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巴西矿和澳矿的烧结性能试验探讨

孙恺，李福民，陈伟，伊凤永，吕庆

(河北联合大学冶金与能源学院，河北 唐山 063009)

摘 要：采用微型烧结法对河北钢铁集团常用进口铁矿粉的烧结基础性能进行了测试，并与单烧矿质量进行了对比分析。结果表明：巴西矿粉的同化性能差，黏结相强度高；澳洲矿粉的同化性能好，黏结相强度差。SiO2质量分数高、Al2O3质量分数低的进口赤铁矿，其液相流动性强，SiO2质量分数高的进口赤铁矿的复合铁酸钙(SFCA)生成能力强。矿粉的黏结相强度高，其单烧矿的转鼓指数较高；SFCA生成能力适宜，其烧结成品率较高；同化性能强，其单烧矿的还原性较强。

关 键 词：铁矿粉；烧结性能；化学成分；烧结矿质量

铁矿粉的烧结性能对烧结过程及烧结矿质量有非常重要的影响，通过配矿提高烧结矿质量或降低生产成本已经成为钢铁企业铁前工作的重点。烧结基础性能主要描述铁矿粉在烧结过程中的高温行为和表现，对烧结矿质量具有重要的影响。铁矿粉的同化性过高或过低，液相流动性过大或过小，均对烧结不利；而黏结性强度越高对提高烧结矿质量越有利；铁酸钙是高碱度、高铁低硅烧结矿的主要黏结相，其生成量和结构影响着烧结矿质量，复合铁酸钙(SFCA)是烧结矿中最优的黏结相[1-6]。一些学者通过对烧结基础性能的研究，运用互补配矿原则探索出了各企业烧结生产常用进口粉的适宜配比范围，得到了很好的应用[7-9]。

近年来，由于产能不断扩大，河北钢铁集团对国外矿粉的依赖程度不断增加。为了降低成本，企业将一些未知的铁矿品种大量引入生产实践，带有很大的盲目性；另外，市场价格波动大导致烧结用铁矿粉的品种变化频繁，给炼铁生产带来不利的影响。因此，针对河钢集团常用铁矿粉的烧结性能进行研究，系统总结各种矿石的优缺点并与烧结矿质量建立联系，指导烧结配矿，对于提高生产效益是非常必要的。

1 试验方法

选取河钢集团常用的进口铁矿粉进行试验，矿粉的化学成分见表1，其中A、B、C矿的产地为巴西，D、E、F矿的产地为澳大利亚。

采用TSJ-3型微型烧结设备对铁矿粉的同化性和液相流动性及黏结相强度进行测定，试验方法参见文献[4]～[6]。在1250℃、碱度4.0的条件下测定液相流动性；在1280℃、碱度2.0的条件下测定黏结相强度。铁酸钙生成能力的试样制备与黏结相强度试样的制备方法相同。将烧结后试样破碎、研磨成小于0.050mm(300目)的粉末，取2g具有代表性试样与作为内标法参比标样的金红石(配比为10%)混匀，进行X射线衍射分析。通过XRD-QAMS软件和相关数据库分析衍射数据，计算出烧结矿内的矿物组成及质量分数，如赤铁矿、磁铁矿、铁酸钙、硅酸钙等[10-11]。

2 测试结果及分析

2.1 同化性能

各种铁矿粉的最低同化温度如图1所示，澳洲D、E、F矿的同化性能强于巴西A、B、C矿，检测结果与其他学者的研究结果一致[1，4，9]。

D矿的同化温度最低，同化性能最强。由于D矿是典型的澳大利亚褐铁矿，晶粒细小且为豆状结构，烧损最高，结晶水和碳酸盐的分解使矿粉结构疏松，加大了反应接触面积，加快了Ca2+和铁矿物离子的相互扩散，使反应进行较快，有利于大量低熔点化合物的快速生成[9]。E矿、F矿的同化性能较强。

由于这2种矿是澳大利亚的半褐铁矿，晶粒细小、结构疏松、烧损较高。但这2种矿的Al2O3质量分数较高[9]。B矿、C矿的同化性能较弱。这2种矿是巴西的赤铁矿，晶粒粗大、结构致密，烧损较低，同化性能比澳洲褐铁矿及半褐铁矿相差较多。

