第10期 潘钊彬等：球团矿不同气氛下的高温抗压强度 ·1211· 降，900~1100℃球团强度随温度的升高略有回升， 900~1100℃，球团矿强度随着温度的上升而增大， 1100℃以后强度急剧下降，到1200℃时己基本失 这是高温下固相固结的结果 去强度.中性气氛下的球团强度整体高于氧化性气 球团被加热到某一温度时，矿粒晶格内的原子 氛下的强度.在还原性气氛下，球团矿强度随着温 获得足够的能量，克服周围键力的束缚进行扩散，并 度的上升而下降，尤其是900℃以后，强度下降趋势 随温度的升高，这种扩散加强，最后发展到在颗粒接 更加明显.1000℃时尚能保持500N•球-以上的强 触点或接触面上扩散，使颗粒产生黏结，颗粒间的空 度，而当温度达到1100℃后球团强度已经降至 隙变圆，孔隙率下降，球内各颗粒连接成一个致密的 30N,强度基本消失. 整体，球团强度增大.中性气氛下球团内部残存 从图3可知，当气体流速和还原时间一定时，球 磁铁矿的再结晶和氧化性气氛下残存磁铁矿氧化成 团矿的还原度和金属化率随着温度的上升而增大. 赤铁矿所形成的F©，O,微晶键连接就是按以上固相 结合图2可得出结论：球团矿在还原气氛下的高温 固结的形式进行的.图4为氧化气氛下不同温度 强度随着还原度和金属化率的提高而降低 球团矿的内部矿相结构，白色代表赤铁矿，灰色代 3球团矿高温强度变化的机理分析 表磁铁矿，黑色代表气孔·从图中可以看出，随着 温度的升高，球团内部残存的磁铁矿逐渐被氧化 中性气氛和氧化性气氛下，在800℃以下及 成赤铁矿 I0 10 图4氧化气氛下不同温度球团矿内部相结构（反光）.(a)室温：(b)600℃：(c)1000℃ Fig.4 Mineral structures of pellets at different temperatures in oxidizing atmosphere (reflect light):(a)room temperature:(b)600C:(c)1000 中性气氛和氧化性气氛下，800~900℃，球团 Fe.0.2-Fe.0 强度均有个明显的下降，这是由于球团矿内部石英 在升温过程中发生多晶转变，产生了体积效应. 00 利用X射线衍射仪对中性气氛不同温度下球 团矿的内部物相进行在线测定，得到如图5所示的 32 XRD图谱.从图中可以看出，球团矿主要由赤铁矿、 磁铁矿、铁橄榄石、游离石英等物相组成.在低于 432 800℃的温度范围内，随着温度的升高，球团内部物 相几乎没有发生变化，直到温度到达900℃时，球团 600℃-4 内α-石英转变成α鳞石英.根据Si02系统相图☒， 25且42L1L -石英在870℃时转变为α鳞石英，a鳞石英在 30 40 60 80 100 2819 870~1470℃稳定存在.石英和α鳞石英的真密 度分别为2.533gcm和2.228g°cm.870℃时a- 图5不同温度下球团矿的XRD图谱（中性气氛） 石英向α鳞石英的转变有较大的体积效应 Fig.5 XRD patterns of ore pellets at different temperatures (neutral (+16.0%),转变时伴随着体积的膨胀，导致球团 atmosphere) 矿强度下降 这是由于球团内部存在多个低熔点氧化物体系，如 中性气氛和氧化性气氛下，1100℃以后球团矿 Fe0-Si02系、Ca0-Si02-Fe0系等，随着温度的进一 强度急剧下降，到1200℃时己经基本失去了强度. 步升高，这些低熔点化合物开始软化、熔融，球团内第 10 期 潘钊彬等: 球团矿不同气氛下的高温抗压强度 降，900 ～ 1 100 ℃球团强度随温度的升高略有回升， 1 100 ℃以后强度急剧下降，到 1 200 ℃ 时已基本失 去强度． 