高碱度烧结矿矿相结构分布模式及形成机理

工程科学学报，第41卷，第2期：181-189,2019年2月 Chinese Joural of Engineering,Vol.41,No.2:181-189,February 2019 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.004;http://journals.ustb.edu.cn 高碱度烧结矿矿相结构分布模式及形成机理 陈前冲区，韩秀丽，刘磊 华北理工大学矿业工程学院，唐山063210 区通信作者，E-mail:cx20170529@126.com 摘要基于烧结矿的非均性，发现了矿相结构的三种分布模式，并对矿相结构的形成机理进行了阐述.首先，基于烧结矿的 手标本鉴定特征把某钢厂烧结矿划分成了三类.其次，对矿相结构的鉴定发现，第1类、第2类、第3类这三类烧结矿的矿相 结构在空间上依次具有“均一状、同心环状、互嵌状”三种分布模式.均一状分布的矿相结构形成于温度较高、还原性较强和 混料均匀的稳定条件之中，主要为交织熔蚀-熔蚀结构，具有良好的治金性能：同心环状分布的矿相结构从外部带到内部带依 次为交织熔蚀结构、熔蚀结构和赤铁矿粒状结构，多以独立单元的形式出现，其所在区域工艺条件的恶化并不会对烧结矿总 体的结构和治金性能造成太大影响：交织熔蚀结构、赤铁矿粒状结构和铁酸钙聚集区交叉形成的互嵌状矿相结构，多形成于 温度较低、气流不稳定和混料不均匀的条件之中，易成片出现而导致烧结矿结构和治金性能的恶化.最后，治金性能分析显 示，第1,2类烧结矿各项治金性能指标良好，具有互嵌状分布模式的第3类烧结矿由于矿相结构的不均匀，治金性能相对较 差.结果表明，这种基于矿相结构分布模式的研究方式，有利于对矿相结构形成机理的阐述，更助于对烧结原料、烧结气氛等 工艺条件的调控，对烧结矿冶金性能的改善具有一定理论价值. 关键词高碱度烧结矿：矿相结构：分布模式：形成机理：治金性能 分类号TF046.4 Distribution patterns and formation mechanisms of the mineralogical structure of high basicity sinter CHEN Qian-chong,HAN Xiu-li,LIU Lei College of Mining Engineering,North China University of Science and Technology,Tangshan 063210,China Corresponding author,E-mail:cx20170529@126.com ABSTRACT Based on their inhomogeneity,three distribution pattern categories of the mineralogical structure of sinters,and their formation mechanisms,were detailed.First,based on the identifiable characteristics of hand specimens,the sinters in a steel plant were divided into three categories (Category 1,Category 2,Category 3).Second,according to the identification characteristics of the microstructure of sinters,three distribution patterns of the mineralogical structure for the three categories of sinters were established, those being uniform,concentric annular,and intercalated.The homogeneous mineral phase structures,which have good metallurgical properties,are mostly interlaced erosion and erosion structure,and the mineral phase structures are formed under stable conditions with higher temperature,stronger reduction,and uniform mixture.The concentric annular mineralogical structures from the outside to the inner belt are interlaced erosion structure,erosion structure,and hematite granular structure,separately.These structures formed un- der deteriorative process conditions and have no obvious adverse effect on