摘要： 通过烧结杯试验，分析了首钢在拟定烧结原料结构条件下，随澳粉和巴西粉配比的增加，对烧结指标和冶金性能的影响，并对进口矿配比提高后，烧结矿低温还原粉化指标变差现象提出了相应的处理措施。

关键词  进口矿粉 烧结性能 试验研究

1   前言

    随着首都经济的飞速发展以及北京地区环保要求，首钢将进行产业结构调整。由于矿山球团二系列以及迁安二座高炉的投产，迁安精矿粉和地方精粉将不再运往北京烧结系统。今后北京地区烧结用料将主要是工业散料和进口矿。为确保烧结矿的质量和综合效益，必须根据未来烧结原料结构的变化，进行相关烧结试验研究，为公司及我厂将来制定烧结生产用料计划提供可靠依据。

2   试验条件

2．1原燃料化学成分

    试验用含铁原料有澳粉、地方粉、巴西粉、印度粉以及烧结矿末；所用的熔剂有石灰石、白云石和白灰；燃料为焦粉；另外还配有少量的除尘灰。原燃料的化学成分见表1。

    由化学成分可以看出，试验所用的铁矿粉中，巴西粉含铁品位最高，达到68．20％，SiO₂和A1₂O₃含量都较低。地方粉的含铁品位为66．31％，SiO₂含量较高。澳粉和印度粉含铁品位较低，但扣除烧损后，铁品位可达到65％以上，它们的A1₂O₃含量都较高；由烧损较高可知，它们都含有结晶水。

2．2原燃料的粒度组成

    粒度组成分析分两部分，一部分为细粒原料，一部分为粗粒原料。部分烧结原料粒度组成见表2。

    由表2物料粒度分布可知，粗粒物料中，澳粉和烧结矿末的平均粒径较大，分别为3．83 mm和3．23mm。其余物料平均粒径都在1～3mm之间，粒度较为合适。细粒物料中，巴西粉<200目占62．4％，平均粒径为0．087 mm；地方粉<200目占81．4％，平均粒径为0．059mm。

2．3烧结配料方案

  根据我公司烧结将来可能用到的矿粉种类、配料情况以及按高炉生产实际对烧结矿碱度的要求，试验铁料配比方案见表3。

2．4试验方法

    每次配料80kg，加入所需水分，平铺混匀4次，装入ф800mm×700mm混合机内转2min，加蒸汽使料温达到70℃左右，水分满足造球要求。装杯前取样检测水分、比重和粒度组成。

    烧结杯为250mm×250mm×550mm方形杯，装料前预热，铺10～15mm粒级铺底料2kg，人工装料，烧结料层550mm，点火温度1100℃，时间2min，点火负压800mmH₂O柱，点火终了将负压调至1200 mmH₂O柱后顺其自然。以废气温度达到最高为烧结终了时间，废气温度降到200℃为冷却终了时间(模拟机上冷却)。

     烧结矿出杯后称总重量，放人坠落机升高2米坠落2次，进行六级筛分(>40 mm，40～25mm，25～15mm，15～10mm，10～5mm，<5mm)，>5mm为成品矿，<5mm的作为返矿。并取化学分析及冶金性能检验样品。

3   试验结果与分析

    主要烧结试验数据见表4、表5。试验结果表明，配加进口矿粉生产二元碱度为1．8的烧结矿，只要配碳量合适，其化学成分、成品率、转鼓指数、还原性等指标均能符合生产要求。但当澳粉配比增加到50％以上时，烧结矿的低温还原粉化现象较为严重。

3．1对烧结指标的影响

3．1．1对烧结矿品位的影响

    由表5可知，随着澳粉和巴西粉配比的增加，烧结矿品位逐步提高。由于澳粉和巴西粉品位较高，因而，随着配人高品位的澳粉、巴西粉比例的增加，烧结矿品位也随之上升。烧结试验表明，配加澳粉40％、50%、60 %、70 %时，烧结矿品位分别达到58．2％、59．2％、59．8％、59．8％，相当于配入澳粉增加10个百分点，烧结矿品位增加0．8个百分点。在配加澳粉50％的条件下，巴西粉由10％增加到20％，烧结矿品位由59．2％增加到60．0％，相当于配人巴西粉增加10个百分点，烧结矿品位增加0．8个百分点。

3．1．2对垂直烧结速度的影响

    用富矿粉代替精矿粉后，由于富矿粉粒度较粗，使混合料粒度和原始透气性得到改善，垂直烧结速度有上升趋势。由图1可以看出，在负压变化不大时，垂直烧结速度基本随澳粉比例升高而升高，是增产的主要因素。

