l  前  言   

烧结是一种氧化和还原的物理化学反应过程，烧结过程中的气氛是影响烧结指标和烧结矿质量的重要因素之一。为了获得高质量的烧结矿，并提高烧结矿的产量，降低烧结过程的消耗，北京科技大学、普莱克斯(中国)投资有限公司、宝钢集团上海梅山有限公司合作，进行了铁矿石富氧烧结的试验研究。

    众所周知，铁酸钙是烧结矿中理想的粘结相，具有良好的强度和还原性。而要形成以铁酸钙为粘结相的烧结矿需要一定的客观条件，生成针状铁酸钙的最佳条件为：①比较高的碱度(CaO／SiO₂一1．8～2．2)，只有在高碱度条件下，CaO与Fe₂O₃的结合力才能比CaO与SiO2的结合力强。②比较低的烧结温度(磁铁矿原料1230～1250℃，赤铁矿1250～1270℃)。③较高的高温保持时间，约2—3min。④适宜的Al₂O₃含量，可以促进SFCA的生成。⑤良好的氧化气氛，促进氧化，有利于SFCA形成。

    综合以上形成针状铁酸钙的条件，在烧结原料条件满足的条件下，低温和高氧化气氛是发展针状铁酸钙的必要工艺条件。为了强化烧结过程中的氧化气氛，可以采取厚料层、降低配碳和富氧烧结工艺措施。  氧浓度的提高有利加快垂直烧结速度，提高烧结矿产量。

    传统烧结上部料层在烧结生产中由于无法产生有效的蓄热作用，燃烧前沿下移后被快速冷却，烧结过程所需的各项反应得不到充分进行，从而得不到足够的液相，因此烧结表层的质量最低，大量的返矿均来源于表层。如采用烧结富氧，由于碳的燃烧更加充分，产生的热量增多，表层就可能产生较多的液相。增加氧化气氛，促进铁酸钙粘结相的形成，表层烧结矿的质量得到改善，而改善表层烧结矿的质量对于整个烧结作业是十分关键的。因此作者进行富氧烧结试验时，对烧结矿进行分层检验，以观察富氧烧结对各层烧结矿质量的影响。

2    原料的化学成分

    原料的化学成分见表1。

由原料的化学成分可以看出，所用的原料中CVRD铁品位最高，SiO₂含量较低。杨迪和梅精铁品位相对较低，SiO₂含量较高。梅精中FeO、CaO、MgO和P含量均较高。杨迪和梅精烧损较高。哈默斯利和麦克矿中A1₂O₃含量较高。

3   试验设备与试验方法

3．1试验设备

  烧结试验在北京科技大学冶金学院ф200×640烧结杯上进行，烧结富氧采用氧气钢瓶供氧，在烧结杯上增加一个富氧罩，富氧罩上方通过管道与流量计和氧气钢瓶连接，富氧罩上方周围带有通气孔。在富氧罩下方，靠近烧结料面上方，有一抽气管，可连接仪表，测量富氧率。烧结点火停止2分钟后，打开氧气瓶，按照设定的流量和时间，利用烧结抽风将空气和氧气抽入富氧罩内，在富氧罩内自动混匀后抽入烧结料层，进行富氧烧结。达到设定的富氧时间后，关掉氧气瓶，进行正常的抽风烧结。

3．2试验方法

  烧结配料根据梅钢生产配料要求，烧结混合料配比见表2。

  按照配料要求将各种原料称出后，先人工混匀，再加水混匀，装入圆筒混合机内进行制粒。圆筒混合机尺寸为ф600 × 1000mm，长度可调，转速17rpm，充填率12％。制粒时间为6min。

  装料前先装入铺底料3Kg，然后将混合料装入烧结杯中，压下5—10mm，烧结料层640mm，烧结参数为：点火温度1050℃，点火时间1．5min，点火抽风负压8Kpa，烧结抽风负压16KPa，冷却抽风负压8Kpa。点火完毕，将富氧罩罩在烧结杯上，烧结2分钟后，开始富氧，根据计算与预备试验，富氧量定为11m³／T烧结矿，富氧时间为6分钟，富氧结束取下富氧罩，继续进行烧结。烧结废气温度达到最高温度为烧结终点，烧结时间为从点火开始到烧结终点的时间。烧结达到终点后，继续抽风冷却，直至废气温度达到200℃为止。将烧结饼按上、中、下三部分分别从烧结杯中倒出，两组平行试验按上、中、下合并后分别进行落下、筛分和转鼓强度试验。

