褐鐵礦粉的燒結(jié)基礎(chǔ)特性的實驗研究

薛 方

（山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 山西 太原 030009）

鋼鐵工業(yè)已經(jīng)大力發(fā)展將近百年，作為不可再生資源的原料鐵礦石，其存儲量也越來越少，而優(yōu)質(zhì)鐵礦石的價格卻相對越來越高。褐鐵礦雖然含結(jié)晶水高，但是價格低，基于煉鐵生產(chǎn)成本的現(xiàn)實考慮，開發(fā)生產(chǎn)大規(guī)模使用褐鐵礦的燒結(jié)生產(chǎn)技術(shù)，就顯得尤為重要。

本文主要通過研究四種進(jìn)口褐鐵礦類型鐵礦粉的燒結(jié)基礎(chǔ)特性，全面了解該類型鐵礦粉的性能，為最大限度地發(fā)揮高褐鐵礦配比條件下燒結(jié)工序的產(chǎn)能水平，降低鐵水成本，提高企業(yè)綜合效益，提供理論依據(jù)和技術(shù)對策。

1 研究方法

本實驗所用的原料來源于國內(nèi)某大型鋼鐵企業(yè)的四種進(jìn)口褐鐵礦類型鐵礦粉。其中，A和B屬于結(jié)晶水較高含量的礦粉，C和D屬于結(jié)晶水中等含量礦粉。四種褐鐵礦的化學(xué)成分如表1所示。

實驗方法為微型燒結(jié)法，采用鐵礦粉燒結(jié)基礎(chǔ)特性研究方法進(jìn)行實驗。燒結(jié)后的試樣通過其他檢測手段獲得鐵礦粉的同化性、液相流動性、黏結(jié)相自身強(qiáng)度、連晶固結(jié)強(qiáng)度的實驗結(jié)果[1-4]。

表1 試驗所用褐鐵礦粉的化學(xué)成分 %

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 四種褐鐵礦的同化性的實驗結(jié)果

高堿度燒結(jié)礦因其優(yōu)良的冶金性能得以廣泛應(yīng)用，而高堿度燒結(jié)礦在燒結(jié)過程中的主要礦物組成——復(fù)合鐵酸鈣的形成，始于CaO和Fe2O3的物理化學(xué)反應(yīng)。另外，燒結(jié)過程的液相生成也是始于CaO與鐵礦粉的固相反應(yīng)生成的低熔點化合物。所以，通過測定鐵礦粉與CaO接觸面上發(fā)生反應(yīng)而開始熔化的“最低同化溫度”，來評價鐵礦粉的同化性能[1]。鐵礦粉的“最低同化溫度”越低，意味著它的同化性越強(qiáng)，反之亦然。

四種褐鐵礦粉最低同化溫度的比較情況見圖1。

圖1 四種褐鐵礦粉的最低同化溫度

一般而言，鐵礦粉的結(jié)晶水、SiO2、Al2O3含量較高時，其同化性較強(qiáng)；結(jié)構(gòu)疏松的鐵礦粉的同化性也較高；反之則低。從圖1中可以看出，褐鐵礦粉A、B、C、D的最低同化性溫度都低于1 240℃，即褐鐵礦粉A、B、C、D的同化性能都較強(qiáng)。所以，在燒結(jié)料同化性不足或生產(chǎn)低SiO2燒結(jié)礦時，可以增加這四種褐鐵礦粉的使用比例。但是，為了避免燒結(jié)料過熔現(xiàn)象的出現(xiàn)，控制其使用比例是必要的。另外，使用這四種褐鐵礦粉時，應(yīng)注意使其與同化性較低的礦粉搭配使用。

2.2 四種褐鐵礦的液相流動性的實驗結(jié)果

高堿度燒結(jié)礦的黏結(jié)相的生成，主要是通過鐵礦粉與熔劑的反應(yīng)來完成。因此，鐵礦粉與CaO的同化能力是考察燒結(jié)黏結(jié)相數(shù)量的重要指標(biāo)。但是，鐵礦粉的同化特性只是反映了其低熔點液相的生成能力，并不能完全反映出有效黏結(jié)相的數(shù)量。因為，一種物質(zhì)的“熔化”并不代表其一定就會“流動”。因而，對燒結(jié)礦固結(jié)有實際意義的還應(yīng)該包括鐵礦粉的液相流動性，即鐵礦粉與CaO生成的液相的流動特性。

