摘要通过对包钢近三年的烧结矿质量检测数据进行多元回归分析研究，找出了包钢生产条件下，烧结矿化学成分及其显微结构对烧结矿的冶金性能的影响规律。该规律可有效地用于提高烧结矿质量，并用来指导烧结生产。

关键词烧结矿化学成分显微结构冶金性能多元回归分析

1前言

  烧结是一个复杂的工艺过程，包括固相反应、液相生成和冷却结晶等三个主要的物理化学过程，其中影响因素众多，相互关系复杂。对于这样一个过程，要想从机理方面找出其规律是相当困难的。包钢对烧结生产进行过很多实验室研究和工业试验，积累了大量的检测数据。这些数据中蕴涵着包钢烧结过程的规律，如果应用统计学手段能找出其中的某些规律，那么对于优化工艺控制，提高烧结矿的质量将具有重要意义。

    本次研究收集了2004年～2006年包钢烧结矿生产的100个批次的质量检测数据，对其进行了以多元回归分析为主并辅之以矿相观测的综合研究，试图找出一些对现场生产具有指导意义的规律。

    研究中，多元线性回归分析采用SsPs软件产品，矿相鉴定使用德国欧波通(OPTON)公司生产的万能显微镜。

2烧结矿化学成分对冶金性能的影响

  R、Fe0、Mg0、F等的变化对于烧结矿铁酸钙(CF)生成和冶金性能(△T_l、△T₂、RI、RDI_3.15mm)影响的多元线性回归分析结果列于表1。

由表1可看出，多数回归方程的回归效果较好，完全可以用于定性分析；少数几个方程其显著性检验值在0。79以上，回归效果不好，其结论甚至不能用于定性分析，在分析时我们不予采用。还有两个方程(化学成分对还原度的影响)尽管回归效果不好，但两个烧结车问得出的结论非常一致且符合实际情况，我们认为仍有参考价值。

    经分析，造成部分回归效果不理想的原因主要有以下几点：包钢烧结原料成分波动大、烧结过程本身存在着不均匀性、一烧和二烧工艺操作上有区别(一烧为环冷工艺、配碳较高，二烧为机上冷却、配碳较低)。另外，也有可能是我们所选用的统计时段的数据对所考察的目标作用不明显，以及收集的样本的数量不够充足(一烧、二烧各50个)所造成的。所以，有些回归效果不理想也在情理之中。但是总体结果还是满足了我们进行回归分析的初衷。经过包钢多年的科学实验和生产实践表明，用回归方程定性地反映烧结过程的变化规律还是可信的。

2．1  烧结矿化学成分对铁酸钙生成的影响

    铁矿粉烧结理论和实践证明：在烧结粘结相中，铁酸钙(CF)是最优秀的粘结相。增加烧结矿中的复合铁酸钙含量既有利于提高烧结矿的强度，又有利于改善烧结矿的还原性。如果烧结矿中的铁酸钙数量多且以针柱状形态存在，则烧结矿的还原性和强度均会明显改善。

    由表1可知，两个烧结车间，烧结矿R、MgO的提高均有利于铁酸钙的生成，并且R影响程度最大；烧结矿FeO、F的提高，均不利于铁酸钙的生成，并且F影响程度较大。其中，二烧车间烧结矿化学成分对铁酸钙生成的影响回归方程的相关系数为0．747，显著性检验值为0，回归效果较好；一烧车间烧结矿化学成分对铁酸钙生成的影响回归方程的相关系数为0．516，显著性检验值为0．017，回归效果尚可。用于定性地反映烧结过程的变化规律是可信的。

2．2烧结矿化学成分对软化区间△T₁的影响

    由表1可知，一烧车间烧结矿化学成分对软化区间△T₁的影响回归方程的相关系数为0．204，显著性检验为0.798，回归效果很差，该方程不宜采用。也就是说，一烧车间烧结矿化学成分对软化区间△T₁的影响没有明显的规律。

    由表1可知，二烧车间烧结矿R、Fe0、Mg0增加使其软化区间△T1增大，并且影响程度为R>FeO>Mg0；烧结矿F的提高，使其软化区间△T₁减小。烧结矿化学成分对软化区间△T₁的影响回归方程的相关系数为O．515，显著性检验结果为0．055，回归效果尚可，可以用于定性地研究各变量对软化区间△T₁的影响。

