摘  要：以包钢含氟烧结矿的粘结相为研究对象，考察了粘结相的物性随粘结相组成的变化规律。通过改变粘结相的碱度及MgO、CaF₂和FeO的含量研究了不同成分粘结相的熔化特性及其熔化后对Fe₃0₄的润湿性。研究结果表明：碱度变大，MgO含量增加使粘结相的熔化温度升高，润湿角增大；CaF₂和FeO能降低粘结相的熔化温度和润湿角。

关键词：烧结矿；粘结相；熔化温度；润湿角

    由于铁精矿自身特性各不相同，其在烧结过程中的高温行为和作用亦有差别，会形成不同的粘结相，直接影响烧结矿的产、质量。如，包头钢铁股份有限公司(以下简称包钢)的铁精矿含有氟，而成品烧结矿中的氟主要集中到粘结相中。因此，研究粘结相与铁矿物之间的润湿性，对改善烧结配料具有重要的指导意义。

    本试验针对含氟粘结相与磁铁矿间的润湿性进行研究，探讨了二元碱度(CaO／SiO₂)、MgO、CaF₂以及FeO对粘结相熔化特性及其对Fe₃O₄润湿角的影响，并比较了硅酸盐粘结相与铁酸钙粘结相熔化特性和润湿性的差别。

1  试验方法

    采用炉渣熔点测定仪(图1)，根据试样的形态考察粘结相的熔化特性并采集不同温度下的照片，测得粘结相对Fe₃O₄的润湿角。

    用EPMA确定包钢烧结矿中粘结相的成分，用分析纯化学试剂配制试验用试样，试样成分示于表1，并用模具制成Ø3 mm×3mm的试样。

    试验中采用的Fe₃0₄垫片是经过高压烧结得到的，用分析纯的Fe₃O₄化学试剂，先在压强为30MPa的条件下制成~10 mm×3 mm的试样，然后通纯氮气保护，加热到1 450℃，恒温120 min。将烧结后的Fe₃O₄垫片表面抛光，制成Ø10 mm×1．5 mm的光片。

    当炉温升至600℃时，将试样送入炉内，开始熔化特性的测定，计算机自动采集图片，并记录试样的收缩率、温度和时间。根据国家标准GB／T2191996《煤灰熔融性的测定方法》和保护渣熔点的测定方法，定义粘结相收缩30％时的温度为软化温度(St)，50％为半球温度(Ht)，80％为流动温度(Ft)。为防止粘结相中的FeO和Fe₃O₄垫片被氧化，试验过程中炉内通纯N₂保护。

    粘结相熔化后对Fe₃O₄的润湿角采用圆弧切线作图法测量。考虑到烧结过程中料层温度的不均匀性，试验中测量记录了粘结相在半球温度和流动温度下对Fe₃O₄的润湿角，并比较了不同粘结相润湿性的差别。

在烧结过程中，粘结相具有较低的熔化温度(St，Ht，Ft)有助于液相的形成，液相量适当增加有利于提高烧结矿的强度。同样，粘结相对未熔铁矿物具有较好的润湿性会提高粘结相与铁矿物间的粘结强度，进而提高烧结矿的强度。

2  结果与讨论

    用分析纯的化学试剂CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO、CaF₂、FeC₂O₄·2H₂O，配制不同的粘结相见表1。

2．1  碱度对粘结相熔化温度和润湿角的影响

    根据质量百分比(％)进行配料，得到3种不同碱度的粘结相，见表1中1～3组，试验中记录3种粘结相的熔化过程和熔化后对Fe₃O₄的润湿情况，见图2和图3。

    不同碱度粘结相的熔化温度示于表2。采用圆弧切线作图法对图2结果进行测定，得出各粘结相在不同温度下的润湿角，见图3。

    由图2和图3可见，不同碱度的粘结相，熔化温度随碱度的增加而升高，润湿角随碱度的增加而变大，不利于粘结相对Fe₃O₄的润湿。

2．2 MgO的影响

    不同MgO含量粘结相的熔化过程示于表3。同理，采用圆弧切线作图法，可得出MgO含量对粘结相润湿性的影响，示于图4。

    由表3和图4(a)可见，随着MgO含量的增加，MgO与CaO、SiO₂生成熔化温度较高的钙镁橄榄石矿物，阻碍了低熔化温度矿物钙铁橄榄石的生成，使粘结相的熔化温度升高口，润湿角随碱度的增加而变大。因而，MgO含量的增加不利于粘结相对Fe₃O₄的润湿。

