邢钢烧结原料基础特性及优化配矿试验研究.pdf

邢钢烧结原料基础特性及优化配矿试验研究 ① 赵 凯１， 李 杰１，２， 张玉柱１，２， 刘卫星１， 龙 跃１， 刘玉江３ （１．华北理工大学 现代冶金技术教育部重点实验室， 河北 唐山 ０６３００９； ２．东北大学 材料与冶金学院， 辽宁 沈阳 １１０００４； ３．邢钢集团 炼铁厂， 河北 邢台 ０５４０２７） 摘 要 采用微型烧结试验装置，对邢钢烧结厂常用的 ７ 种铁矿粉的基础特性进行了系统研究。 结果表明７ 种铁矿粉的同化性 能、流动性性能、粘结性强度、铁酸钙生成特性、吸水性有较大差异。 杂料的同化性最好，同化温度为 １ ２００ ℃；混合矿的流动性最 好，流动性指数为 １．６９；低硅酸精粉的粘结相强度最高，为 ４ ５４８ Ｎ；杂料的吸水性最高，为 ３６．３２％。 基于邢钢现场原料条件，进行了 烧结优化配矿试验研究，通过降低混合矿中澳矿配比、提高本地碱精粉配比，混合料的基础特性有一定改善，其中同化温度提高了 ２０ ℃，流动性指数降低到 １．２７，粘结相强度提高了 ２８１ Ｎ，最大吸水率降低了 １ 个百分点。 烧结杯试验结果表明垂直烧结速度有所 改善，成品率提高了 ４．５ 个百分点，成品烧结矿转鼓强度提高了 ２ 个百分点，低温还原粉化指数提高了 ３ 个百分点，还原性能、荷重 软化性能均有所改善。 研究结果为邢钢提高本地矿配比、优化配矿、改善烧结矿质量提供了理论依据。 关键词 铁矿粉； 烧结； 基础特性； 配矿 中图分类号 ＴＦ０４１文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１６．０４．０２３ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１６）０４－００８８－０５ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｂａｓｉｃ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ Ｏｒｅ⁃ｂｌｅｎｄｉｎｇ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｘｉｎｇｔａｉ Ｓｔｅｅｌ Ｒａｗ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ＺＨＡＯ Ｋａｉ１， ＬＩ Ｊｉｅ１，２， ＺＨＡＮＧ Ｙｕ⁃ｚｈｕ１，２， ＬＩＵ Ｗｅｉ⁃ｘｉｎｇ１， ＬＯＮＧ Ｙｕｅ１， ＬＩＵ Ｙｕ⁃Ｊｉａｎｇ３ （１．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｍｏｄｅｒｎ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ， Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｔａｎｇｓｈａｎ ０６３００９， Ｈｅｂｅｉ， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ， Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０００４， Ｌｉａｏｎｉｎｇ， Ｃｈｉｎａ； ３． Ｉｒｏｎ⁃ｍａｋｉｎｇ Ｐｌａｎｔ ｏｆ Ｘｉｎｇｔａｉ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ Ｌｔｄ， Ｘｉｎｇｔａｉ ０５４０２７， Ｈｅｂｅｉ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ７ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｉｒｏｎ ｏｒｅ ｐｏｗｄｅｒｓ ｆｏｒ Ｘｉｎｇｔａｉ Ｓｔｅｅｌ Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ Ｐｌａｎｔ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ ｗｉｔｈ ｍｉｃｒｏ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ７ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｐｏｗｄｅｒｓ ａｒｅ ｑｕｉｔｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎ ａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ， ｆｌｏｗａｂｉｌｉｔｙ， ｃｏｈｅｓｉｖｅｎｅｓｓ， ｃａｌｃｉｕｍ ｆｅｒｒｉｔｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｆｅａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｓｕｎｄｒｉｅｓ ｅｘｈｉｂｉｔ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｔ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ １ ２００ ℃， ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｍｉｘｅｄ ｏｒｅ ｈａｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｆｌｏｗａｂｉｌｉｔｙ， ｗｉｔｈ ａ ｆｌｏｗａｂｉｌｉｔｙ ｉｎｄｅｘ ａｔ １．６９． Ｔｈｅ ｂｉｎｄｉｎｇ ｐｈａｓｅ ｏｆ ｌｏｗ ｓｉｌｉｃａ ｐｏｗｄｅｒ ｓｈｏｗｓ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ４５４８ Ｎ， ａｎｄ ｔｈｅ ｓｕｎｄｒｉｅｓ ｈａｖｅ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｗａｔｅｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ３６．３２％． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｏｎ ｏｒｅ⁃ｂｌｅｎｄｉｎｇ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ｔｈｉｓ ｂａｓｉｓ． Ｂｙ ｒｅｄｕｃｉｎｇ Ａｕｓｔｒａｌｉａ′ｓ ｏｒｅ ｒａｔｉｏ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｘｅｄ ｏｒｅ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｌｏｃａｌ ａｌｋａｌｉ ｆｉｎｅ ｐｏｗｄｅｒ， ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｘｔｕｒｅ ａｒｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ， ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒａｉｓｅｄ ｂｙ ２０ ℃， ｔｈｅ ｆｌｏｗａｂｉｌｉｔｙ ｉｎｄｅｘ ｆａｌｌｉｎｇ ｔｏ １．２７， ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｎｄｉｎｇ ｐｈａｓｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ２８１ Ｎ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｒｅｄｕｃｅｄ ｂｙ １ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｐｏｉｎｔ． Ｔｈｅ ｓｉｎｔｅｒ ｐｏｔ ｔｅｓｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｆｉｎａｌ ｐｒｏｄｕｃｔ ｙｉｅｌｄ， ｄｒｕｍ ｓｔｒｅｎｇｔｈ， ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｌｏｗ⁃ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ａｒｅ ａｌｌ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ４．５ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｐｏｉｎｔｓ， ２ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｐｏｉｎｔｓ， ａｎｄ ３ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｐｏｉｎｔｓ， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ， ｗｉｔｈ ｂｏｔｈ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ａｎｄ ｌｏａｄ ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ． Ｔｈｅｓｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃａｎ ｂｅ ｔａｋｅｎ ａｓ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ ｉｒｏｎ⁃ｏｒｅ ｂｌｅｎｄｉｎｇ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｉｎｔｅｒｅｄ ｏｒｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎ Ｘｉｎｇｔａｉ Ｓｔｅｅｌ Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ Ｐｌａｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｉｒｏｎ ｏｒｅ ｐｏｗｄｅｒ； ｓｉｎｔｅｒ； ｂａｓｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ； ｏｒｅ ｂｌｅｎｄｉｎｇ 中国钢铁工业快速发展，对铁矿石资源需求量巨 大，国内钢铁企业的铁矿来源复杂，既有国内自产铁 矿，也有进口铁矿。 但目前国内外的铁矿资源质量逐 渐呈劣质化趋势，尤其是 Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等杂质含量逐渐 升高，铁品位下降，导致铁矿粉的自身特性及烧结行为 规律有所改变［１－２］，使得成品烧结矿质量下降，降低了 ①收稿日期 ２０１６－０１－１４ 作者简介 赵 凯（１９８１－），男，河北遵化人，博士，讲师，主要从事冶金节能与资源综合利用研究工作。 第 ３６ 卷第 ４ 期 ２０１６ 年 ０８ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３６ №４ Ａｕｇｕｓｔ ２０１６ 烧结产量。 铁矿粉由于其地质状态和成矿机理不同， 在烧结特性方面存在很大的差异。 因此需要系统研究 铁矿粉烧结行为［３］，为烧结配矿及工艺参数优化提供 理论指导。 本文针对邢钢常用的 ７ 种铁矿粉的基础特性进行 了系统研究，考察了同化性、液相流动性、粘结相自身 强度、铁酸钙生成能力、软化性能和最大吸水率等基础 特性指标，对混合料的基础特性进行了优化，并在此基 础上进行了烧结杯试验，为邢钢烧结配矿优化提供了 理论支撑。 １ 试 验 １．１ 试验原料 试验所用的 ７ 种原料成分如表 １ 所示。 铁矿粉混 合料配比及杂料配比分别见表 ２ 和表 ３。 表 １ 烧结用原燃料化学成分（质量分数） ／ ％ 原料名称ＴＦｅＳｉＯ２Ａｌ２Ｏ３ＣａＯＭｇＯＴｉＯ２Ｉｇ 本地碱精粉６３．９６３．２５０．７９２．６９１．８３０．０９－０．００１５ 涞源精粉６１．７５３．８００．７９４．９４０．１０－０．０１２ 澳矿５７．４９５．