A矿的同化性能最弱。由于A矿的结构最为致密，反应物的扩散难度大，且脉石主要为以石英形式存在，游离态的SiO2对低熔点液相生成不利[9]。

2.2 液相流动性

铁矿粉的液相流动性测试结果如图2所示。流动性较强的矿粉有A矿、B矿、D矿。这些矿粉的SiO2质量分数较高，Al2O3质量分数较低。SiO2是烧结液相生成的基础，矿粉的SiO2质量分数高，有利于烧结液相的形成，从而增大液相的流动性。

Al2O3属于高熔点物质，导致液相的黏度增大，故高Al2O3质量分数的矿粉一般具有较低液相流动性的倾向[5]。D矿的脉石以黏土形式存在，其反应活性高，也可提高铁矿粉的液相流动性[12]。C矿、E矿、F矿的液相流动性较差。这些矿粉的SiO2质量分数较低，其中E矿、F矿的Al2O3质量分数较高。

此外，C矿的脉石中含有三水铝石，导致液相黏度的增加，流动性较差[12]。

2.3 SFCA生成能力

各种矿粉的SFCA生成量如图3所示，试验所用外矿粉SFCA生成能力均较强。应当指出，由于微型烧结所用CaO为纯试剂，反应性好，且测试过程中温度严格控制在低温烧结范围内，SFCA生成能力测试结果要高于实际生产中的SFCA生成能力。A矿、B矿、D矿的SFCA生成能力强，说明这3种矿的液相生成量大，与液相流动性测试结果一致。

3种铁矿的SiO2质量分数较高，在相同碱度的情况下，CaO的配加量也较高，CaO与Fe2O3接触的概率较大，有利于生成SFCA。

C矿、E矿、F矿的SFCA生成能力相对较弱。3种矿粉的SiO2质量分数较低，E矿、F矿的Al2O3质量分数较高，有利于SFCA的生成，因此E矿、F矿的SFCA生成能力强于C矿。

2.4 黏结相强度

铁矿粉黏结相强度的测试结果如图4所示。由图4可知，C矿的黏结相强度较高，因为C矿的同化性较为适宜，且烧损较低，烧结试样中的孔洞较少。

此外，C矿的SiO2含量较为适宜，Al2O3含量较低，这些因素利于提高黏结相强度[13]。A矿、B矿、E矿、F矿的黏结相强度居中。

A矿、B矿烧损较低，但同化性能较差，且由于它们的液相流动性过强，烧结试样出现了薄壁大孔结构；E矿、F矿的同化性和液相流动性均较为适宜，但2种矿属于半褐铁矿，烧损较高，容易使黏结相形成裂纹和内部残留气孔[7]，且2种矿的Al2O3质量分数较高。综合以上各种因素，这4种矿黏结相强度居中。D矿的黏结相强度最低。D矿为典型的褐铁矿，烧损大；同化性能和液相流动性都过强，这些因素都不利于提高黏结相强度。

2.5 单烧矿的质量

铁矿粉单烧矿的质量及冶金性能如表2所示。

由表2可知，测试结果与前人的研究结果较为接近[14-16]。铁矿粉的烧结基础特性对烧结矿质量的影响关系如下。

1)A矿、B矿、C矿的转鼓指数较好，这3种矿粉的黏结相强度也较高。说明矿粉的黏结相强度高，其单烧矿的转鼓指数也较高。在烧结生产中，可以通过提高黏结相强度高的矿粉配比提高烧结矿的转鼓强度。

2)同化性强的D矿、E矿、F矿的垂直烧结速度较高。同化性能强的矿粉生成初始液相温度低，利于提高垂直烧结速度。

3)同化性能强的D矿、E矿、F矿的低温还原粉化性能及中温还原性均较好。而同化性较差的A矿、B矿则较差。这是因为结构致密矿粉的同化性较差，结构致密矿粉的低温还原指数一般也较差。另外，同化性能强矿粉烧结的初始液相为铁酸钙系，这种黏结相具有较好的还原性。生产中可适当提高同化性能强的矿粉配比，来改善烧结矿的低温还原性粉化性能及中温还原性。

