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摘 要：本文通過研究不同鐵礦粉的同化特性、液相流動(dòng)性、粘結(jié)相強(qiáng)度、鐵酸鈣生成能力等高溫基礎(chǔ)特性，并基于這些基礎(chǔ)特性建立優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的配礦依據(jù)，確保生產(chǎn)中的燒結(jié)礦高溫性能趨于最優(yōu)，從而獲得最佳的燒結(jié)礦質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：鐵礦石；高溫基礎(chǔ)特性；配礦；鐵酸鈣生成
1. 前言
通常的配礦只考慮各種鐵礦石的化學(xué)成分，對(duì)其冶金性能考慮較少，對(duì)燒結(jié)有重要影響的高溫基礎(chǔ)特性則考慮得更少。研究不同鐵礦粉的高溫基礎(chǔ)特性，并基于這些基礎(chǔ)特性建立優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的配礦規(guī)則，可以確保生產(chǎn)中的燒結(jié)礦高溫性能趨于最優(yōu)，同時(shí)保證燒結(jié)生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到大幅度改善。目前被行業(yè)廣泛采用的鐵礦粉高溫基礎(chǔ)特性主要有：鐵礦粉的同化性、液相流動(dòng)性、粘結(jié)相強(qiáng)度、鐵酸鈣的生成能力等。 2. 鐵礦石同化性實(shí)驗(yàn)
鐵礦粉的同化特性就是鐵礦粉在燒結(jié)過程中與CaO反應(yīng)的能力，它表征鐵礦粉在燒結(jié)過程中生成液相的難易程度，是燒結(jié)礦有效固結(jié)的基礎(chǔ)。一般來說，若鐵礦粉的同化性好，則其易于和CaO反應(yīng)生成鐵酸鈣液相，作為主要粘結(jié)相，從而對(duì)燒結(jié)礦強(qiáng)度的改善有一定的促進(jìn)作用，燒結(jié)礦的強(qiáng)度也較好；若鐵礦粉的同化性不好，則液相量少，不利于鐵礦石的粘結(jié)，影響強(qiáng)度。 2.1 采用微型燒結(jié)法測(cè)定鐵礦粉同化性的方法
（1）將礦粉（磨粉為小于100目，篩粉位小于0.5mm）在壓力機(jī)上壓制成8mm×5mm的柱體，分析純CaO粉壓制成20mm×8mm的小餅。 （2）將壓制的礦粉柱體置于室內(nèi)風(fēng)干，當(dāng)微型燒結(jié)機(jī)升溫至預(yù)設(shè)溫度后，將礦粉柱體放在CaO小餅上，保持礦粉柱體與CaO表面充分接觸，然后推入微型燒結(jié)機(jī)中進(jìn)行焙燒。 （3）推入時(shí)每1min推入一段，5min推至管爐熱電偶位置，進(jìn)行焙燒。燒結(jié)機(jī)以一定的升溫速率升溫，設(shè)定升溫速率為10℃/min。 （4）在電腦中觀察礦粉柱體和CaO小餅接觸面，以接觸面出現(xiàn)明顯的溶蝕現(xiàn)象為開始同化的特征。記錄礦粉達(dá)到同化特征時(shí)的時(shí)間和溫度。 （5）當(dāng)粉礦與純CaO小餅完全同化后，將其按相反的方向緩慢推出，隔五秒推出一段防止?fàn)t管變脆開裂。 2.2 測(cè)定鐵礦粉同化性的裝置及實(shí)驗(yàn)結(jié)果
