球团作为高炉生产不可或缺的一部分,其在高炉还原过程中会发生还原膨胀,然而包头白云鄂博铁精球团矿中富含K,Na,F等有害元素,造成还原时球团异常膨胀,严重影响着高炉生产.目前学者们普遍认可4种有关球团还原膨胀机理的观点.(1)气体压力论埃德斯特累姆将一块特定边长的纯赤铁矿立方体置于1 000 oC温度下,用CO还原,并通过混入CO:来改变还原势,以此来调整铁氧化物各个特定的还原阶段.根据实验结果,在还原过程中赤铁矿产生一定数量的体积膨胀,而磁铁矿不产生体积膨胀.他认为赤铁矿还原造成的体积膨胀解释是由于球团核内气体压力增大的原因.在较高的还原速度下这种情况才会发生,此时二氧化碳或水蒸气的生成速度大于其通过气孔向外扩散的速度,因此在核内产生了向外的压力促使球团结构疏松.这种认识局限性较大.(2)碳沉积膨胀理论该理论认为在400~600 oC的还原温度下,发生析碳反应CO=C+CO:,反应所生成的碳沉积在球收稿日期:2015—09—30作者简介:刘安康(1987一),男,河北石家庄人,内蒙古科技大学硕士研究生万方数据 114 内蒙古科技大学学报 2016年6月第35卷第2期团矿的微小孑L隙或晶体裂缝内,引起球团体积增大,造成球团矿的还原膨胀.由于发生析碳反应的温度低,反应速度比较缓慢,一般认为析碳反应在高炉内发生量比较少.同时这种观点也只能解释球团在低温下发生的膨胀.(3)晶体变化和赤铁矿还原过程的各向异性和晶体变化论赤铁矿属于六方晶系的晶体结构,而磁铁矿则为等轴晶系,因此在还原过程中赤铁矿球团会发生晶体结构的变化.六方晶系的a—Fe:O,(晶格常数5.42埃)向正方晶系的Fe,O。(晶格常数8.41埃)转变时,中间经过r—Fe:O,,r—Fe,O,属正方晶系(晶格常数8.32埃).根据C.T.罗斯托夫采夫的资料,a—Fe:O,转变成r—Fe:O,,由于晶格重建,理论上计算其体积增加7.8%,加上约3%的物理热膨胀率,则在升温还原过程中纯Fe:O,的最大体积膨胀率应11%左右.(4)铁晶须论该观点认为,在浮氏体还原为金属铁这一还原阶段,由于铁离子的扩散,金属铁会按一定的方向以纤维状形态析出,即所谓“铁晶须”或金属铁的微晶粒,使周围晶粒产生位移或开裂,增大球团体积,产生灾难性膨胀.这种观点能较好地解释Ca及碱金属是如何导致球团矿灾难性膨胀的.球团矿的还原膨胀是一个非常复杂的问题.对于不同的球团矿,由于化学成分、矿物组成和结构的差异,使得在还原过程中其产生体积膨胀的原因各不相同.因此,对于不同球团矿在还原过程中产生的体积膨胀原因要进行具体分析.K,Na对球团还原膨胀眭能的影响机理已有大量研究,而有关F对含K,Na球团还原膨胀性能影响的研究并不多.前人已做过有关报道,K,Na会导致球团异常膨胀,而F的存在会加剧球团膨胀.因为CaF,在焙烧时会与Si02反应:2CaF2+Si02=2CaO+SiF。t,同时还会产生少量的KF,NaF气体,气体挥发,留下CaO.Ca会导致球团碱度增加,碱度小于0.7时,随着CaF:的添加球团还原膨胀率增加,碱度大于0.7时,随着CaF:的添加球团还原膨胀率减小.前人已就CaF:对含K,Na球团在标准还原时,还原膨胀率的影响做了系统的阐述,而本文针对球团每个还原阶段的膨胀率进行分析,逐步探究K,Na,F对球团还原膨胀性能的交互影响,可为改善普通铁精矿球团矿还原膨胀性能提供理论依据,而且对于抑制白云鄂博特殊铁精矿球团矿异常还原膨胀、建立我国特殊矿球团生产新理论以及更加有效、高质量、高产量地综合利用白云鄂博铁矿资源具有重要的科学意义.