第２８卷第５期　２００３年９月　烧　结　球　团　

Ｓｉｎｔｅｒｉｎ￣ａｎｄ　Ｐｅｌｌｅｔｉ￣ｒｍ　１３　

磁铁矿球团氧化机理的研究　郑红霞汪琦潘喜峰　（鞍山科技大学）　

摘要磁铁矿球团高温恒温氧化时，氧气向球团的扩散为限制性环节，低温恒温氧化　或升温氧化，球团内磁铁矿颗粒氧化为限制性环节。磁铁矿颗粒氧化按温度划分为两段，在　较低温度下主要是铁离子扩散，较高温度下氧离子扩散的扩散能力增强。　关键词磁铁矿球团氧化机理　

ｌ　刖　吾　关于磁铁矿球团的氧化机理，已有人做了　大量的研究工作，但是，至今仍未得到透彻的　阐明［０，　。一般认为，磁铁矿球团的氧化过程，　是层状地由表面向球中心进行，对氧化起主要　作用的不是气体氧向内扩散，而是铁离子和氧　离子在固相层内的扩散。磁铁矿的氧化随温度　的升高分为两个阶段进行，在低温时，Ｆｅ３０　先被氧化成７一Ｆｅ２０３，然．后随温度的升高最终　转变成ａ—Ｆｅ２０３。　本文通过对磁铁矿球团进行恒温和升温氧　化实验，得到与上述说法有所差异的结果。　２实验方法　２．１原料条件　实验所用原料为鞍山地区大孤山磁铁精　矿，其中　ＴＦｅ＝６４．１５％，ＦｅＯ＝２６．９８％。精　矿配２％膨润土，在　５００的圆盘造球机上造　球，制成粒径为４～５　ｍｍ、６～７　ｍｍ、８～９　ｍｍ、１０～ｌ１　ｍｍ和ｌ２～１３　ｍｍ生球，在１２０　℃的烘干箱内干燥２小时。　２．２实验设备和方法　实验在０５０的管式电炉内进行，干球用铁　铬铝丝吊篮吊入炉内，用感量为ｌ　ｍｇ的电子　天平连续称量球团的质量变化。　恒温实验温度范围为３００～９００　ｏｃ，温度问　收稿Ｈ期：２００３—０６—２３联系人：郑红设（１１４０４４）　辽宁鞍山科技大学材料科学与工程学院　隔５０℃；升温实验的升温速度为ｌ０℃／ｒａｉｎ；　氧化气体为空气，流量为５　Ｌ／ｒａｉｎ。　３实验结果　３．１等温实验结果　不同直径球团在５００℃、６ＯＯ一９ＯＯ℃的氧　化率曲线分别见图ｌ和图２。　

图１　５００℃下不同直径球团的氯化事曲线　

图２不同直径球团在６００～９００℃的氧化率曲线　对比图ｌ和图２的结果可见：　（ｉ）在６００　ｏｃ以下，不同粒径球团的氧化　率曲线几乎相同。　

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维普资讯 http://www.cqvip.com １４　烧　结　球　团　第２８卷第５期　（２）在６００℃以上，粒径为ｌ２—１３　ｍｍ大　球团的氧化速率明显低于粒径为４　５　ｍｍ的小　球团。　３．２升温实验结果　升温条件下，球团氧化率与温度的关系见　图３。由图３可见，大小直径球团的氧化曲线　近于重合。　

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圈３不同直径球团升温氧化率与温度的关系　球团氧化速度与温度的关系见图４。由图４　可见，氧化反应从３５０　左右开始。氧化速度　球团表层　曲线为双峰式，以８００℃左右为界，将球团矿　的氧化过程分为两个阶段。　‘窨　ｎｏ　×　瑙　图４升温实验时不同直径球团氯化速度与■度的关系　４结果分析　４．１磁铁矿球团氧化过程　磁铁矿球团的氧化反应为：　４Ｆｅ３０４＋０２－＊６Ｆｏｚ０３　（１）　对升温至７００℃的氧化球团取样进行矿相　分析，结果见图５。　

图５升温氧化至７００℃球团内矿相结构　Ａ—Ｆｅ２０３；Ｂ．Ｆ白０４；ｃ—铁橄榄石；Ｉ）＿一气孔；Ｅ．胶　

由图５可见，整个球团的氧化反应不是在　明显的界面上进行，而是在球团内各个颗粒上　同时发生。在每一个单个颗粒上，氧化反应由　表面向内部逐渐推进，具有明显的氧化反应界　面。因此，磁铁矿球团的氧化过程（见图６）为：　（１）氧气从气流向球面扩散；　（２）氧气从球面沿气孔向磁铁矿颗粒表面　扩散；　（３）氧气在颗粒表面吸附，电离；　（４）铁离子和氧离子在磁铁矿颗粒产物层　内扩散，　‘　

