含钛烧结矿FeO含量变化的研究

丁海超，李福民，魏小珍，李豪杰，曹丽华，孙艳芹

（1.河北联合大学 冶金与能源学院，河北 唐山063009；2.河北钢铁集团宣化分公司，河北，宣化075000）

国内对不同的FeO值对烧结矿性能的影响进行了很多探索性研究［1～11］。目前由于矿源和降低成本等原因，使烧结配矿种类繁多，其中难烧矿粉如钒钛矿粉的加入使烧结矿FeO含量对烧结矿质量的影响更加敏感。因此，控制和确定烧结矿中合适的FeO含量对高炉生产十分重要。

1 试样原料及方案

1.1 原、燃料条件

宣钢烧结用原、燃料化学成分如表1所示。

表1 原、燃料化学成分（%）

1.2 试验方案

以现场5＃配矿方案为基准，对烧结矿中适宜FeO含量进行研究。试验方案如表2所示。

2 试验方法

烧结试验在300 mm×500 mm的烧结杯中进行。烧结矿低温还原粉化性能的测定按GB13242－91进行中温还原性能测定按GB13244－91进行。烧结矿荷重软化性能测定在铁矿石荷重软化试验装置中进行。试样在N2保护下500℃时准备，升温至800℃时，点击软件开始，当料柱高度收缩10%时的温度为软化开始温度（T10%），收缩40%时的温度为软化终了温度（T40%），△T＝T40%～T10%为软化温度区间。试样粒度为2.5～3.2 mm，荷重为1 kg／cm2，料柱高度为40 mm。

表2 烧结矿适宜FeO含量的试验研究方案（%）

3 试验结果及分析

3.1 配碳量对烧结矿FeO含量的影响

表3 配碳量与烧结矿FeO含量的关系（%）

由表3可知，配碳量在3.40%时烧结矿FeO含量最低，配碳量超过此值在3.60%～4.02%之间变化时，烧结矿中FeO含量变化在9.89%～9.59%间变化，最大差值仅为0.3%，且变化规律性不强。改变配碳量实际是改变了烧结气氛，配碳量增加后，由于碳的不完全燃烧，生成的CO含量增加，气氛还原性变强，使Fe2O3不稳定而分解为Fe3O4和FeO，故FeO含量变高了。试验结果说明在宣钢配料成分条件下，配碳量大于3.4%，气氛还原势增强，原料中高价铁氧化物被还原，FeO数量增多。因此，宣钢烧结矿配碳量3.6%是控制FeO的关键点。

3.2 FeO含量对烧结过程参数的影响

FeO与烧结速度和烧损率的关系，见图1。

图1中，方案4＃垂直烧结速度最慢，5＃最快，即随着FeO含量的增加，垂直烧结速度有减小的趋势；其主要原因是随配碳量的增加，还原性气氛增强，FeO继续上升，使燃烧带变得宽了，热量过剩出现过熔现象，烧结阻力增加，垂直烧结速度下降，且钙钛矿含量增加，烧结矿结构由FeO低时的疏松、细孔厚壁结构变化到FeO高时的致密坚硬、大孔薄壁结构［5］。方案中1＃烧损率最大，4＃最小，在16%～18%之间，相差约2%，即随着FeO含量的增加烧损率有降低的趋势。综合考虑垂直烧结速度、烧损率，FeO含量应选择9.27%，即5＃配矿方案。

图1 FeO与烧结垂直烧结速度和烧损率的关系

3.3 FeO含量对烧结矿冶金性能的影响

3.3.1 FeO与烧结矿的成品率和转鼓指数的关系

图2 FeO与成品率和转鼓指数的关系

适宜的焦粉配用量有利于生成一定数量的FeO，以保证烧结矿中液相的充分发展，FeO对烧结矿强度影响非常大，但不能认为提高烧结矿强度必须提高烧结矿的FeO，从而有意识地提高配碳量。在一定范围内，转鼓指数随FeO含量的增加而升高，但超过某一数值后，转鼓指数开始下降。鞍钢、攀钢、唐钢等的一般规律，当FeO含量低于8%～9%时，烧结矿的转鼓强度、成品率和产量随着FeO含量增加而提高；当FeO含量大于9%时，烧结矿的转鼓强度、成品率和产量随着FeO含量增加而下降。

