孫海寧，林　楊，鄂繼明（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津300301）

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天鋼鐵礦粉高溫特性影響因素研究

孫海寧，林楊，鄂繼明
（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津300301）

[摘要]為探索鐵礦粉高溫特性的影響因素，對(duì)天鋼7種鐵礦粉的同化性和液相流動(dòng)性進(jìn)行分析研究，結(jié)果表明：鐵礦粉的同化性隨MgO含量的增加而降低；在SiO2含量較低時(shí)，同化性隨SiO2含量增加而提高，但SiO2達(dá)到一定含量后，同化性隨SiO2含量增高而降低，Al2O3對(duì)同化性的影響與SiO2相似；鐵礦粉的液相流動(dòng)性隨溫度的提高而增大，隨MgO含量的增加而降低；在SiO2含量較低時(shí)，液相流動(dòng)性隨SiO2含量增加而提高，但SiO2達(dá)到一定含量后，隨SiO2含量增高液相流動(dòng)性而降低。

[關(guān)鍵詞]鐵礦粉；同化性；液相流動(dòng)性

修回日期：2015-04-03

1　引言

當(dāng)前我國的鋼鐵生產(chǎn)主要依靠高爐-轉(zhuǎn)爐-軋機(jī)流程，燒結(jié)礦占我國高爐含鐵原料的70%左右[1]。燒結(jié)礦的質(zhì)量和性能對(duì)高爐生產(chǎn)具有很大的影響，欲提高燒結(jié)礦的質(zhì)量，則需對(duì)鐵礦粉的性能進(jìn)行研究。對(duì)于傳統(tǒng)中只針對(duì)鐵礦粉的常溫基礎(chǔ)性能進(jìn)行研究已不能滿足企業(yè)的需求，燒結(jié)工作者對(duì)鐵礦粉的高溫基礎(chǔ)性能研究的重視程度逐漸提高[2]。

鐵礦粉的高溫性能主要指同化性、液相流動(dòng)性等性能，同化性和液相流動(dòng)性對(duì)鐵礦粉燒結(jié)過程中的成礦行為具有很大的影響。鐵礦粉的同化性過低或過高、液相流動(dòng)性過大或過小均難以獲得產(chǎn)量、質(zhì)量指標(biāo)優(yōu)良的燒結(jié)礦[3]。趙志星等人[4]對(duì)首鋼所用鐵礦粉的高溫特性影響因素進(jìn)行研究，研究結(jié)果表明，鐵礦粉結(jié)晶水、SiO2、Al2O3含量對(duì)同化性具有促進(jìn)作用，溫度、SiO2對(duì)鐵礦粉的液相流動(dòng)性具有促進(jìn)的作用；劉成松等人[5]對(duì)鐵礦粉燒結(jié)優(yōu)化配礦進(jìn)行研究，結(jié)果表明，SiO2、Al2O3的升高有助于提高鐵礦粉的同化性，MgO含量的增加對(duì)鐵礦粉的同化性起抑制作用；SiO2、Al2O3含量較低時(shí)，鐵礦粉的液相流動(dòng)性隨其含量的增加而增大，而當(dāng)SiO2、Al2O3含量超過一定含量，鐵礦粉的液相流動(dòng)性隨其含量的增加而減小的趨勢(shì)。

本文主要針對(duì)當(dāng)前天鋼生產(chǎn)中的鐵礦粉進(jìn)行高溫基礎(chǔ)性能研究，對(duì)其影響因素進(jìn)行分析，為以后燒結(jié)配礦提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

2　實(shí)驗(yàn)原料

本次實(shí)驗(yàn)所用的7種鐵礦粉均取自天津鋼鐵集團(tuán)有限公司（后稱天鋼）生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，7種鐵礦粉的資源代號(hào)分別為OA-OG，其化學(xué)成分見表1。