０４２．６０．４５０．１１０．１７９．５７ 巴西粉６２．９２５．６５１．５４０．４５０．１１０．０８０．４８ 低硅酸精粉６５．３３７．０２０．７００．６００．２８０．２４－０．０１９ 返矿５４．５４５．５３１．９８１１．２２２．１５０．１８－０．００９７ 杂料４．２２０．７７７３．３０２．９００．０４０１８．３１ 表 ２ 铁矿粉混合料配比（质量分数） ／ ％ 巴西粉澳矿本地碱精粉涞源精粉低硅酸精粉杂料返矿 ２２２７２５１０１０６１４ 表 ３ 杂料配比（质量分数） ／ ％ 烧结整粒灰 重力除尘灰 槽下灰竖炉除尘灰杂灰烧结除尘灰 ２４．６１０．０９．６９．８１５．０２８．０ １．２ 试验设备及方法 采用 ＴＳＪ－３ 型微型烧结试验装置，通过红外加 热，不使用耐火材料，故能快速升温和快速降温。 具体 试验方法如下 １） 同化性将铁矿粉制成质量为 ０．８ ｇ、直径为 ８ ｍｍ 的小饼；将 ＣａＯ 制成直径为 ２０ ｍｍ、质量为 ２．０ ｇ 的小饼；将铁矿粉小饼置于 ＣａＯ 小饼的上方，按设定 的升温曲线和试验气氛烧结，测定小饼接触面上生成 略大于铁矿粉小饼一圈的反应物时的温度。 ２） 液相流动性将 ＣａＯ 和铁矿粉按碱度 ４．０ 制成 小饼，根据设定的试验气氛和升温曲线进行烧结 （１ ２５０ ℃下恒温 ４ ｍｉｎ），计算烧结前后小饼面积的差 与原始小饼面积的比值。 ３） 粘结相强度将 ＣａＯ 和铁矿粉按碱度 ２．０ 制成 小饼，根据设定的试验气氛和升温曲线进行烧结 （１ ２８０ ℃ 下恒温 ４ ｍｉｎ），测定烧结后小饼的抗压 强度。 ２ 试验结果及讨论 铁矿粉烧结基础特性试验结果见表 ４。 表 ４ 铁矿粉烧结基础特性 编号 矿粉 名称 同化温度 ／ ℃ 流动性 指数 粘结相强度 ／ （Ｎ个 －１ ） 最大吸水率 ／ ％ １本地碱精粉１ ２６００．０６３ ８９２２７．８８ ２涞源精粉１ ２６５０．０７２ ９１０２４．８４ ３澳矿１ ２２００．３１１ ９０７１７．１９ ４巴西粉１ ２５００．７２３ ４７４１５．４２ ５低硅酸精粉１ ２５００．５２４ ５４８２７．２５ ６返矿１ ２４０１．２８４ ３６０ ７杂料１ ２００１．２２２６２３６．３２ ８混合矿１ ２３０１．６９３ ２８９１７．９３ ２．１ 铁矿粉的同化性 同化特性是指铁矿粉在烧结过程中与 ＣａＯ 的反 应能力，表征着铁矿粉在烧结过程中生成液相的难 易程度，铁矿粉同化温度越低，在烧结过程中越易生 成液相［４－５］。 试验测得各种铁矿粉的同化温度如图 １ 所示。 ,  图 １ 同化温度对比 由图 １ 可知各种铁矿粉的同化特性差别较大， 其中杂料同化温度最低，为 １ ２００ ℃，涞源精粉同化 温度最高，为 １ ２６５ ℃，邢钢现场的混合料同化温度为 １ ２３０ ℃，同化能力较强。 造成上述结果的原因如下 １） 本地碱精粉和涞源精粉均为磁铁矿，由于磁铁 矿中的 Ｆｅ３Ｏ４需要氧化成 Ｆｅ２Ｏ３才能与 ＣａＯ 反应，同 化能力弱于赤铁矿。 因此同化温度高于澳矿和巴西粉。 ２） 铁矿粉中 ＭｇＯ 含量越高，其同化温度越高。 这是因为 ＭｇＯ 是高熔点物质，烧结料中的 ＭｇＯ 在高 ９８第 ４ 期赵 凯等 邢钢烧结原料基础特性及优化配矿试验研究 温固相反应中易形成难熔物相［４］；其次，在烧结过程 中 ＭｇＯ 有利于赤铁矿分解生成磁铁矿，且抑制铁酸钙 的生成。 ３） Ｒ 越高，铁矿粉的同化温度越高。 因为在试验 过程中叠加了 ＣａＯ 小饼，反应界面 ＣａＯ 过量，Ｒ 越大， 反而抑制了液相的生成，要达到同化特征的液相就需要 更高的温度，从而使同化温度升高。 由于 ＭｇＯ 和 Ｒ 对 铁矿粉的双重影响，涞源粉同化温度略高于本地碱精粉。 ４） 铁矿粉中 ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３含量越高，同化温度越 低。 因为 ＳｉＯ２和 Ａｌ２Ｏ３与 ＣａＯ 反应能力较强，ＳｉＯ２和 Ａｌ２Ｏ３能增加液相的表面张力，增加氧离子扩散，有利 于磁铁矿向赤铁矿转变且有促进复合铁酸钙形成的作 用［４］。 结合表 １ 数据可知，低硅酸精粉与巴西粉的化学 成分组成相似，ＳｉＯ２和 Ａｌ２Ｏ３之和略高于巴西粉，因此 低硅酸精粉和巴西粉同化温度很相近。 