雷仕江，杜 東 ，聶 禮，張東升，鄧植丹，易正明

（1.水城鋼鐵集團(tuán)有限公司，貴州六盤水 553000；2.武漢科技大學(xué)，湖北武漢 430081）

前言

隨著鋼鐵冶金技術(shù)的發(fā)展，鋼鐵企業(yè)越來越重視“鐵前”工作，企業(yè)生產(chǎn)從簡單的提升產(chǎn)量為目標(biāo)，變?yōu)橐蕴岣邿Y(jié)礦冶金性能、改善爐料質(zhì)量、降低高爐煉鐵燃耗等為目標(biāo)。而燒結(jié)礦中的FeO含量是影響燒結(jié)礦各項(xiàng)性能指標(biāo)的重要因素之一，控制FeO含量在適當(dāng)水平可以提高燒結(jié)礦質(zhì)量。燒結(jié)礦中的FeO含量對(duì)燒結(jié)礦性能有雙重影響，過高或過低的FeO含量均不利于燒結(jié)[1]。高FeO含量的燒結(jié)礦還原性差，會(huì)影響高爐順利運(yùn)轉(zhuǎn)，不符合冶煉過程需要；低FeO含量的燒結(jié)礦易粉碎，冷態(tài)強(qiáng)度差，會(huì)影響高爐透氣性，不利于冶煉、礦產(chǎn)質(zhì)量及冶金性能[2]。燒結(jié)生產(chǎn)原料中對(duì)燒結(jié)礦FeO含量有影響的因素眾多，主要有MgO含量、SiO2含量、二元堿度和燃料配比等[3]。筆者針對(duì)不同F(xiàn)eO含量的燒結(jié)礦進(jìn)行了冷強(qiáng)度和冶金性能的研究。

1 不同F(xiàn)eO含量對(duì)燒結(jié)礦冷強(qiáng)度的影響

如表1所示，當(dāng)堿度R=1.8時(shí)，在燃料配比為4.0%的基礎(chǔ)上增加燃料配比時(shí)，F(xiàn)eO的含量明顯升高，從7.87%升高至12.08%。根據(jù)該試驗(yàn)結(jié)果可以驗(yàn)證，當(dāng)燃料配比提高1%時(shí)，F(xiàn)eO的含量將升高1%～2%。

表1 不同F(xiàn)eO含量燒結(jié)礦的部分指標(biāo)

由表1可知，在一定堿度與料層高度下，隨著燒結(jié)礦中FeO含量的上升，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、成品率均出現(xiàn)了先上升、后下降的趨勢(shì)。同時(shí)，隨著FeO含量上升，垂直燒結(jié)速度逐漸下降。其主要原因是通過增加配碳（燃料）的方法調(diào)整FeO，配碳增加后，燒結(jié)溫度上升、燒結(jié)熱量充足，出現(xiàn)還原性氣氛，導(dǎo)致FeO上升而使得燒結(jié)指標(biāo)改善，但隨著配碳的繼續(xù)上升，還原性氣氛增強(qiáng)，F(xiàn)eO繼續(xù)上升，燃燒帶變寬，熱量過剩產(chǎn)生過熔，燒結(jié)阻力增加，垂直燒結(jié)速度下降，燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)也由FeO低時(shí)的疏松、細(xì)孔厚壁結(jié)構(gòu)變化到FeO高的致密堅(jiān)硬、大孔薄壁結(jié)構(gòu)[1]。

圖1 不同F(xiàn)eO含量對(duì)燒結(jié)礦冷強(qiáng)度的影響

圖1 為堿度R=1.8時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在w（FeO）為8.8%～9.1%時(shí)，燒結(jié)礦冷強(qiáng)度的各個(gè)指標(biāo)均處在較好的水平，但FeO含量繼續(xù)上升時(shí)，燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和利用系數(shù)開始出現(xiàn)下降趨勢(shì)。在本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)w（FeO）達(dá)到10%時(shí)，燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度開始變差，成品率開始降低。

2 不同F(xiàn)eO含量對(duì)燒結(jié)礦冶金性能的影響

2.1 還原度

由表2和圖2中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，隨著燒結(jié)礦中FeO含量的上升，還原度逐漸降低且變化很大。當(dāng) w（FeO）為 7.56%時(shí)，RI=81.61%。當(dāng) w（FeO）為11.56%時(shí)，RI=73.53%。還原度隨FeO含量增加逐漸降低的主要原因是，燒結(jié)礦中的FeO含量通常是根據(jù)Fe2+的含量經(jīng)過換算得出，而Fe2+的來源較多，例如鈣鐵橄欖石（CaO·FeO·SiO2）、橄欖石（2FeO·SiO2）、磁鐵礦（Fe3O4）等，隨著燒結(jié)礦中 FeO 含量的上升，上述礦石質(zhì)量分?jǐn)?shù)均會(huì)有一定增加，而赤鐵礦和鐵酸鈣的含量將會(huì)減少，根據(jù)燒結(jié)礦中礦物還原難易程度知：赤鐵礦、磁鐵礦、二元鐵酸鈣、鐵酸一鈣等容易還原，鐵鈣橄欖石、橄欖石是難還原的礦物。因此FeO含量引起的上述各成分含量的變化將使得還原性大幅降低。此外，當(dāng)燒結(jié)礦中FeO含量上升時(shí)，將影響燒結(jié)礦的結(jié)構(gòu)，減少燒結(jié)礦的氣孔率，這也將影響到燒結(jié)礦的還原性[1]。

2.2 低溫還原粉化性能

由表2和圖2中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，隨著燒結(jié)礦中FeO含量的上升，低溫還原粉化率(＞3.15 mm%)上升很快，w（FeO）為7.56%時(shí)RDI=71.05%，w（FeO）為11.56%時(shí)RDI=77.43%。說明燒結(jié)礦中FeO含量越高，低溫還原粉化性能越好；燒結(jié)礦中FeO含量越低，低溫還原粉化性能越差。造成該現(xiàn)象的主要原因是：升溫過程中氧化生成的片狀、粒狀Fe2O3，磁鐵礦在氧化形成的骸晶狀菱形Fe2O3，升溫到Fe2O3與液相反應(yīng)后凝固而形成的斑狀Fe2O3，赤鐵礦-磁鐵礦固溶體析出的細(xì)晶包Fe2O3，在還原過程中由于α-Fe2O3到Fe3O4的相轉(zhuǎn)變，其中骸晶狀菱形Fe2O3產(chǎn)生異常粉化，體積膨脹，在骸晶狀赤鐵礦晶粒周圍形成了一層裂紋多、強(qiáng)度較差的碎裂帶，使得粉化率增加。

表2 不同F(xiàn)eO含量對(duì)燒結(jié)礦還原性和低溫還原粉化性能的影響

圖2 不同F(xiàn)eO含量對(duì)燒結(jié)礦冶金性能的影響

2.3 熔滴性能

熔滴性能在燒結(jié)礦冶金性能中最重要，熔滴帶阻力損失約占高爐總阻力損失的60%[8]，通常要求燒結(jié)礦的開始熔滴溫度要高，熔滴區(qū)間要窄。就用于衡量熔滴性能的指標(biāo)來說，熔滴性能總特性（S）通常要優(yōu)于熔滴區(qū)間（ΔT=Td-Ts），因?yàn)槿鄣涡阅芸偺匦許包括了溫度區(qū)間（ΔT）和壓降大?。é=ΔPm-ΔPs），為50×9.8 Pa，ΔPm為最大壓差，單位：Pa；S 值越小，熔kPa·℃。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果熔滴性能測(cè)定見表3。由表3中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以分析得出：（1）隨著燒結(jié)礦中FeO含量的不斷提高，燒結(jié)礦的軟化開始溫度從1065℃上升至1099℃。軟化終了溫度從1263℃上升至1268℃，整體來看變化較小。燒結(jié)礦的軟化區(qū)間由198降低至169，區(qū)間逐漸變窄。以上結(jié)果表明，增加燒結(jié)礦中FeO的含量可以使得燒結(jié)礦軟化開始溫度有一定上升，并且可以使得軟化區(qū)間寬度下降。（2）隨著燒結(jié)礦中FeO含量的不斷提高，燒結(jié)礦的滴落溫度在1502℃～1509℃之間變化，溫度變化差值為7℃。滴落區(qū)間在220℃～224℃之間變化，溫度變化差值為4℃。以上兩項(xiàng)的溫度變化差值均為較小指標(biāo)，說明燒結(jié)礦中的FeO含量升高，對(duì)于滴落區(qū)間的性能影響較小。（3）隨著燒結(jié)礦FeO含量的提高，燒結(jié)礦最大壓差值和熔滴性能總特性值趨于減小，說明提高FeO含量可以改善軟熔層的透氣性。

表3 不同F(xiàn)eO含量對(duì)燒結(jié)礦熔滴性能的影響

3 結(jié)束語

燃料配比每增加1%，燒結(jié)礦FeO含量增加1%～2%，而隨著FeO的上升，還原度幾乎呈直線下降，但FeO越高則低溫還原粉化性能有所改善，建議在能夠保證燒結(jié)礦冷強(qiáng)度、冶金性能與熔滴性能的基礎(chǔ)之上，適當(dāng)?shù)亟档蜔Y(jié)礦中FeO的含量，以提高燒結(jié)礦還原性，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦創(chuàng)造條件。