碳酸鈣礦石晶粒尺寸與其受熱后狀態(tài)的關系研究
魏海平
摘 要: 碳酸鈣礦石是煉鋼造渣中常用的礦石類型之一，為研究不同尺寸的碳酸鈣礦石晶粒和其加熱后的變化狀態(tài)之間的關系，對幾種不同晶粒的碳酸鈣礦石的晶粒尺寸、碎裂程度和煅燒后體積密度、活性度等要素進行了研究。
關鍵詞: 碳酸鈣礦石 晶粒尺寸 煅燒 煉鋼 活性度 孔徑
1 碳酸鈣礦石晶粒煅燒反應
含有方解石和冰洲石的石灰原料在現(xiàn)代鋼鐵冶煉中得到廣泛應用并創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益，但這些礦石原料經(jīng)過高溫加熱粉化率高，難以產(chǎn)生粉化率較低且強度高的活性石灰，有學者提出利用氧氣轉爐和石灰石煉鋼，可以提高二氧化碳的利用率，降低煉鋼造渣量，具有較好的節(jié)能環(huán)保作用。有些富含碳酸鈣的礦石生產(chǎn)出的石灰強度較低，利用轉爐可以提高碳酸鈣礦石的使用率，提高產(chǎn)品的強度和石灰活性，但不同尺寸的碳酸鈣礦石晶粒經(jīng)過煅燒加熱后的破碎程度、活性和孔徑等具有一定的差異，本文重點針對不同尺寸的碳酸鈣礦石晶粒受熱變化情況進行研究，了解碳酸鈣晶粒尺寸對煉鋼造渣的影響。下文對碳酸鈣礦石晶粒受熱進行研究。本次研究中需要取 6 份不同尺寸產(chǎn)自吉林、南寧等方解石和冰洲石作為碳酸鈣礦石晶粒作為研究樣本，并按照以下方法進行研究: ( 1)利用 X 射線熒光光譜分析。6 種碳酸鈣礦石晶粒的成分，確定物種碳酸鈣樣本具有相同的 Ca C 成分，本文中研究使用的碳酸鈣晶粒樣本中的 Ca O 含量都在 55% 左右。( 2) 計算礦石晶粒尺寸。需要先將碳酸鈣礦石晶粒進行切割打磨，通過掃描照鏡和顯微鏡圖像分析軟件測量碳酸鈣晶粒尺寸，并計算出碳酸鈣晶粒尺寸的平均值。( 3) 碎裂性實驗。將不同尺寸的碳酸鈣晶粒取相同的量，用天平稱重后在馬弗爐中煅燒，溫度控制在 1150℃ 左右，煅燒一小時后冷卻稱重，區(qū)分不同尺寸下的碳酸鈣礦石晶粒的顆粒碎裂度和質量分數(shù)。( 4) 礦石煅燒后微觀結構研究。按照石灰生產(chǎn)條件和煅燒要求選擇尺寸 25 毫米左右的碳酸鈣礦石晶粒作為研究樣本，在馬弗爐中煅燒一小時，受熱溫度控制在1150℃ ，等待冷卻后將煅燒后的礦石磨制成相同體積的柱形結構，并用壓泵儀測量樣品的孔徑、密度和孔隙率等微觀結構數(shù)據(jù)。( 5) 礦石煅燒后活性研究。將 5 種礦石破碎為 4 毫米左右粒徑大小的顆粒，在馬弗爐內(nèi)煅燒十分鐘，煅燒溫度保持在 1100℃ ，之后篩選出 1 ～ 5 毫米顆粒大小的礦石進行活性研究。
2 碳酸鈣礦石晶粒受熱研究結果
(1) 礦石煅燒碎裂程度比較。本實驗中采用的 6 種不同礦石在煅燒前后的碎裂程度如下表中顯示:
經(jīng)過掃描電鏡照片和顯微鏡圖像分析軟件對 6 種礦石的碳酸鈣礦石晶粒尺寸進行計算，經(jīng)過煅燒后的礦石碎裂程度統(tǒng)計表中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，碳酸鈣礦石晶粒的尺寸越大，煅燒之后礦石的碎裂變化越明顯，因為在礦石晶粒中含有的碳酸鈣含量越大，受熱時產(chǎn)生的二氧化碳含量越高，釋放的二氧化碳對晶粒有一定的壓力，對煅燒后的石灰顆粒的破壞力增加，可見在實際生產(chǎn)中選擇晶粒較小的碳酸鈣礦石粉化率較低，可以有效地提高石灰的利用率，節(jié)約礦石資源減少二氧化碳的排放量。(2) 礦石煅燒后的活性比較。試驗中將 6 種礦石在 1100℃ 高溫環(huán)境下煅燒十分鐘，在進行礦石活性檢測，得到的礦石晶粒尺寸和煅燒后的活性值之間的關系圖如下所示:
從圖中可知礦石晶粒的尺寸增加時煅燒后的活性度也隨之增加，用轉爐直接加熱碳酸鈣礦石進行造渣時，碳酸鈣礦石的顆粒越大，轉爐內(nèi)的石灰活性度越高。本次實驗中使用的 6 種礦石經(jīng)過尺寸研究確定了各種礦石晶粒的尺寸大小，雖然選用的礦石都是石灰石或者方解石，但不同產(chǎn)地的礦石含有的碳酸鈣成分具有細微差異，碳酸鈣礦石的平均粒徑差異較大。從石灰石和方解石的熔渣表面融化的實驗中可以看出，碳酸鈣礦石的尺寸越大，高溫煅燒時更容易爆裂，能夠幫助 Ca O 在熔渣過程中快速溶解，而且碳酸鈣礦石的晶粒尺寸越大，煅燒后越容易破裂，經(jīng)過煅燒后粒徑大的礦石得到的石灰孔容較大，礦石的體積密度較小，且礦石孔隙率、平均孔徑較大，礦石晶粒內(nèi)部較為疏松，熔渣過程中更容易發(fā)生反應，晶粒具有較高的活性度，可見碳酸鈣礦石晶粒的尺寸對煅燒后晶粒的孔隙率、平均孔徑、體積密度等參數(shù)有直接的聯(lián)系，對礦石晶粒的活性度和煅燒碎裂程度的變化狀態(tài)聯(lián)系緊密。
3 結束語
本文為了研究不同晶粒的碳酸鈣礦石對造渣的影響，選擇了 6 種不同的碳酸鈣礦石進行實驗，通過壓泵、掃描電鏡分析、煅燒等實驗，分析不同尺寸的碳酸鈣礦石晶粒對礦石煅燒后的碎裂程度、體積密度、孔隙率和活性之間的關系，實驗結果證明碳酸鈣礦石晶粒尺寸對礦石受熱后的反應狀態(tài)之間有著之間的聯(lián)系，粒徑越大煅燒后的礦石活性度越高。
來源：中國知網(wǎng)
