SFCA系粘结相的物理化学性质及还原机制的基础研究

It’s inevitable for the productivity and quality of sinter to be affected with the complication and diversification of iron ore resources. How to improve the reducibility, permeability of cohesive zone, utilization of bosh gas, and eventually reduce energy consumption and CO2 emission? This has become a key problem in blast furnace ironmaking field, and also become a social issue. In order to improve the sintering quality, it is necessary to focus on the bonding phase (basically sillico-ferrite of calcium and aluminum, shorten as SFCA). But the basic physical chemistry properties of SFCA have not been clear so far. Therefore, based on two priority areas in "13th Five-Year" development planning of the National Science Foundation of China, "low carbon ironmaking" and "key metallurgical thermodynamic data", the applicant hopes to focus on the SFCA from complicated sintering process, and investigate the basic physical chemistry properties of SFCA, including the crystal structure, synthesis methods, sintering characteristics, and reduction mechanism of SiO2-Fe2O3-CaO-Al2O3 system and its sub-system. Thermodynamical phase diagram analysis and kinetic model building will be used combined with modern measurement methods, so that the thermodynamic data on fluidity and surface tension of SFC can be determined, and the dominant phase diagram and reducing model of SFCA will be built. Then high-effective reduction and low-carbon ironmaking may be achieved. The investigation results of this project will form a set of scientific theory on mineralogy and reduction of SFCA.

随着矿石来源的复杂化和多样化，烧结矿产质量势必会受到影响。改善烧结矿还原性能，提高软熔带透气性和煤气利用率，从而降低能耗和CO2排放，是高炉炼铁领域面临的必须解决的技术难题和社会问题。要想提高烧结矿质量，必须从铁酸钙粘结相入手，但铁酸钙本质的物理化学性质和还原机制尚不明确。结合国家自然科学基金“十三五”发展规划中的两项优先发展领域：“低碳炼铁”和“冶金关键物化数据”，申请人拟将复合铁酸钙从复杂的烧结矿体系中提炼出来，针对SiO2-Fe2O3-CaO-Al2O3（SFCA）系及其子系统展开研究，包括矿物结构分析、制备方式、物理化学性质、还原机制等。采用相图热力学分析、动力学建模与现代测试技术相结合的方式，确定SFCA流动性和表面张力等冶金关键物化数据，建立SFCA的热力学优势区域图和还原速率模型，实现高效还原和低碳炼铁。课题研究成果将有助于形成一套科学完整的复合铁酸钙矿物学理论及其还原理论。

随着矿石来源的复杂化和多样化，烧结矿产质量势必会受到影响。改善烧结矿还原性能，提高软熔带透气性和煤气利用率，从而降低能耗和CO2排放，是高炉炼铁领域必须解决的技术难题和社会问题。要想提高烧结矿质量，必须从铁酸钙粘结相入手，即铁氧化物与含CaO等熔剂（石灰石、生石灰等）合理的矿化，形成液态粘结相，将其它矿物粘结在一起。本项目针对SiO2-Fe2O3-CaO-Al2O3（SFCA）系及其子系统展开研究，包括矿物结构分析、制备方式、物理化学性质、还原机制等。首先，采用相图热力学分析、动力学建模与现代测试技术相结合的方式，明确了不同组成的SFCA的流动性和表面张力等物理化学性质，为铁酸钙理论提供关键物化数据。然后，解明了不同组成的SFCA的还原机制，了解其还原过程的中间产物，以此来绘制SFCA还原过程的优势区域图，并建立了SFCA还原的动力学模型，为铁矿石还原提供理论依据。最后，在SFCA四元系铁酸钙粘结相的物理化学性质和还原机制研究的基础上，将基础理论的研究成果应用于实际的烧结生产中，有效解决了“低价低质量的铁矿原料生产高质量的烧结矿”这一技术难题。本项目的研究内容及成果提高烧结矿质量，改善烧结矿的还原性能和高炉透气性，提高煤气利用率，从而降低炼铁生产的能源消耗和CO2排放量，实现低碳炼铁的绿色发展目标。在本项目资助下，负责人独立出版专著1部；发表带基金资助标注的论文28篇，其中SCI检索20篇，中文核心期刊8篇；申请发明专利7件，授权发明专利3件；参加会议30余次，做与本项目成果相关的会议报告9次；培养博士研究生2名（已毕业）、硕士研究生9名（已毕业）；获省部级奖励3项、其它奖励2项。