任玉明，李長武

（天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500）

0 引言

2020年，我國進(jìn)口鐵礦石超過11.5億噸，達(dá)到歷史新高。鐵礦石種類繁多且品質(zhì)參差不齊，優(yōu)化各類鐵礦石的配比，對所有鋼鐵企業(yè)來講都是要重點(diǎn)研究的課題[1]。現(xiàn)階段以礦物質(zhì)高溫基礎(chǔ)性能為指導(dǎo)的優(yōu)化配礦法成為了主流方法，鐵礦石的同化性和液相流動性對其燒結(jié)過程具有重要指導(dǎo)意義[2-4]。鐵礦石的同化性反映了燒結(jié)過程中含鐵原料和鈣質(zhì)熔劑反應(yīng)的難易程度，同化性強(qiáng)的鐵礦粉與CaO結(jié)合生成低熔點(diǎn)的液相更加容易；而液相流動性反映了燒結(jié)過程中生成的黏結(jié)相的流動能力，液相流動性強(qiáng)代表燒結(jié)礦液相的黏度低。

目前同化性和液相流動性的研究已有大量試驗(yàn)和理論[5-8]，但改變石灰類型的研究有所欠缺。張建良等人應(yīng)用活性生石灰強(qiáng)化燒結(jié)超厚料層生產(chǎn)實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)：熔劑結(jié)構(gòu)采用活性生石灰有利于增加燒結(jié)料層厚度,燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)接近1.9t/（m2·h），固體燃耗接近40kg/t[9]。陳強(qiáng)等人對熟熔劑逐步代替生熔劑進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：隨著生石灰配加量提升，燒結(jié)料層垂直燃燒速度和燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)分別有所提高[10]。趙滿祥等人通過變?nèi)蹌┡浔葻Y(jié)實(shí)驗(yàn)研究，得到了最適合首鋼公司遷鋼燒結(jié)生產(chǎn)的燒結(jié)礦熔劑結(jié)構(gòu)和配礦方案[11]。

為了探究鈣質(zhì)熔劑的類型對鐵礦粉高溫基礎(chǔ)性能的影響，本文分別選取生石灰和熟石灰作熔劑，對磁鐵礦和赤鐵礦開展同化性和液相流動性的研究，以期為燒結(jié)熔劑結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供支撐。

1 試驗(yàn)原料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)所用原料共4種，包括磁鐵礦粉、赤鐵礦粉、高活性生石灰（CaO）以及熟石灰（Ca（OH）2），其主要化學(xué)成分如表1所示，表中A為磁鐵礦粉、B為半赤半褐鐵礦粉。由表1可以看出：A礦的鐵品位相對較高，為65.7%，且A礦的FeO、SiO2、MgO含量顯著高于B礦；B礦中Al2O3含量達(dá)到了2.4%，且B礦燒損較高，達(dá)到了6.15%。

表1 燒結(jié)原料化學(xué)成分檢測結(jié)果

1.2 研究方法

1.2.1 最低同化溫度檢測

檢測最低同化溫度的實(shí)驗(yàn)儀器為微機(jī)灰熔融性測定儀。首先利用瑪瑙研缽將4種原料分別研磨成粒度組成為-200目占100%的粉末，將鐵礦粉末制成三角錐形狀。取適量熔劑粉末在一定壓力下壓制成小餅。將鐵礦粉三角錐放在熔劑小餅上部中央，設(shè)定升溫制度，直到同化反應(yīng)開始為止[12，13]。通過自動攝像裝置捕捉鐵礦粉三角錐倒下的圖像（如圖1所示）。本次試驗(yàn)是以鐵礦粉三角錐迅速倒落為同化特征，此時的溫度為最低同化溫度。

圖1 鐵礦粉同化性能檢測示意圖

1.2.2 液相流動性檢測

液相流動性能實(shí)驗(yàn)裝置為微型燒結(jié)實(shí)驗(yàn)裝置。首先將樣品烘干，然后將其粉碎成粒徑小于-100目的粉末；將燒結(jié)物料堿度設(shè)為4.0配料，混勻后取適量樣品，利用不銹鋼模具在一定壓力下壓制成圓柱狀樣品；將樣品按照液相流動性升溫曲線（如圖2所示）加熱。反應(yīng)后按照流動面積計算液相流動性指數(shù)，其計算公式如下：

圖2 液相流動性升溫曲線

式中：L為鐵礦粉液相流動性指數(shù)；S1為試樣原面積；S2為試樣反應(yīng)后面積。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 熔劑微觀形貌

圖3為熟石灰和生石灰樣品掃描電鏡觀察結(jié)果。由圖3可以看出生石灰和熟石灰微觀形貌差異較大。生石灰顆粒分明且密集，顆粒尺寸相對較小，粒度均勻，整體孔隙較多，氣孔率高，這也就使得生石灰反應(yīng)性、活性度等冶金性能指標(biāo)良好；而熟石灰中發(fā)生了明顯的粘連黏結(jié)現(xiàn)象，單粒度并不均勻，且含有一定玻璃相，致使整體氣孔率降低，這也就使得熟石灰的反應(yīng)能力相對較弱。