3．1．3对烧结矿强度的影响

    随澳粉和巴西粉配比的增加，在碱度、配碳量均不变的情况下，烧结矿中FeO偏低，成品率和转鼓指数相对较低。这主要是由于澳粉和巴西粉均为赤铁矿，与配用磁铁矿的迁安粉和地方粉烧结不同。一是烧结过程中磁铁矿的氧化放热没有了；二是赤铁矿矿化反应以及澳矿结晶水分解需要的热量增加。要保持烧结矿转鼓指数等质量指标基本不变，随着澳粉配加量的增加，配碳量应相应增加。

3．1．4对烧结矿中MgO、Al₂O₃含量的影响

  表1显示，澳粉的A1₂O₃含量明显高于地方精粉，巴西粉的A1₂O₃含量明显低于地方精粉，配加澳粉过高将会引起烧结矿和高炉渣中的Al₂O₃含量升高。据资料表明，炉渣中Al₂O₃含量>15 %后，会影响炉渣流动性和脱S能力，严重影响高炉顺行。因此，为满足高炉冶炼要求，澳粉的比例不易过高，也可通过适当增加巴西粉配入比例，相对降低烧结矿中A1₂O₃含量。

3．2对烧结矿还原性和低温还原粉化的影响

  部分试样的还原性和低温还原粉化检测结果见表6。

    由表6可知，烧结矿的还原度指数均较好，但其低温还原粉化现象均比较严重。

    当配加澳粉和巴西粉比例较高时，试验烧结矿的RDI_-3.15明显升高，达63．11％左右，对高炉冶炼不利。配加澳粉和巴西粉后，烧结矿RDI_-3.15明显升高的主要原因可能是烧结矿中“残存赤铁矿”的影响。因二者均为赤铁矿粉，在现有工艺条件下，部分较大的赤铁矿颗粒在烧结过程中没有或未完全与其它原料发生化学反应，使烧结矿中有残存赤铁矿存在。当烧结矿处于低温还原区时，三方晶系的赤铁矿被还原成等轴晶系的磁铁矿，产生体积膨胀，形成应力，使晶格发生破坏，导致粉化。这也是大量使用赤铁矿烧结的通病。

4  结论

    (1)试验表明，烧结原料配加进口矿粉后，可以在不配加迁安精粉或河北地方精粉的条件下，生产出符合高炉冶炼要求的烧结矿。但随着澳粉和巴西粉配比增加，燃料消耗相应增加。

    (2)配加高比例进口矿粉后，烧结矿中FeO偏低，还原度指数较好，符合生产要求。但随着进口矿粉比例的升高，低温还原粉化现象比较严重。

    (3)根据对试验烧结矿的含铁品位、成品率、转鼓指标、冶金性能的综合分析可知，在没有地方粉的情况下，首钢适宜的配矿比例是：澳粉不超过50％+巴西粉10％+除尘灰5％+烧结矿末35％。

5  建议

  为提高烧结矿的质量和强度，抑制烧结矿的低温还原粉化现象，建议采取如下措施：

(1)选择适宜配矿比例。国内外炼铁先进厂家，其烧结矿的品位基本控制在59．5％以下，因为品位过高会导致粘结相减少、低温还原粉化指标恶化，影响烧结矿的强度。日本、宝钢烧结矿品位都控制在59．5％以下并取得了很好的冶炼指标。其方法是在烧结原料中配人一定量的蛇纹石控制烧结矿品位和强度，该经验值得首钢借鉴。基于此，首钢烧结原料在配加10％巴西粉的基础上，澳粉配入比例应不超过50％。

    (2)适当提高烧结矿中MgO含量。MgO在烧结矿中以Mg²⁺存在，其中大部分与磁铁矿形成固溶结构，稳定Fe₃O₄，抑制了二次骸晶赤铁矿的生成。同时，还有少量的Mg²⁺取代Ca²⁺固溶于硅酸二钙晶格中，抑制硅酸二钙从β→γ的相变，减少了相变应力对烧结矿强度的破坏。但对于高碱度、低硅和以赤铁矿为主的烧结生产而言，MgO含量不宜大于3．5％。因为MgO过高，Mg²⁺取代Fe²⁺，不利于Fe₂O₃的稳定，会影响铁酸钙的生成，从而降低了烧结矿的强度和还原性。

    (3)使用卤化物溶液处理成品烧结矿。经卤化处理的烧结矿，由于卤化物覆盖在烧结矿表面，尤其是积聚在裂隙和孔洞中，阻碍了还原气体与烧结矿的接触，在400～600℃这个粉化的危险区中，Fe₂O₃得到了卤化物的保护，还原反应明显减缓，从而降低了烧结矿的低温还原粉化。首钢高炉所用一烧、二烧和矿烧的烧结矿在未喷CaCl₂溶液时，它们的低温还原粉率均在50％左右。我们在试验室对矿山烧结矿用3％浓度的氯化钙溶液进行处理后，其低温还原粉化指数得到明显改善，尤其是小于3．15mm部分均在10％以下，已基本符合生产要求。因此，首钢若大量使用进口矿粉作为烧结原料，必须考虑采用喷洒卤化物技术，以降低烧结矿低温还原粉化现象。