摘  要  邢钢烧结矿的低温还原粉化指数(RDI_+3.15)低于球团矿的RDI_+3.15.通过其化学成分、还原性和气孔率、固结形式及矿物组成等方面的分析认为，固结形式及矿相组成是主要原因，气孔率是次要原因，生产工艺的不同是它们的决定因素。由于球团矿的RDI_+3.15高和品位高，因此提高球团矿人炉的比例，可提高炉料的综合人炉品位，也可改善高炉上部的透气性。

关键词  烧结矿  球团矿  RDI_+3.15  固结形式  矿物组成

1  前言

    随着邢钢高炉容积的不断扩大，烧结矿的球团矿的需求量越来越大，同时对它们的RDI指数的要求也越来越高。如何提高RDI指数提高高炉的透气性是摆在我们前面的一个重要课题。多使用烧结矿还是球团矿对高炉更有益也是一个需要考虑的问题。为此在技术中心试验研究室对烧结矿和球团矿的RDI指数进行了高温性能检测和矿物组成鉴定。

2   低温还原粉化指数(RDI_+3.15)的检测

    按GB／T13242—9l《铁矿石低温粉化试验静态还原后使用冷转鼓的方法》标准的要求进行铁矿石低温还原粉化性能测定。将粒度为10～12．5mm的烧结矿500g试样装入还原炉内，试样温度达500℃时恒温30min，然后通人20％CO+20％CO₂+60％N₂的混合气体(15L／min)，恒温还原60 min后，停混合气单通N₂冷却至室温，取出试样称重(m_DO)，然后将试样装入￠130×200mm的标准转鼓内，以30±1转／分的速度转动10分钟，将试样从转鼓中取出用6．3、3．15和0．5 mm的方孔筛过筛称量各粒级筛上的试样质量记为m_D1、m_D2和m_D3。低温还原粉化指数(RDI_+3.15)=(m _D1+m_D2)／m_DO×l00％。

    在对烧结矿和球团矿的RDI_+3.15。检测中，球团矿的RDI_+3.15明显高于烧结矿的RDI_+3.15表l是某一阶段的检测结果。

3  球团矿RDI_+3.15高于烧结矿RDI_+3.15的分析

3．1烧结矿和球团矿化学成分

从表2中可以看出烧结矿中的FeO含量高于球团矿中的FeO含量。烧结矿中的FeO含量主要取决于烧结过程中的燃料用量。烧结矿的形成主要是靠燃料的燃烧使烧结料产生液相而互相粘结在一起。如果燃料用量过大(FeO含量过高)，容易造成烧结矿变脆，同时由于铁酸钙的分解造成铁酸钙含量减少，并生成强度差的铁酸二钙和2CaO·SiO₂，造成烧结矿强度降低，可能引起烧结矿的RDI变差。

    从表2可以看出，球团矿中的SiO₂含量高于烧结矿中的SiO₂含量。球团矿中的SiO₂是以硅酸盐粘结相的形式存在，硅酸盐的熔点和强度比较高，因此球团矿的RDI比较高。

3．2烧结矿和球团矿的气孔率和还原

    在低温还原粉化试验开始，向烧结矿料层通入还原气时，那些可接触到还原气的赤铁矿颗粒(如在烧结矿颗粒表面的或环绕着大的开气孔的周围的赤铁矿晶粒)先被还原。但是由于这种烧结矿的粘结相的断裂韧性较弱，所以，赤铁矿还原在它上面所造成的裂纹较长。随着赤铁矿还原反应的进展，裂纹端部应力强度增加，使裂纹进一步扩展，而且由于粘结相的断裂韧性不同，烧结矿中裂纹长大速度亦不相同。粘结相较弱的烧结矿，其裂纹较早延伸到附近的赤铁矿晶粒。另外，裂纹还起到还原气通道的作用，使还原气能渗透到烧结矿中原来接触不到的地方。当第二颗赤铁矿晶粒开始还原时，裂纹扩展便有了更多的能量。总的来说，

由于粘结相脆弱的烧结矿中，第二颗和第三颗赤铁矿晶粒发生还原的时间比粘结相强的烧结矿的早很多，因此开裂也剧烈的多。

    图2所示为一烧结矿的显微照片。图中的黑洞为一开口气孔，围绕四周的发白部分是次生的赤铁矿晶粒。当通还原气体时这部分首先开始，最后强度下降。

    球团矿的结构致密，气孔率大大小于烧结矿的，还原速度明显低于烧结矿的，因此球团矿的RDI也就高于烧结矿的。

    另外在做RDI指标检测时，按照试验要求大粒度的烧结矿要破碎成10．0—12．5mm粒度，外力的作用使得烧结矿增加了一些裂纹，增加了还原气通道，加快了还原速度，造成烧结矿的强度下降。而球团矿的粒度比较均匀，接近试验要求，一般不需要制样，所以避免了上述问题，也使得球团矿的RDI高于烧结矿的。