the overall structure and metallurgical properties of sinters. The intercalated mineral phase structure,formed by the interlaced erosion structure,hematite granular structure,and calcium ferrate accumulation area,is mostly formed under conditions of lower temperature,unstable air flow,and inhomogeneous mixture.Getting to- gether may lead to the deterioration of the structure and metallurgical properties of the sinter.Finally,the results of a metallurgical per- 收稿日期：2018-01-14 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51574105)：河北省钢铁联合基金资助项目(2016209299)

工程科学学报,第 41 卷,第 2 期:181鄄鄄189,2019 年 2 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 41, No. 2: 181鄄鄄189, February 2019 DOI: 10. 13374 / j. issn2095鄄鄄9389. 2019. 02. 004; http: / / journals. ustb. edu. cn 高碱度烧结矿矿相结构分布模式及形成机理 陈前冲苣 , 韩秀丽, 刘 磊 华北理工大学矿业工程学院, 唐山 063210 苣通信作者, E鄄mail: cx20170529@ 126. com 摘 要 基于烧结矿的非均性,发现了矿相结构的三种分布模式,并对矿相结构的形成机理进行了阐述. 首先,基于烧结矿的 手标本鉴定特征把某钢厂烧结矿划分成了三类. 其次,对矿相结构的鉴定发现,第 1 类、第 2 类、第 3 类这三类烧结矿的矿相 结构在空间上依次具有“均一状、同心环状、互嵌状冶三种分布模式. 均一状分布的矿相结构形成于温度较高、还原性较强和 混料均匀的稳定条件之中,主要为交织熔蚀鄄鄄熔蚀结构,具有良好的冶金性能;同心环状分布的矿相结构从外部带到内部带依 次为交织熔蚀结构、熔蚀结构和赤铁矿粒状结构,多以独立单元的形式出现,其所在区域工艺条件的恶化并不会对烧结矿总 体的结构和冶金性能造成太大影响;交织熔蚀结构、赤铁矿粒状结构和铁酸钙聚集区交叉形成的互嵌状矿相结构,多形成于 温度较低、气流不稳定和混料不均匀的条件之中,易成片出现而导致烧结矿结构和冶金性能的恶化. 最后,冶金性能分析显 示,第 1、2 类烧结矿各项冶金性能指标良好,具有互嵌状分布模式的第 3 类烧结矿由于矿相结构的不均匀,冶金性能相对较 差. 结果表明,这种基于矿相结构分布模式的研究方式,有利于对矿相结构形成机理的阐述,更助于对烧结原料、烧结气氛等 工艺条件的调控,对烧结矿冶金性能的改善具有一定理论价值. 关键词 高碱度烧结矿; 矿相结构; 分布模式; 形成机理; 冶金性能 分类号 TF046郾 4 收稿日期: 2018鄄鄄01鄄鄄14 基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51574105);河北省钢铁联合基金资助项目(E2016209299) Distribution patterns and formation mechanisms of the mineralogical structure of high basicity sinter CHEN Qian鄄chong 苣 , HAN Xiu鄄li, LIU Lei College of Mining Engineering, North China University of Science and Technology, Tangshan 063210, China 苣Corresponding author, E鄄mail: cx20170529@ 126. com ABSTRACT Based on their inhomogeneity, three distribution pattern categories of the mineralogical structure of sinters, and their formation mechanisms, were detailed. First, based on the identifiable characteristics of hand specimens, the sinters in a steel plant were divided into three categories (Category 1, Category 2, Category 3). Second, according to the identification characteristics