摘要根据石钢烧结矿冷态性能较好，但低温还原粉化性较差的情况，进行了降低烧结矿低温还原粉化率的实验室试验。结果发现，烧结矿中次生Fe203含量高、微裂纹多是导致其低温还原粉化性恶化的主要原因，要降低还原粉化率，应着重改善其微观结构。在石钢烧结原料条件下，烧结矿中Mg0控制在2．3％时，烧结矿微观结构改善。

关键词  Mg0含量矿物组成微观结构RDI

1前言

   随着高炉冶炼技术的不断提高，对入炉原料质量的要求也越来越高，不仅要求其具有良好的理化性能，而且要有良好的冶金性能。石钢烧结厂目前生产的高碱度烧结矿(R₂=2．1，

MgO含量控制在1．8％)冷态性能较好，但其低温还原粉化率较高，对高炉操作有很大的影响。为解决此问题，我们应石钢要求，进行了降低烧结矿低温还原粉化率的试验研究。

    有资料表明，适量MgO的存在，有稳定烧结矿RDI的作用。其机理是MgO能进入磁铁矿晶格中取代Fe²⁺，并填充于八面体空位中，降低磁铁矿的晶格缺陷程度，从而稳定磁铁矿，防止或减轻其氧化成再生赤铁矿，达到抑制烧结矿低温还原粉化的目的。基于这一考虑，我们对不同MgO含量的烧结矿进行了矿相研究和高温冶金性能试验，以寻求解决石钢烧结矿低温还原粉化的途径。

2试验原料及准备

  试验模拟石钢烧结原料条件，其含铁物料配比为：酸性精粉：碱性精粉：澳矿：杨迪矿：巴西矿：麦克矿=23：5：10：32：25：5；配碳量：4．O％；碱度：R，=2．1；返矿(外配)：23％。用白灰调节碱度，用高镁灰调节MgO含量，根据石钢的烧结生产情况，拟定MgO从1．8％～3．0％，梯度为0．3％。

    按以上配比制取烧结矿试样，其化学成分列于表1。

 3冶金性能检测

    对烧结矿冶金性能进行测定，其结果列于表2。

    由表可知，烧结矿还原度(RI)较高，达到84％～90%，，但低温还原粉化指数(RDI_+3．15)较低(为55％～67％)。随MgO含量增加，烧结矿RDInl5呈先升后降的趋势，当Mg0含量为2．3％时，RDL_+3.15达到最高值66．8％；此后，随Mg0含量继续增加，RI逐渐降低，Mg0含量增至3．O％时，RI降至84％。

4微观结构分析

    为了揭示不同Mg0含量对烧结矿强度影响的实质，我们借助光学显微镜对烧结矿矿物组成及内部显微结构进行了分析和研究。  

4．1矿物组成

    烧结矿的矿物组成列于表3。

    从表3可看出，随MgO含量增加，磁铁矿及金属相略有增加，粘结相略有减少；粘结相中硅酸二钙含量减少；各试样粘结相中强度差的玻璃质含量普遍较低；Mg0含量为2．3％时(即3#样)综合指标较好，矿相组成较为合理，粘结相以铁酸钙和硅酸二钙为主，且铁酸钙含量较高，达到40％～45％，玻璃质含量较低。

4．2显微结构

    1)1#样

    结构特征：烧结矿矿相结构较均匀，以交织熔蚀结构为主，局部斑状一粒状结构(见图1、图2)。气孔大小不一，分布不均匀，大气孔偏多且形态不规则，气孔率为25％～30％，裂隙裂纹发育。

      铁矿物：磁铁矿多呈他形晶，结晶粒度细小，一般为0．005～0．078 mm，被铁酸钙、硅酸二钙胶结形成交织熔蚀结构。赤铁矿多呈他形、半自形、自形晶，分布不均匀，结晶粒度不等，一般为0．005～0．135 mm。部分细小他形赤铁矿连接成片，其问被硅酸二钙、钙铁橄榄石、少量钙镁橄榄石和玻璃质胶结形成粒状结构；部分自形、半自形赤铁矿集中分布(见图3)；还有部分赤铁矿零星分布在磁铁矿中，局部见骸晶状赤铁矿。

   粘结相：主要为铁酸钙，多呈针状、板柱状，大量他形铁酸钙连接成片，局部细小针状铁酸钙集中分布，与硅酸二钙共同胶结磁铁矿。硅酸二钙多呈他形粒状、针状，部分柳叶状，分布不均匀，局部见硅酸二钙集中分布(见图4)。

