铁矿石的烧结基础特性的研究(上）
摘 要 近年来对烧结用铁矿石的评价主要集中在化学成分、粒度组成、矿物特性等常温性能方面，而对铁矿石在烧结过程中的高温行为和作用研究较少，根据此问题的深入思考和实验室的基础研究，提出了铁矿石的烧结基础特性的概念，该概念主要包括铁矿石的同化性能、液相流动性、粘结相强度和铁酸钙生成性能等，研究铁矿石在烧结过程中的高温物理性能及在烧结过程中的行为和作用，有利于完善烧结理念，优化铁矿石配矿的思路，进一步优化烧结生产工艺，改善烧结矿质量。
关键词 铁矿石 烧结基础特性 优化配矿 烧结矿
1 前言
随着炼铁技术的进步，精料已经成为炼铁取得优异经济、技术指标的主流方向，如何在提高综合入炉品位（主要是入炉烧结矿品位）和降低渣铁比的基础上，保证烧结矿SiO2含量大幅度降低的同时提高烧结矿的强度、低温还原粉化率、还原性能等指标，已是摆在烧结工作者面前的一个重要课题；为提高吨铁效益，使烧结矿具有成本最低、冶金性能较好的特点，传统的铁矿石烧结理念面临重大挑战。由于国内矿粉资源日益紧缺，如何合理利用国外进口矿粉资源实现优化配矿，关系到企业的生存发展。为此，本文从炼铁精料角度出发，围绕烧结含铁原料的烧结基础特性，探讨优化烧结配矿的新思路和新途径。
2 铁矿石烧结特性的研究现状
高炉炼铁对铁矿石性能的要求，目前主要考虑因素是铁矿石的化学成分、粒度组成、转鼓强度等常温性能，同时对铁矿石在炉内的高温性能如：（低温、中温、高温）还原粉化率、还原性、软熔性能、滴落性能等还有具体要求。但是，在铁矿石的基础特性的认识和研究上，目前还停留在常温性能方面，对铁矿石在烧结过程中表现出的高温性能的研究仍然处于起步阶段。
目前无论是铁矿石供应商，还是铁矿石用户，签订合同均以铁矿石的化学成分、粒度组成、铁份波动等常温指标作为铁矿石的技术评价依据。而目前的烧结配矿也是根据铁矿石的价格和化学成分、粒度组成、制粒性能等来进行的。
由于目前未完善对铁矿石基础烧结特性的研究，特别是未对铁矿石在烧结过程中表现出来的高温特性做系统研究，因此，不能有目的的对世界各地的铁矿石进行合理的选择和使用，无法实现有效的“优化配矿”，根据原燃料条件变化，烧结工艺操作调整局限于通过烧结生产操作制度如配碳量、混合料水分、料层厚度、机速、负压等的调整来适应原燃料条件的变化，这种调整方式往往是“滞后”的，这种调整也是落后和被动的。例如铁矿石的烧结液相生成能力过于弱小时，烧结液相数量形成“先天性缺陷”，而现有的烧结工艺操作制度调整往往采用提高烧结温度如增加配碳量、提高料层厚度、降低负压等措施来解决，虽然烧结矿转鼓强度提高，但在损失产量的同时，对低温烧结工艺受到严重制约，降低烧结矿的还原性能。
以上问题表明：目前对铁矿石的基础特性和其在烧结过程中的作用的研究仍然停留在较低层次阶段。
因此，如何充分掌握铁矿石的基础烧结特性，深入认识铁矿石在烧结过程中的高温性能和作用，是烧结工作者急需解决的问题。通过烧结生产实践和铁矿石的基础特性研究的结果表明：烧结效果与铁矿石种类之间的关系非常密切，而且对烧结过程影响最大的铁矿石自身基础特性而言，除了铁矿石的常温特性外，还存在其它与铁矿石的高温状态下的烧结过程密切相关的重要特性，根据作者近期研究结果：不同种类的铁矿石，在烧结过程中呈现出的高温物理化学性质是各不相同的。如在铁矿石与CaO的反应能力、铁矿石生成的烧结液相流动能力、固结相强度等方面，因铁矿石种类不同存在着显著差异，不同种类的铁矿石由于自身特性不同，对烧结过程中所作的贡献和作用存在着较大差别，而这些与烧结效果有着重大关系的铁矿石的基础特性至今才开始被认识，有必要在基于烧结用铁矿石的高温行为和作用规律的基础上，充分掌握铁矿石的基础烧结特性。