達(dá)州鋼鐵燒結(jié)常用的PB澳粉、巴西BRBF、超特粉、羅伊山粉、智利粗粉、高硅巴粗和龍蟒釩鈦粉七種礦粉的同化性能。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2和表1。7種粉礦中同化性高低排序：龍蟒釩鈦粉＞巴西BRBF＞高硅巴粗＞智利粗粉＞PB澳粉＞超特粉＞羅伊山粉；羅伊山粉的同化能力最強(qiáng)，同化溫度（1254℃）最低，表明在燒結(jié)過程中易形成液相；龍蟒釩鈦粉的同化能力最差，同化溫度（1359℃）最高，表明在燒結(jié)過程中難以形成液相，液相開始生成溫度高，導(dǎo)致燒結(jié)過程中產(chǎn)生的液相量過少而降低燒結(jié)礦的強(qiáng)度。這跟礦粉的礦物類型和化學(xué)成分有關(guān)，見表2。 
2.3 鐵礦石同化性分析
鐵礦石的同化性與SiO2、Al2O3、TiO2等含量有關(guān)，礦粉的同化是由礦物類型以及化學(xué)成分（SiO2、Al2O3、TiO2）等綜合作用的結(jié)果。隨SiO2含量的增加，鐵礦粉的最低同化溫度有降低的趨勢(shì)，如PB澳粉、羅伊山粉、超特粉；加之超特粉含褐鐵礦比例比PB粉高，燒結(jié)過程中由于結(jié)晶水的揮發(fā)產(chǎn)生氣孔和裂紋，加快低熔點(diǎn)物質(zhì)的生成，使得同化性能增強(qiáng)。Al2O3含量較低時(shí)，隨著Al2O3含量的增加，鐵礦粉的最低同化溫度有降低的趨勢(shì)，主要是隨著Al2O3含量的增加，促進(jìn)了復(fù)合鐵酸鈣的生成，礦粉的同化性提高，這就是超特粉同化性比PB澳粉、羅伊山粉低的主要原因。巴西BRBF、高硅巴粗Al2O3低，所以同化溫度較高；高硅巴粗SiO2含量高，易生成低熔點(diǎn)的硅酸鹽，所以相比之下高硅巴粗同化溫度較巴西BRBF低。 另外，TiO2與CaO的結(jié)合能力大于Fe2O3與CaO的結(jié)合能力，所以反應(yīng)中釩鈦礦難生成鐵酸鈣系物質(zhì)，溫度越高越易生成鈣鈦礦，鈣鈦礦熔點(diǎn)1970℃，在燒結(jié)過程不能形成液相，這就是龍蟒釩鈦粉同化溫度高，同化時(shí)間長(zhǎng)的主要原因。 3. 鐵礦石液相流動(dòng)性
鐵礦粉液相流動(dòng)特性指鐵礦粉在燒結(jié)過程中與CaO生成的液相的流動(dòng)能力，它表征了鐵礦粉燒結(jié)過程生成粘結(jié)相的“有效粘結(jié)范圍”。一般來說，液相流動(dòng)性較高時(shí)，其粘結(jié)周圍的物料的范圍較大，因此可以提高燒結(jié)礦的強(qiáng)度;反之，液相流動(dòng)性過低時(shí)，粘結(jié)周圍物料的能力下降，導(dǎo)致燒結(jié)礦的氣孔增加，使燒結(jié)礦的強(qiáng)度下降。但是，粘結(jié)相的流動(dòng)能力不能過大，否則對(duì)周圍物料的粘結(jié)層厚度會(huì)變薄，燒結(jié)礦易形成薄壁大孔結(jié)構(gòu)，使燒結(jié)礦整體變脆，強(qiáng)度降低，也使燒結(jié)礦的還原性變差。由此可見，適宜的液相流動(dòng)性是保證燒結(jié)礦有效固結(jié)的基礎(chǔ)。 一般用液相流動(dòng)性指數(shù)來衡量鐵礦石的液相流動(dòng)性。表征液相流動(dòng)性指數(shù)有多種方法，有基于流動(dòng)面積的粘度測(cè)定法，有同化性測(cè)定法。基于流動(dòng)面積的粘度測(cè)定法即將研究的試樣制成小餅，燒結(jié)后測(cè)定其投影面積，用下式計(jì)算試樣的流動(dòng)性指數(shù)。流動(dòng)性指數(shù)=（小餅流動(dòng)后面積－小餅原始面積）/小餅原始面積。基于同化性測(cè)定法，通過同化溫度區(qū)間、同化時(shí)間表征其液相流動(dòng)性。