球团中心　（５）在颗粒内部的反应界面上进行氧化　反应。　

图６磁铁矿球团氧化反应模型　ａ一球团ｂ一单个磁铁矿颗粒　

维普资讯 http://www.cqvip.com ２００３年第５期　郑红霞等磁铁矿球团氧化机理的研究　１５　４．２磁铁矿球团氧化过程的限制性环节　在６００　ｃＩ＝以上恒温实验时，大直径球团的　氧化速率明显低于小粒径球团，这说明，在较　高恒温条件下，氧气从球面沿气孔向磁铁矿颗　粒表面的扩散成为反应的限制性环节。在　６００　ｃＩ＝以下恒温实验和升温实验时，大小直径　球团的氧化曲线近于重合，说明氧气的扩散对　氧化过程没有影响，磁铁矿颗粒的氧化成为反　应的限制性环节。　４．３磁铁矿颗粒氧化机理　升温实验时，磁铁矿球团氧化的限制性环　节是其内磁铁矿颗粒的氧化。因此，图４示出　的氧化速度曲线呈双峰式，在８００℃左右为界，　将磁铁矿颗粒的氧化过程按温度划分为两个阶　段，在这个界限温度上下，磁铁矿颗粒的氧化　机理不同。　般认为　］，磁铁矿颗粒的氧化符合化学　反应的吸附一扩散说。首先氧气被吸附在磁铁　矿颗粒表面，并且从Ｆｅ２　一Ｆｅ３　＋ｅ一的反应　中得到电子而电离成Ｏ　。Ｏ　一由颗粒表面向　Ｆｅ２０３／Ｆｅ３０４界面扩散，Ｆｅ３　由颗粒内部向　Ｆｅ２０３／Ｏ２界面扩散。　ＦｅａＯ４的氧化物Ｆｅ２０３有两种晶型结构［　］：　ａ－Ｆｅ２０３和７一Ｆｅ２０３。７一Ｆｅ２０３与Ｆｅ３０４晶型结　构相同，同属尖晶石型立方晶格，两者的晶格　常数也十分相近。而口一Ｆｅ２０３则属于刚玉型斜　方品格，品格常数比的Ｆｅ３０４小。因此，在温　度较低时，氧化反应为：　４Ｆｅ３０４＋Ｏ２－－Ｐ６Ｔ—Ｆｅ２０３　（２）　７－Ｆｅ２０３是准稳态氧化物，温度升高时，　易转变为ａ—Ｆｅ２０３　７一Ｆｅ２０３＂－＊ａ—Ｆｅ２０３　（３）　而温度较高时的氧化反应为：　４Ｆｅ３０４＋Ｏ２－￣６ａ－Ｆｅ２０３　（４）　氧化物层内氧离子和铁离子向相反方向扩　散，它们扩散的速率与离子半径和晶格结构有　关。Ｏ　一的半径（１．３２×ｌ０一　０　ｍ）比Ｆｅ２　（０．７５×１０一ｌｏｍ）和Ｆｅ３＋（０．６０×１０一　ｍ）的　半径都大，反应（２）进行时，Ｆｅ３０　晶格中有　

部分ＦｅＥ　转变为Ｆｅ３　，为了保证晶格的电中　性，同时出现了Ｆｅ２　空位。因此，在较低温度　下，磁铁矿氧化产物是７一Ｆｅ２０３时，主要是铁　离子在氧化产物层内是以不断产生空位，和不　断填充空位的方式扩散。Ｏ　一的半径大，它通　常是在晶格中以Ｏ２一逸出，放出电子变为半径　小的原子来进行扩散。但在较高温度下，反应　（３）和（４）进行时，晶格由尖晶石型立方晶　格转变为刚玉型斜方晶格，晶格中Ｏ２一逸出，　放出电子在晶格中流动，同时为了保证电中　性，出现了带正电荷的Ｏ　一空位，有利于氧离　子的扩散。　因此推断，磁铁矿升温氧化速度曲线呈双　峰式，氧化过程按温度的高低分为两部分的原　因是：在较低温度下，是铁离子在７一Ｆｅ２０３中　的扩散；在较高温度下，氧离子在口一Ｆｅ２０３中　的扩散能力增强，而且在７一Ｆｅ２０３转变成ｃｔ－　Ｆｅ２０３晶格时，晶格结构的变化使Ｆｅ２　、Ｆｅ３　有较大的移动，使氧化速度再一次增大。　

５结论　根据不同直径磁铁矿球团恒温和升温氧化　实验结果和氧化后球团的矿相结构分析得出，　磁铁矿球团的氧化过程如下：　（１）氧气从气流向球面扩散；　（２）氧气从球面沿气孔向磁铁矿颗粒表面　扩散；　（３）氧气在颗粒表面吸附，电离；　（４）铁离子和氧离子在磁铁矿颗粒产物层　内扩散；　（５）在颗粒内部的氧化反应界面上进行氧　化反应。　磁铁矿球团高温恒温氧化时，氧气向球团　的扩散为限制性环节，低温恒温氧化或升温氧　化时，球团内磁铁矿颗粒氧化为限制性环节。　磁铁矿颗粒氧化按温度可划分为两段，在　较低温度下主要是铁离子扩散，在较高温度下　主要是氧离子扩散。　

