摘要 本文采用正交实验方法研究了铁料、碱度、燃耗和水份对强度的影响，并应用光学显微镜、X射线衍射仪对烧结矿进行组织和相结构分析，探讨其与烧结矿强度的相关性。结果表明：烧结矿中形成熔蚀结构和粒状结构有助于强度的提高，而生成较多的铁铝酸镁、含镁钙铁辉石和钙铁榴石，以及烧结矿形成斑状结构、骸晶结构和析出磁铁矿二次枝晶对强度不利。

关键词 烧结矿 相结构 转鼓指数

1    引言

     烧结矿是由不同组织和不同结构的凝块物质组成的体系，作为高炉炼铁基本原料之一，其质量的好坏对高炉炼铁起着至关重要的作用。强度是烧结矿的主要质量指标，它的大小取决于烧结矿的组织结构，高强度的烧结矿可以显著改善高炉冶炼工艺。

    目前对烧结矿强度的研究主要集中在原料成分和工艺变化上，而从组织结构方面深入论述烧结矿强度的文献较少。早期的研究认为：铁酸钙是最佳的粘结相，在赤铁矿烧结过程中，针状铁酸钙粘结残留多孔赤铁矿组成的非均质结构是最优的，而在磁铁矿烧结过程中，铁酸钙与磁铁矿形成交织熔蚀结构的强度较高；玻璃质和硅酸钙粘结相的强度较差，与磁铁矿形成斑状结构时对强度极为不利。基于铁酸钙的粘结性能最优，国内外对其形成机理进行了研究，结果表明：较低的烧结温度是生成铁酸钙，特别是针状铁酸钙的关键。本文以上述研究为基础，结合水城钢铁公司现行原料和烧结工艺，探讨烧结矿强度与组织结构的关系。在实际生产中，可根据原料的特点，采用相应的工艺措施来控制烧结矿的组织结构，提高其强度。

2    试验

根据水城钢铁公司现行原料和工艺，合理搭配国外和国内铁矿石进行试验。试验用铁料、燃料、熔剂的化学组成成分如表l所示。

    以铁料、碱度、燃耗、水份为因素，应用L₁₈(6×3³)正交实验表进行试验。

    铁料中C矿、D矿、E矿和返矿的配比(％)分别固定为3、8、6和20；富矿粉、A矿和B矿的配比总量为53，富矿粉取23、26、29、32、35、38六个水平，A矿取6、12、18三个水平，B矿取9、12二个水平；白云石配比固定为6％；通过改变石灰石的用量调整二元碱度为1．84、1．97、2．10倍；燃料的配比(％)为6．0、6．5、7．0；水份(9，5)为7．0、7．5和8．0。

    采用ф145×560mm的烧结杯试验，料层高540mm，压料20mm，点火温度132350K，点火时间1min，点火段抽风负压6000Pa，烧结段抽风负压11000Pa。在冷却段，当废气温度降至433K时，停止抽风。然后烧结饼做落下试验、筛分粒级和转鼓试验。各试验号的烧结矿试样经粗磨、细磨和抛光制成矿相试样，另将部分烧结矿试样粉碎成200目的粉末样，应用光学显微镜、X一射线衍射仪分析烧结矿的组织结构。化学分析确定各试样的FeO含量及化学成分。

3    结果及分析

    试验结果及烧结试样的化学成分参见表2。将转鼓指数进行极差和折算极差分析，结果如表3所示。显然，铁料搭配对烧结矿强度的影响较大，碱度和燃耗对其影响相当，水份对强度的影响较小。

3．1铁料搭配对烧结矿强度的影响

    由表2和3可以看出，烧结矿的强度随原料中FeO含量(即A矿用量)的增加略有升高。原料中FeO含量较低时，在烧结过程中Fe₂O₃较易保持原始形态，并能与CaO生成铁酸钙粘结相；当原料中FeO含量较高时，Fe₂O₃可能会被还原成Fe₃O₄或富氏体FexO，与SiO₂生成较多的铁橄榄石，降低形成硅酸钙和玻璃质的倾向，同时，粒度细的A矿用量较高，促使液相量增多，烧结矿结构较均匀(如图1a所示)，较多的板状铁酸钙与Fe₃O₄形成熔蚀结构，而玻璃质与磁铁矿形成粒状结构，强度较高。