2．3 CaF₂的影响

    不同CaF2含量粘结相的熔化过程示于表4。同理，采用圆弧切线作图法，可得出CaF2含量对粘结相润湿性的影响，示于图4(b)。

    由表4和图4(b)可见，添加CaF₂，粘结相的熔化温度显著降低，润湿角明显变小。CaF₂是较强的表面活性物质，降低了熔融粘结相的表面活化能，有利于粘结相在Fe₃O₄表面的扩散，从而提高粘结相与Fe₃O₄之间的粘结强度。而CaF₂对环境保护有负作用，从环境保护方面应尽量降低氟含量，且有资料表明，粘结相中氟的质量分数超过2％，烧结矿中会生成较多的枪晶石，降低烧结矿的强度。

2．4  FeO的影响

    不同FeO含量粘结相的熔化过程示于表5。同理，采用圆弧切线作图法，可得出CaF₂含量对粘结相润湿性的影响，示于图4(c)。

    由表5和图4(c)可知，添加FeO，粘结相的熔化温度降低，润湿角变小，有利于粘结相对Fe₃O₄的润湿。FeO的质量分数由3．85％增至7．53％时，粘结相的熔化温度和润湿角变化不大。烧结矿中FeO含量增加必将提高烧结能耗，并降低烧结矿的还原度。因而，烧结过程中应适当控制FeO的含量。

    综上可知，随碱度和．Mg()含量的增加，含氟粘结相的熔化温度升高，润湿角变大；添加CaF2和FeO使粘结相的熔化温度降低，润湿角变小。

    试验研究表明合适的粘结相：碱度为1．18，MgO的质量分数为0．28％，CaF2的质量分数为4．42％，Fe0的质量分数为3．85％。

2．5含氟粘结相和铁酸盐粘结相对磁铁矿的润湿性的对比

    为了比较试验得出合适的含氟粘结相与铁酸盐粘结相对磁铁矿的润湿性，配制了两种铁酸盐化合物的粘结相(表6)，铁酸盐化合物的熔化过程示于表7；同理，采用圆弧切线作图法，3种粘结相对Fe3O4的润湿性示于图5。

    表7和图5表明，3种粘结相的熔化温度：含氟粘结相>CaO·FeO·SiO₂>CaO·Fe₂O₃；润湿角：CaO·Fe₂ O₃<含氟粘结相·FeO·SiO₂。CaO·FeO·SiO₂和CaO·Fe2O3是烧结矿中粘结相的组成矿物之一。它们都是化合物，有固定的熔点且较低，分别为1 280℃和1 216℃。根据本试验配料和试验条件，所配粘结相中会有部分CaO·FeO·SiO2生成，但同时生成CaAlz Si₂ 0₈(1 550℃)、Ca₂SiO₂(2130℃)、Ca₂MgSi₂0₇(1 454℃)等矿物，且后者的熔点要高于前者。试验表明，添加CaF。显著降低这种复杂硅酸盐粘结相的熔化温度和润湿角。

    但在CaO·FeO·SiO₂中FeO质量分数为38．3％，远高于所配粘结相中FeO的质量分数3．85％，所以CaO·FeO·SiO₂的熔化温度要低于含氟粘结相，但FeO含量过高，反而不利于对Fe304的润湿。

    因此，包钢条件下含氟粘结相的润湿性要优于CaO·FeO·SiO₂粘结相，但形成液相的能力和润湿性要低于CaO·Fe2O3。

3  结论

    (1)碱度(CaO／SiO₂)升高，MgO含量增加使粘结相熔化温度升高，润湿角增大，不利于粘结相对Fe₃O₄润湿。

    (2)添加CaF₂和FeO能降低粘结相的熔化温度和粘结相对Fe₃O₄的润湿角，其中CaF₂效果更明显。

    (3)本试验研究表明合适的粘结相：碱度(CaO／SiO₂)为1．18，MgO的质量分数为O．28％，CaF2质量分数为4．42％，FeO质量分数为3．85％。

    (4)包钢条件下含氟粘结相的润湿性要优于CaO·FeO·SiO₂粘结相，但形成液相的能力和润湿性要低于CaO·Fe₂ O₃。

(1．东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳110004；2．包头钢铁股份有限公司，内蒙古包头014010)