表1　鐵礦粉化學(xué)成分/%

從表1可以看出，在7種鐵礦粉中，OD鐵礦粉的鐵含量最高，達(dá)到63.26%，OE鐵礦粉中TFe含量最低，僅為47.75%；OF鐵礦粉的TiO2含量較高，達(dá)到2.20%，OG礦粉中TFe含量?jī)H為57.71%，而SiO2含量高達(dá)7.60%，屬于典型的高硅低鐵礦。

鐵礦粉的同化性反映鐵礦粉在燒結(jié)過程中與CaO反應(yīng)的難易程度，用最低同化溫度表示，鐵礦粉的最低同化溫度越低，表明鐵礦粉的同化性越好；液相生成特性表示鐵礦粉在燒結(jié)過程中生成液相的流動(dòng)能力，即鐵礦粉生成的液相對(duì)周圍未熔物的有效粘結(jié)范圍，用液相流動(dòng)性指數(shù)來表示鐵礦粉的液相流動(dòng)性，鐵礦粉的液相流動(dòng)性指數(shù)小，表明鐵礦粉在燒結(jié)中生成液相難易流動(dòng)。本文使用文獻(xiàn)中給出的實(shí)驗(yàn)方法對(duì)本文中的7種鐵礦粉進(jìn)行同化性及液相流動(dòng)性檢測(cè)[6-7]，并分析和探討各種鐵礦粉同化性、液相流動(dòng)性的影響因素。

3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1鐵礦粉高溫性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果

7種鐵礦粉的最低同化性溫度及1 200、1 240、1 280益三個(gè)不同溫度條件下的鐵礦粉液相流動(dòng)指數(shù)結(jié)果見表2。

表2　鐵礦粉高溫性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表2可以看出，7種鐵礦粉的最低同化溫度主要在1 174耀1 315益。其中，OA鐵礦粉的最低同化溫度最低，僅為1 174益，表明在燒結(jié)過程中OA鐵礦粉易形成液相；OF鐵礦粉的最低同化溫度高達(dá)1 315益，表明在燒結(jié)過程中OF鐵礦粉難以形成液相，液相開始生成溫度高，可能導(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。在1 280益下，7種鐵礦粉的液相流動(dòng)性指數(shù)主要在1.49耀8.43之間。其中，OF鐵礦粉的液相流動(dòng)性指數(shù)僅為1.49，表示礦粉的液相流動(dòng)性過小，造成燒結(jié)過程中產(chǎn)生的液相對(duì)周圍未熔顆粒的粘結(jié)范圍低，造成生成的燒結(jié)產(chǎn)物的強(qiáng)度較低，OC鐵礦粉的液相流動(dòng)性指數(shù)高達(dá)8.43，表示鐵礦粉的液相流動(dòng)性過大，造成燒結(jié)過程中產(chǎn)生的液相粘結(jié)層厚度減薄，而形成薄壁大孔結(jié)構(gòu)，造成燒結(jié)礦整體變脆，強(qiáng)度下降[8]。

3.2同化性影響因素分析

影響鐵礦粉同化性的影響因素很多，本文主要探討鐵礦粉的化學(xué)成分對(duì)同化性的影響。7種鐵礦粉化學(xué)成分對(duì)同化性的影響主要表現(xiàn)在鐵礦粉的脈石含量，主要包括SiO2、Al2O3、MgO 3個(gè)方面，SiO2、Al2O3、MgO 3個(gè)因素對(duì)鐵礦粉同化性的影響結(jié)果如圖1~圖3所示。

從圖1可以看出，SiO2含量較低時(shí)，隨著SiO2含量的增加，鐵礦粉的最低同化溫度有降低的趨勢(shì)，當(dāng)SiO2含量超過5.04%時(shí)，鐵礦粉的最低同化溫度隨SiO2含量的增加有升高的趨勢(shì)。主要由于SiO2含量較低時(shí)，隨著SiO2含量的增加，促進(jìn)鐵礦粉液相的生成，但SiO2含量過高，導(dǎo)致易形成熔點(diǎn)較高的硅酸鹽，鐵礦粉的同化性降低。同時(shí)，SiO2含量與鐵礦粉同化性關(guān)系的擬合方程為y=11.87x2-117.37x+1 495.50，擬合度R2=0.77。

