酸化ペレットは良好な機械的強度と冶金的特性を有し、高炉製鉄に不可欠な高品質の装入物となっている。しかし、磁鉄鉱精鉱の国内供給不足により、多くの国内製鉄所は輸入ヘマタイトを使用して酸化物ペレットを製造している。ヘマタイトペレットはマグネタイトペレットに比べ、焙焼温度が高く、焙焼範囲が狭い（1300℃～1350℃）ため、圧縮強度が低い。また、酸性のヘマタイトペレットは冶金的性質が悪い。その中でもスペキュラライトは重要なヘマタイトの一種であり、ペレットの焙焼性能と冶金的性質は通常のヘマタイトペレットより悪い。
研究者は、ヘマタイトを使用して高強度酸化ペレットを製造する方法について多くの研究を行ってきた。酸化ペレットを調製するためにヘマタイトにマグネタイトを添加することで、予熱焙焼温度を効果的に低下させ、予熱焙焼ペレットの圧縮強度を高めることができることが研究で示されている。
国内のペレット工場では、一般にヘマタイトとマグネタイトを使用して高強度ペレットを製造しているが、ヘマタイトの比率が高くなるとマグネタイトを添加する効果が大幅に弱まる。フラックスペレットを製造するためにCaOフラックスを添加すると、低温でより高い機械的強度と優れた還元性を得ることができるが、高温リフロー性能は低く、還元膨張は深刻である。初期の研究では、ペレットにMgOを添加することで、還元膨張率を低減し、高温リフロー性能を改善できることが示されている。
現在、スペキュラライトペレットの強度および冶金特性に及ぼすアルカリ度とMgO含有量の影響、特にペレットの冶金特性に及ぼすアルカリ度とMgOの影響に関する報告は比較的少ない。したがって、この論文は、スペキュラライトペレットの強度と冶金特性に及ぼすアルカリ度とMgO含有量の影響を研究することは、ペレットの焙焼を改善し、高炉製鉄を強化するために重要な理論的価値がある。
原材料の特性と研究方法
この実験で使用した原料は、ブラジル産スペキュラライト、ベントナイト、石灰石、マグネサイトである。ブラジル産スペキュラライト、石灰石、マグネサイトは比較的粒度が粗いため、実験室でボールミルを用いてペレット製造に必要な粒度と比表面積に粉砕する。シュピーゲライトは鉄の品位が高く、粘結鉱物やその他の有害な不純物が少なく、高品質のペレット原料である。石灰石とマグネサイトはSiO2含有量が低く、他の有害不純物が少ない。これらは高品質のカルシウムマグネシウムフラックスです。
試験に使用したバインダーは高品質のナトリウム系ベントナイトであり、その指標は以下の通りである：モンモリロナイトの含有量は92.76％、膨潤量は20mL/g、2時間後の吸水率は342％、-0.074mmの含有率は100％に達する。
実験研究には、バッチ処理、混合、グリーンボール調製、グリーンボール乾燥、ドライボール予熱焙煎、焙煎ペレット性能試験の工程が含まれる。完成ペレットのSiO2含有量は3.1%にコントロールする。完成ペレットのアルカリ度とMgO含有量は石灰石とマグネサイトの添加により調整し、アルカリ度とMgO含有量の変化が焙焼ペレットの圧縮強度、還元度、還元膨張、低温還元粉砕、高温軟化溶融特性に及ぼす影響を調べた。影響について検討した。
テスト結果と影響分析
\圧縮強度と空隙率に及ぼすアルカリ度とMgOの影響\ペレットの圧縮強度は、ペレットの輸送・貯蔵過程や還元炉内での耐圧力を反映する重要な指標である。大型高炉では、ペレットの圧縮強度が2500N/個以上必要です。
天然MgO含有量では、ペレットの圧縮強度はまずアルカリ度の増加とともに増加する。アルカリ度が0.2まで上昇すると、ペレットの圧縮強度は天然アルカリ度の2400N/個から3,500N/個まで上昇し、0.4に達すると、ペレットの圧縮強度はもはや上昇しない。これは、カルシウムフェライトやケイ酸カルシウムのようなCaO、Fe2O3、SiO2のアルカリ度の増加によるものである。適切な液相はヘマタイトの再結晶を助長するが、多すぎる液相はペレットの圧縮強度の向上に寄与しない。天然アルカリ性下では、MgO含有量の増加とともにペレットの圧縮強度が低下する。これは、マグネサイトがペレットの予熱・焙焼中に分解し、ペレットの気孔率が増加するためである。
