K,et al.Effect of oxygen par- 空气与L=0.05之间.综合上述研究分析得到合 tial pressure on liquidus for the CaO-SiO2-FeO system at1573K.ISIJ Int,2004,44(12):2040 理的氧分压区间为2.12×104~7.10×10-4Pa,这个 结论包含了Matsuura等关于CaO-SiO2-FeOn [6]Scarlett N V Y,Pownceby M I,Madsen I C,et al.Reac- tion sequences in the formation of silico-ferrites of calcium 体系熔化与固结行为研究所提出的合理氧分压区间 and aluminum in iron ore sinter.Metall Mater Trans B 0.181.8×10-3Pa) 2004,35(5):929 3结论 [7]Patrick T R C,Pownceby M I.Stability of silico-ferrite of calcium and aluminum (SFCA)in air-solid solution (1)当Po2>1.77×10-4Pa时，铁矿石烧结形成 limits between 1240 C and 1390 C and phase relation- 的矿物，主要有铁酸钙和赤铁矿，试样内局部区域 ships within the Fe2O3-CaO-A12O3-SiO2(FCAS)system. 有针状铁酸钙形成. Metall Mater Trans B,2002,33(1):79 (2)当Po2<7.89×10-5Pa时，随着还原气氛的 [8 Matsuura H,Makio K,Naka M,et al.Melting and so- 加强，磁铁矿含量增加，赤铁矿和铁酸钙减少：同 lidifying behaviors of the CaO-SiO2-FeO=slags at various 时，铁酸钙(SFCA)成分中Fe元素含量增加，Si和 oxygen partial pressures.ISIJ Int,2009,49(9):1283 A含量减少. 9 Duan D P,Wang S T,Kong L T.Analysis on Mini- Sintering Test.J Univ Sci Beijing,2000,22(5):425 (3)考虑高碱度烧结矿内选择铁酸钙黏结相， (段东平，王树同，孔令坛.微型烧结法分析.北京科技大学 建议烧结料层内的Po2控制在2.12×1047.10×10-4 学报，2000,22(5)：425) Pa为宜. [10]Guo X M.Generation and Mineralogy of Calcium Fer rite in Sintering Process.Beijing:Metallurgical Industry 参考文献 Press.1999 (郭兴敏.烧结过程铁酸钙生成及其矿物学。北京：冶金工 [1]Guan Z,Zhang J C,Liu W G,et al.The practice of 业出版社，1999)

· 1568 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 与 CaO 结合生成铁酸钙；但是，P O2 ＝ 7.10×10−4 Pa 气氛下，尽管增加了 Fe2O3 不稳定性，Fe 元素含 量没有增加，反而减少，主要原因是 Si 含量增加较 多，这可能是 P O2 虽然较低，但不足以促使 Fe2O3 大量分解，但它有助于 Si 元素溶入铁酸钙. 当 P O2<7.10×10−4 Pa 时，表 4 显示出 Ca, Al 和 Si 含量都呈降低趋势； 而且， 从图 2 各 种气氛下烧结试样的 X 射线衍射曲线也表明，当 P O2<1.77×10−4 Pa 时加速了 Fe2O3 分解，说明 P O2=7.10×10−4 Pa 是一个临界氧分压气氛，高于 它时可以促进 Fe2O3 与 CaO 等结合生成多元铁酸 钙，而低于它时加快了 Fe2O3 分解，阻止了 SiO2 和 Al2O3 溶入液相，进而抑制了多元铁酸钙生成. 文献 [10] 给出的数据与空气下烧结得到的铁 酸钙成分很接近，同时它每个组元的成分点都落在 空气与 Lv=0.05 之间. 综合上述研究分析得到合 理的氧分压区间为 2.12×104 ∼7.10×10−4 Pa，这个 结论包含了 Matsuura 等 [8] 关于 CaO-SiO2-FeOn 体系熔化与固结行为研究所提出的合理氧分压区间 (0.18∼1.8×10−3 Pa). 3 结论 (1) 当 PO2>1.77×10−4 Pa 时，铁矿石烧结形成 的矿物，主要有铁酸钙和赤铁矿，试样内局部区域 有针状铁酸钙形成. (2) 当 PO2< 7.89×10−5 Pa 时，随着还原气氛的 加强，磁铁矿含量增加，赤铁矿和铁酸钙减少；同 时，铁酸钙 (SFCA) 成分中 Fe 元素含量增加，Si 和 Al 含量减少. (3) 考虑高碱度烧结矿内选择铁酸钙黏结相， 建议烧结料层内的 PO2 控制在 2.12×104 7.10×10−4 Pa 为宜. 参 考 文 献 [1] Guan Z, Zhang J C, Liu W G, et al. The practice of energy consumption reduction of the sintering process of Shougang in 2009. Shougang Sci Technol, 2010(1): 1 (贯增，张劲草，刘文光，等. 2009 年首钢炼铁厂降低烧结 工序能耗的实践. 首钢科技, 2010(1): 1) [2] Fan X H, Meng J, Chen X L, et al. Influence factors of cal￾cium ferrite formation in iron ore sintering. J Cent South Univ Sci Technol, 2008, 39(6): 1125 (范晓慧, 孟君, 陈许玲, 等. 铁矿烧结中铁酸钙形成的影响 因素. 中南大学学报: 自然科学版, 2008, 39(6): 1125) [3] Chen C L, Zhang L, Lu L, et al. Thermodynamic calcu￾lation of liquidus surface of FeOx-CaO-SiO2 system. ISIJ Int, 2010, 50(11): 1523 [4] Jeon J W, Jung S M, Sasaki Y. Formation of calcium fer￾rites under controlled oxygen potentials at 1273 K. ISIJ Int, 2010, 50(8): 1064 [5] Kimura H, Endo S, Yajima K, et al. Effect of oxygen par￾tial pressure on liquidus for the CaO-SiO2-FeOx system at 1573 K. ISIJ Int, 2004, 44(12): 2040 [6] Scarlett N V Y, Pownceby M I, Madsen I C, et al. Reac￾tion sequences in the formation of silico-ferrites of calcium and aluminum in iron ore sinter. Metall Mater Trans B, 2004, 35(5): 929 [7] Patrick T R C, Pownceby M I. Stability of silico-ferrite of calcium and aluminum (SFCA) in air-solid solution limits between 1240 ℃ and 1390 ℃ and phase relation￾ships within the Fe2O3-CaO-A12O3-SiO2 (FCAS) system. Metall Mater Trans B, 2002, 33(1): 79 [8] Matsuura H, Makio K, Naka M, et al. Melting and so￾lidifying behaviors of the CaO-SiO2-FeOx slags at various oxygen partial pressures. ISIJ Int, 2009, 49(9): 1283 [9] Duan D P, Wang S T, Kong L T. Analysis on Mini￾Sintering Test. J Univ Sci Beijing, 2000, 22(5):425 (段东平, 王树同, 孔令坛. 微型烧结法分析. 北京科技大学 学报, 2000, 22(5):425) [10] Guo X M. Generation and Mineralogy of Calcium Fer￾rite in Sintering Process. Beijing: Metallurgical Industry Press, 1999 (郭兴敏. 烧结过程铁酸钙生成及其矿物学. 北京: 冶金工 业出版社, 1999)