3 铁矿石的烧结基础特性
3.1 铁矿石的常温烧结性能
我厂烧结用铁矿石的化学成分（%），如表1所示。
表1 我厂烧结用铁矿粉成分
|
名称
|
TFe
|
FeO
|
CaO
|
SiO2
|
Al2O3
|
MgO
|
S
|
P
|
烧损
|
|
PB粉
|
61.88
|
0.33
|
0.45
|
4.53
|
2.48
|
0.48
|
0.012
|
0.050
|
4.13
|
|
扬迪粉
|
58.90
|
0.31
|
0.48
|
4.92
|
2.67
|
0.48
|
0.012
|
0.035
|
9.63
|
|
卡拉加斯粉
|
64.56
|
0.35
|
0.44
|
2.44
|
1.64
|
0.44
|
0.044
|
0.061
|
3.50
|
|
巴西南部粉
|
62.77
|
1.31
|
0.45
|
5.53
|
2.22
|
0.45
|
0.020
|
0.114
|
1.63
|
|
周边精矿粉
|
65.14
|
27.58
|
0.42
|
8.12
|
1.76
|
0.56
|
0.084
|
0.018
|
-1.86
|
|
火箭粉
|
58.57
|
＜0.20
|
0.48
|
4.56
|
2.65
|
0.47
|
0.060
|
0.031
|
8.02
|
|
自选精矿
|
64.47
|
25.57
|
0.27
|
8.38
|
1.56
|
0.26
|
0.064
|
0.018
|
-2.35
|
3.2 铁矿石的烧结基础特性
铁矿石的烧结基础特性主要是指矿粉的烧结基础特性，即铁矿石在烧结过程中呈现出的高温物理化学性质，反映铁矿石的烧结行为和作用，它也是评价铁矿石对烧结过程及烧结矿质量所作的贡献的基本指标。铁矿石的基础特性主要包括：同化性能、液相流动性、粘结相强度性能、铁酸钙生成性能、连晶性能的高温结合性能等。而一般来说，主要研究同化性能、液相流动性能、粘结相强度、铁酸钙生成性能等四个指标。
3.2.1 同化性能
同化性能指铁矿石在烧结生产过程中与CaO的反应能力。它表征铁矿石在烧结过程中生成液相的难易程度。一般而言，同化性能越高，在烧结过程中越易生成液相，但是对于非均质烧结矿而言，基于对烧结矿的固结和透气性的考虑，并不希望作为核矿石的颗粒过分熔化，以避免固结骨架作用的核矿石减少以及烧结料层透气性恶化而影响烧结矿的产量和质量。因此，要求铁矿石的同化性能适宜。本文通过测定铁矿石与CaO的接触截面发生反应的温度来确定铁矿石同化能力的强弱，表2给出了我厂7中烧结常用铁矿石的同化性试验结果，可见，不同种类的铁矿石的同化性存在明显差异。
表2 我厂铁矿粉同化性温度
|
矿粉名称
|
同化温度，℃
|
|
PB粉
|
1275
|
|
扬迪粉
|
1189
|
|
卡拉加斯粉
|
1286
|
|
巴西南部粉
|
1308
|
|
周边精矿粉
|
1321
|
|
火箭粉
|
1245
|
|
自选精矿
|
1345
|
扬迪粉的同化能力最强，火箭粉的同化能力也比较强；PB粉和卡拉加斯粉同化温度适中，同化能力在中等水平；而巴西南部粉和周边矿粉的同化温度偏高，同化能力较差；自选精矿的同化温度最高，同化能力最差。
烧结配矿时，应选择同化能力强和同化性较弱的铁矿粉搭配，以便在保证烧结矿质量的同时，尽最大可能的提高烧结矿产量。针对我厂烧结用原料，从同化性角度进行考虑，同化性较好的扬迪粉和火箭粉应与自选精矿、周边精矿粉及巴西南部粉等同化能力较差的原料搭配使用。
3.2.2 液相流动性能