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维普资讯 http://www.cqvip.com １６　烧　结　球　团　Ｓｉｍｅｔｉｍｚ　ａｎｄ　Ｐｌｅｌｋｔｉ　啦　第２８卷第５期　

２００　年９月　

柳钢新建氧化球团工程的设计特点　刘树立　（长沙冶金设计研究总院）　

摘要介绍了柳钢新建１２０万ｔ／ａ链篦机一回转窑氧化球团工程的主要设计特点。该　工程是我国第一条自行设计、设备国产化和采用清洁气体能源的链篦机一回转窑生产线。它　的顺利投产，标志着我国炼铁炉料生产技术有了一个新的进步。　关键词氧化球团工艺链篦机一回转窑设计特点柳钢　

１　日ＩＪ　吾　柳钢新建氧化球团工程是柳钢为在“十　五”期间使钢产量达到年产３５０万ｔ所采取的　重大举措，其设计能力（一期）为年产酸性球　团矿１２０万ｔ，占地面积３．６×１０４　Ｉｎ　，实际投　资约１．５亿元。　该工程由长沙冶金设计研究总院设计，由　广西冶金建设安装公司主要负责土建施工和设　备安装。２００２年５月正式开工，２００３年５月１５　日点火烘窑，继而开始热负荷试车和试生产。　２００３年６月２５日第一批氧化球团出窑，全流程　贯通，第一批产品ＴＦｅ≥６５％，抗压强度≥２５００　Ｎ　球，达到设计指标。经过一个月多月的调　试和整改，於２００３年７月２９日正式投产。　收稿１３期：２００３—０８—０５联系人：刘树５￣（４１０００７）　湖南长沙冶金设计研究总院　本工程设计采用先进、成熟的链篦机一回　转窑生产工艺（见图１），设计作业率为８５％，　窑容积利用系数为７．０　ｔ／（Ｉｎ３·ｄ），该工艺对原　料的适应性强，产品质量好且均匀，能耗较　低，各项指标居国内先进水平。本文主要介绍　该工程的设计特点。　

２工艺设计主要特点　２．１原料部分　２．１．１铁精矿的受卸与堆存　为了保证球团生产稳定、均匀的原料供　应，在柳钢圈定的原１号焦炉的场地（位于球　团车间西侧，紧临球团车间）设计建有一精矿　料场。考虑到南方多雨潮湿的气候，料场设有　屋顶。　按１２０万ｔ／ａ酸性氧化球团的生产规模，　铁精矿年需要量～１２０万ｔ（干量），因此原料　场的年供料能力按１　３５万ｔ／ａ（湿量）设计。　

参考文献　ｌ　Ｋｕｒｔ　Ｍｅｙｅｒ，Ｐｅｌｌｅｔｉｆｉｎｇ　ｏｆ　ｌｒｏｎ　Ｏｒｅｓ，Ｓｐｒｉｎｇ－Ｖｅｒｌａｇ　Ｂｅｒｌｉｎ　Ｈｅｉ—　

ｄｅｌｂｅｒｇ　Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ，１９８０　

２肖琪．团矿理论与实践．长沙：中南工业大学出版社，１９８９　３黄希祜．钢铁冶金原理．北京：冶金工业出版社，１９９０　

ＮＩＳ　ｏＦ　Ｏｘ　ＯＦ　ＩＧＮ唧眦　ＺｈｅｎＨｏｎｇ￣ａ　ｅｔ　ａ１．　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ａｔ　ｈｉｇｈｅｒ　ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｔｉｔｅ　ｐｅｌｌｅｔ　ｉｓ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　ｏｆ　ｏｘｙｇｅｎ　ｉｎｔｏ　ｐｅｌｌｅｔ．Ａｔ　ｌｏｗｅｒ　ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ　ｏｒ　ｎｏｎ—ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｔｉｔｅ　ｇｒａｉｎｓ　ｉｎ　ｐ．ｎｅｔ　ｉｓ　ｌｉｍｉｔｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ　ｒｅａｃｔｉｏｎ．Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｔｉｔｅ　ｇｒａｉｎｓ　ｉｓ　ｄｉｖｉｄｅｄ　ｉｎｔｏ　ｔｏｗ　ｓｔａｇｅｓ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ａｎｄ　ｉｒｏｎ　ｉｏｎ　ｄｉｆｆｕｓｅｓ　ａｔ　ｌｏｗｅｒ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｏｘｙｇｅｎｉｃ　ｉｏｎ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ　ａｔ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．　Ｘｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｍａｇｎｅｔｉｔｅ，ｐｅｌｌｅｔ，ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