   2)2#样

  结构特征：其矿相结构不均匀，以交织熔蚀结构为主，部分粒状结构(见图5、6)。气孔大小不一，分布不均匀，大气孑L偏多且形态不规则，气孔率为45％～50％。

  钦矿物：磁铁矿多呈细小他形晶，粒度一般为0．005～0．208 mm，被铁酸钙、硅酸二钙和少量玻璃质胶结形成交织熔蚀结构。赤铁矿呈自形、半自形、他形晶，分布不均匀，结晶粒度不等，一般为0．005～0．156 mm。白形赤铁矿含量较1#样多；部分他形赤铁矿连接成片(见图7)，其问被硅酸二钙、钙铁橄榄石和少量玻璃质胶结形成粒状结构；部分赤铁矿呈菱形定向排列，局部在气孔边缘呈条形分布在磁铁矿中。

    粘结相：主要为铁酸钙，多呈他形板柱状，部分针状，结晶粒度较粗大，局部可见针状铁酸钙集中分布。硅酸二钙多呈他形粒状、针状，局部呈柳叶状集中分布。钙铁橄榄石多呈板状，与硅酸二钙共同胶结赤铁矿呈粒状结构。

    3)3#样

    结构特征：其矿相结构较均匀，仍以交织熔蚀结构为主(见图8)。气孔大小不一，分布不均匀，大气孔偏多且形态不规则，气孔率为20％～25％。裂隙裂纹发育。

    铁矿物：磁铁矿多呈他形晶，结晶粒度细小，一般为0．005～0．062 mm，多被铁酸钙、硅酸二钙胶结，形成交织熔蚀结构。赤铁矿多呈细小他形晶，少量白形、半自形晶，分布不均匀，结晶粒度不等，一般为0．005～0．078 mm。他形赤铁矿连接成片，其问被硅酸二钙、钙镁橄榄石胶结形成粒状结构，部分赤铁矿零星分布在磁铁矿中，局部见骸晶赤铁矿(图9)。

   粘结相：主要为铁酸钙，多呈他形板柱状，部分针状，结晶粒度较粗大，分布不均匀。硅酸二钙主要呈他形粒状，针状，部分柳叶状，与铁酸钙共同胶结磁铁矿形成交织熔蚀结构。

    4)4#样

    结构特征：其矿相结构较均匀，主要为交织熔蚀结构(见图10)。气孔大小不一，分布不均匀，大气孔偏多且形态不规则，气孔率为45％～50％。有连接两个气孔的微细裂纹。

    铁矿物：金属相主要为磁铁矿，磁铁矿多呈他形晶，粒度一般为0．005～0．208 mm，被铁酸钙、硅酸二钙胶结形成交织熔蚀结构。赤铁矿主要呈自形、半自形、他形晶，分布不均匀，结晶粒度不等，一般为0．01～0．27 mm，最大达0．52mm。气孔边缘赤铁矿结晶粒度细小，多呈他形或条形分布在磁铁矿中，部分赤铁矿集中分布，局部见骸晶状赤铁矿(见图11)。

   粘结相：其矿物组成简单，主要为铁酸钙、硅酸二钙、玻璃质和少量钙镁橄榄石。铁酸钙主要呈针状，板柱状，局部可见针状铁酸钙集中分布。硅酸二钙多呈柳叶状、麦粒状、针状，与铁酸钙共同胶结磁铁矿形成交织熔蚀结构。钙镁橄榄石主要呈柱状，结晶粒度较小。局部出现骸晶赤铁矿和集中分布的针状铁酸钙。

    5)5#样

    结构特征：其矿相结构不均匀，主要呈粒状结构，部分熔蚀结构，局部见共晶结构(见图12、13)。气孔大小不一，分布不均匀，大气孔偏多且形态不规则，多连通，气孔率为35％～40％。裂隙裂纹较发育。

  铁矿物：磁铁矿多呈他形、半自形晶，少量自形晶。粒度一般为0．01～0．172 mm。半自形、自形磁铁矿被钙镁橄榄石、钙铁橄榄石、硅酸二钙和玻璃质胶结形成粒状结构，他形磁铁矿被铁酸钙、硅酸二钙和玻璃质胶结形成熔蚀结构。赤铁矿多呈他形晶，分布不均匀，一般为0．005～0．104 mm，主要出现在气孔边缘，局部呈菱形定向排列(见图14)。富氏体主要呈他形浑圆粒状、树枝状，集中分布。