返矿和混合矿属于多种含铁原料混合物，它们的 同化温度具有加和性，介于各种含铁原料同化温度之 间，即在 １ ２００～１ ２６５ ℃之间。 ２．２ 铁矿粉的流动性 铁矿粉流动特性指在烧结过程中铁矿石与 ＣａＯ 反应生成的液相的流动能力，它表征的是粘结相的 “有效粘结范围”，一般认为适宜的流动性指数在 ０．６～ １．２ 之间［６］。 １ ２５０ ℃、Ｒ ＝ ４ 时，邢钢各种铁矿粉液相 流动性如图 ２ 所示。 由图 ２ 可知，不同矿粉的液相流 动性差别较大，矿粉液相流动能力由高到低的排列顺 序为混合矿、返矿、杂料、巴西粉、低硅酸精粉、澳矿、 涞源精粉、本地碱精粉。 3,D3 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 12345678 4,D; 图 ２ 铁矿粉液相流动性指数对比 上述流动性的差异主要有以下原因试验所用返 矿、杂料和混合矿 ３ 种矿粉的同化性较强，其液相流动 性亦较强。 而同化性较差的涞源精粉和本地碱精粉， 流动性亦较差。 因为铁矿粉的同化性越强，生成液相 的熔点越低。 在烧结温度一定时，液相过热度越大，液 相粘度越低，流动性越强。 但同化性较强的澳矿，其流 动性一般；而同化温度一样的巴西粉和低硅酸精粉流 动性稍要好一些。 低硅酸精粉比澳矿的流动性好，因 为该矿为磁铁矿，ＦｅＯ 含量高，有利于低熔点矿物铁橄 榄石以及钙铁橄榄石等的生成，同时液相中 ＦｅＯ 含量 增大，有利于液相粘度降低，改善液相流动性。 此外， 提高 Ａｌ２Ｏ３含量有利于液相量提高，但 Ａｌ２Ｏ３含量过 高会影响液相的流动性，因为 Ａｌ２Ｏ３是硅酸盐网络的 形成物， 能增大液相的粘度， 从而降低液相流动 性［５－６］，由于澳矿中含有较高的 Ａｌ２Ｏ３，故流动性相对 较差。 由于巴西粉的 ＭｇＯ 含量相对其他几种矿粉较 低，对铁酸钙液相的生成过程抑制作用小，同时生成高 熔点的矿物相对较少，对液相的流动性阻碍较小，巴西 粉中 Ａｌ２Ｏ３含量比较适中，促进液相总量，有利于液相 的流动性改善，所以巴西粉较低硅酸精粉流动性好。 ２．３ 铁矿粉的粘结相强度 粘结相强度性能是指铁矿石在烧结过程中形成的 液相对其周围的核矿石进行固结的能力［７］。 对烧结 矿的强度有着至关重要的影响。 因为，非均质烧结矿 在烧结过程中的固结主要由粘结相来完成。 粘结相自 身强度在很大程度上决定了烧结矿的强度。 虽然足够 的粘结相是烧结矿固结的基础，但粘结相自身强度亦 是非常重要的因素。 １ ２８０ ℃、Ｒ ＝ ２ 时邢钢各矿粉粘 结相强度如图 ３ 所示。 3,D3 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 12345678 C18, N --1 图 ３ 铁矿粉粘结强度对比 由图３ 可知，不同矿粉的粘结相强度存在较大差别。 粘结相强度较大的有本地碱精粉、涞源精粉、巴西粉、低 硅酸精粉、返矿和混合矿 ６ 种，其中最高的是低硅酸精 粉，为 ４５４８ Ｎ／ 个，混合矿的强度较强，为３２８９ Ｎ／ 个，粘 结相强度较弱的有澳矿和杂料 ２ 种，其中杂料最低，为 ２６２ Ｎ／ 个。 粘结相强度由高到低的排列顺序为低硅酸 精粉、返矿、本地碱精粉、巴西粉、混合矿、涞源精粉、澳 矿、杂料。 造成上述差异的原因如下由于低硅酸精粉、 涞源精粉和本地碱精粉均属于磁铁矿，含有大量 ＦｅＯ， 易与铁矿粉中 ＳｉＯ２生成低熔点 ＦｅＯＳｉＯ２，ＳｉＯ２含量越 高，粘结性强度越好［４］。 另外在烧结过程中，矿粉中含 ０９矿 冶 工 程第 ３６ 卷 有较多的 ＣａＯ，会与 ＳｉＯ２反应生成 ２ＣａＯＳｉＯ２，同样有 利于粘结强度的提高；另外，在 Ｎ２气氛下，有部分 Ｆｅ２Ｏ３ 分解为 ＦｅＯ，ＳｉＯ２与 ＦｅＯ 反应生成 ＦｅＯＳｉＯ２，并与熔 点较高的 ２ＣａＯＳｉＯ２互相固溶，进一步与 ＣａＯ 反应形 成具有较低熔化温度的钙铁橄榄石体系的液相。 而巴 西和澳矿均属于赤铁矿，都有利于铁酸钙物相的生成， 巴西粉由于具有较好的同化性和流动性，生成的粘结 相量较大且粘度适宜，但澳矿结晶水较多，分解时易使 粘结相形成裂纹和在内部残留气孔，降低澳矿粘结相 强度，因此巴西粉的固结强度高于澳矿。 