2.2碱度对混匀料熔体黏度的影响

通过Factsage中“Viscosity”计算板块对5组试样熔体在不同温度下的黏度进行了计算，并通过公式（7）计算得出相应的表观黏度值，结果如表8所示。

表8不同碱度及温度条件下熔体黏度的变化

由表8可知，当碱度从1.85增大到2.25时，相同温度下熔体的黏度（mu_M）变化很小，而随着温度升高，熔体的黏度显著减小。当温度从1200℃提高到1250℃时，表观黏度显著减小，而当温度继续增加时，表观黏度稍有减小。这主要是由于温度升高导致更多的熔体形成（固体分数S降低），而根据公式（7）可知，对于两相（液-固）系统，熔体占比增加，固体颗粒占比（S）减小，会使得其表观黏度显著减小；但当S较低时（如1350℃），其对mu_{App}相对变化的影响减小。表观黏度也随着碱度提高而减小，这主要是碱度提高增大了同温度下液相的生成量（降低了S），从而使得表观黏度减小。表观黏度减小，使得熔融混合物的流动性更好，利于烧结矿的致密化。

2.3碱度对混匀料熔体表面张力的影响

由物理化学可知，表面张力指的是液相自主收缩其表面的力，在烧结过程的聚结行为中，表面张力是推动聚合的主要驱动力。表面张力的大小主要取决于液相的物质组成，与熔体中表面活性物质的多少密切相关。

组试样在不同温度下的表面张力计算结果如图3所示。

图3不同碱度条件下烧结矿表面张力与温度的关系

由图3可知，在温度为1200~1300℃时，熔体的表面张力急剧减小（主要源于初始阶段液相量快速增加及表面活性物质的作用）；随碱度的升高，熔体表面张力先减小后增大（如1250℃、1300℃），整体趋势是碱度增大表面张力略增。当温度为1300~1350℃时，熔体的表面张力趋于稳定并略有上升（固相减少，液相占比增大到主导地位），碱度升高时，表面张力增加（可能与熔体组成变化有关，如CaO、MgO相对增加）。由前文可知，约在1140℃液相生成，随着温度继续升高，质点的热运动和质点的间距增加，作用力减弱，同时熔体中的Fe₂O₃、SiO₂等表面活性物质相对富集，熔体的表面张力减小。当温度上升到1350℃时，高熔点MgO因形成液相量增加而部分进入熔体，同时熔体中适量的MgO可使周围的O²⁻被Mg²⁺吸引，减小熔体表面聚集的O²⁻，使熔体的表面张力有所降低；但与Fe₂O₃、SiO₂相比，其含量相对较少，故其影响被整体液相占比增大和成分变化所部分抵消，在1350℃时，熔体的表面张力相比1300℃时稍增大或趋于稳定。

2.4碱度对烧结矿致密化的影响

在烧结过程中，熔体表面张力是主要驱动力，而熔融混合物的表观黏度是主要阻力。因此，这两个因素是定量分析烧结过程中聚结行为的关键。根据公式（5），并参考文献[17]中A和E的拟合值（A=1，E=1为简化表征，实际计算中按该假设进行相对值比较），计算得到了不同碱度及温度条件下烧结矿的致密化系数F_{Den}，结果如图4所示。

图4不同碱度条件下致密化系数与温度的关系

由图4可知，在1200~1350℃内，对于任一固定温度点，随着碱度升高，烧结矿致密化系数均增大。对于任一固定碱度点，随着温度升高，致密化系数也显著增大。这主要源于公式（5）中，F_{Den}与sigma_M^{1.5}/mu_{App}^{2}成正比（分母部分sqrt{rho g}变化相对较小）。温度升高导致mu_{App}显著降低（主导因素）和sigma_M在初期也降低（1200°C→1300°C），共同促使F_{Den}大幅提升。碱度增加导致mu_{App}显著降低是F_{Den}增大的主因。虽然在1300~1350℃区间内sigma_M因熔体组成变化趋向稳定或微增，但此区间mu_{App}下降非常显著（见表8），远超过sigma_M变化的微小影响，因此致密化系数在1350℃时达到最大值。聚结行为在更高温度和更高碱度下更为剧烈。