of the microstructure of sinters, three distribution patterns of the mineralogical structure for the three categories of sinters were established, those being uniform, concentric annular, and intercalated. The homogeneous mineral phase structures, which have good metallurgical properties, are mostly interlaced erosion and erosion structure, and the mineral phase structures are formed under stable conditions with higher temperature, stronger reduction, and uniform mixture. The concentric annular mineralogical structures from the outside to the inner belt are interlaced erosion structure, erosion structure, and hematite granular structure, separately. These structures formed un鄄 der deteriorative process conditions and have no obvious adverse effect on the overall structure and metallurgical properties of sinters. The intercalated mineral phase structure, formed by the interlaced erosion structure, hematite granular structure, and calcium ferrate accumulation area, is mostly formed under conditions of lower temperature, unstable air flow, and inhomogeneous mixture. Getting to鄄 gether may lead to the deterioration of the structure and metallurgical properties of the sinter. Finally, the results of a metallurgical per鄄

·182· 工程科学学报，第41卷，第2期 formance analysis show that the metallurgical index of Category I and Category 2 are satisfactory,and Category 3,with its intercalated distribution pattern,shows relatively poor metallurgical performance due to the inhomogeneous structure.The above results indicate that the research method based on the distribution pattern of mineral phase structure can be conducive to the discovery of the formation mechanism of the mineralogical structure,and can help to control the sintering raw materials and sintering atmosphere.It has certain theoretical value for improving the metallurgical properties of sinter. KEY WORDS high basicity sinter;mineralogical structure;distribution patterns;formation mechanisms;metallurgical properties 烧结原料中大量低品位、高铝、含钛型铁矿石及 关关系.乔瑞庆和杜鹤桂[]将烧结矿中的孔隙分 复合造块技术的引入，给烧结生产稳定性的保持和 为了宏观孔隙和微气孔两大类，并认为微气孔是在 工艺过程的控制增加了难度.原料质量的劣化意味 铁酸钙结晶之后和玻璃体凝固之前所形成的.维格 着矿相结构愈加复杂，这必然会导致烧结矿质量波 曼等[]认为，烧结矿中的气孔是由熔体收缩而产生 动程度的增大-].