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Fe₂O₃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MgO控制在2.3%时，烧结矿微观结构改善。

关键词 MgO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%）棱台性较好，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，进行了降低烧结矿温度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Mg²⁺能进入磁铁矿品格中取代Fe²⁺，并填充与八面体空位中，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：4.0%；碱度：R₂=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。

 表1  烧结矿的化学成分（%）

 

由表可知，随着MgO含量增加，烧结矿TFe含量无明显变化，碱度基本保持同一水平。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。

表2  不同MgO含量试样的冶金性能

 

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RDI_+3.15呈先升后降的趋势，当MgO含量为2.3%时，RDI_+3.15达到最高值66.8%；此后，随MgO含量继续增加，RI逐渐降低，MgO含量增至3.0%时，RI降至８４％。

４ 微观结构分析

为了揭示不同MgO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；MgO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。

表3不同MgO含量的烧结矿矿物组成（%）

样号	金属相			粘结相
	磁铁矿	赤铁矿	富氏体	铁酸钙	硅酸二钙	钙镁橄榄石	钙铁橄榄石	玻璃质	黄长石	硅灰石
1#	12~15	15~20	-	40~45	20~25	微量	1~2	2~3	-	-
2#	20~25	20~25	-	25~30	17~20	少量	2~3	3~5	微量	微量
3#	25~30	10~25	-	40~45	17~20	1~2	-	1~2	-	-
4#	35~40	10~12	-	30~35	15~20	微量	-	1~2	-	-
5#	45~50	13~15	少量	15~20	15~20	1~2	少量	3~5	少量	-
6#	45~50	12~15	少量	20~25	10~12	2~3	1~2	3~4	微量	少量

 

4.2 显微结构

1）1#样

结构特征：烧结矿矿相结构较均匀，以交织溶蚀结构为主，局部斑状。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，捷径粒度细小，一般为0.005~0.078mm，被铁酸钙、硅酸二钙胶结形成交织熔蚀结构。磁铁矿多呈他形、半自形、自性晶，分布不均匀，结晶粒度不等，一般为0.005~0.135mm。部分细小他形赤铁矿连接成片，期间被硅酸二钙、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、半自形磁铁矿集中分布；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赤铁矿。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。

2）2#样

结构特征：其矿相结构不均匀，以交织熔蚀结构为主。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%。

铁矿物：磁铁矿多呈细小他性晶，粒度一般为0.005~0.208mm，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0.005~0.156mm。自形赤铁矿含量较`#样多；部分他形赤铁矿连接成片，期间被硅酸二钙、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赤铁矿中。

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，局部可见针状铁酸甘集中分布。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成粒状结构。

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。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0.005~0.062mm，多被铁酸钙、硅酸二钙胶结，形成胶结熔蚀结构。赤铁矿多呈细小他形晶，少量自形、半自形晶，分布不均匀，结晶粒度不等，一般为0.005~0.078mm。他形赤铁矿连接成片，期间被硅酸二钙、钙铁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。

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：其矿性结构较均匀，主要为交织熔蚀结构。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隙裂纹。

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0.005~0.208mm，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0.01~0.27mm，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。

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，与铁酸钙共同交织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。局部出现旱井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。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0.001~0.172mm。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，它形磁铁矿被铁酸钙、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0.005~0.104mm，主要出现在气孔边缘，局部呈菱形定向排列。弗氏体主要呈他形混匀粒状、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。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-粒状结构，局部共晶结构。气孔大小不一，分布不均匀，大气孔偏过且形态不规则，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0.01~0.172mm。他形磁铁矿别铁酸钙、硅酸二钙和少量玻利胶结形成熔蚀结构，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-粒状结构。局部见雏形晶磁铁矿，期间被钙铁橄榄石、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。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0.005~0.208mm，主要出现在气孔边缘。部分他形赤铁矿连接成片，其鉴别硅酸二钙、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：主要为铁酸矿，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。

有上述观察发现，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像变而使体积膨胀，实施岗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市发生一场粉化的又一重要原因。

MgO含量的变化对烧结矿矿像结构无明显影响，除5#样式以粒状结构为主外，其他均以牢固的熔蚀结构为主，部分成斑状-粒状结构、局部共晶结构。

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次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，烧结矿中玻璃质含量增加，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，烧结矿粉化指标恶化。继续提高MgO含量，铁酸一钙大量减少、玻璃质量含量相对增加，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）烧结矿矿样中运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，这实施岗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，分化指标恶化。

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，有效的抑制了低温还原粉化。