為便于比較，規(guī)定流動(dòng)性指數(shù)=100/（同化區(qū)間溫度×同化時(shí)間），同化時(shí)間單位為min。結(jié)果見表3。流動(dòng)性指數(shù)越大，流動(dòng)性越好，同化區(qū)間和同化時(shí)間越長(zhǎng)說明液相流動(dòng)性越差。反之，同化區(qū)間越窄，時(shí)間越短說明液相流動(dòng)性越好。由表3可以看出，巴西BRBF的液相流動(dòng)性最好，PB粉和超特粉液相流動(dòng)性適中、羅伊山粉、智利粗粉和高硅巴粗液相流動(dòng)性較差，龍蟒釩鈦粉液相流動(dòng)性最差。 
燒結(jié)配礦時(shí)，要考慮將不同液相流動(dòng)性的礦粉搭配使用，保證混合料的液相流動(dòng)性適宜，這對(duì)提高燒結(jié)成品率和強(qiáng)度具有積極意義。 4. 鐵礦石粘結(jié)相強(qiáng)度
粘結(jié)相強(qiáng)度指鐵礦石在燒結(jié)生產(chǎn)過程中形成的液相對(duì)其周圍的礦粉進(jìn)行固結(jié)的能力，它在很大程度上決定了燒結(jié)礦的強(qiáng)度。鐵礦粉的燒結(jié)過程就是混合料在高溫的作用下，生成一定數(shù)量的液相即粘結(jié)相將鐵礦粉粘結(jié)成塊的過程，所以說，一定條件下，粘結(jié)相本身的強(qiáng)度其實(shí)對(duì)燒結(jié)礦的強(qiáng)度有著非常大的影響。足夠的粘結(jié)相是燒結(jié)礦的固結(jié)基礎(chǔ)，但粘結(jié)相自身的強(qiáng)度也是非常重要的因素。實(shí)驗(yàn)中以小餅抗壓強(qiáng)度作為該礦粉的粘結(jié)相強(qiáng)度。每種鐵礦粉配成二元堿度為2.0的試樣，壓制成Ф22×15mm的圓柱形試樣，在1280℃燒結(jié)4min后，測(cè)出其抗壓強(qiáng)度，即粘結(jié)相的強(qiáng)度，檢測(cè)方法見圖3。粘結(jié)相強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果列于表4和圖4。 
通入空氣有利于Fe3O4的氧化，促進(jìn)鐵酸鈣的生成，從測(cè)定結(jié)果來看，龍蟒釩鈦粉粘結(jié)相強(qiáng)度最好、智利粗粉、PB澳粉，羅伊山粉粘結(jié)相強(qiáng)度較好；超特粉粘結(jié)相強(qiáng)度最差，其次高硅巴粗。 表中數(shù)據(jù)也表明超特粉、高硅巴粗這些鐵礦粉同化溫度低，液相流動(dòng)性好，所以粘結(jié)相強(qiáng)度差。龍蟒釩鈦粉因同化溫度高，生成液相少，粘結(jié)相強(qiáng)度好。另外，通入空氣，有利于將磁鐵礦中Fe3O4氧化成Fe2O3，可提高復(fù)合鐵酸鈣生成量和粘結(jié)相強(qiáng)度。 
與上面相同，礦粉磨制200目，配入CaO試劑至堿度2.0，1.5g試樣，但不通氣靠自然吸氣，氧化焙燒，測(cè)定抗壓強(qiáng)度。檢測(cè)結(jié)果見表5和圖5。 
在自然吸氣氧化焙燒條件下，依靠馬弗爐周邊的自然吸氣氧化，沒有通入充足空氣，但也能滿足氧化氣氛的需求，更接近生產(chǎn)實(shí)際，從礦粉的粘結(jié)相強(qiáng)度可以看出，羅伊山粉，智利粗粉具有良好的粘結(jié)相強(qiáng)度，巴西BRBF、高硅巴粗粘結(jié)相強(qiáng)度較差。由于氧化不充分，龍蟒釩鈦粉粘結(jié)相強(qiáng)度下降。 5 鐵酸鈣生成能力
