澳系铁矿石综合性能研究与分析

张洪亮

（安阳钢铁股份有限公司）

0 前言

安钢目前在用铁料品种比较多，澳系铁矿石[1]更是安钢烧结原料常用矿种，以前对矿石的评价多集中在化学分析、粒度组成等方面，而对矿石基础特性、矿物组成及微观结构、铁矿石在烧结过程的高温行为及烧结矿矿相研究较少。笔者重点研究了安钢常用澳系铁矿石及其单烧烧结矿的矿物组成和显微结构[2]，分析了其变化特征，进而对烧结矿的性能和质量进行了判断，了解了矿物组成及显微结构与宏观性能的相互关系，从而改善了烧结矿质量，促进了高炉顺行，达到了结构降本的效果。

1 澳矿系铁料的理化性质

试验所用样品全部取自现场，经烘干制样后送化验室分析，目前安钢在用的主要澳矿系品种的理化性质见表1。

表1 安钢在用矿石化学成分 %

从表1可以看出，安钢常用澳系铁矿石的硅含量一般在3.5%～6.5%之间，铝含量普遍较高，含铁品位在57%～63%之间。烧损值均为正，说明澳矿系大多都是含结晶水的褐铁矿，其中国王粉、杨迪粉和超特粉的烧损都比较大，是典型的含结晶水比较多的褐铁矿[3]。

2 矿石基础特性试验

试验以在氮气气氛下的焙烧过程模拟实际烧结过程的燃烧带及其以前部分，以在空气气氛下的焙烧过程模拟相应的高温氧化带及其以后部分。试样的同化性[4]以“同化温度”表示，试样的液相流动性[5]以“流动性指数”表示。澳矿系矿石同化温度和流动性指数试验结果见表2。烧损对澳矿系矿石同化温度的影响如图1所示。SiO2对澳矿系矿石液相流动性的影响如图2所示。

从图1和表2可以看出，杨迪粉、超特粉和国王粉的同化温度较低，同化性能较好，其中杨迪粉的同化温度不到1 200 ℃，仅为1 166 ℃，这与三种矿的烧损大、结晶水含量高有直接关系；PB粉的同化温度为1 258 ℃，居中；纽曼粉和津布巴的同化温度稍偏高，大于1 270 ℃。矿石的同化温度与其烧损大致呈负相关的关系。

从图2和表2可以看出，杨迪粉和超特粉的流动性最好，国王粉次之，其他三种矿的液相流动性一般，基本在3.3～3.6；PB粉的流动性最差，流动性指数仅为2.2，这是由于其硅含量只有3.5%，造成液相生成量不足导致流动性差。矿石的液相流动性与矿石中的SiO2呈正相关，随着SiO2含量的增加，铁精矿粉的流动性指数有增加的趋势，铁精矿粉的液相流动性逐渐变好。

3 澳矿原料矿相分析和观察

澳矿系的矿种多为粒度不同（≤8 mm）的粉状试样，做含铁原料的矿相分析前应首先将样品用环氧树脂胶固结，固结后进行三道预磨，一道抛光，制成光片，最后进行矿相观察。含铁原料的矿物组成见表3，部分矿相如图3所示。

表2 同化温度和流动性指数试验结果

图1 烧损对澳矿系矿石同化温度的影响

图2 SiO2含量对澳矿系矿石液相流动性的影响

表3 含铁原料的矿物组成 %

从图3和表3可以看出，（1）国王粉、杨迪粉和超特粉主要为褐铁矿（褐铁矿为含水氧化铁混合物的总称，主要成分是针铁矿和纤铁矿，同时混入细粒石英，锰的氧化物及粘土物质，在它的成分中不仅含有吸附水，含水量可达12%～14%，还有 Si、Ca、Al、Cu、Pb、Mn、Ni、Co、P 等。褐铁矿主要为隐晶质的针铁矿、纤铁矿，通常所见的褐铁矿多为鲕状、豆状、皮壳状、土状或块状等），含量为65%～70%。赤铁矿为皮壳状，包含在皮壳内部，外部皮壳多为褐铁矿，含10%～15%的赤铁矿；偶见磁铁矿。脉石主要为粘土类脉石，为土状，与褐铁矿共生在一起；少数石英小颗粒。脉石总量约15%～20%，其中石英颗粒为3%左右。去除结晶水后铁品位较高，在烧结过程中易于制粒，但能耗较高。（2）PB粉、纽曼粉和津布巴的主要铁矿物为赤铁矿和褐铁矿、偶见磁铁矿，赤铁矿含量为55%～60%，褐铁矿含量约30%。赤铁矿主要为粗粒、细粒集合体，部分为针叶状集合体。褐铁矿为鲕状、块状和土状等。脉石主要为粘土（铁叶绿泥石）、石英、尖晶石、辉石等，脉石含量为10%～15%。石英为粒状，粘土脉石多与褐铁矿共生在一起，少部分为颗粒状。

