黄柱成等：某低品位铁矿回转窑还原结圈物特性及其形成机制 ·683· 2.2熔融包裹物特性研究 结构、结晶形态以及物相组成等方面对熔融包裹 由以上分析，还原球团表面形成的熔融包裹 物的特性进行研究.将结圈物中球团间的熔融包 物及其与球团之间的相互作用是造成结圈的主 裹物剥离出来进行化学成分分析，结果如表6 要原因.以下将分别从化学成分、软熔特性、显微 所示. 表6包裹物的主要化学成分（质量分数） Table 6 Main chemical composition of wrappage 位置 Fe0 MFe SiO2 A山203 Ca0 MgO Na2O K20 1# 4.71 27.71 50.88 7.19 5.09 1.27 1.09 0.65 2# 4.83 27.80 49.53 7.32 5.12 1.32 1.10 0.66 3# 4.55 29.90 44.56 8.20 8.58 1.36 0.98 0.62 由表6可知，熔融包裹物化学成分在不同位置 构不同，熔融包裹物微观结构非常密实，几乎没有孔 的变化规律与结圈物的一致，但A山，03和Ca0含量 隙，并且熔融包裹物中的铁晶粒发育良好，铁晶粒尺 比结圈物（见表4）本身高得多，可以推测煤灰分主 寸较球团内部明显增大（见图3），且基本集结成片 要分布在熔融包裹物中.根据球团成分、煤灰成分 状.从图4(a)、(c)、(e)还可以看出，脉石矿相与金 及熔融包裹物成分可以计算出各位置结圈熔融包裹 属铁相明显分离，脉石作为粘结相，将相邻的两球团 物的球团粉末与煤灰的质量比，分别为1"8：2,2"8： 紧紧的粘结在一起，并且这种粘结是大面积粘结，而 2,3"2:1;1"和2熔融包裹物掺入的煤灰变化不大， 铁品粒正是沿着粘结部位聚集长大，形成的大尺寸 而3"熔融包裹物掺入的煤灰大大增加.另一方面， 金属铁也使相邻球团紧密地粘结在一起，形成金属 熔融包裹物中的MFe含量普遍比结圈物本身高. 铁相粘结，显然这种粘结更加致密、强度更大.图4 以上分析可知，不同位置熔融包裹物掺入的灰 (b)、(d)、(f)是分别对应图4(a)、(c)、(e)中红色 分量也不一样，为了探究灰分掺入量对不同位置熔 边框中的区域放大显微结构图，由图4(b)、(d)、 融包裹物的软熔特性的影响，对熔融包裹物进行软 ()可知，熔融包裹物中存在着大量浅灰色长条状低 熔特性分析，结果如表7所示 熔点物质，且结圈物越接近窑壁，其熔融包裹物中的 表7熔融包裹物软熔特性 低熔点物质越多，这与前面推测的结果一致 Table 7 Softening-melting test results of the molten wrappage 对结圈熔融包裹物中的三种物相进行能谱分 位置 变形温度/℃ 软化温度/℃ 析，如图5所示，以验证每种矿相，并确定每种矿相 1￥ 953 1043 的成分 2# 951 1056 由图5可知，熔融包裹物中A点为金属铁相只 3# 932 1025 含有Fe元素，不含其他杂质，说明铁晶粒发育良好， 结晶程度高，形成一个整体，使得粘结强度高，B点 由表7可知，各位置熔融包裹物与相对应的结 为低熔点物质区域，含有Fe、Ca、Si等元素，容易形 圈物本身相比（表5），其软熔温度进一步降低，1熔 成低熔点共晶系(Ca0-Si0,FeO),并且掺入了少量 融包裹物的变形温度降低至953℃，而3"熔融包裹 的Al203、K20、Mg0和Na20等物质，这是大量煤灰 物的变形温度更是降低至932℃，同时软化温度也 掺入导致的结果，而C点为脉石，这与前面分析的 表现出相应程度地降低，其变化趋势与包裹物中 结果一致.因此，回转窑结圈行为过程中概括为两 Ca0、Al,O,和金属铁含量的变化存在明显的正相关 个方面：一方面F0与脉石和灰分形成了低熔点物 性.可见大量煤灰的带入与球团产生的粉末反应生 质(Ca0SiO,Fe0),形成液相，产生液相粘结；另一 成新的低熔点物质是形成球团表层熔融包裹物的物 方面在球团间的粘结部位有大量铁晶粒析出聚集长 质基础 大，形成金属铁相粘结，这与竖炉中还原球团粘结的 对1~3"熔融包裹物的显微结构进行分析，如 结论相似B0-别. 图4所示，图中a为金属铁（亮白色，片状、粒状），b 为了进一步查明结圈熔融包裹物及其低熔点物 为脉石（灰色，片状），c为孔洞（黑色，不规则），d为 质的具体物相组成，对熔融包裹物进行X射线衍射 低熔点物质（浅灰色，条状）.由图4(a)、(c)、(e) 分析，结果如图6所示.由图6可知，熔融包裹物的 可知，与结圈物包裹的还原球团内部疏松多孔的结 物相组成主要为金属铁、铁橄榄石、石英、钙铁辉石、黄柱成等: 某低品位铁矿回转窑还原结圈物特性及其形成机制 2. 2 熔融包裹物特性研究 由以上分析，还原球团表面形成的熔融包裹 物及其与球团之间的相互作用是造成结圈的主 要原因． 