·324 工程科学学报，第40卷，第3期 化微型烧结试验装置分别测定以固定碱度方式(R =4.0)和固定Ca0配比条件下的9种铁矿粉的液 T。=1000℃1273) T=1250℃1523K) 相流动性指数.烧结温度为1300℃，不同铁矿粉流 图4铁矿粉试样收缩率测定方法示意图 Fig.4 Schematic diagram of shrinkage test 动性指数(FLP)的测量结果如图5所示. 3.0 h,h×100% s=（1-h,h (2) -4.0 (Ca0)=5% 2.5 式中，h,和h2分别为T,℃时试样的垂直高度和刚玉 垫片厚度的像素值，h,和h,为T,℃试样的垂直高度 20 和刚玉片厚度的像素值 1.2.2 Factsage热力学计算 三15 基于FactSage7.0软件的计算要求，根据表1 1.0 中小粒级铁矿粉的化学成分计算配加15%Ca0试 剂条件下试样的化学成分，并折成相应的氧化物形 式.设定Fe20,、Fe04、SiO2、Mg0、Ca0以及Al203 等氧化物的总和为100g.用于Factsage热力学计算 OA OB OC OD OE OF OG OH OI 铁矿粉 的试样化学成分如表2所示. 图5铁矿粉的液相流动性指数测量结果 表2用于Factsage计算的试样化学成分（质量分数） Fig.5 Results of liquid phase fluidity index of iron ores Table 2 Compositions of the samples used in calculation with Factsage 免 根据图5对比可知，以固定碱度和固定Ca0方 试样Fe203Fe304Si02Ca0 A山203Mg0 式测定的不同铁矿粉试样的流动性指数差异较大， 0A75.440.12 5.8216.611.68 0.33 尤其是OE、OF和OH铁矿粉试样.在固定碱度的 OB 77.200.10 4.33 16.64 1.44 0.29 方式下，高硅赤铁矿OF取得最大的流动性指数，而 oc 75.55 0.24 5.1815.87 2.86 0.30 低硅的赤铁矿OE和磁铁矿精粉OH的流动性则相 OD 74.030.20 4.57 15.695.19 0.31 OE 78.650.16 2.7715.502.810.11 对较小.这是由于在固定碱度配比方式情况下，铁 OF 74.190.23 6.54 15.37 2.98 0.69 矿粉的Si0,含量将影响试样中配加的Ca0含量.而 77.043.86 3.8915.060.15 0.02 当模拟烧结混匀矿黏附粉情况，采取固定Ca0配比 0H1.0880.301.8615.480.62 0.66 方式的情况下这些铁矿粉的流动性指数则呈现完全 0119.3854.954.8018.880.911.09 相反的规律，即低脉石含量的矿粉OE和OH的流 选择合适的热力学数据库对运用FactSage软件 动性指数较高，而高脉石含量的OF的流动性指数 进行计算的结果十分重要.本研究根据Li和Sinha 变为最低.如前文所述，若假设制粒过程中颗粒可 等的研究报道选择相应的热力学计算数据库0,1 以均匀分布（忽略偏析的影响），则每种铁矿粉在黏 与之不同的是，本研究考虑到烧结高温段由于燃料 附粉中与熔剂的接触概率一致，而非高硅矿可以与 燃烧将形成弱还原性气氛.因此，在计算过程中设 熔剂更多的接触从而大量形成液相，低硅矿与熔剂 定1000℃之前的气体分压为1.01×10Pa,输入氧 较少接触而难形成液相.因此，基于实际烧结混合 气和氮气的质量按100g磁铁矿完全氧化所需空气 矿黏附粉模型角度考量，以固定Ca0配比的方式分 质量计算获得：将1000℃的计算结果作为初始物质 析对比铁矿粉液相流动性之间的差异性更具现实指 带入下一阶段的计算，为模拟高温段料层内部的弱 导意义. 还原气氛0，将气体分压设定为500Pa,并删除氧 采用微型烧结可视化试验装置模拟实际烧结料 气输入量.本论文中分别计算固定Ca0配比条件下 层升温制度，分别测定的9种铁矿粉固定Ca0配比 9种铁矿粉黏附粉液相生成特性参数，如液相生成 条件下的有效液相生成温度(T。),结果如图6 温度和液相生成量 所示 由图6可知，在固定Ca0配比为15%条件下， 2试验结果 不同铁矿粉的液相生成温度差异较大，其中磁铁矿 2.1液相流动性指数及有效液相生成温度 OH和OI的液相生成温度较低；其次为澳洲褐铁矿 根据铁矿粉液相流动性的测试方法，采用可视 OA和OB,而澳洲的Marramanba型高铝铁矿粉OC工程科学学报，第 40 卷，第 3 期 图 4 铁矿粉试样收缩率测定方法示意图 Fig． 