    由两个烧结车间的烧结矿化学成分对软化区间△T₁的影响可知，烧结矿化学成分对软化区间△T₁的影响不明显或较弱。

2．3烧结矿化学成分对熔融区间△T₂的影响

    由表l可知，一烧车间烧结矿R、FeO、MgO、F增加都使其熔融区间△T2增大，并且影响程度为F>R>Mg0>Fe0。烧结矿化学成分对熔融区间△T，的影响回归方程总体相关系数R为0．622，显著性检验结果为0．006，回归效果较好。二烧车间烧结矿化学成分对熔融区间△T₂的影响回归方程的相关系数为0．234，显著性检验值为0．792，回归效果很差，该方程不予采用。

  2．4烧结矿化学成分对还原度RI的影响

    由表1可知，一烧、二烧车间烧结矿R增加使其还原度RI增加，烧结矿Fe0、Mg0、F的提高，使其还原度RI减小，并且影响程度为F> M g0>Fe0。一烧烧结矿化学成分对还原度RI的影响回归方程的相关系数R仅为0．224，显著性检验结果仅为0．799，二烧回归方程的相关系数为0．391，显著性检验结果为0．291，回归效果均很差。

    尽管两个车间的回归效果均很差，但反映出的变化规律非常一致且符合实际情况。表明在包钢生产烧结矿化学成分波动范围内，烧结矿化学成分对还原度RI的影响作用虽不很明显，但还是得出了具有参考价值的结论。

2．5  烧结矿化学成分对低温还原粉化指数

    RDI一_3.15mm的影响

    由表1可知，一烧车问烧结矿F增加使其还原粉化指数RDI-_3.15mm增加，烧结矿R、FeO、Mg0的提高，使其还原粉化指数RDI一_3.15mm减小，并且影响程度为R>MgO>Fe0。烧结矿化学成分对低温还原粉化指数RDI一_3.15mm的影响回归方程的相关系数为0．697，显著性检验结果为0，回归效果较好，可以用于定量地描述各变量对还原粉化指数的影响。  。

    二烧车间烧结矿化学成分对低温还原粉化指数RDI一_3.15mm的影响回归方程的相关系数为0．297，显著性检验结果仅为0．566，回归效果较差，该方程无参考价值。

3  烧结矿化学成分对烧结矿冶金 性能影响的综合分析

  综合两个烧结车间烧结矿数据的回归分析结果，我们发现，化学成分对烧结矿质量的影响是最基础的。以烧结矿碱度的影响权重为最大，F的影响权重次之。

3．1碱度对烧结矿冶金性能的影响

    随着碱度的提高，烧结矿最明显的变化是其中的磁铁矿、玻璃相含量在降低，铁酸钙、硅酸二钙含量在提高；软化开始温度降低，滴落温度提高，因而软化区间、熔融区间均明显加宽。可见，提高碱度对提高烧结矿强度有利，对提高高炉透气性不利；所以，对于包钢烧结矿而言，适宜的碱度应该是保证足够强度条件下的最低碱度。

    生产实践表明，欲使转鼓强度超过70％，则烧结矿中的铁酸钙含量应大于30％。按线性回归方程计算，欲使铁酸钙含量超过30％，则一烧的碱度应大于1．95，二烧的碱度应大于2．02。可见，包钢生产烧结矿的碱度宜控制在1．9～2．05之间。

从矿相角度来看，烧结矿碱度低于1．9后，在烧结矿中出现磁铁矿和(或)少量铁酸钙及玻璃相(玻璃相中常析出一定量的硅酸二钙)的杂斑状结构(见图l上)的几率明显增加，这样，将导致烧结矿中的铁酸钙明显降低，玻璃相明显升高，并使烧结矿的显微结构复杂化，从而使烧结矿强度降低^[1]；烧结矿的碱度超过2．0后，其中的铁酸钙含量提高，玻璃相含量降低，显微结构向好的方向发展，强度也继续提高，但烧结矿的熔融区间显著变宽。这样的烧结矿在高炉冶炼效果也不太好。2005年10月上旬，烧结矿碱度较高达到2．1，铁酸钙含量甚至能超过40％，烧结矿强度也有所提高，但高炉炉况并不理想。