返矿和混合 矿由于同化特性较好、液相流动性适宜，因此粘结相的 强度较好。 ２．４ 铁矿粉的铁酸钙生成特性 铁酸钙生成特性是指在烧结过程中复合铁酸钙的 生成能力。 在烧结矿粘结相中，复合铁酸钙（ＳＦＣＡ）粘 结相是最优的，增加烧结矿中的复合铁酸钙含量有利 于烧结矿强度、还原性改善［８－９］。 将铁矿粉的试样小 饼烧结后，采用 Ｘ 射线衍射仪测定铁酸钙含量，评价 铁矿粉的铁酸钙生成特性，结果见图 ４。 20103040 CaO Fe2O3 5060709080 2 / θ               B4 NB2, ,3 0/3 ., 3 图 ４ 铁酸钙生成特性的 ＸＲＤ 衍射图 由图 ４ 可知，巴西粉和澳矿相对于本地碱精粉、涞 源精粉及低硅酸精粉而言，铁酸钙的生成能力较强，因 为巴西粉和澳矿的含铁矿物主要是赤铁矿，可以直接 与 ＣａＯ 反应生成铁酸钙，而磁铁矿烧结时，铁酸钙的 生成是建立在磁铁矿被氧化生成赤铁矿的基础上，相 对于赤铁矿，磁铁矿烧结生成铁酸钙困难［１０］。 因此， 巴西粉和澳矿的 Ｘ 射线衍射图中铁酸钙峰值较高。 对于巴西粉和澳矿，澳矿中 Ａｌ２Ｏ３／ ＳｉＯ２比较适宜，更 利于铁酸钙的生成。 本地碱精粉、涞源精粉及低硅酸精粉的铁酸钙生 成能力大小为本地碱精粉＞涞源精粉＞低硅酸精粉。 因为低硅酸精粉中 ＳｉＯ２含量高达 ７．０２％，会与矿粉中 的 ＣａＯ 首先发生化学反应，生成高熔点的硅酸盐，使 得反应过程中的有效 ＣａＯ 含量减少，抑制了铁酸钙的 生成，所以低硅酸精粉的铁酸钙生成能力最小［６］。 但 本地碱精粉和涞源精粉中 ＭｇＯ 含量较高，ＭｇＯ 含量越 高，铁酸钙的生成能力越差。 因为 Ｍｇ ２＋ 可以固熔于 Ｆｅ３Ｏ４上，抑制 Ｆｅ３Ｏ４再氧化，从而影响铁酸钙的生 成。 返矿本身为熟矿，显微结构中已经含有部分的铁 酸钙，在红外加热过程中又使游离的 ＣａＯ 完全反应， 所以返矿铁酸钙生成量最多。 混合矿属于磁铁矿和赤 铁矿按照一定比例配制而成，因此铁酸钙生成能力比 单纯的赤铁矿要低，比单纯的磁铁矿要高。 杂料的铁 酸钙生成能力最低，因为杂料中主要是除尘灰，含有少 量的 Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ 等碱金属，会与 ＳｉＯ２发生反应首先生 成低熔点的硅酸盐，对玻璃质相中 ＣａＯ 有束缚作用， 减少了形成铁酸钙的有效 ＣａＯ 数量，另外杂料中的 Ｆｅ２Ｏ３含量与其他矿粉相比很少，上述两个因素综合 作用降低了铁酸钙的生成能力。 所以铁酸钙的生成特性由强到弱依次为返矿、澳 矿、巴西粉、混合矿、本地碱精粉、涞源精粉、低硅酸精 粉、杂料。 ２．５ 铁矿粉的吸水性 不同铁矿粉的最大吸水率对比如图 ５ 所示。 ;5  图 ５ 最大吸水率对比 由图 ５ 可知，不同铁矿粉的吸水性差别较大。 其 中吸水性较好的有杂料、低硅酸、本地碱、涞源 ４ 种矿 粉。 杂料的吸水率最大，为 ３６．３２％，巴西的吸水率最 小，为 １５．４２％，而混合料的吸水率为 １７．９３％。 巴西粉 毛细孔不发达，颗粒质地硬，所以吸水率低。 杂料的粒 度非常细，比表面积大，吸水性较好，有利于物料的制 粒。 如果矿石多孔、比表面积大、疏松和含有亲水性物 质，那么它的最大吸水率就大，反之则小。 即吸水率大 的物料在烧结过程中物理化学反应界面的接触面积 大，有利于烧结的进行和铁矿石的还原。 吸水性由高到低的顺序为杂料、本地碱精粉、低 硅酸精粉、涞源精粉、混合矿、澳矿、巴西粉。 ２．６ 烧结配矿优化试验 由铁矿粉的各项基础特性指标分析比较可知，混 合矿的同化温度偏低，粘结相强度、铁酸钙生成能力、 １９第 ４ 期赵 凯等 邢钢烧结原料基础特性及优化配矿试验研究 吸水率均适中，但流动性偏大。 邢钢应结合铁矿粉的 烧结基础特性，适当调整配矿方案，提高混合矿同化温 度，降低其流动性，建议适当提高本地碱精粉配加量， 实现烧结料基础特性互补，从而改善烧结矿质量。 基于上述分析，调整了混合料的配比，本地碱精粉 配比增加了 ５％，澳矿配比降低了 ５％。 混合料烧结基 础特性测试结果见表 ５。 结合邢钢现场烧结工艺条 件，采用烧结杯进行了配矿优化对比试验，结果见表 ６，烧结矿冶金性能试验结果见表 ７。 