4 Schematic diagram of shrinkage test S = 1 － ( h2 h3 h1 h ) 4 × 100% ( 2) 式中，h1和 h2分别为 T0℃时试样的垂直高度和刚玉 垫片厚度的像素值，h3和 h4为 T1℃ 试样的垂直高度 和刚玉片厚度的像素值． 1. 2. 2 Factsage 热力学计算 基于 FactSageTM 7. 0 软件的计算要求，根据表 1 中小粒级铁矿粉的化学成分计算配加 15% CaO 试 剂条件下试样的化学成分，并折成相应的氧化物形 式． 设定 Fe2 O3、Fe3 O4、SiO2、MgO、CaO 以及 Al2 O3 等氧化物的总和为 100 g． 用于 Factsage 热力学计算 的试样化学成分如表 2 所示． 表 2 用于 Factsage 计算的试样化学成分( 质量分数) Table 2 Compositions of the samples used in calculation with Factsage % 试样 Fe2O3 Fe3O4 SiO2 CaO Al2O3 MgO OA 75. 44 0. 12 5. 82 16. 61 1. 68 0. 33 OB 77. 20 0. 10 4. 33 16. 64 1. 44 0. 29 OC 75. 55 0. 24 5. 18 15. 87 2. 86 0. 30 OD 74. 03 0. 20 4. 57 15. 69 5. 19 0. 31 OE 78. 65 0. 16 2. 77 15. 50 2. 81 0. 11 OF 74. 19 0. 23 6. 54 15. 37 2. 98 0. 69 OG 77. 04 3. 86 3. 89 15. 06 0. 15 0. 02 OH 1. 08 80. 30 1. 86 15. 48 0. 62 0. 66 OI 19. 38 54. 95 4. 80 18. 88 0. 91 1. 09 选择合适的热力学数据库对运用 FactSage 软件 进行计算的结果十分重要． 本研究根据 Lü 和 Sinha 等的研究报道选择相应的热力学计算数据库［10，16］． 与之不同的是，本研究考虑到烧结高温段由于燃料 燃烧将形成弱还原性气氛． 因此，在计算过程中设 定 1000 ℃之前的气体分压为 1. 01 × 105 Pa，输入氧 气和氮气的质量按 100 g 磁铁矿完全氧化所需空气 质量计算获得; 将 1000 ℃的计算结果作为初始物质 带入下一阶段的计算，为模拟高温段料层内部的弱 还原气氛［10］，将气体分压设定为 500 Pa，并删除氧 气输入量． 本论文中分别计算固定 CaO 配比条件下 9 种铁矿粉黏附粉液相生成特性参数，如液相生成 温度和液相生成量． 2 试验结果 2. 1 液相流动性指数及有效液相生成温度 根据铁矿粉液相流动性的测试方法，采用可视 化微型烧结试验装置分别测定以固定碱度方式( Ｒ = 4. 0) 和固定 CaO 配比条件下的 9 种铁矿粉的液 相流动性指数． 烧结温度为 1300 ℃，不同铁矿粉流 动性指数( FLP) 的测量结果如图 5 所示． 图 5 铁矿粉的液相流动性指数测量结果 Fig． 5 Ｒesults of liquid phase fluidity index of iron ores 根据图 5 对比可知，以固定碱度和固定 CaO 方 式测定的不同铁矿粉试样的流动性指数差异较大， 尤其是 OE、OF 和 OH 铁矿粉试样． 在固定碱度的 方式下，高硅赤铁矿 OF 取得最大的流动性指数，而 低硅的赤铁矿 OE 和磁铁矿精粉 OH 的流动性则相 对较小． 这是由于在固定碱度配比方式情况下，铁 矿粉的 SiO2含量将影响试样中配加的 CaO 含量． 而 当模拟烧结混匀矿黏附粉情况，采取固定 CaO 配比 方式的情况下这些铁矿粉的流动性指数则呈现完全 相反的规律，即低脉石含量的矿粉 OE 和 OH 的流 动性指数较高，而高脉石含量的 OF 的流动性指数 变为最低． 如前文所述，若假设制粒过程中颗粒可 以均匀分布( 忽略偏析的影响) ，则每种铁矿粉在黏 附粉中与熔剂的接触概率一致，而非高硅矿可以与 熔剂更多的接触从而大量形成液相，低硅矿与熔剂 较少接触而难形成液相． 因此，基于实际烧结混合 矿黏附粉模型角度考量，以固定 CaO 配比的方式分 析对比铁矿粉液相流动性之间的差异性更具现实指 导意义． 采用微型烧结可视化试验装置模拟实际烧结料 层升温制度，分别测定的 9 种铁矿粉固定 CaO 配比 条件下 的 有 效 液 相 生 成 温 度 ( T10 ) ，结果 如 图 6 所示． 由图 6 可知，在固定 CaO 配比为 15% 条件下， 不同铁矿粉的液相生成温度差异较大，其中磁铁矿 OH 和 OI 的液相生成温度较低; 其次为澳洲褐铁矿 OA 和 OB，而澳洲的 Marramanba 型高铝铁矿粉 OC · 423 ·