鐵酸鈣生成能力指在燒結(jié)生產(chǎn)過程中鐵礦石生成復(fù)合鐵酸鈣的能力。在燒結(jié)粘結(jié)相中，復(fù)合鐵酸鈣粘結(jié)相是最優(yōu)的，增加其含量既有利于提高燒結(jié)礦強(qiáng)度，又能改善燒結(jié)礦還原性。鐵酸鈣生成能力的研究方法是將烘干的各試樣，配加試劑CaO，使堿度達(dá)到2.0，然后壓制成Ф22×15mm的小餅，在1280℃焙燒4min，冷卻后制成光片，用礦相顯微鏡進(jìn)行鑒定。 
由上圖6各試樣礦相可知： （a）PB澳粉：主要為赤鐵礦結(jié)晶，未見典型的鐵酸鈣析出。（b）智利粗粉：有殘留的磁鐵礦，有少量的鐵酸鈣析出，空洞明顯。 （c）巴西BRBF：赤鐵礦結(jié)晶充分，柱狀鐵酸鈣發(fā)育良好。 （d）羅伊山粉：赤鐵礦晶體被鐵酸鈣包裹，未見SFCA結(jié)構(gòu)的鐵酸鈣結(jié)晶。 （e）高硅巴粗：赤鐵礦晶體邊界清晰，但內(nèi)部氧化不完全，鐵酸鈣晶體成鏃出現(xiàn)，但呈現(xiàn)柱狀結(jié)構(gòu)。 （f）超特粉：粒狀的赤鐵礦晶體可見，同時(shí)可見粒狀、柱狀和板狀的鐵酸鈣晶體。 （g）龍蟒釩鈦粉：赤鐵礦晶體和磁鐵礦晶體均清晰可見，未見典型的鐵酸鈣結(jié)晶，硅酸鹽相多。 6. 結(jié)語(yǔ)
燒結(jié)基礎(chǔ)特性是鐵礦粉在燒結(jié)過程中呈現(xiàn)出的高溫物理性質(zhì)，它反映了鐵礦粉的燒結(jié)行為和作用，亦是評(píng)價(jià)鐵礦石對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量所做貢獻(xiàn)的指標(biāo)。 評(píng)價(jià)礦石高溫性能的標(biāo)準(zhǔn)：同化溫度以低為好、液相流動(dòng)性適中為好、粘結(jié)相強(qiáng)度以高為好、鐵酸鈣生成量以多為好。 依據(jù)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，可得出以下結(jié)論： （1）釩鈦粉同化性差，液相生成少，在燒結(jié)過程不易生成鐵酸鈣，所以對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量影響大。使用釩鈦粉必須搭配同化溫度低，液相生成量多的鐵礦粉，如羅伊山粉、高硅巴粉等；同時(shí)，釩鈦燒結(jié)需適當(dāng)增大風(fēng)量，促進(jìn)磁鐵礦的氧化和鐵酸鈣的生成。 （2）在達(dá)州鋼鐵骨架礦中，PB粉、智利粗粉同化溫度較低，但鐵酸鈣生成能力較差。巴西BRBF同化溫度較高，但鐵酸鈣生成能力較強(qiáng)。粘結(jié)相強(qiáng)度智利粗粉具有明顯優(yōu)勢(shì)。綜合來看，三種礦搭配可有效彌補(bǔ)其性能的不足，適當(dāng)增加智利粗粉配比，有利于提高燒結(jié)礦強(qiáng)度。 （3）非主流礦中羅伊山粉同化溫度較低，粘結(jié)相強(qiáng)度高，鐵酸鈣生成能力較強(qiáng)，具有較好的燒結(jié)性能。但羅伊山粉粒度粗，大于8mm的達(dá)到18.45%，對(duì)提高燒結(jié)透氣性有利，但粗顆粒的礦石在燒結(jié)過程不能完全熔化，也會(huì)影響燒結(jié)礦的質(zhì)量，需對(duì)其粒度進(jìn)行控制。 （4）針對(duì)釩鈦燒結(jié)液相不足的問題，燒結(jié)需要較高的堿度，以促進(jìn)鐵酸鈣的生成。同時(shí)，提高生石灰配比、提高熔劑小于3mm比例和降低鐵礦粉大于8mm粒級(jí)比例等，都有利于促進(jìn)鐵礦石的同化和液相的生成。
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