蛇纹石对唐钢烧结过程的影响

熊飞武，胡宾生，贵永亮

（河北理工大学 冶金与能源学院，河北 唐山063009）

0 引言

蛇纹石属层状构造硅酸盐矿物，其分子式为:Mg6[Si4O10](OH)8，络阴离子为:[Si4O10]4-，附加阴离子为(OH)-，阳离子为：Mg2+。用白云石和硅砂作为烧结辅料，所获烧结矿液相中的硅酸盐成分明显增多，且分布不均匀，烧结矿强度比较低[1]。在工艺条件基本相同的前提条件下，配加蛇纹石的烧结矿则具有比较好的矿物结构特征和机械强度。为改善唐钢烧结矿的机械强度，有必要系统研究蛇纹石对唐钢烧结过程和烧结矿冶金性能的影响。

1 实验用原料与方法

表1 混合矿和熔剂的化学成分(%)

实验所用原燃料全部取自于唐钢炼铁厂，各种原料的化学成分见表1。烧结杯试验条件模拟唐钢烧结厂的实际生产情况。烧结杯内径400 mm，返矿配比固定为外配25%，混合料水份控制为7%左右，混匀造球的时间控制为7 m in。烧结杯底层铺上4kg大于10 mm的成品烧结矿作为铺底料，烧结料层厚度控制为600 mm，烧结负压控制为12000 Pa。采用石油液化气进行烧结点火，烧结点火温度控制为1150℃，烧结点火时间为1.5分钟，烧结点火负压控制为6000 Pa，将烧结废气温度开始下降时定为烧结终点。烧结饼置于 2米高自由落下至铁板 3次，取大于 10mm的百分比作为烧结成品率。所用转鼓为 1/2ISO标准转鼓（ISO-3271-1995），以大于6.3 mm的百分比作为烧结矿的转鼓指数（TI），以小于0.5 mm的百分比作为烧结矿的抗磨指数（AI）。

根据《铁矿石低温粉化试验静态还原后使用冷转鼓的方法》（ISO4696-1984）进行烧结矿的低温还原粉化试验。根据《铁矿石的还原性测定方法》（ISO4695）进行烧结矿的还原试验。

2 试验方案

在烧结矿碱度和MgO含量分别控制在1.8和2.25%的前提条件下利用蛇纹石代替部分白云石进行烧结杯试验，具体的实验方案见表2所示。

表2 试验方案表(%)

3 实验结果与分析

3.1 蛇纹石对烧结过程的影响

蛇纹石对烧结过程的影响见表3所示，从表3中可以看出：随蛇纹石配比增加，垂直烧结速度略有降低，但烧结成品率和烧结利用系数都得到提高，烧结矿转鼓指数提高，抗磨指数降低，烧结矿的机械强度得到改善。当蛇纹石配比从0%提高到1%时，烧结成品率、烧结利用系数和烧结矿机械强度改善的幅度比较大；当蛇纹石配比从1%提高到2%时，烧结矿机械强度改善的幅度则比较小，烧结成品率和烧结利用系数则略有降低。因此，单纯从改善唐钢烧结过程的角度出发，蛇纹石配比控制在1%～2%之间比较适宜。

蛇纹石分解产生镁橄榄石，而后镁橄榄石立即重结晶直接成为烧结矿中的低熔点粘结相并产生放热效应，这有利于MgO矿物在烧结过程中的矿化作用，促使烧结液相量增加，结晶状态得到改善，故而烧结成品率增加，烧结利用系数提高，烧结矿的机械强度也得到改善。另一方面，蛇纹石配比增加也给烧结矿带入更多的SiO2，使得烧结过程形成过多的液相，造成烧结料层透气性下降，从而降低垂直烧结速度。当垂直烧结速度降低的幅度比较大时，烧结利用系数也随着降低。

表3 烧结矿主要工艺指标

蛇纹石对烧结矿粒度组成的影响见表4所示，从表4中可以看出：随着蛇纹石配比的增加，烧结矿中5～10 mm粒级的比例下降，10～25 mm粒级的比例有所增加，烧结矿25～40 mm及＜5 mm粒级的含量变化不大，有利于改善高炉块状带的透气性。当蛇纹石配比从0%提高到1%时，烧结矿中10～25 mm粒级的比例提高了4.91个百分点；当蛇纹石配比从1%提高到2%时，烧结矿中10～25 mm粒级的比例提高了1.56个百分点，烧结矿粒度组成改善的幅度降低。因此，单纯从改善烧结矿粒度组成的角度出发，蛇纹石配比不宜控制过高。

表4 烧结矿粒度组成(%)

3.2 蛇纹石对烧结矿化学成分及矿物组成的影响

蛇纹石对烧结矿化学成分的影响见表5所示，从表5中可以看出：在烧结矿碱度和MgO含量保持不变的前提条件下，蛇纹石代替部分白云石后，烧结矿含铁品位降低，SiO2和FeO含量都有所提高，其它化学成分没有明显的变化。产生这种现象的原因是:白云石中的SiO2比较低，一般在1.5%左右；蛇纹石中的SiO2的含量高达35.5%。用蛇纹石代替部分白云石后，烧结矿中的SiO2含量增加，在烧结矿碱度保持不变的条件下，烧结熔剂的配比增加了，含铁物料的配比相应减少了，因此烧结矿的含铁品位会降低。另一方面，蛇纹石配比增加提高了烧结矿中的SiO2含量，为烧结矿中2FeO·SiO2的形成创造了有利的条件，从而促使烧结矿中FeO含量提高。从提高烧结矿含铁品位的角度考虑，蛇纹石配比不宜过高。