2.5致密化系数与烧结矿孔隙率及强度的关系

为了探究本试验中得到的致密化系数与烧结矿强度的关系，通过烧结杯试验，研究了碱度为1.85~2.25范围内烧结矿孔隙率及转鼓指数的变化，试验方案如表3所示，通过压汞仪测量烧结矿的孔隙率，试验结果如表9所示，不同碱度条件下烧结矿致密化系数与孔隙率的关系如图5所示。

表9烧结杯试验结果

从表9可以看出，在碱度为1.85~2.15范围内，随着碱度的提高，烧结矿的孔隙率呈不断降低趋势，其转鼓指数不断增大，烧结矿强度增大。当碱度达到2.25时，相比前一碱度2.15，孔隙率略有增加，转鼓指数稍有下降。原因可能是当碱度逐渐提高超过一定值（>2.15），烧结矿内逐渐产生更多硅酸二钙晶型转变引起的气孔与微裂纹，透气性反而略有提高，孔隙率反弹微升。

由图5可知，通过计算所得的烧结矿致密化系数与试验所测量的孔隙率呈现显著的负相关趋势（碱度在1.85~2.15区间，两者同向变化；在2.15~2.25区间，致密化系数持续上升而孔隙率略有反弹但仍在较低水平）。与表9中转鼓指数在碱度2.25时微降相对应，也说明极高碱度可能带来负面影响。总体而言，致密化系数增大，烧结矿孔隙率降低，烧结矿结构更致密。转鼓指数（代表强度）的结果（表9）也印证了这一点：致密化系数越高的烧结矿（对应更高的碱度和/或更高的温度），其强度（转鼓指数）也越高（碱度从1.85升至2.15）。虽然碱度2.25时致密化系数仍最高（图4，1350°C时），但烧结矿实际结构可能受高碱度下矿相变化（如1500℃的硅酸二钙相变，即使在冷却后效应仍存在）的影响，孔隙率微升，强度微降。这表明评估烧结矿聚结行为程度的致密化系数可以在很大程度上定量地表征烧结矿的强度和微观结构（孔隙率）特征。

结论

烧结过程中，理论初始液相生成温度在1138~1139℃附近，且理论初始液相生成温度随碱度的提高而稍有降低；随着温度升高，液相生成量增多，尤其在温度高于1250℃后增长加快。

熔体的表观黏度(mu_{App})随碱度的增大而显著减小，在同温度下（如1350℃）碱度为2.25时mu_{App}最小(0.114 Pa·s)。mu_{App}随温度升高而急剧减小，当温度从1200℃提高到1250℃时，mu_{App}下降幅度最大。

熔体的表面张力(sigma_M)随温度升高（1200~1300℃）而减小，在1300℃附近达到最小值(约0.32 N)；之后（1300~1350℃）趋于稳定或略有回升。sigma_M随碱度增大表现出先减小后增大的趋势（以1250℃、1300℃为例），但整体上，较高碱度下sigma_M略高于较低碱度。

烧结矿的聚结行为（致密化）受表观黏度(mu_{App})与表面张力(sigma_M)共同驱动，但mu_{App}的降低是主导因素。提高碱度（降低mu_{App}）和升高温度（大幅降低mu_{App}和初期降低sigma_M）均有利于强化聚结过程，使得致密化系数(F_{Den})显著增大。

在碱度为1.85~2.25范围内，烧结试验表明，致密化系数与实测孔隙率呈现显著的负相关关系（F_{Den}越大，孔隙率越小）。致密化系数与烧结矿的转鼓指数（强度）在碱度1.85~2.15范围内呈正相关（F_{Den}越大，强度越高）。在碱度提高至2.25时，虽然计算F_{Den}继续增大，但实际烧结矿受高碱度下矿相变化（如硅酸二钙晶型转变）影响，孔隙率微升，强度微降，表明优化碱度在2.15附近为佳。

致密化系数能够定量地表征烧结矿聚结致密化行为程度，与烧结矿的孔隙率及强度紧密关联。通过FactSage计算熔体特性预测致密化系数，可预判不同碱度和温度组合下的烧结矿微观结构与强度趋势（高碱度区需考虑实际矿相变化的潜在影响），为优化烧结配矿和生产操作（碱度控制、燃料配比调控温度等）提供理论依据和实践指导。