烧结矿矿相结构作为原料质量、 的空隙 工艺条件、冶金性能等多种指标的内在表征，其良好 以上研究分别从烧结矿局部的微观三维结构重 的分布模式对保证各项指标的稳定具有重要意 建、不同碱度和配碳量等工艺条件对矿相结构的影 义3-4 响、化学元素对单种矿物的形成影响、气孔与还原性 为提高烧结矿质量，国内外研究学者分别从研 间的关系、气孔的分类和形成机理等方面进行了大 究手段、原料配比、工艺条件、单矿物形成机理等方 量研究，并取得了系列成果.但从工艺矿物学角度 面对矿相结构进行了优化研究，并建立了相应理论 入手，定量分析烧结矿矿相结构分布模式及其形成 体系.Wang等[s-6)采用“序列切片-三维重建法”对 机理的研究尚未见系统报道.基于此，课题组在国 烧结矿断面序列显微图像进行了三维重建，实现了 家自然基金委的资助下，分别从烧结矿理化性能、矿 烧结矿局部微观结构的三维可视化，填补了二维矿 相结构间的分布模式和形成机理、矿相结构与冶金 相研究手段的不足.刘丽娜等[-]研究了矿石种类、 性能的关系三方面进行了研究，对优化工艺条件、提 碱度和碳含量对烧结矿矿相结构特征的影响，结果 高烧结矿质量具有理论价值和指导意义， 表明磁铁矿和赤铁矿烧制而成的烧结矿具有良好的 1试样理化性能及矿相结构分布模式 矿相结构，碱度和配碳量的增加均能改善烧结矿矿 相结构和冶金性能.肖志新等认为，烧结矿液相 1.1试样理化性能 扩展能力的过大或矿粉质量的下降均会导致孔洞尺 对某钢厂烧结矿破碎后，根据气孔的不同从中 寸和数量的增加，进而影响烧结矿的强度.Pimenta 挑选了三种类型（图1）.手标本鉴定特征为：第1 和Seshadrit研究认为，一定含量的AL,0,/Si02是 类烧结矿气孔呈稀疏状分布于样品边缘，存在光滑 形成针状复合铁酸钙的必要条件，但烧结矿中 连续断面：第2类烧结矿气孔呈稀疏状分布于整个 Al,0,质量分数超过2.0%时，会加剧烧结矿低温还 样品，边缘较集中，样品断面光滑但不连续；第3类 原粉化，其强度明显下降.Jursova等[)利用阿基米 烧结矿气孔分布极其致密、无光滑断面.化学分析 德原理测量了数组烧结矿的孔隙率，并对其进行还 见表1，烧结矿二元碱度R分别为2.10、2.07和 原性实验，得出烧结矿的还原性和孔隙率具有正相 1.81,为磁铁矿型高碱度烧结矿.之后，对3类烧结 (a) (b) c 2巴 2m四 图1烧结矿手标本.(a)第1类：(b)第2类：(c)第3类 Fig.I Hand specimen of sinters:(a)Category 1;(b)Category 2;(c)Category 3

工程科学学报,第 41 卷,第 2 期 formance analysis show that the metallurgical index of Category 1 and Category 2 are satisfactory, and Category 3, with its intercalated distribution pattern, shows relatively poor metallurgical performance due to the inhomogeneous structure. The above results indicate that the research method based on the distribution pattern of mineral phase structure can be conducive to the discovery of the formation mechanism of the mineralogical structure, and can help to control the sintering raw materials and sintering atmosphere. It has certain theoretical value for improving the metallurgical properties of sinter. KEY WORDS high basicity sinter; mineralogical structure; distribution patterns; formation mechanisms; metallurgical properties 烧结原料中大量低品位、高铝、含钛型铁矿石及 复合造块技术的引入,给烧结生产稳定性的保持和 工艺过程的控制增加了难度. 原料质量的劣化意味 着矿相结构愈加复杂,这必然会导致烧结矿质量波 动程度的增大[1鄄鄄2] . 烧结矿矿相结构作为原料质量、 工艺条件、冶金性能等多种指标的内在表征,其良好 的分布模式对保证各项指标的稳定具有重要意 义[3鄄鄄4] . 图 1 烧结矿手标本. (a) 第 1 类; (b) 第 2 类; (c) 第 3 类 Fig. 1 Hand specimen of sinters: (a) Category 1; (b) Category 2; (c) Category 3 为提高烧结矿质量,国内外研究学者分别从研 究手段、原料配比、工艺条件、单矿物形成机理等方 面对矿相结构进行了优化研究,并建立了相应理论 体系. Wang 等[5鄄鄄6]采用“序列切片鄄鄄三维重建法冶对 烧结矿断面序列显微图像进行了三维重建,实现了 烧结矿局部微观结构的三维可视化,填补了二维矿 相研究手段的不足. 