指铁矿石在烧结生产过程中与CaO反应生成的液相的流动能力。它表征铁矿石在烧结过程中粘结相的“有效粘结范围”。虽然铁矿石的同化性能揭示了低熔点液相生成能力，但同化性和熔化温度的高低并不能完全反映有效液相量的多少。一般来说，液相流动性较高时，其粘结周围的物料的范围较大，因此可以提高烧结矿的强度；反之，液相流动性过低时，粘结周围物料的能力下降，导致烧结矿的气孔增加，使烧结矿的强度下降。但是，粘结相得流动能力不能过大，否则对周围物料的粘结层厚度会变薄，烧结矿易形成薄壁大孔结构，使烧结矿整体变脆，强度降低，也使烧结矿的还原性变差。由此可见，适宜的液相流动性是保证烧结矿有效固结的基础。
铁矿石的液相流动性一般无法用通常的炉渣粘度测量方法来确定，因此定义了“液相流动性指数”来确定铁矿石的液相流动性能。流动性指数是通过测定铁矿石的小饼烧结矿烧结后流动的面积与小饼原始面积的比值计算得出，流动性指数大则表明铁矿石的流动性强。
表3给出了我厂7中烧结常用铁矿石的液相流动性的试验结果，可见，不同种类的铁矿石的液相流动性明显不同。
表3 铁矿粉液相流动性实验结果
|
矿粉名称
|
温度，℃
|
||
|
1260
|
1280
|
1300
|
|
|
PB粉
|
2.42
|
4.89
|
5.99
|
|
扬迪粉
|
3.50
|
10.35
|
11.12
|
|
卡拉加斯粉
|
2.78
|
4.71
|
8.11
|
|
巴西南部粉
|
1.36
|
2.36
|
3.26
|
|
周边精矿粉
|
0
|
0.25
|
1.25
|
|
火箭粉
|
5.12
|
7.21
|
8.11
|
|
自选精矿
|
0
|
0.11
|
0.51
|
（1）不同铁矿粉的液相流动性相差很大，即使同一种铁矿粉的液相流动性在不同温度和碱度条件下的流动性也大不相同。一般而言，随着温度的升高，铁矿粉的流动性指数逐渐增大，液相流动性逐渐变好。这主要是因为在碱度相同时，温度越高，铁矿粉生成液相的过热度也就越大，从而使铁矿粉的液相流动性变得越好。
（2）铁矿粉的液相流动性除受温度碱度的影响外，还和它的化学组成、微观结构、结晶水含量以及同化性能等有密切关系，它们之间相互影响，相互制约。
（3）在温度相同的条件下，我厂烧结用铁矿粉中扬迪粉和火箭粉的液相流动性特别好，卡拉加斯粉和PB粉的液相流动性也较好，巴西南部粉的液相流动性较差，而周边精矿粉和自选精矿的液相流动性极差。
（4）从铁矿粉的液相流动性角度进行考虑，烧结矿粉的液相流动性过高过低均不好。因此，在我厂烧结生产过程中应该减少自选精矿、周边精矿粉和扬迪粉的配比，或将这些液相流动性过高和过低的矿粉相互搭配使用。
3.3 粘结相强度
粘结相强度指铁矿石在烧结生产过程中形成的液相对其周围的核矿石进行固结的能力，它对烧结矿的强度有至关重要的影响。因为，对于非均质烧结矿而言，烧结过程中的核矿石的固结主要由粘结相来完成。核矿石由于其自身强度较高，其不会对不会构成烧结矿固结强度，的限制因素，因此在烧结工艺条件一定的条件下，粘结相自身强度在很大程度上决定了烧结矿的强度，足够的粘结相虽然是烧结矿的固结基础，但粘结相的自身强度也是非常重要的因素。
表4给出了我厂烧结常用铁矿石的粘结相强度的试验结果，可见，不同种类的铁矿石的粘结相强度明显不同。
(来源：炼铁）
现货资源
| 品名 | 规格 | 材质 | 厂家 | 地区仓库 | 价格 | 现货 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 螺纹钢 | 12*9 | HRB400E | 山东新石特工程材料有限公司 | 石横(厂提) | 3380 | 详情 |
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