アルカリ度とMgOが協働する場合、同じMgO含有量のもとでは、焼成ペレットの圧縮強度に対するアルカリ度の効果は、自然のMgO含有量のもとでのペレットの圧縮強度に対するアルカリ度の効果、すなわちペレットの圧縮強度に対するアルカリ度の効果と基本的に同じである。強度はまずアルカリ度の増加とともに増加する。アルカリ度がある値に達した後、ペレットの圧縮強度はもはや著しく増加しない。同じアルカリ度の下で、ペレットの圧縮強度はMgO含量の増加とともに減少するが、これはMgO含量が増加するにつれて、ペレットの気孔率が増加し、同時にMgOがスラグ相に進入してガング鉱物の融点を上昇させ、液相の形成に一定の阻害作用を及ぼすためである。試験結果によると、アルカリ度が0.2以上の場合、アルカリ度とMgO含有量の異なるスペキュラライトペレットの圧縮強度は2500N/個以上に達する。
フラックスの量が増えると、予熱焙煎中にフラックスが分解して残る気孔も増加する。フラックスの添加は、ペレットの化学組成や鉱物組成に影響を与えるだけでなく、ペレットの構造や気孔率にも影響を与える。これは、ペレットの圧縮強度と冶金的特性にある程度影響を与える。
還元度に及ぼすアルカリ度とMgO含有量の影響。還元度（RI）は、高炉還元帯の温度・雰囲気条件下での鉄鉱石からの酸素除去の傾向や難易度を評価する重要な指標である。鉄鉱石の還元度に影響を与える因子としては、粒度、気孔率、鉱物組成および構造、ならびにギャング鉱物の組成などが挙げられる。
天然アルカリ性と天然MgO含有量を持つ酸性ペレットの還元度は低く、わずか62.22%.MgOの含有量が増加すると、還元度は増加する。MgOの含有量が3.0%の場合、ペレットの還元度は68%に達することができます。MgOの含有量がアルカリ度を高めると、スペキュラライトペレットの還元度は大幅に向上します。アルカリ度が1.2に増加すると、ペレットの還元度は72.82％に上昇する。これは、石灰石の添加によりペレットの空隙率が増加すると同時に、CaOがFe2O3と反応して還元されやすいカルシウムフェライトを形成するためである。
アルカリ度とMgOが一緒に作用する場合、同じアルカリ度の下では、MgO含有量の増加とともにミラーライトペレットの還元度は増加し、同じMgO含有量の下では、アルカリ度の増加とともに還元度は増加する。
アルカリ度が1.2%、MgO含有量が3.0%になると、ペレットの還元度は76.94%と高くなる。94%.これは、マグネサイトがペレットの予熱・焙焼時の気孔率も高め、MgOがスラグ相や浮遊体の融点を高めることができるため、還元時に溶けにくく、ペレットの気孔が溶けないためである。充填して高い気孔率を維持し、ガス拡散を助長する。
還元膨張に及ぼすアルカリ度とMgO含有量の影響。
天然のMgO含有量の下では、鏡面石ペレットの還元膨張率は、最初に増加し、次に減少し、アルカリ度は0.4から0.6の間で最大値に達し、最大値は32％と高い。
これは、ペレットに添加されたCaOのごく一部がFe2O3と反応してカルシウムフェライトを生成し、そのほとんどがスラグ相に入るためである。還元されない場合、スラグ相はCaO-SiO2二元系で支配される。アルカリ度が0.5%から70%であり、これはメタケイ酸カルシウム(CaOSiO2)とSiO2の二元共晶点組成の間隔であり、その低温共晶点は1436℃であるが、還元条件下ではFeOの添加により、このスラグ相はCaO-SiO2-FeOの三元系スラグとなる。このスラグ系では、CaOとSiO2の比率は変化しない。スラグ相の融点は、FeO含有量の増加に伴い急激に上昇する。純粋な3元系スラグでは1093℃と低く、低融点スラグ相はペレットの還元膨張を悪化させるだけである。
天然アルカリ性下では、MgO含有量の増加とともにペレットの還元膨張率は若干低下するが、明らかではない。これは天然アルカリ性とSiO2含有量が90%のときの融点が1700℃の天然MgOペレットスラグ相によるものである。MgOの添加により、スラグ相はMgO-SiO2二元系に支配されるが、その低温共晶温度も低い。1543°C.アルカリ性とMgOが協働する場合、ペレットの還元膨張率に対するアルカリ性の効果は、同じMgO含有量の下では、基本的に天然のMgO含有量と同じである。MgOを添加すると、MgOがスラグ相に溶融してスラグ相の融点が上昇する。同時に、スラグ相の融点もスラグ相中のMgOによって上昇する。
したがって、同じアルカリ性の下では、MgOの含有量を増やすことで還元膨張を抑えることができる。
酸化ペレット中のヘマタイトの体積膨張は、マグネタイトとフロータイトに還元される。この膨張は主に、ヘマタイトがマグネタイトに還元される際の結晶構造の変化によるものである。ペレットの還元膨張率は、ギャング組成と、ヘマタイト粒子の還元によって発生する応力に耐えるスラグ相の能力に関係する。