表 ５ 优化前后混合料烧结基础特性试验结果 矿粉 名称 同化温度 ／ ℃ 流动性 指数 粘结相强度 ／ （Ｎ个 －１ ） 最大吸水率 ／ ％ 优化前１ ２３０１．６９３ ２８９１７．９３ 优化后１ ２５０１．２７３ ５７８１６．９０ 表 ６ 优化配矿前后烧结杯试验结果对比 项目 转鼓指数 ／ ％ 垂直烧结速度 ／ （ｍｍｍｉｎ －１ ） 成品率 ／ ％ 烧损 ／ ％ 水分 ／ ％ 优化前６１．８２２．９７９．２１１．５８．２ 优化后６３．８２３．８８３．７１０．７８．０ 表 ７ 优化配矿前后烧结矿冶金性能指标对比 项目 低温还原粉化／ ％还原性荷重软化／ ℃ ＲＤＩ ＋６．３ ＲＤＩ＋３．１５ＲＤＩ －０．５ ＲＶＩ／ （％ ｍｉｎ －１ ） ＲＩ／ ％ Ｔ １０％ Ｔ４０％ΔＴ 优化前４２．８７５．３８．２０．５０８１．３ １ ２２７ １ ３３０ １０３ 优化后４５．６７８．６７．００．５２８３．０ １ ２３２ １ ３３２ １００ 由表 ５ 可知，优化配矿后，混合料的软化温度区间 变化不大，同化温度提高了 ２０ ℃，流动性指数降低到 １．２７，粘结相强度提高了 ２８１ Ｎ，最大吸水率略有降低， 混合料的基础特性有一定改善。 由表 ６～７ 可知，优化配矿后，烧结矿转鼓强度提 高了 ２ 个百分点，垂直烧结速度有所改善，成品率提高 了 ４．５ 个百分点，低温还原粉化性能、还原性能、荷重 软化性能均有所改善。 ３ 结 论 １） 针对邢钢烧结厂常用的 ７ 种原料的基础特性 进行了详细研究。 结果表明由于 ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、 ＭｇＯ 含量不同，７ 种铁矿粉的同化性能、流动性性能、 粘结性强度、铁酸钙生成特性、软化温度及吸水性等基 础特性有较大差异。 ２） 杂料的同化性最好，同化温度为１２００ ℃；混合 矿的流动性最好，流动性指数为 １．６９；低硅酸精粉的粘 结相强度最高，为４５４８ Ｎ；杂料的吸水性最高，为３６．３２％。 ３） 通过降低混合矿中澳矿配比、提高本地碱精粉 配比，使混合矿的同化温度提高了 ２０ ℃，流动性指数 降低到 １．２７，粘结相强度提高了 ２８１ Ｎ，最大吸水率降 低了 １ 个百分点；成品矿的转鼓强度提高了 ２ 个百分 点，垂直烧结速度有所改善，成品率提高了 ４．５ 个百分 点，低温还原粉化指数提高了 ３ 个百分点，还原性能、 荷重软化性能均有所改善。 ４） 建议适当提高本地碱精粉配加量、提高混合矿 同化温度、降低其流动性，实现烧结料基础特性互补， 从而改善烧结矿质量。 参考文献 ［１］ 公言国，王 广，李 华，等． 高铝烧结矿中 ＭｇＯ 的影响研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１５，５（１）７６－７９． ［２］ 范晓慧，冯 婧，陈许玲，等． 烧结矿化学成分预报模型与控制指 导专家系统［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１１（４）７７－８５． ［３］ 吴胜利，刘 宇，杜建新，等． 铁矿石的烧结基础特性之新概念 ［Ｊ］． 北京科技大学学报， ２００２，２４（３）２５４． ［４］ 肖志新，陈令坤，文志军，等． 武钢用铁矿粉烧结基础特性的试验 研究［Ｊ］． 武钢技术， ２０１１，４９（５）３－６． ［５］ 张建良，苏步新，车晓梅，等． 若干国内外铁矿粉的同化性实验研 究［Ｊ］． 过程工程学报， ２０１１，１１（１）９７－１０２． ［６］ 吴胜利，杜建新，马洪斌，等． 铁矿粉烧结液相流动特性［Ｊ］． 北京 科技大学学报， ２００５，２７（３）２９１－２９３． ［７］ 赵艳霞，罗果萍，孙国龙，等． 包钢烧结优化配矿的基础研究［Ｊ］． 内蒙古科技大学学报， ２００７，２６（２）１００－１０３． ［８］ 刘振林，温洪霞，冯根生，等． 济钢常用铁矿石烧结基础特性的研 究［Ｊ］． 钢铁， ２００４，３９（７）７－１１． ［９］ 吕志义，陈 革，赵永红． 包钢烧结所用铁料基础特性研究［Ｊ］． 包钢科技， ２０１３，３９（６）１７－１９． ［１０］ 郭兴敏． 烧结过程中铁酸钙生成及其矿物学［Ｍ］． 北京 冶金工 业出版社， １９９９． ２９矿 冶 工 程第 ３６ 卷