D01:10.13374.isml00103x.2009.04.004 第31卷第4期 北京科技大学学报 Vol.31 No.4 2009年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2009 烧结矿中Mg0作用机理 吴胜利2)韩宏亮D姜伟忠》 朱锦明》冯根生D张作程 1)北京科技大学治金与生态工程学院北京100832)宝钢股份有限公司研究院（技术中心）.上海201900 3)宝钢股份有限公司分公司炼铁厂，上海200941 摘要研究了烧结矿中MgO对烧结液相生成、固结成矿的影响机理，以及不同镁质熔剂对固结强度的影响规律并在此基 础上进行了烧结杯实验研究.结果表明：随着烧结矿中Mg0含量的增加烧结液相开始形成温度上升，液相流动性和黏结相 强度均降低：使用不同种类的镁质熔剂时，烧结黏结相强度有差异在1280℃和1320℃下，使用蛇纹石时黏结相强度相对最 高。其次是使用轻烧白云石的情况。而使用白云石时黏结相强度相对最低：在兼顾烧结矿产量、质量指标及治金性能的前提 下，烧结矿中适宜的Mg0质量分数在1.2%左右，镁质熔剂则适宜选用白云石和蛇纹石组合或者单独使用轻烧白云石. 关键词烧结矿：Mg0含量；白云石：轻烧白云石：蛇纹石：作用机理 分类号TF046.4 MgO interaction mechanism in sinter WU Sheng.HAN Hong-liang.JIANG Wei-zhong.ZHU Jin ming.FENG Gen-sheng.ZHANG Zuocheng 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing,Beijng 100083.China 2)Research Institute (R &D Center).Baoshan Imn Steel Co.Ltd.,Shanghai 201900.China 3)Iron-Making Phnt.Baoshan Imon &Steel Co.Ltd.,Shanghai 200941.China ABSTRACT The influence mechanism of MgO on sintering liquid forming and solid phase reaction and the effect of Mgo fux on the strength of solid phase were investigated.and sinter pot experiments were carried out.The results show that with the content of Mgo in sinter increasing,the initial forming temperature of sinter liquid phase rises but the fluidity of liquid phase and the strength of bonding phase decrease.When different Mgo fluxes are used.the strength of bonding phase in sinter appears diverse.Furthermore at 1280C and 1320C.the strength of bonding phase when sintered with serpentine is much higher than that with light-burned dolomite and dolomite is the worst.Based on the yield,quality and metallurgical properties of sinter,the desirable mass fraction of MgO is about 1 2%and for Mgo flux either the composite of dolomite and serpentine or the lightburned dolomite alone is better. KEY WORDS sinter:MgO content:dolomite light-burned dolomite;serpentine;interaction mechanism 长期以来Mg0作为高炉炼铁过程的重要组 题已成为钢铁企业亟需解决的研究课题.本文针对 元，受到人们的关注.传统的高炉炼铁理论对Mg0 烧结生产条件下Mg0的高温行为进行深入研究， 的作用给予了积极评价，即：对于烧结而言，可 明确烧结矿中Mg0影响烧结液相生成以及固结成 以减轻烧结矿自然粉化现象，改善烧结矿低温还原 矿的内在机理，探讨镁质熔剂种类对烧结矿中Mg0 粉化性能，提高烧结矿软化熔融温度等：对于高炉而 行为的影响，在确保烧结矿产、质量指标及治金性能 言，可以增加炉缸热储备，改善炉渣理化性质，有利 的前提下，寻求烧结矿合理的MgO含量及镁质熔 于低硫、低硅生铁治炼等. 剂种类为整个高炉炼铁工艺合理配置Mg0提供 然而，随着高炉精料技术的发展，昔日的软熔性 理论基础和技术依据. 能差、易自然粉化的情况己随着烧结矿S02含量的 1实验原料 降低而得到明显改善，Mg0在烧结矿中的负面影响 己成事实).因此烧结矿中合理的Mg0含量问 本实验所用的烧结原料来源于国内某大型钢铁 收稿日期：200803-24 作者简介：吴胜利(1955一)，男，教授，博士生导师.宝钢研究院首席研究员，E-mail:w ushengli@met all.usth.du.am