刘丽娜等[7鄄鄄8]研究了矿石种类、 碱度和碳含量对烧结矿矿相结构特征的影响,结果 表明磁铁矿和赤铁矿烧制而成的烧结矿具有良好的 矿相结构,碱度和配碳量的增加均能改善烧结矿矿 相结构和冶金性能. 肖志新等[9] 认为,烧结矿液相 扩展能力的过大或矿粉质量的下降均会导致孔洞尺 寸和数量的增加,进而影响烧结矿的强度. Pimenta 和 Seshadri [10] 研究认为,一定含量的 Al 2 O3 / SiO2 是 形成针状复合铁酸钙的必要条件, 但烧结矿中 Al 2O3质量分数超过 2郾 0% 时,会加剧烧结矿低温还 原粉化,其强度明显下降. Jursova 等[11]利用阿基米 德原理测量了数组烧结矿的孔隙率,并对其进行还 原性实验,得出烧结矿的还原性和孔隙率具有正相 关关系. 乔瑞庆和杜鹤桂[12] 将烧结矿中的孔隙分 为了宏观孔隙和微气孔两大类,并认为微气孔是在 铁酸钙结晶之后和玻璃体凝固之前所形成的. 维格 曼等[13]认为,烧结矿中的气孔是由熔体收缩而产生 的空隙. 以上研究分别从烧结矿局部的微观三维结构重 建、不同碱度和配碳量等工艺条件对矿相结构的影 响、化学元素对单种矿物的形成影响、气孔与还原性 间的关系、气孔的分类和形成机理等方面进行了大 量研究,并取得了系列成果. 但从工艺矿物学角度 入手,定量分析烧结矿矿相结构分布模式及其形成 机理的研究尚未见系统报道. 基于此,课题组在国 家自然基金委的资助下,分别从烧结矿理化性能、矿 相结构间的分布模式和形成机理、矿相结构与冶金 性能的关系三方面进行了研究,对优化工艺条件、提 高烧结矿质量具有理论价值和指导意义. 1 试样理化性能及矿相结构分布模式 1郾 1 试样理化性能 对某钢厂烧结矿破碎后,根据气孔的不同从中 挑选了三种类型(图 1). 手标本鉴定特征为:第 1 类烧结矿气孔呈稀疏状分布于样品边缘,存在光滑 连续断面;第 2 类烧结矿气孔呈稀疏状分布于整个 样品,边缘较集中,样品断面光滑但不连续;第 3 类 烧结矿气孔分布极其致密、无光滑断面. 化学分析 见表 1,烧结矿二元碱度 R 分别为 2郾 10、2郾 07 和 1郾 81,为磁铁矿型高碱度烧结矿. 之后,对 3 类烧结 ·182·

陈前冲等：高碱度烧结矿矿相结构分布模式及形成机理 ·183· 矿挑选足够样品，分别进行冶金性能测试和矿相结 (RDI)依据国家标准GB/T13242-91取大于3.15 构特征鉴定等试验.冶金性能测试：烧结矿冷态强 mm粒级的烧结矿进行测定.矿相结构特征的鉴定： 度根据国家标准GB8029-87测定；还原性参照国家 矿物识别（依据矿物的光性特征）-矿物含量（采用 标准GB/T13241-91测定：低温还原粉化性能 矿物目估统计法). 表1烧结矿化学成分 Table 1 Chemical composition of sinters 质量分数/% 类型 碱度，R TFe FeO Si02 Ca0 Al203 Mgo 第1类 56.01 10.45 5.11 10.02 0.93 2.10 2.10 第2类 56.70 8.50 4.87 10.10 1.12 1.91 2.07 第3类 56.85 8.91 5.43 9.83 1.83 2.12 1.81 1.2矿相结构分布模式 两用Axioskop40Apol研究型偏光显微镜进行观察， 对3类烧结矿试样分别采用环氧树脂进行铸 对各类烧结矿矿相结构间的分布模式进行了划分 型、研磨、抛光，制成光薄片，并利用德国蔡司透/反 (表2). 表2烧结矿矿相结构分布模式 Table 2 Distribution patterns of the mineralogical structure of sinters 类型 分布模式（体积分数） 矿相结构 均一状（≥95%） 交织熔蚀-熔蚀结构 第1类 其他结构(<5%) 气孔边缘及样品边缘氧化赤铁矿 均一状(<85%) 交织熔蚀-熔蚀结构 第2类 同心环状(<5%) 从外到内：交织熔蚀结构，熔蚀结构，赤铁矿粒状结构 其他结构(>10%) 骸品赤铁矿、粒状磁铁矿，斑状结构 均一状(>50%) 交织熔蚀-熔蚀结构 第3类 互嵌状(<30%) 交织熔蚀结构与赤铁矿粒状结构互嵌，赤铁矿粒状结构内嵌有部分铁酸钙聚集区 其他结构(>20%) 骸品赤铁矿、粒状磁铁矿、斑状结构 镜下观察发现，第1类烧结矿矿相结构均匀，主 集中出现.均一状分布模式产生于温度较高、还原 要为交织熔蚀-熔蚀结构（图2），为均一状分布模 性较强和混料均匀的稳定条件之中，这种烧结矿 式.第2类烧结矿矿相结构较均匀，存在特殊的同 具有良好的冶金性能[).对比第1类烧结矿来看， 心环状分布模式，多以独立单元的形式少量出现， 具有同心环状、互嵌状分布模式的2、3类烧结刊矿 从外到内依次展布有交织熔蚀结构、熔蚀结构和 属于非均相复合体，矿相结构多样化，形成机理复 赤铁矿粒状结构.第3类烧结矿矿相结构不均匀， 杂化，致使治金性能波动较大.为此，特对同心环 其特殊在于交织熔蚀结构、赤铁矿粒状结构、铁酸 状和互嵌状矿相结构的分布模式及形成机理进行 钙聚集区相互交叉形成互嵌状分布模式，易大片 了探讨. a 铁酸钙 磁铁 失酸钙 磁铁矿 硅酸二钙 >504m 硅酸二钙 图2均一状烧结矿显微结构.(a)熔蚀结构：(b)交织熔蚀结构 Fig.2 Microstructure of uniform sinter:(a)erosion structure;(b)interlaced erosion structure