圖1　SiO2含量與鐵礦粉同化性的關(guān)系

圖2　Al2O3含量與鐵礦粉同化性的關(guān)系

圖3　M gO含量對(duì)鐵礦粉同化性的影響

由圖2可以看出，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)，當(dāng)Al2O3含量超過3.94%，鐵礦粉的最低同化溫度隨Al2O3含量的增加有升高的趨勢(shì)，主要由于隨著Al2O3含量的增加，促進(jìn)復(fù)合鐵酸鈣的生成，導(dǎo)致礦粉的同化性提高，但Al2O3含量繼續(xù)增加，Al3+不再取代鐵酸鈣中的Fe3+而是直接與CaO生成CaAl2O4，造成鐵礦粉的同化性降低[9]。同時(shí)，Al2O3含量與鐵礦粉同化性關(guān)系的擬合方程為y=16.87x2-132.99x+1 422.43，擬合度R2=0.84。

從圖3可以看出，隨著MgO含量的增加，鐵礦粉的最低同化溫度有升高的趨勢(shì)，MgO含量與鐵礦粉同化性關(guān)系的擬合方程為y=24.83x+1 225.71，擬合度R2=0.83。主要因?yàn)镸gO為高熔點(diǎn)物質(zhì)，燒結(jié)過程中有利于赤鐵礦轉(zhuǎn)化為磁鐵礦，抑制鐵酸鈣的生成。同時(shí)，MgO含量的升高，在高溫反應(yīng)時(shí)形成高熔點(diǎn)的物質(zhì)，因此，MgO含量的增加導(dǎo)致鐵礦粉的最低同化溫度升高。

3.3液相流動(dòng)性影響因素分析

影響液相流動(dòng)性的因素較多，本文主要對(duì)溫度及鐵礦粉的化學(xué)成分對(duì)鐵礦粉的液相流動(dòng)性進(jìn)行分析，影響結(jié)果如圖4所示。

圖4　溫度對(duì)鐵礦粉液相流動(dòng)性的影響

從圖4可以看出，隨著溫度的增加，鐵礦粉的液相生成特性有逐漸提高的趨勢(shì)，其中，OC鐵礦粉從1 200益提高到1 240益，鐵礦粉的液相生成特性指數(shù)僅從0.12提高到0.50，變化不大。但鐵礦粉的液相生成特性從1 240益增加到1 280益，特礦粉的液相生成特性指數(shù)從0.50增加到8.43，同時(shí)OC鐵礦粉的最低同化溫度為1 247益，從1 200益增加到1 240益。OE鐵礦粉的液相生成特性從1.78增加到6.64，但從1 240益提高到1 280益，OE鐵礦粉的液相生成特性從6.64增加到6.80，變化幅度較小。OE鐵礦粉的最低同化溫度為1 220益，表明溫度低于鐵礦粉的最低同化溫度，鐵礦粉的液相生成特性隨溫度的增加變化不大。當(dāng)溫度超過鐵礦粉的最低同化溫度時(shí)，鐵礦粉的液相生成特性增加幅度變大，但達(dá)到一定溫度后，鐵礦粉的液相生成特性變化不大，主要是由于溫度低于鐵礦粉的最低同化溫度時(shí)，隨著溫度的提高，鐵礦粉產(chǎn)生的液相量幾乎不產(chǎn)生變化，溫度達(dá)到鐵礦粉的最低同化溫度之后，隨著溫度的提高，產(chǎn)生的液相量增加，同時(shí)溫度升高產(chǎn)生的液相粘度降低，增加液體的流動(dòng)性[10]。