3．2 FeO对烧结矿冶金性能的影响

    随着FeO的提高，烧结矿最明显的变化是RDI一_3.15mm明显降低。按线性回归方程计算，欲使烧结矿RDI一_3.15mm小于40％，则一烧Fe0应大于7％(二烧由于回归效果不理想没有采用其结果)。由于低温还原粉化已成为包钢炼铁生产的突出问题，结合生产实际来看，包钢生产烧结矿的FeO宜控制在9．0％～9．5％之间。

    从矿相角度来看，烧结矿Fe0低于9．0％后，在烧结矿中出现次生赤铁矿富集的区域(见

图1下)明显增加，这样，将导致烧结矿低温还原粉化加剧，同时，在次生赤铁矿晶粒问往往会形成较多的硅酸二钙，这又会促进烧结矿的相变粉化；烧结矿FeO含量过高会导致烧结矿中钙铁橄榄石的出现和铁酸钙含量的降低，从而降低烧结矿的还原性，但这种情况的大量出现，Fe0至少也要大于15％。从包钢目前的生产现状来看，这种情况出现的几率是极少的。

3．3 F对烧结矿冶金性能的影响

    分析结果表明，尽管目前包钢烧结矿中F含量在降低，但F对烧结矿的冶金性能仍有较大的影响。随着F的提高，烧结矿的还原性呈降低趋势，烧结矿的软化区问变窄，熔融区问变宽。表明F对高碱度烧结矿有不利的影响。

3．4 MgO对烧结矿冶金性能的影响

    随着MgO的提高，烧结矿最明显的变化是烧结矿中磁铁矿、赤铁矿含量在降低，铁酸钙含量在增加；RDI一_3.15mm呈降低趋势；软熔温度在提高，尤其是滴落温度明显提高，软化区间变窄，熔融区间变宽。可见，MgO对烧结矿的影响依然是利弊并存，适宜的MgO含量仍需进一步调查。

3．5关于烧结矿的还原性

    这次研究虽然发现了一些关于还原度的变化规律，但总的来说烧结矿的化学成分对烧结

矿的还原性的影响并不很强烈。分析认为，这是由于目前采用的高碱度低配碳操作，已使烧

结矿中难还原的橄榄石类矿物很少了，烧结矿的多孔结构对烧结矿的还原性起主导作用，所

以，烧结矿的还原度普遍很高，已不再是制约冶炼的因素了。从这一段的统计数据来看，RI最低为68％，高的达94．9％，平均达85．85％。即包钢烧结矿还原度的平均值已远远超过了冶金行业优质铁烧结矿大于等于78％的标准^[2]。

4包钢烧结矿主要指标的适宜控制范围及其验证

  根据前面多元回归分析可以得出，在目前的原料条件下，包钢烧结矿主要质量指标宜控制在表2所列的范围内。理想的烧结矿显微结构见图2。

根据综合分析结果及生产实践可知，将烧结矿的碱度和FeO、MgO、F这些最关键的指标控制好，烧结矿的大部分质量指标就会处于比较适宜的范围。 

  铁品位是烧结矿最关键的质量指标之一，但其决定于包钢的选矿技术和采购矿石的品位，生产现场对品位的控制手段是非常有限的，故本文未作深入讨论。

    下面将生产指标较好的2005年8月份和10月份的烧结矿质量指标作一比较(见表3)，来验证课题结论的可信度。从表3中可以看出，8月份比10月份的指标明显接近于课题提出的适宜指标范围，表明课题的结论符合生产实际，完全可以用来指导生产实践。

5结论

    1)烧结矿R、FeO、MgO、F等化学成分对烧结矿质量的影响是最基础、最明显的。将烧结矿的这些最关键的指标控制好，烧结矿的大部分质量指标就会处于比较适宜的范围。

    2)提高碱度对提高烧结矿强度有利，对提高软熔带透气性不利；所以，适宜的碱度应该是保证足够强度条件下的最低碱度，包钢生产烧结矿的碱度宜控制在1．95—2．05之间。

    3)随着FeO的提高，烧结矿最明显的变化是RDI一_3．15mm明显降低，包钢目前生产条件下烧结矿的FeO宜控制在9．0％～9．5％之间。

    4)尽管目前包钢烧结矿中F含量很低了，但F对烧结矿的冶金性能仍有较大的影响，F对高碱度烧结矿仍然有害。

    5)目前烧结矿的还原度普遍很高，已不再是制约冶炼的因素。

                                                                                                                                         (1．东北大学2．包头钢铁(集团)公司技术中心)