烧结矿中 MgO 作用机理 吴胜利1 , 2) 韩宏亮1) 姜伟忠3) 朱锦明3) 冯根生1) 张作程1) 1)北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 100083 2)宝钢股份有限公司研究院(技术中心), 上海 201900 3)宝钢股份有限公司分公司炼铁厂, 上海 200941 摘 要 研究了烧结矿中 MgO 对烧结液相生成、固结成矿的影响机理 , 以及不同镁质熔剂对固结强度的影响规律, 并在此基 础上进行了烧结杯实验研究.结果表明:随着烧结矿中 MgO 含量的增加, 烧结液相开始形成温度上升, 液相流动性和黏结相 强度均降低;使用不同种类的镁质熔剂时, 烧结黏结相强度有差异, 在 1 280 ℃和 1 320 ℃下, 使用蛇纹石时黏结相强度相对最 高, 其次是使用轻烧白云石的情况, 而使用白云石时黏结相强度相对最低;在兼顾烧结矿产量、质量指标及冶金性能的前提 下, 烧结矿中适宜的 MgO 质量分数在 1.2 %左右, 镁质熔剂则适宜选用白云石和蛇纹石组合或者单独使用轻烧白云石. 关键词 烧结矿;MgO 含量;白云石;轻烧白云石;蛇纹石;作用机理 分类号 TF046.4 MgO interaction mechanism in sinter WU Sheng-li 1 , 2) , HAN Hong-liang 1) , JIANG Wei-zhong 3) , ZHU Jin-ming 3) , FENG Gen-sheng 1) , ZHANG Zuo-cheng 1) 1)School of Met allurgical and Ecologi cal Engineering , University of Science and T echnology Beijing , Beijing 100083 , China 2)Research Institut e (R&D Center), Baoshan I ron &S teel Co .Ltd., S hanghai 201900 , China 3)Iron-Making Plant, Baoshan Iron &S teel Co .Ltd., Shanghai 200941 , China ABSTRACT The influence mechanism of MgO o n sintering liquid forming and solid phase reaction and the effect of MgO flux on the streng th of solid phase were investig ated , and sinter po t experiments were carried out .The resultsshow that with the co ntent of MgO in sinter increasing , the initial forming temperature of sinter liquid phase rises, but the fluidity of liquid phase and the streng th of bonding phase decrease.When different MgO flux es are used , the strength of bonding phase in sinter appears diverse.Furthermore , a t 1 280 ℃ and 1 320 ℃, the streng th of bonding phase when sintered with serpentine is much higher than that with light-burned dolomite and dolomite is the worst.Based o n the yield , quality and metallurgical properties of sinter, the desirable mass fraction of MgO is about 1.2% and for MgO flux either the composite of dolomite and serpentine o r the lig ht-burned dolomite alone is better. KEY WORDS sinter;MgO content ;dolomite;lig ht-burned dolomite;serpentine;interactio n mechanism 收稿日期:2008-03-24 作者简介:吴胜利(1955—), 男, 教授, 博士生导师, 宝钢研究院首席研究员, E-mail:w ushengli@met all.ustb.edu.cn 长期以来, M gO 作为高炉炼铁过程的重要组 元,受到人们的关注 .