褐铁矿粉的烧结基础特性的实验研究

薛 方

（山西工程职业技术学院， 山西 太原 030009）

钢铁工业已经大力发展将近百年，作为不可再生资源的原料铁矿石，其存储量也越来越少，而优质铁矿石的价格却相对越来越高。褐铁矿虽然含结晶水高，但是价格低，基于炼铁生产成本的现实考虑，开发生产大规模使用褐铁矿的烧结生产技术，就显得尤为重要。

本文主要通过研究四种进口褐铁矿类型铁矿粉的烧结基础特性，全面了解该类型铁矿粉的性能，为最大限度地发挥高褐铁矿配比条件下烧结工序的产能水平，降低铁水成本，提高企业综合效益，提供理论依据和技术对策。

1 研究方法

本实验所用的原料来源于国内某大型钢铁企业的四种进口褐铁矿类型铁矿粉。其中，A和B属于结晶水较高含量的矿粉，C和D属于结晶水中等含量矿粉。四种褐铁矿的化学成分如表1所示。

实验方法为微型烧结法，采用铁矿粉烧结基础特性研究方法进行实验。烧结后的试样通过其他检测手段获得铁矿粉的同化性、液相流动性、黏结相自身强度、连晶固结强度的实验结果[1-4]。

表1 试验所用褐铁矿粉的化学成分 %

2 实验结果及分析

2.1 四种褐铁矿的同化性的实验结果

高碱度烧结矿因其优良的冶金性能得以广泛应用，而高碱度烧结矿在烧结过程中的主要矿物组成——复合铁酸钙的形成，始于CaO和Fe2O3的物理化学反应。另外，烧结过程的液相生成也是始于CaO与铁矿粉的固相反应生成的低熔点化合物。所以，通过测定铁矿粉与CaO接触面上发生反应而开始熔化的“最低同化温度”，来评价铁矿粉的同化性能[1]。铁矿粉的“最低同化温度”越低，意味着它的同化性越强，反之亦然。

四种褐铁矿粉最低同化温度的比较情况见图1。

图1 四种褐铁矿粉的最低同化温度

一般而言，铁矿粉的结晶水、SiO2、Al2O3含量较高时，其同化性较强；结构疏松的铁矿粉的同化性也较高；反之则低。从图1中可以看出，褐铁矿粉A、B、C、D的最低同化性温度都低于1 240℃，即褐铁矿粉A、B、C、D的同化性能都较强。所以，在烧结料同化性不足或生产低SiO2烧结矿时，可以增加这四种褐铁矿粉的使用比例。但是，为了避免烧结料过熔现象的出现，控制其使用比例是必要的。另外，使用这四种褐铁矿粉时，应注意使其与同化性较低的矿粉搭配使用。

2.2 四种褐铁矿的液相流动性的实验结果

高碱度烧结矿的黏结相的生成，主要是通过铁矿粉与熔剂的反应来完成。因此，铁矿粉与CaO的同化能力是考察烧结黏结相数量的重要指标。但是，铁矿粉的同化特性只是反映了其低熔点液相的生成能力，并不能完全反映出有效黏结相的数量。因为，一种物质的“熔化”并不代表其一定就会“流动”。因而，对烧结矿固结有实际意义的还应该包括铁矿粉的液相流动性，即铁矿粉与CaO生成的液相的流动特性。

四种褐铁矿粉的液相流动性的测定结果如图2所示。

图2 四种褐铁矿粉的液相流动性能

从实验结果中可以看出，四种褐铁矿粉的液相流动性指数大小的顺序为:pB＞pA＞pD＞pC。褐铁矿粉C的同化性最低，其液相流动性也相对差一些。从烧结配矿角度而言，为了确保烧结过程有效黏结相的数量，褐铁矿粉A、B、D适合用于烧结原料的液相流动性较小的情况；褐铁矿粉C适合用于烧结原料的液相流动性较大的情况。

2.3 四种褐铁矿的黏结相自身强度的实验结果

烧结矿是由黏结相（熔化物）黏结未熔的粗粒矿石固结而成。自身强度较高的黏结相可以产生牢固的粘结作用，提高烧结矿的固结强度。

选取实验条件:烧结温度1 280℃，二元碱度R2=1.8、R2=2.0、R2=2.2时，四种褐铁矿粉分别烧结后的黏结相的抗压强度。实验的测定结果列于图3。

图3 四种褐铁矿粉的黏结相强度

从实验结果中可以看出，四种褐铁矿粉的黏结相自身强度都不高，尤其是褐铁矿粉D，它的黏结相强度值最低，在生产中，若提高这四种褐铁矿的使用比例，烧结矿的产能和强度可能会有所降低，除了配矿上的对应措施外，在烧结工艺的选择上也需要寻找合适的技术对策。

2.4 四种褐铁矿的连晶固结强度的实验结果

本实验以纯铁矿粉为试样，模拟低温烧结条件（1 280℃），采用测定烧结后试样小饼的抗压强度来评价铁矿粉的连晶固结能力[4]。四种褐铁矿粉在相同的烧结温度（1 280℃）下，恒温保持时间分别是2 min、4 min、6 min时，其连晶固结强度的测定结果如图4所示。

图4 四种褐铁矿粉在不同的保温时间下的连晶固结强度

由实验结果可知，四种褐铁矿粉的连晶固结强度都比较小，这主要与其结晶水含量高、结构疏松、脉石较多等因素有关。由于连晶固结在烧结过程中所占的比重较小，所以可以在烧结配矿中优先考虑其他烧结基础特性，再适当考虑铁矿粉的连晶固结特性。

3 结论

根据本研究所测定的四种褐铁矿的化学成分、同化性、液相流动性、黏结相自身强度、连晶强度的实验结果，可以对其给出如下综合评价:

1）褐铁矿粉A、B的含铁品位相对最低，SiO2含量和烧损相对最高；而褐铁矿粉C及D的Al2O3含量相对最高。

2）褐铁矿粉A、B、D具有同化性高、液相流动性大、黏结相自身强度不高、连晶固结能力小的特点；褐铁矿粉C的液相流动性较小、黏结相自身强度较高。

3）由于四种褐铁矿粉呈现同化性高，液相流动性大，固结强度不高的特征，在烧结生产中要注意应用“烧结互补原理”以合理搭配矿种及其使用比例，以及适当调整烧结矿的二元碱度和熔剂结构等工艺参数，要在烧结过程中提高这四种褐铁矿的使用比例时，除了配矿上的对应措施外，在烧结工艺的选择上也需要寻找合适的技术对策。