据统计，高炉炉料中5～10 mm粒度矿少于总料量的30%时，入炉（小于5～10 mm）粉末每降低1%可使高炉利用系数提高0.4%～1.0%，焦比下降0.5%；转鼓强度提高1.0%，高炉产量提高1.9%。

图2中，＞5 mm的烧结矿成品率在76%～90%之间，相差约14%，FeO含量为9.27%时最高，FeO含量为7.11%时最低，烧结矿成品率随FeO含量的升高呈升高趋势。转鼓指数在67%～69%之间，相差约2%，FeO含量为9.59%时最高，FeO含量为9.84%时最低。烧结矿的强度好，主要是因为烧结矿中的SFCA发展充分，不能认为要提高烧结矿强度必须提高烧结矿的FeO，从而有意识地提高配碳量。配碳量过高时，常会带来一系列负面效应：燃烧带温度升高，透气性恶化，反而不利于针状铁酸钙粘结相SFCA的生成。但配碳量过低时，液相量不足，铁矿石的结晶程度差，主要粘结相是玻璃质，多孔洞，强度差，成品率下降［4］。综合考虑烧结矿成品率与转鼓指数FeO含量应取9.27%（5＃）左右。

3.3.2 FeO与烧结矿低温还原粉化性能的关系

以RDI＋3˙15为考察指标，RDI＋6˙3和RDI－0˙5为参考指标。

图3 FeO与RDI的关系

随着FeO含量的提高，其还原粉化指数RDI＋315是改善的。一般规律为FeO每提高1%，低温还原粉化率（RDI＋315）提高5个百分点左右。综合考虑烧结矿RDI＋315大于80%，即为FeO控制的大致标准。

图3中：烧结矿的RDI＋3˙15在78%～83%之间，相差5.0%左右，FeO含量为9.84%时最高，FeO含量为7.11%时最小，RDI＋3˙15随FeO含量的增加明显增加。说明FeO越低则还原粉化性加重，其原因是Fe2O3体积膨胀产生内应力，使烧结矿粉化，还原过程中α－Fe2O3转变成γ－Fe2O3，体积膨胀7.8%，在骸晶状赤铁矿晶粒周围形成一层多裂纹、强度差的碎裂带致使粉化率增加。而宣钢钒钛烧结矿中钛赤铁矿的质量分数随FeO的上升而减少，故FeO升高后还原粉化率得到改善［5］。RDI＋6˙3与RDI＋3˙15具有相同的变化规律；RDI－0˙5随FeO含量的增加而稍微减小。综合考虑还原粉化指数，FeO含量应取9.80%左右，选择4＃、3＃方案。

3.3.3 FeO与烧结矿中温还原性能的关系

随着烧结矿FeO的降低，赤铁矿、铁酸半钙、铁酸一钙升高，而玻璃质、钙铁橄榄石、铁橄榄石降低，其还原性能是改善的。但不同FeO含量范围对还原性影响是不同的。某厂试验结果：在FeO＜8.5%时，还原度下降幅度相对较小，FeO含量每上升1个百分点，还原度平均下降1.41个百分点左右；当FeO＞8.5%时还原度下降幅度明显增加，FeO含量每提高1个百分点，还原度平均下降2.03个百分点。