高融点スラグ相は還元過程で溶けにくく、高い強度を維持することでペレットの還元膨張率を効果的に抑えることができるが、低融点スラグ相はペレットの還元膨張率を悪化させる。
ペレットの還元膨張率は20％以下が通常の膨張範囲に属し、スペキュラライトペレットのアルカリ度は0.2以下1.0以上の範囲で管理する。
しかし、一般的な工業生産では、ペレットの還元膨張率を15％以下に制御することが要求される。SiO2を3.0%~3.1%含む天然アルカリ性の鏡面石ペレットの場合、還元膨張率は15%未満であり、還元度は62.2%に過ぎない。2%.アルカリ度を上げて還元度を向上させる場合、アルカリ度を下げる必要がある。増加度が1.0でMgO含有量が3.0％の場合、またはアルカリ度が1.2でMgO含有量が1.0％以上の場合のみ、還元膨張率を15％以下にすることができる。
低温還元粉砕におけるアルカリ度とMgO含有量の影響。低温還元粉砕(RDI)は、ペレットを高炉または直接還元シャフト炉の上部で400℃から600℃の温度範囲で還元する際に、ペレットが粉末を生成する傾向を反映する。低温還元粉砕の主な理由は、ヘマタイトがマグネタイトに還元される際の結晶構造の転換による体積膨張と格子歪みである。
ペレットを予熱・焙煎する際に形成される主な結合方法は3つある：
酸化鉄の再結晶、ケイ酸塩結合、フェライト結合。
中でもヘマタイトの再結晶結合は最も一般的で強力であるが、ヘマタイトは還元条件下では極めて不安定であるのに対し、ヘマタイトがマグネタイトに還元されるとケイ酸塩結合相を維持することができる。変化する。
そこで、フラックスを添加することで、この均一分布を大きくし、低温還元条件下でも安定した結合相を維持することが可能となり、ミラーサイトペレットの低温還元・粉砕を抑えることができる。
天然アルカリ性と天然MgO含有量を持つペレットは、主にヘマタイト固相拡散圧密であり、ケイ酸塩結合相は少ない。そのため、低温還元時に多くの粉が生成され、そのRDI-3.15mm値は12.75.%.天然MgO含有量では、アルカリ度が0.2に上昇し、ペレット低温還元粉砕率RDI-3.15mm値は0.52%まで急速に低下し、アルカリ度は上昇を続け、RDI-3.15mm値は基本的に約0.5%に維持された。これは、CaOの添加により、予熱・焼成時の低温還元時に安定なケイ酸塩液相を多く形成させることができ、ペレットの低温還元粉砕率を低下させる目的が達成されたためである。
天然アルカリ性下で、MgOの含有量を増加させると、ペレットの低温還元率と粉砕率、RDI-3.15mmはすべて3.0%以下に低下する。アルカリ度とMgOが一緒に働くと、RDI-3.低温還元粉砕のペレットのRDI-3.15mm値は低い。RDI-3.15mmはアルカリ度の増加とともに減少し、MgOの含有量の増加とともにわずかに増加する。これはMgOが液相ケイ酸塩の形成を妨げるためである。
リフロー特性に及ぼすアルカリ性とMgO含有量の影響。ペレットの溶融特性は、高炉下部の軟質溶融帯におけるペレットの生成とその性能を反映することができる。チャージのリフロー特性は、高炉の操業により大きな影響を与えます。ペレットの軟化温度が低く、リフロー間隔が広く、高炉下部のリフロー帯の通気性が悪くなり、還元ガスと装入物の対流が助長されず、還元工程に重大な影響を与える。
天然アルカリ度と天然MgO含有量の酸性ペレットは1009℃で軟化を開始し、滴下温度は1272℃である。天然MgO含有量では、アルカリ度は1.2に増加し、ペレットの軟化温度は1034℃に増加し、軟化間隔および軟化間隔は狭くなり、滴下温度も1299℃に増加する。アルカリ度が1.2の場合、MgO含有量を増やすと軟化開始温度とドリップ温度を上げることができる。MgO含有量が1.0％の場合、ペレットの軟化温度は1072℃まで上昇し、ドリップ温度は1319℃に達し、MgO含有量は増加し続け、ペレットの軟化温度は上昇しない。さらに増加すると、ドリップ温度は上昇している。
ペレットのリフロー特性は、主に還元時に生成するフス テライトやスラグなどの低融点液相に影響される。酸性ペレットの高温リフロー特性が悪いのは、主に還元過程におけるFeOに富むカンラン石スラグ相の融点が低いためであり、MgOを添加することでスラグ相の融点を上昇させることができる。高融点の固溶体の形成は、ペレットの高温リフロー特性を改善する役割も果たす。