陈前冲等: 高碱度烧结矿矿相结构分布模式及形成机理 矿挑选足够样品,分别进行冶金性能测试和矿相结 构特征鉴定等试验. 冶金性能测试:烧结矿冷态强 度根据国家标准 GB8029鄄鄄87 测定;还原性参照国家 标准 GB / T13241鄄鄄 91 测 定; 低 温 还 原 粉 化 性 能 (RDI)依据国家标准 GB / T13242鄄鄄 91 取大于 3郾 15 mm 粒级的烧结矿进行测定. 矿相结构特征的鉴定: 矿物识别(依据矿物的光性特征)鄄鄄 矿物含量(采用 矿物目估统计法). 表 1 烧结矿化学成分 Table 1 Chemical composition of sinters 类型 质量分数/ % TFe FeO SiO2 CaO Al2O3 MgO 碱度,R 第 1 类 56郾 01 10郾 45 5郾 11 10郾 02 0郾 93 2郾 10 2郾 10 第 2 类 56郾 70 8郾 50 4郾 87 10郾 10 1郾 12 1郾 91 2郾 07 第 3 类 56郾 85 8郾 91 5郾 43 9郾 83 1郾 83 2郾 12 1郾 81 1郾 2 矿相结构分布模式 对 3 类烧结矿试样分别采用环氧树脂进行铸 型、研磨、抛光,制成光薄片,并利用德国蔡司透/ 反 两用 Axioskop 40A pol 研究型偏光显微镜进行观察, 对各类烧结矿矿相结构间的分布模式进行了划分 (表 2). 表 2 烧结矿矿相结构分布模式 Table 2 Distribution patterns of the mineralogical structure of sinters 类型 分布模式(体积分数) 矿相结构 第 1 类 均一状( > 95% ) 交织熔蚀鄄鄄熔蚀结构 其他结构( < 5% ) 气孔边缘及样品边缘氧化赤铁矿 均一状( < 85% ) 交织熔蚀鄄鄄熔蚀结构 第 2 类 同心环状( < 5% ) 从外到内:交织熔蚀结构,熔蚀结构,赤铁矿粒状结构 其他结构( > 10% ) 骸晶赤铁矿、粒状磁铁矿、斑状结构 均一状( > 50% ) 交织熔蚀鄄鄄熔蚀结构 第 3 类 互嵌状( < 30% ) 交织熔蚀结构与赤铁矿粒状结构互嵌,赤铁矿粒状结构内嵌有部分铁酸钙聚集区 其他结构( > 20% ) 骸晶赤铁矿、粒状磁铁矿、斑状结构 图 2 均一状烧结矿显微结构. (a) 熔蚀结构; (b) 交织熔蚀结构 Fig. 2 Microstructure of uniform sinter: (a) erosion structure; (b) interlaced erosion structure 镜下观察发现,第 1 类烧结矿矿相结构均匀,主 要为交织熔蚀鄄鄄 熔蚀结构(图 2),为均一状分布模 式. 第 2 类烧结矿矿相结构较均匀,存在特殊的同 心环状分布模式,多以独立单元的形式少量出现, 从外到内依次展布有交织熔蚀结构、熔蚀结构和 赤铁矿粒状结构. 第 3 类烧结矿矿相结构不均匀, 其特殊在于交织熔蚀结构、赤铁矿粒状结构、铁酸 钙聚集区相互交叉形成互嵌状分布模式,易大片 集中出现. 均一状分布模式产生于温度较高、还原 性较强和混料均匀的稳定条件之中,这种烧结矿 具有良好的冶金性能[4] . 对比第 1 类烧结矿来看, 具有同心环状、互嵌状分布模式的 2、3 类烧结矿 属于非均相复合体,矿相结构多样化,形成机理复 杂化,致使冶金性能波动较大. 为此,特对同心环 状和互嵌状矿相结构的分布模式及形成机理进行 了探讨. ·183·

·184· 工程科学学报，第41卷，第2期 1.3气孔的孔径测量和含量统计 气孔含量、气孔直径变化图. 文中关于气孔的统计测量主要有两种情况：第 一种，对某一区域或整个烧结矿中所含气孔进行测 量和统计，这种情况采用目估法即可：第二种，对直 线所经过区域的气孔变化情况进行统计测量，其统 第1条 计测量方法以图3中黄线所经过区域的气孔统计测 第2条 量进行举例说明： 第3条 (1)对三条黄色直线所经过区域的长度采用直 尺进行测量，长度为L=18mm. (2)为保证数据的充足性和代表性，以三条互 相平行的黄色直线为观测路径，相互间隔2mm.将 每条观测路径从左到右以2mm为间距进行划分，共 2吧 分为9个区间，第一条观测路径标记为Q1、Q2、 图3同心环状分布模式 Q1,…,Qg1,第二条观测路径标记为Q12、Q2、Q2, Fig.3 Concentric annular distribution patter …,Q2,第三条观测路径标记为Q13、Q23、Q3,…, Qo3 2同心环状矿相结构分布模式及形成机理 (3)具体步骤：①将第2类烧结矿的光薄片固 2.1第2类烧结矿的同心环状矿相结构分布模式 定于载物台：②旋转载物台，使水平螺丝所在标尺与 及矿物组成 目镜测量微尺相平行；③选取10×10的物镜、目镜； 同心环状分布模式从外到内依次为：交织熔蚀 ④旋转水平螺丝和垂直螺丝，使第一条路径左端与 结构、熔蚀结构和赤铁矿粒状结构（图3）.各分带 目镜微尺左端相重合，记录水平螺丝所在标尺读数 的显微结构种类、矿物含量、气孔率等参数列于表 为B:⑤对视域中的气孔直径、含量进行测量统计， 3,同时从左到右对示意图中黄线所经过区域的气孔 平均后得到直径Z,和含量H1,即为Q,中的气孔 直径、气孔含量等进行了统计（图4）. 