圖3 熟石灰和生石灰微觀形貌觀察結(jié)果

2.2 同化性實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖4為熟石灰和生石灰與兩種鐵礦粉反應(yīng)同化性能檢測結(jié)果。檢測結(jié)果顯示：無論是磁鐵礦粉還是赤鐵礦粉，生石灰都更易與礦粉中的鐵氧化物發(fā)生反應(yīng)，最低同化溫度相對較低；磁鐵礦粉條件下，生石灰最低同化溫度相比于熟石灰要低22℃；赤鐵礦粉條件下，生石灰最低同化溫度相比熟石灰低83℃。整體來看，生石灰由于晶粒尺寸更細(xì)，活性CaO含量更多，具有更高的表面能，這就使得在升溫?zé)Y(jié)過程中更易與兩種典型鐵礦粉發(fā)生相關(guān)反應(yīng)，而高活性生石灰的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為氣孔率大、體積密度小，使得其與鐵氧化物間的反應(yīng)面積更大，反應(yīng)更快且充分。

圖4 熟石灰和生石灰與鐵礦粉同化性檢測結(jié)果

2.3 液相流動性實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖5為熟石灰和生石灰對兩種典型鐵礦粉液相流動性能檢測示意圖。基于檢測結(jié)果，對樣品進(jìn)行液相流動性指數(shù)計算，得到了如圖6所示的液相流動性能檢測結(jié)果。由圖6可以看到，生石灰對兩種鐵礦粉液相流動性有著促進(jìn)作用。磁鐵礦粉條件下，配加生石灰熔劑時鐵礦粉液相流動性指數(shù)達(dá)到2.35，而配加熟石灰熔劑時僅為2.00；赤鐵礦粉條件下，配加生石灰熔劑時鐵礦粉液相流動性指數(shù)為1.62，而配加熟石灰熔劑時為1.39，雖然能夠表明生石灰對赤鐵礦粉液相的促進(jìn)作用大于熟石灰，但影響相對較小、改善情況不明顯[14]。

圖5 鐵礦粉液相流動性檢測示意圖

圖6 熟石灰和生石灰與鐵礦粉液相流動性檢測結(jié)果

2.4 不同鈣質(zhì)熔劑對燒結(jié)成品礦物相組成影響分析

不同鈣質(zhì)熔劑對燒結(jié)成品礦物相組成影響實(shí)驗(yàn)采用掃描電鏡進(jìn)行分析，圖7為不同鈣質(zhì)熔劑條件下鐵礦粉液相流動性樣品內(nèi)部礦相分布。由圖7可以看到，雖然樣品為壓塊，但礦相中仍存在有部分微孔。生石灰條件下，礦相中多為微孔或小孔；而在熟石灰條件下，由于樣品粘連度較高，故其內(nèi)部氣孔多為大孔，從物相結(jié)晶角度來講，微孔更有利于針狀鐵酸鈣物相的生成[15,16]。配加生石灰條件下，樣品內(nèi)部鐵酸鈣物相與鐵氧化物交織分布，鐵酸鈣物相多為針狀或枝晶狀，物相分布均勻，富鐵結(jié)構(gòu)的復(fù)合鐵酸鈣（即SFCA-I）含量較高，這對燒結(jié)成品礦的強(qiáng)度及冶金性能均呈現(xiàn)有利影響；配加熟石灰條件下，雖然仍存在有大量鐵酸鈣礦物相，但礦物相中復(fù)合鐵酸鈣多為板柱狀或片狀結(jié)構(gòu)，且富鈣結(jié)構(gòu)的復(fù)合鐵酸鈣礦物相占比相對更多，這對燒結(jié)成品礦的強(qiáng)度及還原性能呈現(xiàn)不利影響。

圖7 不同鈣質(zhì)熔劑條件下鐵礦粉液相流動性樣品內(nèi)部礦相分布

3 結(jié)語

通過不同鈣質(zhì)熔劑對磁鐵礦和赤鐵礦同化性和液相流動性影響的研究，并對研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，獲得了生石灰和熟石灰作為燒結(jié)熔劑時對典型鐵礦粉同化性和液相流動性的影響規(guī)律。

（1）通過掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，生石灰和熟石灰微觀形貌差異較大。生石灰顆粒分明且密集，顆粒尺寸相對較小且均勻，整體氣孔率高；而熟石灰中發(fā)生了明顯的粘連黏結(jié)現(xiàn)象，單粒度并不均勻，致使整體氣孔率降低。

（2）生石灰和熟石灰與鐵礦粉反應(yīng)同化性能檢測結(jié)果可以看出：無論是磁鐵礦粉還是赤鐵礦粉，生石灰都更易與鐵礦粉中的鐵氧化物發(fā)生反應(yīng)，最低同化溫度相對較低。

（3）液相流動性能檢測結(jié)果表明：生石灰對兩種鐵礦粉液相流動性都有著促進(jìn)作用。生石灰對磁鐵礦粉液相流動性改善效果更為明顯，液相流動性指數(shù)較熟石灰高0.35，但對赤鐵礦粉液相流動性改善效果不明顯，液相流動性指數(shù)較熟石灰高0.23。

（4）通過掃描電鏡可以看出：不同鈣質(zhì)熔劑對燒結(jié)成品礦物相組成影響較大。配加生石灰時，燒結(jié)成品礦物相為鐵酸鈣與鐵氧化物交織分布，鐵酸鈣礦物相多為針狀或枝晶狀且分布均勻，富鐵結(jié)構(gòu)的復(fù)合鐵酸鈣（即SFCA-I）含量較高；配加熟石灰時，燒結(jié)成品礦物相中復(fù)合鐵酸鈣多為板柱狀或片狀結(jié)構(gòu)，不利于燒結(jié)成品礦強(qiáng)度及還原性能。