图4中，烧结矿的RI在80%～88%之间，相差约8%，FeO含量为7.11%时最高，9.27%时最小，RI随FeO含量的增加明显降低。原因就是烧结矿的FeO是由其中的Fe2＋换算而成的，而Fe2＋存在于多种矿物之中，如磁铁矿（Fe3O4）、钙铁橄榄（CaO˙FeO˙SiO2）、橄榄石（2FeO˙SiO2）等，随FeO升高，磁铁矿、钙铁橄榄石、橄榄石等质量分数增加，赤铁矿与铁酸钙含量减少，而矿物的还原递减顺序是赤铁矿→铁酸钙→磁铁矿→钙铁橄榄石→硅酸铁，所以还原性随FeO的上升而下降，同时由于FeO上升，烧结矿的结构变得致密，气孔率减少，同样影响还原性［1－5］。综合考虑烧结矿的还原指数，FeO含量应取7.11%左右。

3.3.4 FeO与烧结矿荷重软化性能的关系

FeO与烧结矿矿荷重软化性能关系如表4所示。

图4 FeO与RI的关系

表4 荷重软化性能

由表4可知，方案1＃烧结矿的T10%最大为1142℃，3＃最小为1123℃，相差19℃，随FeO含量的升高，T10%呈下降的趋势；烧结矿在升温还原过程中的荷重软化温度主要取决于其在此过程中产生的低熔点矿物数量。低熔点矿物形成的温度低、数量多，烧结矿的软化温度就低；反之，软化温度就高。矿石中FeO含量高，矿石还原程度低，会促使低熔点渣相形成，软化开始温度就低。表中2＃的T40%最大为1288℃，3＃最小为1260℃，相差28℃，随FeO含量的升高，T40%呈下降的趋势；2＃的△T最大为155℃，4＃最小为124℃，相差31℃，随FeO含量的升高，△T呈下降的趋势。综合考虑荷重软化性能，应选择FeO含量为9.84%。

4 结 论

（1）在宣钢配料成分条件下，配碳量大于3.4%，气氛还原势增强，原料中高价铁氧化物被还原，FeO数量增多。配碳量在3.60%～4.02%之间变化时，烧结矿中FeO含量变化在9.89%～9.59%间变化，最大差值仅为0.3%，且变化规律性不强。

（2）烧结燃料比直接影响到烧结矿FeO含量，而烧结矿FeO含量又直接影响烧结矿强度和成品率等烧结指标。在宣钢目前生产情况下，综合考虑烧结过程参数、成品率、转鼓指数、还原粉化、还原性和荷重软化性能，烧结配碳量应选择4.00%左右，烧结矿FeO含量9.27%左右。

［1］ 庄剑鸣，姚锐.烧结矿FeO含量的确定［J］.烧结球团，1997，（6）：4－7.

［2］ 钱士刚，黄天正，程振先.烧结矿FeO含量控制标准的研究［J］.烧结球团，1993，（5）：10－14.

［3］ 刘竹林.烧结矿FeO含量的影响因素探讨［J］.重庆科技学院学报（自然科学版），2005，（1）：8－12.

［4］ 石畑翚.烧结矿FeO含量的研究［J］.烧结球团，2004，（3）：19－23.

［5］ 蒋大军，何木光，甘勤，等.高碱度条件下FeO对烧结矿性能的影响［J］.中国冶金，2008，11：14－21.

［6］ 魏继忠，刘德文，王 义，等.论述FeO对临钢烧结矿质量的影响［A］.第六届全国炼铁精料学术会议论文集［C］.长沙：中南工业大学出版社，1998.55－59.

［7］ 张翎.降低烧结矿FeO含量烧结烧结矿冶金性能［J］.江苏冶金，1998，（3）：32－36.

［8］ 王明阳.影响烧结矿FeO含量的工艺参数最佳配置研究［J］.武汉工业大学学报，1998，（3）：50－55.

［9］ 尹德，李秋梅.烧结矿FeO影响因素的研究和生产实践［J］.烧结球团，1999，（3）：31－36.

［10］ 汪华斌.烧结过程FeO现场控制技术的研究［A］.第五届全国炼铁精料学术会议论文集［C］.长沙：中南工业大学出版社，1996.289.

［11］ Fujiii K，Hazamm K.厚料层操作条件下烧结矿FeO含量的降低［J］.国外钢铁，1997，（8）：16－19.