直径、含量：⑥旋转水平螺丝，向左移动薄片至Q2 区间，此时螺丝所在标尺读数应为B+2mm(因为移 动一个区间是2mm):⑦重复第五步骤，观测得到 0.7 气孔率 70 Q21的气孔直径Z2:和含量H21:⑧反复进行第六和第 0.6 60 五步，最终得到各区间数据Z1、Z2、Z1,…,Z1和 目a5 50 H1、H21、H1,…,H1;⑨回退水平螺丝至读数B,调 气孔直径 0 整垂直螺丝至第二条观察路径，依据上述步骤得出 30 第二条路径各区间数据Z2、Z2、Z2,…,Z2和H2、 H2、H2,,H2:同样方法得出第三条观察路径各 0.2 20 区间数据Z3、Z2、Z3,…,Z和H、H3、H3…Hg 0.1上 10 内部带 对三条路线数据进行加和求平均得到各区间数据 过液带外都 0 24 681012141618 Z1、Z2、Z3,…,Zg和H1、H2、H3,…,Hg 测量长度mm (4)利用CorelDRAW软件，并结合各区间数据 图4气孔率、气孔直径变化图 Z1、Z2、Z,…,Z,和H1、H2、H3,…,H,绘制最终的 Fig.4 Variation diagram of the content and diameter of pore 表3各分带的显微结构、矿物及气孔所占体积分数 Table 3 Microstructure,mineral and pore content of each belt 各分带结构中矿物体积分数/% 分带显微结构 各分带体 气孔率/% 积分数/% 磁铁矿 赤铁矿 铁酸钙 硅酸二钙 残余Ca0 玻璃质 粒状结构（内部带） 8-10 少量 80-85 少量 10~15 5w7 60~65 熔蚀结构（过渡带） 20-30 45~50 8~10 30~35 5~8 2~3 1~2 40w45 交织熔蚀结构（外部带） 60-70 30-40 3-5 50~60 35 少量 1-2 25w30

工程科学学报,第 41 卷,第 2 期 1郾 3 气孔的孔径测量和含量统计 文中关于气孔的统计测量主要有两种情况:第 一种,对某一区域或整个烧结矿中所含气孔进行测 量和统计,这种情况采用目估法即可;第二种,对直 线所经过区域的气孔变化情况进行统计测量,其统 计测量方法以图 3 中黄线所经过区域的气孔统计测 量进行举例说明: (1)对三条黄色直线所经过区域的长度采用直 尺进行测量,长度为 L = 18 mm. (2)为保证数据的充足性和代表性,以三条互 相平行的黄色直线为观测路径,相互间隔 2 mm. 将 每条观测路径从左到右以 2 mm 为间距进行划分,共 分为 9 个区间,第一条观测路径标记为 Q11 、Q21 、 Q31 ,…,Q91 ,第二条观测路径标记为 Q12 、Q22 、Q32 , …,Q92 ,第三条观测路径标记为 Q13 、Q23 、Q33 ,…, Q93 . (3)具体步骤:淤将第 2 类烧结矿的光薄片固 定于载物台;于旋转载物台,使水平螺丝所在标尺与 目镜测量微尺相平行;盂选取 10 伊 10 的物镜、目镜; 榆旋转水平螺丝和垂直螺丝,使第一条路径左端与 目镜微尺左端相重合,记录水平螺丝所在标尺读数 为 B;虞对视域中的气孔直径、含量进行测量统计, 平均后得到直径 Z11 和含量 H11 ,即为 Q11 中的气孔 直径、含量;愚旋转水平螺丝,向左移动薄片至 Q21 区间,此时螺丝所在标尺读数应为 B + 2 mm(因为移 动一个区间是 2 mm);舆重复第五步骤,观测得到 Q21的气孔直径 Z21和含量 H21 ;余反复进行第六和第 五步,最终得到各区间数据 Z11 、Z21 、Z31 ,…,Z91 和 H11 、H21 、H31 ,…,H91 ;俞回退水平螺丝至读数 B,调 整垂直螺丝至第二条观察路径,依据上述步骤得出 第二条路径各区间数据 Z12 、Z22 、Z32 ,…,Z92和 H12 、 H22 、H32 ,…,H92 . 同样方法得出第三条观察路径各 区间数据 Z13 、Z23 、Z33 ,…,Z93和 H13 、H23 、H33…H93 . 对三条路线数据进行加和求平均得到各区间数据 Z1 、Z2 、Z3 ,…,Z9和 H1 、H2 、H3 ,…,H9 . (4)利用 CorelDRAW 软件,并结合各区间数据 Z1 、Z2 、Z3 ,…,Z9 和 H1 、H2 、H3 ,…,H9 ,绘制最终的 气孔含量、气孔直径变化图. 图 3 同心环状分布模式 Fig. 3 Concentric annular distribution pattern 2 同心环状矿相结构分布模式及形成机理 2郾 1 第 2 类烧结矿的同心环状矿相结构分布模式 及矿物组成 同心环状分布模式从外到内依次为:交织熔蚀 结构、熔蚀结构和赤铁矿粒状结构(图 3). 各分带 的显微结构种类、矿物含量、气孔率等参数列于表 3,同时从左到右对示意图中黄线所经过区域的气孔 直径、气孔含量等进行了统计(图 4). 图 4 气孔率、气孔直径变化图 Fig. 4 Variation diagram of the content and diameter of pore 表 3 各分带的显微结构、矿物及气孔所占体积分数 Table 3 Microstructure, mineral and pore content of each belt 分带显微结构 各分带体 积分数/ % 各分带结构中矿物体积分数/ % 磁铁矿 赤铁矿 铁酸钙 硅酸二钙 残余 CaO 玻璃质 气孔率/ % 粒状结构(内部带) 8 ~ 10 少量 80 ~ 85 少量 10 ~ 15 5 ~ 7 60 ~ 65 熔蚀结构(过渡带) 20 ~ 30 45 ~ 50 8 ~ 10 30 ~ 35 5 ~ 8 2 ~ 3 1 ~ 2 40 ~ 45 交织熔蚀结构(外部带) 60 ~ 70 30 ~ 40 3 ~ 5 50 ~ 60 3 ~ 5 少量 1 ~ 2 25 ~ 30 ·184·

