铁矿粉的气孔率对其烧结性能的影响

薛方

（山西工程职业技术学院， 山西 太原 030009）

试（实）验研究

铁矿粉的气孔率对其烧结性能的影响

薛方

（山西工程职业技术学院， 山西 太原 030009）

铁矿粉自身特性影响烧结矿的冶金性能。测定了5种铁矿粉的气孔率，根据检测结果讨论了铁矿粉气孔率对烧结制粒和烧结矿强度的影响。

铁矿粉 气孔率 烧结制粒 烧结矿强度

近年来，我国钢铁产量大幅度增长，铁矿石需求量迅猛增加。但是，国内铁矿石的产量却徘徊不前，因此，国内铁矿石供应不足的问题日益突出；同时国外铁矿石的大量进口，使钢铁生产所有的铁矿石来源、结构、品质等发生了较大的变化[1]。如何利用好国内外的铁矿石，前人已从铁矿粉自身特性的角度进行了大量的研究[2]；本文就从铁矿粉的气孔特性来研究其对烧结还原性的影响。

不同种类的铁矿粉，由于成矿的地质作用不同，在成矿过程中所受的压力、温度及环境等其他因素的影响也不同，故反映在各自的矿物组成和显微结构上有很大差异。如铁矿粉在成矿中所受的压力较高时，铁矿粉的孔隙率小，质地就比较致密。而铁矿粉质地、孔隙方面的差异对冶金性能的影响有待于进一步研究。所以，有必要研究铁矿粉的气孔状况。先进的AUTOSORB-1-C-TCD气体吸附分析仪问世，为检测铁矿粉内部气孔的分布状况提供了可能性。本文将利用该设备来测定5种铁矿粉的气孔率，根据检测结果，讨论铁矿粉气孔状况对烧结生产可能的影响。

1 研究方法

试验所用的铁矿粉5种铁矿粉，A1和A2为两种澳大利亚矿，B1和B2为两种巴西矿，M为国内精矿。表1列出了5种铁矿粉的粒度组成，表2列出了5种铁矿粉的化学成分。

表15种铁矿粉的粒度组成 %

表2 5种铁矿粉的化学成分%

?

为测得铁矿粉的气孔率，本试验选用美国康塔公司的AUTOSORB-1-C-TCD气体吸附分析仪，该设备如图1所示。

2 铁矿粉气孔率检测原理

2.1 气孔率的概念

铁矿粉内部存在许多形状及大小不同的气孔，铁矿粉实为多孔体，其内部气孔分三类：一侧封闭另一侧和外界相通的开口气孔；封闭在铁矿粉颗粒中不与外界相通的闭口气孔；穿通铁矿粉颗粒的贯通气孔。

图1 AUTOSORB-1-C-TCD气体吸附分析仪

一般情况下，将贯通气孔并入开口气孔称显气孔，闭口气孔较少且难以进行直接测定。这样，气孔率ε用显气孔率表示，显气孔率是指铁矿粉中的开口气孔总体积占试样总体积的百分比。

2.2 气体吸附法检测气孔率的原理

气体吸附分析仪测量铁矿粉的开口气孔总体积以及其孔径分布。先将铁矿粉磨至200目以下细粉，称取一定质量的试样装入脱气站进行脱气处理；100℃下，真空脱气1 h，除去试样的表面水分及附着物；而后升温到300℃，真空脱气12～16 h，进一步对试样杂质进行清理。然后，将试样装入气孔分析站，启动升温程序，对试样进行气孔体积的检测。试样检测是在恒定温度－195℃，充入氮气和氦气的条件下进行。

根据BET吸附理论如式（1）和式（2）所列，可以得到试样的开口气孔总体积：

式中：V气孔为试样的开口气孔总体积，mL/g；Va为压力P下所吸附的气体体积，mL/g；Vm为形成气体吸附层所需要的气体体积，mL/g；C为BET常数；P/P0为气体相对压力。

2.3 铁矿粉气孔率的求解

气体吸附法不能得到传统意义上的气孔率（%），它能测出单位质量铁矿粉中所含开口气孔的总体积（mL/g铁矿粉）。因此，有必要将其转化为传统意义上无量纲的气孔率，其表达式如式（3）所列：