四種褐鐵礦粉的液相流動性的測定結(jié)果如圖2所示。

圖2 四種褐鐵礦粉的液相流動性能

從實驗結(jié)果中可以看出，四種褐鐵礦粉的液相流動性指數(shù)大小的順序為:pB＞pA＞pD＞pC。褐鐵礦粉C的同化性最低，其液相流動性也相對差一些。從燒結(jié)配礦角度而言，為了確保燒結(jié)過程有效黏結(jié)相的數(shù)量，褐鐵礦粉A、B、D適合用于燒結(jié)原料的液相流動性較小的情況；褐鐵礦粉C適合用于燒結(jié)原料的液相流動性較大的情況。

2.3 四種褐鐵礦的黏結(jié)相自身強(qiáng)度的實驗結(jié)果

燒結(jié)礦是由黏結(jié)相（熔化物）黏結(jié)未熔的粗粒礦石固結(jié)而成。自身強(qiáng)度較高的黏結(jié)相可以產(chǎn)生牢固的粘結(jié)作用，提高燒結(jié)礦的固結(jié)強(qiáng)度。

選取實驗條件:燒結(jié)溫度1 280℃，二元堿度R2=1.8、R2=2.0、R2=2.2時，四種褐鐵礦粉分別燒結(jié)后的黏結(jié)相的抗壓強(qiáng)度。實驗的測定結(jié)果列于圖3。

圖3 四種褐鐵礦粉的黏結(jié)相強(qiáng)度

從實驗結(jié)果中可以看出，四種褐鐵礦粉的黏結(jié)相自身強(qiáng)度都不高，尤其是褐鐵礦粉D，它的黏結(jié)相強(qiáng)度值最低，在生產(chǎn)中，若提高這四種褐鐵礦的使用比例，燒結(jié)礦的產(chǎn)能和強(qiáng)度可能會有所降低，除了配礦上的對應(yīng)措施外，在燒結(jié)工藝的選擇上也需要尋找合適的技術(shù)對策。

2.4 四種褐鐵礦的連晶固結(jié)強(qiáng)度的實驗結(jié)果

本實驗以純鐵礦粉為試樣，模擬低溫?zé)Y(jié)條件（1 280℃），采用測定燒結(jié)后試樣小餅的抗壓強(qiáng)度來評價鐵礦粉的連晶固結(jié)能力[4]。四種褐鐵礦粉在相同的燒結(jié)溫度（1 280℃）下，恒溫保持時間分別是2 min、4 min、6 min時，其連晶固結(jié)強(qiáng)度的測定結(jié)果如圖4所示。

圖4 四種褐鐵礦粉在不同的保溫時間下的連晶固結(jié)強(qiáng)度

由實驗結(jié)果可知，四種褐鐵礦粉的連晶固結(jié)強(qiáng)度都比較小，這主要與其結(jié)晶水含量高、結(jié)構(gòu)疏松、脈石較多等因素有關(guān)。由于連晶固結(jié)在燒結(jié)過程中所占的比重較小，所以可以在燒結(jié)配礦中優(yōu)先考慮其他燒結(jié)基礎(chǔ)特性，再適當(dāng)考慮鐵礦粉的連晶固結(jié)特性。

3 結(jié)論

根據(jù)本研究所測定的四種褐鐵礦的化學(xué)成分、同化性、液相流動性、黏結(jié)相自身強(qiáng)度、連晶強(qiáng)度的實驗結(jié)果，可以對其給出如下綜合評價:

1）褐鐵礦粉A、B的含鐵品位相對最低，SiO2含量和燒損相對最高；而褐鐵礦粉C及D的Al2O3含量相對最高。

2）褐鐵礦粉A、B、D具有同化性高、液相流動性大、黏結(jié)相自身強(qiáng)度不高、連晶固結(jié)能力小的特點；褐鐵礦粉C的液相流動性較小、黏結(jié)相自身強(qiáng)度較高。

3）由于四種褐鐵礦粉呈現(xiàn)同化性高，液相流動性大，固結(jié)強(qiáng)度不高的特征，在燒結(jié)生產(chǎn)中要注意應(yīng)用“燒結(jié)互補(bǔ)原理”以合理搭配礦種及其使用比例，以及適當(dāng)調(diào)整燒結(jié)礦的二元堿度和熔劑結(jié)構(gòu)等工藝參數(shù)，要在燒結(jié)過程中提高這四種褐鐵礦的使用比例時，除了配礦上的對應(yīng)措施外，在燒結(jié)工藝的選擇上也需要尋找合適的技術(shù)對策。