3．3  固结形式及矿物组成。

    烧结矿主要依靠液相固结，而球团矿主要依靠铁矿物的再结晶和结晶长大固结。

    烧结矿使用的原料有混合料、焦粉、熔剂等。这些料均匀混合后装人带式烧结机点火烧结。由于抽风的作用，空气通过料面进人料层，帮助料层中的固体燃料燃烧并发生一系列的化学反应，就总体而言，烧结料层中是氧化气氛，但在燃料颗粒表面附近也存在还原气氛。因而混合料不断发生还原、分解、氧化和脱硫一系列反应，同时在矿物间产生固液相转变，生成的液相冷凝时把未熔化的物料粘结在一起，体积收缩，得到外观多孔的烧结矿。

    烧结矿过程中液相生成是一个非常复杂的物理化学过程，它的组成、数量和性质决定着烧结矿的产物和质量。液相生成与烧结料的物理化学性质，如矿石类型、SiO₂含量、碱度等有关，也与燃料的用量(即FeO含量)、料层的气氛和温度水平有关。邢钢烧结使用的矿粉品种较多，变化也快。由于以上各种原因，烧结矿生成的液相量也不相同，但主要以铁酸钙液相为主要粘结相。

    铁酸钙液相是高碱度烧结矿的主要粘结相，由CaO和Fe₂O₃组成。烧结矿的矿物组成以磁铁矿和赤铁矿为主，磁铁矿晶体呈半自形晶和他形晶存在，大部分与铁酸钙紧紧相连形成熔蚀结构。赤铁矿晶体呈自形晶和半自形晶存在，在局部富集。粘结相以铁酸钙为主，主要为板状和针状铁酸钙，还有部分熔蚀状的铁酸钙与磁铁矿紧密胶结；而且这种针状矿物弹性较强，以网状胶结在Fe₂O₃及Fe₃O₄颗粒之问，对应力的缓冲作用极强，可以提高烧结矿的强度。图1图2就是邢钢烧结矿的显微照片。

    球团矿使用的原料有精矿粉、皂土等，精矿粉主要是磁铁矿。所有原料均匀混合后进人造球盘，造成的粒度均匀的生球装入竖炉焙烧。磁铁矿在氧化性气氛中焙烧时，磁铁矿颗粒加热到200～300℃就开始氧化，生成Fe₂O₃微晶。加热到900℃以上时，主要指1000—1300℃左右，由于磁铁矿氧化成的Fe₂O₃微晶能够再结晶，使相互隔开的赤铁矿微晶长大成相互紧密连接成一片的赤铁矿晶体，使球团矿具有很高的强度。

球团矿的矿物组成主要为赤铁矿，赤铁矿晶体多为他行晶，分布较均匀。由于邢钢球团矿SiO₂含量较高，可能在高温下与未完全氧化的Fe₃O₄产生硅酸盐的液相。图3图4是邢钢球团矿的显微照片。

4  结语

    球团矿的RDI_+3.15比烧结矿的RDI_+3.15高，高出的原因有：(1)烧结料中燃料用量过大，FeO含量就高，易造成烧结矿变脆，引起强度下降，使得烧结矿的RDI变低。(2)烧结矿的气孔率明显高于球团矿的，特别是烧结矿的开口气孔多更能加快其还原速度。(3)烧结矿主要靠液相固结。烧结料成分、烧结气氛、烧结温度等的不同，生成的液相不同。液相的数量和质量影响着烧结矿的质量。(4)球团矿主要靠铁矿物的再结晶和结晶长大固结。这种固结方式决定了球团矿的RDI比烧结矿的RDI的高。(5)由于烧结矿和球团矿的生产工艺不同而造成它们的差异。烧结矿的原料比球团矿的原料复杂多样，烧结过程中一系列的物理化学变化，烧结操作工艺条件的变化，都影响着烧结矿的质量。

    以上第(3)(4)是球团矿RDI高于烧结矿RDI的主要原因，第(1)(2)是次要原因，第(5)是它的决定因素。

    邢钢炼铁厂熟料比为100％，其中烧结矿约占75 %，球团矿占25％。而目前高炉精料工作重点是提高人炉矿综合品位，因为球团矿品位高于烧结矿的，所以提高球团矿的入炉比例是提高综合入炉品位最有效的措施。而球团矿的RDI高能改善高炉上部透气性，有利于高炉顺行。