摘要：为定量分析烧结过程中的聚结行为，本文采用热力学软件FactSage对不同碱度条件下熔体的组成及性质进行计算，并根据计算结果进一步得出了各条件下熔体的表面张力以及表观黏度，用于烧结矿致密化系数的计算。结果显示，随着碱度升高，熔体的表观黏度不断减小，在温度为1350℃时，表观黏度有最小值(0.114 Pa·s)；表面张力随碱度的升高而先减小后增大，在温度为1300℃时有最小值(约为0.32 N)。烧结矿的聚结行为受表观黏度与表面张力共同驱动，提高碱度有利于烧结过程的聚结行为，使得致密化系数增大，温度越高，致密化系数也越大。烧结试验表明，在碱度为1.85~2.25范围内，致密化系数与烧结矿孔隙率和转鼓指数有关联，致密化系数在一定程度上可以表征烧结矿强度的大小。

引言

烧结矿是高炉炼铁的主要原料，其结构可以分为两个部分：矿物成分和孔隙。普遍认为，烧结矿中的孔隙在高炉炼铁环节发挥重要作用：一方面，孔隙为反应物气体提供扩散路径；另一方面，孔隙也增大了反应面积。对烧结体孔隙与强度间关系的讨论，早在1953年，DUCKWORTH在研究报告中指出，对于一般烧结体，孔隙率的增大往往会使得其强度降低。于是，有学者开始研究铁矿石烧结过程中的孔隙形成机制，YANG等发现烧结矿中的孔隙主要在液相流动时、石灰石颗粒部位和焦炭颗粒燃烧后形成。另外，有研究结果证实孔隙对烧结矿质量参数有重要影响。因此，孔隙率可以表征烧结矿的强度大小，对于高炉生产的顺行与否有着重要意义。从烧结机理上来讲，烧结过程可以描述为扩散过程、黏性流动及冷凝的结果，而这些过程最终引起烧结矿的致密化。致密化行为是烧结矿孔隙演变的主要方式，是固相烧结和液相烧结两个阶段的结果。在烧结床中，主要的结构变化发生在熔体形成位置，这个过程通常被称为聚结，聚结过程非常复杂，受众多变量的控制。在烧结过程中，强化聚结过程将会形成更大更致密的烧结颗粒，从而改善高炉生产。

当前，烧结矿聚结过程的研究主要在液相流动性方面，系统流动性越高，烧结过程的聚结和致密性越好。王春来等通过试验，研究了在烧结中添加硼镁铁精粉对液相流动性的影响。杨双平等通过烧结杯试验，研究了矿粉中SiO2质量分数对液相生成及流动性的影响。康健等通过SEM-EDS、荷重软化熔滴等性能测定试验，研究了矿粉配比对混匀料液相生成的影响。试验结果表明，矿粉配比对混匀料液相生成行为有影响，进而影响烧结矿质量。此外，也有研究人员采用FactSage模拟计算，对烧结过程进行热力学分析，从化学平衡的角度探讨各因素对烧结过程的影响。吴胜利等采用FactSage热力学计算和微型烧结可视化试验方法，研究了固定CaO配比条件下铁矿粉的液相流动性及其主要的热力学液相生成特征的影响因素，KIMURA等利用化学平衡技术研究了不同氧分压下CaO-SiO-FeO-FeO2-Al2O3系统的相图，CHEN等研究了氧分压和添加Al2O3和MgO对FeOx-CaO-SiO2体系液相线的影响。翟晓波等以7种铁矿粉为研究对象，在试样测定两种氧分压下高温熔体流动行为的基础上，通过FactSage热力学计算、XRD矿相分析法及矿相数点法探究烧结高温熔体的流动行为，对烧结矿强度的影响。李小明等采用FactSage热力学软件研究了不锈钢酸洗污泥对铁矿粉烧结液相生成特性和CaO-SiO2-Fe2O3-Al2O3-MgO-CaF2体系液相分布的影响。通过FactSage研究了不同温度和碱度条件下烧结液相生成行为，结合熔体成分与性质，对烧结过程聚结行为作出了定量评估，得到了不同温度和碱度条件下的致密化系数，对于实际的烧结生产有着理论指导意义。但目前对于铁矿石烧结过程中的聚结行为研究相对较少，因为真实的烧结生产存在火焰前锋，熔体的数量与性质是火焰前锋处烧结反应的结果，对此进行测量较为困难。理论研究表明，聚结过程是表面力、黏性力、惯性力和重力的综合结果，其中惯性力和重力通常比表面力和黏性力小。尽管烧结是由各种反应的动力学控制，并且远离平衡，但是热力学分析可以提供关于熔体形成的有用输入，并且有助于理解与实际工艺条件的偏差。实践研究表明，原料结构、燃料质量、工艺操作、布料设备等均对烧结矿强度有不同程度的影响，通过优化原料结构、调整燃料粒度、精细化操作、工艺设备改造等方法能显著改善烧结矿转鼓强度。

因此，本文基于实际的烧结生产，通过FactSage对烧结过程中的熔体数量及性质进行计算，然后结合熔体的各项参数，得到不同温度和不同碱度条件下熔体的表面张力和与表观黏度值，根据致密化系数值的大小来定量描述烧结过程中的聚结行为程度，再结合烧结试验，评估计算所得的致密化系数与烧结矿孔隙率和转鼓指数间的关联。通过FactSage计算得到的致密化系数，对烧结矿孔隙率及转鼓强度的提前预估和评价，能为实际烧结配矿和生产过程提供优化指导。