4)SFCA生成能力过强的A矿、B矿、D矿的成品率相对较低。因为对于进口赤铁矿和褐铁矿，铁酸钙系为主要黏结相，SFCA生成能力过强，其液相流动性也一般较高，导致烧结料熔融带过厚，影响料层的透气性，从而降低产量。根据测试结果，对于SFCA生成能力较强的进口赤铁矿及褐铁矿，SFCA生成能力的适宜范围为25%～45%。

5)综合矿粉的各种指标，C矿、E矿的单烧矿质量较好。C矿、E矿的同化性、液相流动性、SFCA生成能力均较为适宜，且黏结相强度比其他矿粉高。由此可见，烧结基础性能适宜矿粉的单烧矿质量及冶金性能较好。

3 结论

1)巴西矿粉的同化性能差，黏结相强度较高，单烧矿的转鼓指数较好，还原性较差。

2)澳洲矿粉的同化性能好，黏结相强度较差，单烧矿的转鼓指数较差，还原性较好。

3)对于进口赤铁矿，SiO2质量分数高、Al2O3质量分数低的矿粉的液相流动性强。SiO2质量分数高的矿粉的SFCA生成能力强。

4)铁矿粉的烧结基础性能适宜，其单烧矿的质量及冶金性能较好。矿粉的黏结相强度高，其单烧矿的转鼓指数较好；矿粉的同化性能强，其单烧矿的还原性较强，矿粉的SFCA生成能力适宜，其单烧矿的成品率较高。

参 考 文 献：

[1]   吴胜利，刘宇，杜建新，等.铁矿石的烧结基础特性之新概念[J].北京科技大学学报，2002，24(3)：254.

[2]   Hsieh L H.Effect of Raw Material Composition on the Sintering Properties[J].ISIJ Int，2005，45(5)：551.

[3]   Wu S L，Kasai E，Omori Y.Effect of the Constitution of Granules on Coalescing Phenomenon and Strength After Sintering[C]∥ Proceedings of the 6th International Iron and　Steel Congress.Nagoya：ISIJ，1990：15.

[4]   吴胜利，刘宇，杜建新，等.铁矿粉与CaO同化能力的试验研究[J].北京科技大学学报，2002，24(3)：258.

[5]   吴胜利，杜建新，马洪斌，等.铁矿粉烧结液相流动特性[J].北京科技大学学报，2005，27(3)：291.

[6]   吴胜利，杜建新，马洪斌，等.铁矿粉烧结粘结相自身强度特性[J].北京科技大学学报，2005，27(2)：169.

[7]   王跃飞，吴胜利，韩宏亮.高褐铁矿配比下提高烧结矿产质量指标[J].北京科技大学学报，2010，32(3)：292.

[8]   马蕾，曹丽华，裴生谦，等.烧结常用进口粉基础性能研究与应用[J].河北冶金，2011(8)：3.

[9]   阎丽娟，吴胜利，尤艺，等.各种铁矿粉的同化性及其互补配矿方法[J].北京科技大学学报，2010，32(3)：298.

[10]   尚海艇，郭兴敏，周国治.X光衍射法对铁酸钙矿物的定量分析[C]//2003中国钢铁年会论文集.北京：中国金属学会，2003：366.

[11]   郭兴敏，彭新，沈红标，等.一种高碱度烧结矿主要矿物自动识别与定量方法：中国，CN1945298B[P].2010-06-09.

[12]   赵志星，裴元东，潘文，等.首钢铁矿粉的高温特性影响因素分析[J].钢铁，2010，45(12)：12.

[13]   李光森.粘结相对烧结矿强度的影响机理及其合理组分的探讨[D].沈阳：东北大学，2008.

[14]   王国华，赵育新，张怀春，等.CVRD矿粉在唐钢炼铁厂北区烧结生产实践[J].冶金标准化与质量，2006，44(2)：52.

[15]   毛艳丽.巴西Vale典型富矿粉特点及其烧结技术措施[J].冶金丛刊，2009(1)：41.

[16]   许满兴，臧桂兰.配加进口矿粉烧结矿的冶金性能[J].烧结球团，1995，20(6)：7.