圖5　SiO2含量對(duì)鐵礦粉液相流動(dòng)性的影響

由圖5可以看出，當(dāng)SiO2含量較低時(shí)，隨著SiO2含量的提高，鐵礦粉的液相流動(dòng)性有提高的趨勢(shì)，SiO2含量超過5.07%之后，隨著SiO2含量繼續(xù)提高，鐵礦粉的液相流動(dòng)性有降低的趨勢(shì)，主要由于SiO2含量較低時(shí)，隨著SiO2含量的增加，鐵礦粉的液相生成溫度降低，產(chǎn)生液相的過熱度提高，導(dǎo)致液相粘度降低，增加液相的流動(dòng)性，SiO2含量超過一定水平后，在一定的堿度條件下，SiO2含量的升高伴隨著CaO的配加量，可能導(dǎo)致液相的粘度增加，導(dǎo)致液相的流動(dòng)性降低[11]。同時(shí)，SiO2含量與鐵礦粉在1 280益下的液相生成特性擬合方程為y=-0.67x2+6.79x-8.96，擬合度R2=0.91。

由圖6可以看出，隨著MgO含量的增加，鐵礦粉的液相流動(dòng)性有降低的趨勢(shì)，主要由于MgO含量的增加，導(dǎo)致燒結(jié)液相產(chǎn)生的溫度增加，產(chǎn)生的液相過熱度降低，液相的粘度增高，造成液相的流動(dòng)性降低[12]。同時(shí)，MgO含量與鐵礦粉在1 280益下的液相生成特性擬合方程為y=-0.20x2-0.90x+ 7.18，擬合度R2=0.83。

4　結(jié)論

對(duì)天鋼7種鐵礦粉的同化性和液相流動(dòng)性進(jìn)行測(cè)量并分析，得出以下結(jié)論：鐵礦粉的同化性隨著SiO2與Al2O3的含量增加呈現(xiàn)出先增大后降低的趨勢(shì)，同化性與MgO含量呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系。鐵礦粉的液相流動(dòng)性隨著溫度的增加而增大，尤其溫度超過鐵礦粉的液相開始之后，鐵礦粉的液相流動(dòng)性增加幅度較大，但溫度繼續(xù)增加，鐵礦粉的液相流動(dòng)性變化不大。鐵礦粉的液相流動(dòng)性隨著SiO2含量的增加有先增大后降低的趨勢(shì)，鐵礦粉的液相流動(dòng)性隨著MgO含量增加而減小的趨勢(shì)。

圖6　M gO含量對(duì)鐵礦粉液相流動(dòng)性的影響

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Study on FactorsInfluencing High Tem perature Characteristicsof Iron FineatTISCSUN Hai-ning,LIN Yangand E Ji-ming

(Tianjin Iron and SteelGroup Co.,Ltd.,Tianjin 300301,China)

AbstractIn orderto explore the factors influencing high temperature characteristics ofiron fine,analysis and studywerecarried outon theassimilabilityand liquid phasefluidityofseven iron finesapplied to Tianjin Iron and SteelGroup Company Limited (TISC).Resultsshowed the assimilability ofiron fine decreased with the increase ofMgO content.Itincreased with the increase ofSiO2contentwhen SiO2contentwas low but decreased with the increase of SiO2contentwhen SiO2contentreached a certain level.Al2O3has similar influence on assimilability.The liquid phase fluidity ofiron fine increased with the increase oftemperature and decreased with the increase ofMgO content.Itincreased with the increase ofSiO2contentwhen SiO2contentwaslow butdecreased with theincreaseofSiO2contentwhen SiO2contentreached acertain level.

Key wordsiron fine;assimilability;liquid phasefluidity

收稿日期：2015-03-15

doi：10.3969/j.issn.1006-110X.2015.04.011

作者簡(jiǎn)介：孫海寧（1982—），男，黑龍江人，工程師，主要從事燒結(jié)原料技術(shù)工作。