    当FeO含量在4．54～5．56%时，形成了较多的铁铝酸镁(MgAl_0.2Fe_1.8O₄)、含镁钙铁辉石(Ca(Fe，Mg)Si₂O₆)和钙铁榴石(Ca₃Fe₂(SiO₄)₃)，强度较低，同时液相的流动性变差，粗矿粒的同化作用降低，铁酸钙的生成量减少，玻璃质和硅酸钙大量形成，且分布不均(如图1b所示)，局部呈现薄片状，后结晶的玻璃质充填在磁铁矿中形成骸晶结构，析出磁铁矿二次枝晶，会造成楔形应力集中，产生或助长原有裂纹扩展，致使强度较低。

3．2碱度对烧结矿强度的影响

  烧结矿强度随碱度的升高而增加(参见表3)，碱度为2．10时强度较高。碱度高配人的石灰石多，混合料的造球效果增强，熔体中的CaO含量高，向Fe₂O₃的渗透点多，升温速度与CaO和Fe₂O₃的矿化速度一致时，产生铁酸钙类低熔点化合物较多，冷却时铁酸钙迅速以针状、板状大量结晶，与呈半自形和他形晶的磁铁矿紧密接触，形成镶嵌牢固的交织熔蚀结构，显微结构网络成整体，使磁铁矿的固结能力增强，烧结矿强度较高；先结晶出的磁铁矿内部会生成少量的铁酸钙，对强度的影响不大。而在碱度较低时，铁酸钙的生成量减少，玻璃质和硅酸钙增多，与磁铁矿会形成较多的斑状结构，且Al₂O₃在玻璃质中聚集，会降低玻璃质的断裂韧性，强度较低。

3．3燃耗对烧结矿强度的影响

    烧结矿强度随燃耗的增加而降低，燃料配比为6．0％时，强度较高(参见表3)。燃耗较低烧结温度降低，利于较多的铁酸钙生成，磁铁矿结晶不充分而多呈晶粒较小的他形晶(如图2a所示)，与大颗粒磁铁矿相比具有更好的强度，板状铁酸钙与磁铁矿形成交织熔蚀结构，强度较高；在孔洞周围温度较高、冷却速度较快的区域，先结晶的棒状铁酸钙与后凝固的玻璃质形成不规则的层状结构，棒状铁酸钙起到钢筋骨架的作用，加固了玻璃质而抑制裂纹的扩展，可以改善强度。

    燃耗高时，会使烧结温度过高，燃烧带加宽，烧结矿过熔，会生成大量的硅酸盐熔体，冷却后与自形程度较高的磁铁矿形成较均匀的斑状结构(如图2b所示)，局部磁铁矿形成较少的连晶和形成骸晶结构，对强度不利。

3．4水份对烧结矿强度的影响

    水份在7．0％时，烧结矿的强度较高，随水份的增加，强度降低(参见表3)。原料中配水可增强制粒效果，改善料层的透气性，对一定的原料有其合适的添加量。混合料中水份较多时，在烧结过程中会使料层的过湿现象严重，其下部呈现稀泥状，使透气性急剧变差，还原气氛加剧，不利于下层烧结矿中铁酸钙的生成，使烧结矿中玻璃质和硅酸钙增加，与磁铁矿形成致密的斑状结构和骸晶结构，使烧结矿强度变差。

4  结论

    (1)磁铁矿和针状、板状铁酸钙形成交织熔蚀结构，棒状铁酸钙和玻璃质形成层状结构，对烧结矿强度的提高有利。

    (2)烧结矿中生成较多的铁铝酸镁、含镁钙铁辉石和钙铁榴石对强度不利。

    (3)烧结矿中自形程度较高的磁铁矿与玻璃质、硅酸钙形成斑状结构，以及骸状结构和磁铁矿二次枝晶的形成，对强度的提高不利。