陈前冲等：高碱度烧结矿矿相结构分布模式及形成机理 ·185· 不难发现，从内部带到外部带矿物组成和气孔 磁铁矿氧化形成的赤铁矿和少量残余CaO:交织熔 出现了规律性变化，黏结相由烧结不良的残余Ca0 蚀结构（外部带）（图5(）、(g))为磁铁矿与黏结相 过渡到液相发育的铁酸钙，金属相由氧化气氛下的 矿物铁酸钙和少量硅酸二钙、玻璃质一起固结，气孔呈 赤铁矿变化为还原气氛下的磁铁矿，由内而外气孔 浑圆状，少量半自形赤铁矿分布于带边缘（图5(h) 率降低、气孔直径缩小. 2.3同心环状矿相结构形成机理 2.2同心环状烧结矿显微结构 如图5(a)所示，由于混料不均或者燃烧不充 粒状结构（内部带）（图5(a)、(b)、(c))为不 分，①部位出现了大量硅酸二钙和残余Ca0,未能形 规则大气孔围绕致密粒状赤铁矿，赤铁矿间由再结 成有效液相，而②部位可以明显看到大量有效液相 品品键和硅酸二钙、残余C0所固结：熔蚀结构（过 生成.根据文献[13]所提出的“烧结矿是由许多凝 渡带)（图5(d)、(e))为磁铁可矿与黏结相矿物铁酸 块组成的体系”理论，由于①部位未能形成有效液 钙和少量硅酸二钙、玻璃质一起固结，其间存在大量 相、凝块不能收缩，气孔壁呈直线状，②部位形成大 (a) 硅酸二钙 a 气孔 5004m 赤铁矿 (c) 硅酸二钙 d 赤铁丽 磁铁矿 铁酸钙 赤铁列 50m 200 玻璃质 赤铁矿 磁铁矿 硅酸二钙 铁酸钙 50山m 200m 磁铁矿 赤铁矿 玻璃质 磁铁列 硅酸二钙 铁酸钙 50μm 图5同心环状烧结矿显微结构.(a)粒状结构（内部带）：(b)①号区域（内部带）：(c)②号区域（内部带）：(d,e)熔蚀结构（过渡带）： (f,g)交织熔蚀结构（外部带）：(h)氧化赤铁矿（外部带边缘） Fig.5 Microstructure of concentric annular sinter:(a)granular structure (inner belt);(b)area inner belt);(c)area 2(inner belt);(d, e)erosion structure (transition belt);(f,g)interlaced erosion structure (outside belt);(h)oxidized hematite (the edge of outside belt)

陈前冲等: 高碱度烧结矿矿相结构分布模式及形成机理 不难发现,从内部带到外部带矿物组成和气孔 出现了规律性变化,黏结相由烧结不良的残余 CaO 过渡到液相发育的铁酸钙,金属相由氧化气氛下的 赤铁矿变化为还原气氛下的磁铁矿,由内而外气孔 率降低、气孔直径缩小. 图 5 同心环状烧结矿显微结构郾 (a) 粒状结构(内部带); (b) 淤号区域(内部带); (c) 于号区域(内部带); (d, e) 熔蚀结构(过渡带); (f, g) 交织熔蚀结构(外部带); (h) 氧化赤铁矿(外部带边缘) Fig. 5 Microstructure of concentric annular sinter: (a) granular structure (inner belt); (b) area 淤 (inner belt); (c) area 于 (inner belt); (d, e) erosion structure (transition belt); (f, g) interlaced erosion structure (outside belt); (h) oxidized hematite (the edge of outside belt) 2郾 2 同心环状烧结矿显微结构 粒状结构(内部带) (图 5( a)、( b)、( c)) 为不 规则大气孔围绕致密粒状赤铁矿,赤铁矿间由再结 晶晶键和硅酸二钙、残余 CaO 所固结;熔蚀结构(过 渡带)(图 5(d)、( e))为磁铁矿与黏结相矿物铁酸 钙和少量硅酸二钙、玻璃质一起固结,其间存在大量 磁铁矿氧化形成的赤铁矿和少量残余 CaO;交织熔 蚀结构(外部带)(图 5(f)、(g))为磁铁矿与黏结相 矿物铁酸钙和少量硅酸二钙、玻璃质一起固结,气孔呈 浑圆状,少量半自形赤铁矿分布于带边缘(图5(h)). 2郾 3 同心环状矿相结构形成机理 如图 5( a) 所示,由于混料不均或者燃烧不充 分,淤部位出现了大量硅酸二钙和残余 CaO,未能形 成有效液相,而于部位可以明显看到大量有效液相 生成. 根据文献[13]所提出的“烧结矿是由许多凝 块组成的体系冶 理论,由于淤部位未能形成有效液 相、凝块不能收缩,气孔壁呈直线状,于部位形成大 ·185·