    粘结相：主要为硅酸二钙、铁酸钙、钙镁橄榄石、钙铁橄榄石、玻璃质和少量黄长石。硅酸二钙多呈柳叶状、麦粒状、针状。铁酸钙主要呈板柱状、他形晶，部分针状，局部见针状铁酸钙集中分布(见图15)。钙镁橄榄石多呈柱状，与硅酸二钙、玻璃质共同胶结磁铁矿。

   6)6#样

    结构特征：其矿相结构不均匀，以熔蚀结构为主，部分斑状一粒状结构，局部共晶结构(见图16、17)。气孔大小不一，分布不均匀，大气孔偏多且形态不规则，气孔率为30％～35％。有连接两个气孔的微细裂纹。

   铁矿物：磁铁矿为主要金属相，多呈他形、半自形、自形晶，结晶粒度较粗大，一般为0．01～0．172 mm。他形磁铁矿被铁酸钙、硅酸二钙和少量玻璃质胶结形成熔蚀结构，半自形、自形磁铁矿被钙铁橄榄石、钙镁橄榄石、硅酸二钙和玻璃质胶结形成斑状一粒状结构。局部见雏形晶磁铁矿，其问被钙铁橄榄石、钙镁橄榄石、硅酸二钙和少量玻璃质胶结形成共晶结构，局部见骸晶状磁铁矿(见图18)。赤铁矿多呈他形晶，少量自形、半自形晶，分布不均匀，结晶粒度不等，一般为0．005～0．208 mm，主要出现在气孔边缘。部分他形赤铁矿连接成片，其问被硅酸二钙、钙铁橄榄石、少量钙镁橄榄石和玻璃质胶结形成粒状结构，局部可见赤铁矿呈条形分布在磁铁矿中。

    粘结相：主要为铁酸钙，多呈他形板柱状、部分针状，局部可见针状铁酸钙集中分布，与硅酸二钙共同胶结磁铁矿。硅酸二钙多呈他形粒状、针状、柳叶状，分布不均匀。钙铁橄榄石主要呈细小他形粒状、柱状。

    由上述观察发现，烧结矿矿样中均不同程度的存在着骸晶状赤铁矿，该矿物在温度变化过程中发生相变而使体积膨胀，是石钢烧结矿低温还原粉化严重的主要原因。此外，赤铁矿存在相对集中，且边缘有明显的微裂纹是发生异常粉化的又一重要原因。

    Mg0含量的变化对烧结矿矿相结构无明显影响，除5#样是以粒状结构为主外，其它均以牢固的熔蚀结构为主，部分呈斑状一粒状结构、局部共晶结构。

    在MgO为1．8％～2．3％时，随其含量增加，烧结矿低温还原粉化性能指标改善。3#样(见图8、9)的矿相结构合理，粘结相主要是强度和还原性均好的铁酸钙，其含量较高，呈他形板柱状、部分针状；硅酸二钙与铁酸钙共同胶结磁铁矿形成交织熔蚀结构；脆性大，还原性差的玻璃质含量较少。

    MgO对烧结矿具有双重影响，其含量过高时，烧结矿中玻璃质增加，强度下降，粉化指标恶化。4#样中骸晶状赤铁矿数量增加且相对集中(见图11)，烧结矿粉化指标恶化。继续提高MgO含量，铁酸一钙大量减少、玻璃质含量相对增加，而且粘结相中形成镁橄榄石和钙铁橄榄石等新矿物的倾向增大，导致烧结矿强度下降。

5结语

    1)烧结矿矿样中均不同程度的存在着骸晶状赤铁矿，且矿体周围存在细小的微裂纹，这是石钢烧结矿低温还原粉化严重的主要原因。

    2)试验发现，添加适量MgO有利于抑制烧结矿的低温还原粉化，改善烧结矿微观结构；然而MgO对烧结矿具有双重影响，当MgO含量过高时，烧结矿中玻璃质增加，强度下降，粉化指标恶化。

    3)综合质量指标和显微结构分析，烧结矿中MgO含量控制在2．3％时，其微观结构得到改善，有效地抑制了低温还原粉化。