式中：ε为气孔率，%；V气孔为AUTOSORB-1-C-TCD检测气孔体积，mL/g；V真为各组元的真体积累加和，mL/g。

依据铁矿粉中化学成分（如表2所示）及其真密度值，可以得到铁矿粉组元的真体积，而其累加和即为单位质量铁矿粉的真体积，如式4所列：

式中：i为铁矿粉中FeO、Fe2O3、SiO2等；Vi为铁矿粉中化学组元的真体积，mL/g。

3 实验结果

根据测量气孔率的方法，试验考察的5种铁矿粉气孔率见表3。

表3 5种铁矿粉的气孔率结果

从表3中可以看出，5种铁矿粉的气孔率存在明显的差别：两种澳矿的气孔率成倍地高于两种巴西矿的气孔率，国内矿M的气孔率最低；且同一产地的铁矿粉也存在差别：澳矿A1的气孔率成倍地高于A2的气孔率，巴西矿B1的气孔率高于B2矿的气孔率。

4 实验结果分析

铁矿粉的气孔率影响着烧结过程及产品质量的优劣。

1）决定烧结制粒过程吸收水的能力，影响制粒的配水量及制粒效果，进而影响烧结过程的透气性。

2）烧结过程中形成液相，由于铁矿粉气孔率的差别，核矿石的气孔将“吸收”部分液相，使有效液相量减少，进而影响烧结矿的质量

3）通常情况下，铁矿石还原主要受扩散环节控制，高气孔率的铁矿粉，将有较大的气体通道，使扩散阻力减小，因而高气孔率将有利于还原性的提高。

由表3所知，5种铁矿粉气孔率大小顺序为：A1＞A2＞B1＞B2＞M。

制粒是改善烧结料粒度组成以获得良好透气性的重要手段[3]。A1矿和A2矿气孔率较高，当烧结生产配加澳矿时，一方面应增加制粒时的加水量；另外，由于A1矿和A2矿大于2 mm粒级的比例较高，分别为50.29%和49.71%（如表1所示），主要充当烧结生产时的核矿石，这将引起烧结矿的强度降低，因而配加量不宜过高。A1矿和A2矿相比，A1矿宜低于A2矿的配加量。

A2和B2矿相比，尽管其含铁品位相当，而A2矿的气孔率高于B2的气孔率。当烧结生产配加这两种铁矿粉时，一方面应注意制粒时的加水量的调整；另外，大于2 mm和小于0.5 mm粒级的比例也相当，因而考虑烧结矿的强度稳定，B2矿可高于A2的配加量。

B1矿和B2矿相比，B1的气孔率高于B2，而粒度组成上相差不大且大于2 mm的粒级比例较高。因而，两种巴西矿的配比宜高于两种澳矿的配比，以获得稳定的烧结矿强度；因而B1矿的配比可高于B2。

国产M矿尽管气孔率较低，全部为细粒级矿粉，主要充当烧结制粒的粘附粉。因而当配加M矿时，一方面注意加水量不宜过大，另外，由于气孔率较低，不利于产生流动性较强的液相，故配加量不宜过高。

5 结论

1）不同铁矿粉气孔率不同，本研究中两种澳矿（A1和A2）有较高的气孔率，两种巴西矿（B1和B2）的气孔率居中、国内矿M的气孔率较低。

2）澳矿A1矿和A2矿的气孔率较高，烧结制粒时可增加水量，但由于A1矿和A2矿中大于2 mm粒级的比例较高，将引起烧结矿的强度降低。

3）巴西矿B1矿的气孔率高于B2矿，而粒度组成上相差不大且大于2 mm的粒级比例较高。因而，两种巴西矿的配比宜高于两种澳矿的配比，以获得稳定的烧结矿强度，B1矿的配比可高于B2。

4）国产M矿气孔率较低，不利于产生流动性较强的液相，且M矿全部为细粒级矿粉，主要充当烧结制粒的粘附粉，烧结制粒时加水量不宜过大，烧结配料时配加量不宜过高。

[1] 张典波，万海明，郑江.世界铁矿石资源情况及中国铁矿石供需的态势[J].中国冶金，2004（6）：26－29.

[2] 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）：254－257.

[3] 吴胜利，王跃飞，朱娟.铁矿粉颗粒特性对其烧结制粒性的影响[J].钢铁，2015，50（5）：19－25.

（编辑：苗运平）

Influence of Porosity of Iron Ores on Sintering Process

XUE Fang
（Shanxi Engineering Vocational College,Taiyuan Shanxi 030009）

The self-characteristics of iron ores have effects on metallurgical properties of sintering ores.Results of porosity of five kinds of iron ores are listed.According to the results,effects of porosity on pelletization and sinter strength are discussed.

iron ores,porosity,sintering granulation,sinter strength

TF046.4

A

1672-1152（2017）03-0031-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.03.13

2017-04-11

薛方（1984—），女，山西吕梁人，2009年毕业于北京科技大学钢铁冶金专业，硕士研究生，现就职于山西工程职业技术学院，讲师，研究方向为钢铁冶金。