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黃柱成，易凌云，梁之

　　1 前言

　　球團(tuán)礦是重要的豎爐冶煉原料，具有粒度均勻、強(qiáng)度高、爐內(nèi)透氣性好、適應(yīng)性廣泛等特點，豎爐冶煉中適當(dāng)提高球團(tuán)礦的比例，可改善料柱的透氣性，提高冶煉強(qiáng)度[1,2]。但是由于氧化球團(tuán)礦在還原過程中強(qiáng)度下降，引起球團(tuán)粉化，從而對生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。

　　球團(tuán)的強(qiáng)度與球團(tuán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化密切相關(guān)，在高溫還原過程中，引起球團(tuán)強(qiáng)度變化的原因主要來源于兩個方面[3~8]：一是鐵氧化物還原產(chǎn)生的相變應(yīng)力，認(rèn)為含鐵礦物相變將引起體積的膨脹或收縮，從而在球團(tuán)內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力；二是由于高溫產(chǎn)生的熱應(yīng)力，球團(tuán)受熱后，表層溫度高于中心溫度，表層向外膨脹，在球團(tuán)內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于球團(tuán)抗拉強(qiáng)度時，球團(tuán)內(nèi)部將出現(xiàn)裂紋。研究結(jié)果表明[2,3,8]，赤鐵礦在還原過程中，在任何情況下都會膨脹，其膨脹過程將持續(xù)到浮氏體的生成，測得立方體純赤鐵礦還原過程體積變化為Fe2O3(100％)→Fe3O4(124％)→FexO(131％)→Fe(126％)。S.P.E. Forsmor[9]認(rèn)為the dissociation of hematite back to magnetite leads to an increase in the volume of the oxidized shell。因此，Kurt Meyer[10]建議在球團(tuán)焙燒過程中，不生成赤鐵礦結(jié)晶，而是生成其它結(jié)構(gòu)(如磁鐵礦)，以減小球團(tuán)還原過程中的體積膨脹，從而減弱還原對球團(tuán)結(jié)構(gòu)的影響。劉人達(dá)[11]、G.H.蓋格[12]認(rèn)為，球團(tuán)的導(dǎo)熱特性能對還原過程產(chǎn)生很大的影響，它取決于溫度、金屬化率和球團(tuán)的孔隙率。Akiyama[13]研究了球團(tuán)的熱傳導(dǎo)過程，提出多孔球團(tuán)導(dǎo)熱系數(shù)可表示為：ke=ekg+(1-e)ks式中ke為有效導(dǎo)熱系數(shù)，kg為氣相導(dǎo)熱系數(shù)，ks為固相導(dǎo)熱系數(shù)，e是球團(tuán)的孔隙率。李建等[8]認(rèn)為球團(tuán)受熱后，表層溫度高于中心溫度，表層向外膨脹，在球團(tuán)內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于球團(tuán)抗拉強(qiáng)度時，球團(tuán)內(nèi)部將出現(xiàn)裂紋。Simon M. Iveson[14,15]研究了液相粘結(jié)球團(tuán)的強(qiáng)度主要由以下三種因素決定：1.interparticle friction; 2.capillary and surface tension forces in the liquid between the particles; 3. viscous forces in the liquid between the particles.

　　作者在鐵礦氧化球團(tuán)的氣基還原研究過程中發(fā)現(xiàn)，球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度隨著還原過程的進(jìn)行呈先減小后增大的類“V”型變化趨勢，與前人研究結(jié)果一致[1,3,7,8]。此外，本文研究發(fā)現(xiàn)氧化球團(tuán)在還原剛開始的很短時間內(nèi)（~1min）強(qiáng)度急劇下降，球團(tuán)強(qiáng)度損失達(dá)75.04%，對于此強(qiáng)度驟降的現(xiàn)象及其產(chǎn)生機(jī)理卻鮮有報道。因此本研究目的在于考查還原中強(qiáng)度降低的影響因素，并揭示其這一現(xiàn)象形成的內(nèi)在機(jī)理。

　　2 試驗原料與研究方法

　　2.1 原料性能

　　氧化球團(tuán)礦來自某球團(tuán)廠，其化學(xué)成分如表1；相應(yīng)的粒度組成及其他性質(zhì)如表2。

 　　表1 氧化焙燒球團(tuán)主要化學(xué)成分/%