以下将分别从化学成分、软熔特性、显微 结构、结晶形态以及物相组成等方面对熔融包裹 物的特性进行研究． 将结圈物中球团间的熔融包 裹物剥离出来进行化学成分分析，结 果 如 表 6 所示． 表 6 包裹物的主要化学成分( 质量分数) Table 6 Main chemical composition of wrappage % 位置 FeO MFe SiO2 Al2O3 CaO MgO Na2O K2O 1# 4. 71 27. 71 50. 88 7. 19 5. 09 1. 27 1. 09 0. 65 2# 4. 83 27. 80 49. 53 7. 32 5. 12 1. 32 1. 10 0. 66 3# 4. 55 29. 90 44. 56 8. 20 8. 58 1. 36 0. 98 0. 62 由表 6 可知，熔融包裹物化学成分在不同位置 的变化规律与结圈物的一致，但 Al2O3和 CaO 含量 比结圈物( 见表 4) 本身高得多，可以推测煤灰分主 要分布在熔融包裹物中． 根据球团成分、煤灰成分 及熔融包裹物成分可以计算出各位置结圈熔融包裹 物的球团粉末与煤灰的质量比，分别为 1# 8∶ 2，2# 8∶ 2，3# 2∶ 1; 1# 和 2# 熔融包裹物掺入的煤灰变化不大， 而 3# 熔融包裹物掺入的煤灰大大增加． 另一方面， 熔融包裹物中的 MFe 含量普遍比结圈物本身高． 以上分析可知，不同位置熔融包裹物掺入的灰 分量也不一样，为了探究灰分掺入量对不同位置熔 融包裹物的软熔特性的影响，对熔融包裹物进行软 熔特性分析，结果如表 7 所示． 表 7 熔融包裹物软熔特性 Table 7 Softening--melting test results of the molten wrappage 位置 变形温度/℃ 软化温度/℃ 1# 953 1043 2# 951 1056 3# 932 1025 由表 7 可知，各位置熔融包裹物与相对应的结 圈物本身相比( 表 5) ，其软熔温度进一步降低，1# 熔 融包裹物的变形温度降低至 953 ℃，而 3# 熔融包裹 物的变形温度更是降低至 932 ℃，同时软化温度也 表现出相应程度地降低，其变化趋势与包裹物中 CaO、Al2O3和金属铁含量的变化存在明显的正相关 性． 可见大量煤灰的带入与球团产生的粉末反应生 成新的低熔点物质是形成球团表层熔融包裹物的物 质基础． 对 1# ～ 3# 熔融包裹物的显微结构进行分析，如 图 4 所示，图中 a 为金属铁( 亮白色，片状、粒状) ，b 为脉石( 灰色，片状) ，c 为孔洞( 黑色，不规则) ，d 为 低熔点物质( 浅灰色，条状) ． 由图 4( a) 、( c) 、( e) 可知，与结圈物包裹的还原球团内部疏松多孔的结 构不同，熔融包裹物微观结构非常密实，几乎没有孔 隙，并且熔融包裹物中的铁晶粒发育良好，铁晶粒尺 寸较球团内部明显增大( 见图 3) ，且基本集结成片 状． 从图 4( a) 、( c) 、( e) 还可以看出，脉石矿相与金 属铁相明显分离，脉石作为粘结相，将相邻的两球团 紧紧的粘结在一起，并且这种粘结是大面积粘结，而 铁晶粒正是沿着粘结部位聚集长大，形成的大尺寸 金属铁也使相邻球团紧密地粘结在一起，形成金属 铁相粘结，显然这种粘结更加致密、强度更大． 图 4 ( b) 、( d) 、( f) 是分别对应图 4( a) 、( c) 、( e) 中红色 边框中的区域放大显微结构图，由图 4 ( b) 、( d) 、 ( f) 可知，熔融包裹物中存在着大量浅灰色长条状低 熔点物质，且结圈物越接近窑壁，其熔融包裹物中的 低熔点物质越多，这与前面推测的结果一致． 对结圈熔融包裹物中的三种物相进行能谱分 析，如图 5 所示，以验证每种矿相，并确定每种矿相 的成分． 由图 5 可知，熔融包裹物中 A 点为金属铁相只 含有 Fe 元素，不含其他杂质，说明铁晶粒发育良好， 结晶程度高，形成一个整体，使得粘结强度高，B 点 为低熔点物质区域，含有 Fe、Ca、Si 等元素，容易形 成低熔点共晶系( CaO--SiO2 --FeO) ，并且掺入了少量 的 Al2O3、K2O、MgO 和 Na2O 等物质，这是大量煤灰 掺入导致的结果，而 C 点为脉石，这与前面分析的 结果一致． 因此，回转窑结圈行为过程中概括为两 个方面: 一方面 FeO 与脉石和灰分形成了低熔点物 质( CaO--SiO2 --FeO) ，形成液相，产生液相粘结; 另一 方面在球团间的粘结部位有大量铁晶粒析出聚集长 大，形成金属铁相粘结，这与竖炉中还原球团粘结的 结论相似［30--31］． 为了进一步查明结圈熔融包裹物及其低熔点物 质的具体物相组成，对熔融包裹物进行 X 射线衍射 分析，结果如图 6 所示． 由图 6 可知，熔融包裹物的 物相组成主要为金属铁、铁橄榄石、石英、钙铁辉石、 · 386 ·