表5 蛇纹石配比对烧结矿化学成分的影响

蛇纹石对烧结矿矿物组成和矿物结构的影响见表6所示，从表6中可以看出：在烧结矿碱度和MgO含量保持不变的前提条件下，蛇纹石代替部分白云石后，烧结矿中铁矿物和粘结相矿物的种类没有明显的变化，但烧结矿中镁橄榄石含量提高，硅酸二钙和玻璃质含量降低，有利于烧结矿冷态机械强度和低温还原粉化性能的改善；烧结矿中磁铁矿、赤铁矿、铁酸钙、钙铁橄榄石和钙镁橄榄石含量基本保持不变。

表6 蛇纹石配比对烧结矿矿物组成的影响(%)

蛇纹石对烧结矿矿物组成和矿物结构的影响见表7所示，从表7中可以看出：在烧结矿碱度和MgO含量保持不变的前提条件下，蛇纹石代替部分白云石后，烧结矿中交织－熔蚀结构的比例提高，残存结构的比例有所降低，交织-熔织结构是机械强度最高的一种矿物结构，有利于改善烧结矿的机械强度，烧结矿中斑状结构和粒状结构的比例没有发生明显的变化。

表7 蛇纹石配比对烧结矿矿物结构的影响(%)

3.3 蛇纹石对烧结矿冶金性能的影响

蛇纹石对烧结矿低温还原粉化性能和还原性能的影响见表8所示，从表8中可以看出以下两点。

1）在烧结矿中 MgO含量保持不变的前提条件下，利用蛇纹石代替部分白云石后，烧结矿的 RDI-0.5指标和RDI-3.15指标都有所降低，而RDI+6.3指标则有所升高，烧结矿的低温还原粉化性能得到一定程度的改善，从而有利于改善高炉块状带的透气性。蛇纹石代替部分白云石后，烧结矿中镁橄榄石含量的升高以及玻璃质和硅酸二钙含量的降低有利于降低烧结矿在低温还原过程中产生的热应力，烧结矿中交织－熔蚀结构比例提高和残存结构比例降低同样有利于降低烧结矿在低温还原过程中产生的热应力，从而改善烧结矿的低温还原粉化性能。

2）在烧结矿中MgO含量保持不变的前提条件下，利用蛇纹石代替部分白云石后, 烧结矿的还原度（RI）降低，烧结矿的还原性能有所恶化，不利于降低高炉冶炼过程的燃料比。蛇纹石代替部分白云石后，烧结矿中的FeO和SiO2含量都有所提高，烧结矿中液相粘结相的数量增加，抑制了烧结矿还原过程的进行，从而导致烧结矿的还原度降低。

表8 烧结矿冶金性能

3.4 蛇纹石配比的优化选择

蛇纹石分解产生镁橄榄石，而后镁橄榄石立即重结晶直接成为烧结矿中的低熔点粘结相并产生放热效应，这有利于MgO矿物在烧结过程中的矿化作用。在烧结矿中MgO含量保持不变的前提条件下，利用蛇纹石代替部分白云石后，烧结矿中的镁橄榄石含量明显提高，玻璃质和硅酸二钙含量略有降低，烧结矿中交织－熔蚀结构比例提高和残存结构比例降低，从而可以提高烧结成品率和烧结利用系数，烧结矿的产量得到提高，同时烧结矿的机械强度和低温还原粉化性能得以改善，但对烧结矿还原性能的改善却有不利的影响，同时也会降低烧结矿的含铁品位。因此，为减缓或消除烧结矿中MgO含量提高对烧结矿冷态机械强度、烧结成品率和烧结矿产量的不利影响，利用蛇纹石来代替部分白云石是比较合理的选择，但蛇纹石的配比不宜过高，以控制在1%至2%之间比较适宜。

4 结 论

(1)在烧结矿中MgO含量保持不变的前提条件下，利用蛇纹石代替部分白云石后,烧结矿中的镁橄榄石含量明显提高，玻璃质和硅酸二钙含量略有降低，烧结矿中交织－熔蚀结构比例提高而残存结构比例降低。

(2)蛇纹石配比提高后,烧结成品率和烧结利用系数得到提高，烧结矿粒度组成趋于合理，烧结矿机械强度和低温还原粉化性能都得以改善，但对烧结矿还原性能的改善却有不利的影响，同时也会降低烧结矿的含铁品位。当蛇纹石配比过高时，垂直烧结速度的降低将会促使烧结利用系数降低。

(3)综合考虑蛇纹石对唐钢烧结过程和烧结矿冶金性能的影响，利用蛇纹石来代替部分白云石是比较合理的选择，但蛇纹石的配比不宜过高，以控制在1%至2%之间比较适宜。

[1] 俞志明.中国化工商品大全(上) .北京:中国物资出版社,1988