FeO对烧结矿影响的研究

雷仕江，杜 东 ，聂 礼，张东升，邓植丹，易正明

（1.水城钢铁集团有限公司，贵州六盘水 553000；2.武汉科技大学，湖北武汉 430081）

前言

随着钢铁冶金技术的发展，钢铁企业越来越重视“铁前”工作，企业生产从简单的提升产量为目标，变为以提高烧结矿冶金性能、改善炉料质量、降低高炉炼铁燃耗等为目标。而烧结矿中的FeO含量是影响烧结矿各项性能指标的重要因素之一，控制FeO含量在适当水平可以提高烧结矿质量。烧结矿中的FeO含量对烧结矿性能有双重影响，过高或过低的FeO含量均不利于烧结[1]。高FeO含量的烧结矿还原性差，会影响高炉顺利运转，不符合冶炼过程需要；低FeO含量的烧结矿易粉碎，冷态强度差，会影响高炉透气性，不利于冶炼、矿产质量及冶金性能[2]。烧结生产原料中对烧结矿FeO含量有影响的因素众多，主要有MgO含量、SiO2含量、二元碱度和燃料配比等[3]。笔者针对不同FeO含量的烧结矿进行了冷强度和冶金性能的研究。

1 不同FeO含量对烧结矿冷强度的影响

如表1所示，当碱度R=1.8时，在燃料配比为4.0%的基础上增加燃料配比时，FeO的含量明显升高，从7.87%升高至12.08%。根据该试验结果可以验证，当燃料配比提高1%时，FeO的含量将升高1%～2%。

表1 不同FeO含量烧结矿的部分指标

由表1可知，在一定碱度与料层高度下，随着烧结矿中FeO含量的上升，转鼓强度、成品率均出现了先上升、后下降的趋势。同时，随着FeO含量上升，垂直烧结速度逐渐下降。其主要原因是通过增加配碳（燃料）的方法调整FeO，配碳增加后，烧结温度上升、烧结热量充足，出现还原性气氛，导致FeO上升而使得烧结指标改善，但随着配碳的继续上升，还原性气氛增强，FeO继续上升，燃烧带变宽，热量过剩产生过熔，烧结阻力增加，垂直烧结速度下降，烧结矿结构也由FeO低时的疏松、细孔厚壁结构变化到FeO高的致密坚硬、大孔薄壁结构[1]。

图1 不同FeO含量对烧结矿冷强度的影响

图1 为碱度R=1.8时的实验结果，在w（FeO）为8.8%～9.1%时，烧结矿冷强度的各个指标均处在较好的水平，但FeO含量继续上升时，烧结矿的转鼓强度和利用系数开始出现下降趋势。在本实验中，当w（FeO）达到10%时，烧结矿的转鼓强度开始变差，成品率开始降低。

2 不同FeO含量对烧结矿冶金性能的影响

2.1 还原度

由表2和图2中的实验数据可知，随着烧结矿中FeO含量的上升，还原度逐渐降低且变化很大。当 w（FeO）为 7.56%时，RI=81.61%。当 w（FeO）为11.56%时，RI=73.53%。还原度随FeO含量增加逐渐降低的主要原因是，烧结矿中的FeO含量通常是根据Fe2+的含量经过换算得出，而Fe2+的来源较多，例如钙铁橄榄石（CaO·FeO·SiO2）、橄榄石（2FeO·SiO2）、磁铁矿（Fe3O4）等，随着烧结矿中 FeO 含量的上升，上述矿石质量分数均会有一定增加，而赤铁矿和铁酸钙的含量将会减少，根据烧结矿中矿物还原难易程度知：赤铁矿、磁铁矿、二元铁酸钙、铁酸一钙等容易还原，铁钙橄榄石、橄榄石是难还原的矿物。因此FeO含量引起的上述各成分含量的变化将使得还原性大幅降低。此外，当烧结矿中FeO含量上升时，将影响烧结矿的结构，减少烧结矿的气孔率，这也将影响到烧结矿的还原性[1]。

2.2 低温还原粉化性能

由表2和图2中实验数据可知，随着烧结矿中FeO含量的上升，低温还原粉化率(＞3.15 mm%)上升很快，w（FeO）为7.56%时RDI=71.05%，w（FeO）为11.56%时RDI=77.43%。说明烧结矿中FeO含量越高，低温还原粉化性能越好；烧结矿中FeO含量越低，低温还原粉化性能越差。造成该现象的主要原因是：升温过程中氧化生成的片状、粒状Fe2O3，磁铁矿在氧化形成的骸晶状菱形Fe2O3，升温到Fe2O3与液相反应后凝固而形成的斑状Fe2O3，赤铁矿-磁铁矿固溶体析出的细晶包Fe2O3，在还原过程中由于α-Fe2O3到Fe3O4的相转变，其中骸晶状菱形Fe2O3产生异常粉化，体积膨胀，在骸晶状赤铁矿晶粒周围形成了一层裂纹多、强度较差的碎裂带，使得粉化率增加。

表2 不同FeO含量对烧结矿还原性和低温还原粉化性能的影响

图2 不同FeO含量对烧结矿冶金性能的影响

2.3 熔滴性能

熔滴性能在烧结矿冶金性能中最重要，熔滴带阻力损失约占高炉总阻力损失的60%[8]，通常要求烧结矿的开始熔滴温度要高，熔滴区间要窄。就用于衡量熔滴性能的指标来说，熔滴性能总特性（S）通常要优于熔滴区间（ΔT=Td-Ts），因为熔滴性能总特性S包括了温度区间（ΔT）和压降大小（ΔP=ΔPm-ΔPs），为50×9.8 Pa，ΔPm为最大压差，单位：Pa；S 值越小，熔kPa·℃。

实验结果熔滴性能测定见表3。由表3中的实验数据可以分析得出：（1）随着烧结矿中FeO含量的不断提高，烧结矿的软化开始温度从1065℃上升至1099℃。软化终了温度从1263℃上升至1268℃，整体来看变化较小。烧结矿的软化区间由198降低至169，区间逐渐变窄。以上结果表明，增加烧结矿中FeO的含量可以使得烧结矿软化开始温度有一定上升，并且可以使得软化区间宽度下降。（2）随着烧结矿中FeO含量的不断提高，烧结矿的滴落温度在1502℃～1509℃之间变化，温度变化差值为7℃。滴落区间在220℃～224℃之间变化，温度变化差值为4℃。以上两项的温度变化差值均为较小指标，说明烧结矿中的FeO含量升高，对于滴落区间的性能影响较小。（3）随着烧结矿FeO含量的提高，烧结矿最大压差值和熔滴性能总特性值趋于减小，说明提高FeO含量可以改善软熔层的透气性。

表3 不同FeO含量对烧结矿熔滴性能的影响

3 结束语

燃料配比每增加1%，烧结矿FeO含量增加1%～2%，而随着FeO的上升，还原度几乎呈直线下降，但FeO越高则低温还原粉化性能有所改善，建议在能够保证烧结矿冷强度、冶金性能与熔滴性能的基础之上，适当地降低烧结矿中FeO的含量，以提高烧结矿还原性，为生产优质烧结矿创造条件。