3．3各种性能指标和检验方法

3．3．1物理指标

  烧结中的各项指标定义如下：

  成品率：成品矿重量所占烧结后总重量的百分比。

  利用系数：以T／m²．h表示。从烧结时间，烧结杯的抽风面积及成品矿(>5mm)重量计算而得。烧结成品重量是从试验所得>5mm重量减去铺底料的重量。计算公式如下：

   p=60Q/At

式中：P一烧结利用系数，t／m²·h。

Q一成品烧结矿，T。

A一烧结杯抽风面积，m²。

t一烧结时间，h。

  转鼓强度：按照国标GB8209—87测定，该标准与ISO一3271—75的试验程序基本相同，本试验则采用1／5GB8209转鼓，按粒度比例取>25mm，25--10mm试样3Kg，置于转鼓内，转速25rpm，转动时间8min，以鼓后>6．3mm的重量占入鼓试样重量的百分数为转鼓指数。

    燃料消耗：每吨成品烧结矿所需干焦粉的kg数，按配人烧结矿混合料的干焦粉重量及成品烧结矿重量计算。

3．3．2冶金性能指标

    还原性：采用国家标准GB／T13241—91试验装置及检验方法，试样粒度10～12．5mm，重量500±0．1g，还原温度900℃，还原气体流量15NL／min，成分30％CO十70％N：，还原时间180min，按下式计算还原度和还原速率指数。

    式中：m₀试样的质量(g)，

    m_t分别是还原开始前及还原t min后的试样重量(g)，

    t₃₀：还原度达到30％时的时间(min)，

    t₆₀：还原度达到60％时的时间(min)。

    低温还原粉化率：采用国家标准GB／T13242—91试验装置及试验方法，试样粒度10～12．5mm，重量500土0．1g，还原温度500℃，还原时间60分钟，还原气体流量15NL／min，还原气体成分为20％CO、20％CO₂、60%N₂，还原后的样品放在转鼓()内，以转速30 rpm转动10min，转豉后的试样用6．3，3．15和0．5mm方孔筛过筛，以+6．3mm，+3．15mm，一0．5mm的重量百分数作为低温还原粉化性指标。分别以RDI+6．3，RDI+3．15，RDI－0．5表示。

4   试验结果与分析

4．1烧结指标

    为了考察富氧烧结对料层不同高度上，特别是上层烧结矿性能的影响，对末富氧烧结试验和富氧烧结试验进行了比较，结果见表3、表4和表5。

    由表3一表5可以看出：富氧烧结后上层烧结矿转鼓强度提高2．67％，中层烧结矿转鼓强度提高0．67％，下层烧结矿转鼓强度下降0．33％。富氧后烧结矿的FeO含量降低，上、中层分别降低0．36%、0．13％和下层升高0．35%，平均降低0．05％。另外，在富氧条件下，上层的平均粒径明显增大。

  这说明富氧条件下，燃料的燃烧得到改善，烧结的氧化气氛得到加强，证明了富氧烧结主要对上层烧结结块和矿化起作用，提高了上层烧结矿的强度。由于上层热量增加，烧结自动蓄热作用，富氧烧结会使下层热量增强，FeO也有所提高。富氧烧结可使上、下层烧结矿质量均匀化。

4．2冶金性能指标

  富氧烧结分层检验烧结矿的还原性和低温还原粉化，结果见表6和图1、图2。

    由表6和图1及图2可以看出，无论富氧与否，都是上层烧结矿还原性最好，中层次之，下层最差。在富氧的条件下，各料层烧结矿的还原性均有不同程度的提高，尤其是富氧后上层烧结矿的还原性改善最为明显，还原度达到了92．92%，效果非常突出。

    富氧后上层烧结矿的低温还原粉指数最差，下层最好，这与富氧后上层烧结矿的还原度有关，富氧后上层烧结矿FeO最低，还原度最高，还原后孑L隙率也较高，因此低温还原粉化指标RDI_+3.15较差。

5  结论

    富氧烧结，使燃料燃烧完全，烧结氧化气氛得到加强。增加上层烧结热量，对烧结上层结块和矿化起促进作用，提高上层烧结矿的强度。使上、下层烧结矿强度均匀化。

    富氧烧结使各层烧结矿的还原性均有不同程度的提高，上层烧结矿还原性提高显著。

    富氧后上层烧结矿FeO最低，还原度最高，还原后孔隙率也较高，因此低温还原粉化指标RDI_+3.15受到一定的影响。

  贾彦忠  梁德兰  储世亮    王涛

    北京科技大学    普莱克斯(中国)投资有限公司

    吴浩方  刘佩秋  张育才

    宝钢集团上海梅山有限公司