图3 部分矿相

4 单品种烧结矿试验

4.1 单烧烧结矿矿物组成

对单烧试验烧结矿进行矿相[6]观察分析，首先进行粗磨至细磨3道磨制，磨制后进行抛光，制成光片，在显微镜下进行矿相观察分析。单烧试验烧结矿的矿物组成见表4。

表4 单烧试验烧结矿的矿物组成 %

从表4可以看出，各个烧结矿中的主要矿物差别不大，纽曼单烧主要矿物为磁铁矿、赤铁矿和铁酸钙，粘结相为铁酸钙和玻璃相，在高温矿块区域含少量浮士体和硅酸二钙，少数区域可见脉石和矿化了的熔剂残余，其他矿物含量较少。

4.2 单烧烧结矿的显微结构

各烧结矿均属于低温高碱度烧结组织结构，烧结矿中的铁酸钙和赤铁矿含量较高。多数为磁铁矿与铁酸钙形成的交织熔蚀结构，一些磁铁矿与玻璃相形成粒状结构，一些铁酸钙自身形成交织结构，少数磁铁矿与铁酸钙形成的熔蚀结构。较多大粒原生赤铁矿，主要为疏松状，内部多为玻璃相填充，一些内部被铁酸钙或交织熔蚀结构粘结，一些散粒状赤铁矿被铁酸钙粘结，少数晶粒较大的板片状铁酸钙。

烧结矿中的铁酸钙和赤铁矿含量较高，这是由于澳矿系矿多为褐铁矿，在烧结过程中褐铁矿失去结晶水，形成矿褐变赤铁矿。在相同的配碳情况下，由于褐铁矿分解，结晶水逸出，需要相对较高的热量，所以相对于磁铁矿和赤铁矿烧结，消耗了较多的热量，烧结过程氧化气氛增强，有利于铁酸钙的生成。但褐变赤铁矿内部较为疏松，整体烧结矿块也为疏松多孔状。

5 生产实践

5.1 生产烧结配比

按照安钢优化配矿[7]的要求和原则，以矿石的理化性质为出发点，以矿石的基础特性搭配为基本，进行优化配矿试验的生产实践，指导3#烧结机的生产配矿，烧结配矿结构见表5，其中澳矿为杨迪粉、国王粉和PB粉，另再配加国内酸精和俄罗斯镁精、巴西粉等。烧结矿成分见表6。

表5 烧结矿配比 %

表6 烧结矿化学成分 %

5.2 烧结矿冶金性能

烧结矿的低温还原粉化指标和软融滴落性能分别见表7和表8。

表7 烧结矿的还原和粉化指标 %

表8 烧结矿的熔滴性能

从表7可以看出，生产烧结矿的转鼓指数为80.37%，还原性指标为89.37%，低温还原粉化指数RDI+3.1570.77%，烧结矿的各项指标均较好，可满足高炉生产需要。

从表8可以看出，按照优化配比烧结出的烧结矿，开始熔化温度Ts较高，为1 288 ℃;滴落温度Td为1 487 ℃，较好；熔化温度区间温度（Td—Ts）为199 ℃，相对适宜。由此可见，其熔滴性能较好。

6 结论

澳矿系铁料及其单品种烧结的矿相研究与分析偏重基础性研究，工作量大研究周期长，但对烧结配矿的指导意义大，依据不同铁原料烧结矿矿物组成和结构上的互补性，为配矿和烧结工艺操作参数控制提供技术指导，更好的掌握澳矿系的铁矿粉变化特征帮助我们判断烧结矿的性能和质量，了解矿物组成及显微结构与宏观性能的相互关系，进一步改善烧结矿质量、促进高炉顺行和实施结构降本。

（1）澳矿系含铁原料其化学成分、冶金性能及粒度相近，依据基础研究的结果，在稳定烧结矿质量的前提下可以进行矿种之间的替代，实现烧结矿配矿的降本。

（2） 原矿矿相分析表明：国王粉、杨迪粉和超特粉主要为褐铁矿，含量为65%～70%。赤铁矿为皮壳状，偶见磁铁矿。PB粉、纽曼粉和津布巴主要铁矿物为赤铁矿和褐铁矿、偶见磁铁矿，赤铁矿含量为55%～60%，褐铁矿含量约30%左右。

（3）在矿物组成方面，安钢常用澳系铁矿石单烧烧结矿中主要矿物差别不大，主要矿物为磁铁矿、赤铁矿和铁酸钙，粘结相为铁酸钙和玻璃相，烧结矿中铁酸钙和赤铁矿含量较高，这是由于澳矿系矿多为褐铁矿，烧结过程中褐铁矿失去结晶水，形成矿褐变赤铁矿。

（4）在矿相显微结构方面，安钢常用澳系铁矿石单烧烧结矿均属于低温高碱度烧结组织结构。多数为磁铁矿与铁酸钙形成的交织熔蚀结构；其次为磁铁矿与铁酸钙形成熔蚀结构；较多大粒原生赤铁矿，主要为疏松状。

（5）结合澳矿系含铁原料基础特性研究、原料矿相分析以及单烧烧结矿矿相研究，进行了生产实践的优化与指导，结果表明烧结矿冶金性能指标较好。

（6）建立符合本高炉系统的配矿标准，对矿石的基础特性要进行实验室研究和建立档案库，可进一步优化配矿思路和拓展降本空间。