中性气氛下的球团强度整体高于氧化性气 氛下的强度． 在还原性气氛下，球团矿强度随着温 度的上升而下降，尤其是 900 ℃以后，强度下降趋势 更加明显． 1 000 ℃时尚能保持 500 N·球 － 1 以上的强 度，而当温度达 到 1 100 ℃ 后球团强度已经降至 30 N，强度基本消失． 从图 3 可知，当气体流速和还原时间一定时，球 团矿的还原度和金属化率随着温度的上升而增大． 结合图 2 可得出结论: 球团矿在还原气氛下的高温 强度随着还原度和金属化率的提高而降低． 3 球团矿高温强度变化的机理分析 中性气氛和氧化性气氛下，在 800 ℃ 以 下 及 900 ～ 1 100 ℃，球团矿强度随着温度的上升而增大， 这是高温下固相固结的结果． 球团被加热到某一温度时，矿粒晶格内的原子 获得足够的能量，克服周围键力的束缚进行扩散，并 随温度的升高，这种扩散加强，最后发展到在颗粒接 触点或接触面上扩散，使颗粒产生黏结，颗粒间的空 隙变圆，孔隙率下降，球内各颗粒连接成一个致密的 整体，球团强度增大［11］． 中性气氛下球团内部残存 磁铁矿的再结晶和氧化性气氛下残存磁铁矿氧化成 赤铁矿所形成的 Fe2O3微晶键连接就是按以上固相 固结的形式进行的． 图 4 为氧化气氛下不同温度 球团矿的内部矿相结构，白色代表赤铁矿，灰色代 表磁铁矿，黑色代表气孔． 从图中可以看出，随着 温度的升高，球团内部残存的磁铁矿逐渐被氧化 成赤铁矿． 图 4 氧化气氛下不同温度球团矿内部矿相结构( 反光) ． ( a) 室温; ( b) 600 ℃ ; ( c) 1 000 ℃ Fig． 4 Mineral structures of pellets at different temperatures in oxidizing atmosphere ( reflect light) : ( a) room temperature; ( b) 600 ℃ ; ( c) 1 000 ℃ 中性气氛和氧化性气氛下，800 ～ 900 ℃，球团 强度均有个明显的下降，这是由于球团矿内部石英 在升温过程中发生多晶转变，产生了体积效应． 利用 X 射线衍射仪对中性气氛不同温度下球 团矿的内部物相进行在线测定，得到如图 5 所示的 XRD 图谱． 从图中可以看出，球团矿主要由赤铁矿、 磁铁矿、铁橄榄石、游离石英等物相组成． 在低于 800 ℃ 的温度范围内，随着温度的升高，球团内部物 相几乎没有发生变化，直到温度到达 900 ℃ 时，球团 内 α-石英转变成 α-鳞石英． 根据 SiO2系统相图［12］， α-石英在 870 ℃ 时转变为 α-鳞石英，α-鳞石英在 870 ～ 1 470 ℃稳定存在． α-石英和 α-鳞石英的真密 度分别为 2. 533 g·cmμ3 和 2. 228 g·cmμ3 ． 870 ℃时 α- 石英 向 α-鳞石英的转变有较大的体积效应 ( + 16. 0% ) ，转变时伴随着体积的膨胀，导致球团 矿强度下降． 中性气氛和氧化性气氛下，1 100 ℃ 以后球团矿 强度急剧下降，到 1 200 ℃ 时已经基本失去了强度． 图 5 不同温度下球团矿的 XRD 图谱( 中性气氛) Fig． 5 XRD patterns of ore pellets at different temperatures ( neutral atmosphere) 这是由于球团内部存在多个低熔点氧化物体系，如 FeO--SiO2系、CaO--SiO2--FeO 系等，随着温度的进一 步升高，这些低熔点化合物开始软化、熔融，球团内 ·1211·