传统的高炉炼铁理论对 M gO 的作用给予了积极评价[ 1-4] , 即:对于烧结而言 , 可 以减轻烧结矿自然粉化现象, 改善烧结矿低温还原 粉化性能 ,提高烧结矿软化熔融温度等 ;对于高炉而 言,可以增加炉缸热储备 , 改善炉渣理化性质, 有利 于低硫、低硅生铁冶炼等 . 然而 ,随着高炉精料技术的发展,昔日的软熔性 能差 、易自然粉化的情况已随着烧结矿 SiO2 含量的 降低而得到明显改善 ,MgO 在烧结矿中的负面影响 已成事实 [ 5-7] .因此, 烧结矿中合理的 MgO 含量问 题已成为钢铁企业亟需解决的研究课题.本文针对 烧结生产条件下 M gO 的高温行为进行深入研究, 明确烧结矿中 M gO 影响烧结液相生成以及固结成 矿的内在机理,探讨镁质熔剂种类对烧结矿中 MgO 行为的影响 ,在确保烧结矿产、质量指标及冶金性能 的前提下 , 寻求烧结矿合理的 MgO 含量及镁质熔 剂种类, 为整个高炉炼铁工艺合理配置 MgO 提供 理论基础和技术依据. 1 实验原料 本实验所用的烧结原料来源于国内某大型钢铁 第 31 卷 第 4 期 2009 年 4 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .31 No.4 Apr.2009 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2009.04.004
第4期 吴胜利等：烧结矿中MO作用机理 429。 企业，其主要的化学成分列于表1. 表1实验用混匀矿以及熔剂的化学成分（质量分数） Table I Chemical composition of bend ore and fluxes for experiment 4 原料名称 TFe Si0, Cao A03 Mgo 烧损 混匀矿 6205 3.57 0.83 1.38 028 038 0021 015 白云石 1.03 31.02 016 20.81 45.86 蛇纹石 3817 1.50 081 37.62 14.66 轻烧白云石 一 305 49.33 236 3020 1320 M0试剂 0.01 一 98.00 1.01 CaO试剂 001 98.00 001 1.23 的增加，烧结液相的形成温度必然升高，液相黏度增 2Mg0及镁质熔剂的影响规律 大，流动性降低.因为烧结过程中烧结原料并不是 2.1Mg0对烧结液相生成的影响 全部熔化后再凝固，而是部分原料熔化后靠其流动 烧结时一些低熔点物质在高温作用下熔化成液 将未熔化的原料黏结成一体，所以烧结液相生成和 态物质，在冷却过程中液体物质凝固而成为那些尚 流动的状况将对烧结矿固结强度产生重要影响.由 未熔化和熔入液相颗粒的坚固连接桥，从而使得散 此可见.烧结矿中Mg0含量的增加会导致烧结液 状物料固结成多孔状的烧结矿.因此。液相生成是 相生成量减少和液相流动状况变差，Mg0的这一 烧结成矿的基础，液态物质的数量和性质是影响烧 烧结行为是影响烧结矿冷态强度的关键 结矿固结强度高低，乃至烧结矿治金性能优劣的重 1.2 要因素. 1.0 本文通过测定烧结试样（混匀矿配加Mg0等 0.6 熔剂)的有效液相形成温度及液相流动性，考察了试 04 样中MgO含量对烧结液相生成的影响规律.实验 ◆ 0.2 ◆一1280℃★一1300℃量1320℃ 方法基于铁矿粉烧结基础特性中液相流动性的测定 0 方法9 0 1.0 2.0 3.0 4.0 Mg0质量分数% 不同Mg0含量下烧结试样的有效液相开始形 图2烧结试样的液相流动性指数随Mg0含量变化的关系 成温度见图1，而不同温度下烧结试样的液相流动 Fig.2 Fluidity index of lquid phase at different Mgo contents 性指数随Mg0含量变化的特征示于图2.图中不 添加任何Mg0熔剂的标为自然”. 在当今进口矿使用比例较高，烧结矿为高品位、 1280 低SiO2的情况下，烧结液相生成条件较苛刻，因此 烧结矿中Mg0含量不宜过高，以避免由此产生的 1260 烧结矿固结强度下降的问题， 2.2Mg0对烧结黏结相强度的影响 1250 烧结矿是由黏结相（熔化物）黏结未熔的含铁矿 1240 物固结而成，因而黏结相和未熔的含铁矿物的自身 1230L 自然 0.5 10 1.5 2.0 3.0 强度对烧结矿强度有重要的作用.低温烧结条件下 MgO质量分数% 形成的非匀质结构，其含铁矿物的自身强度要高于 图1不同Mg0含量下烧结试样的有效液相开始形成温度 黏结相强度，故黏结相的强度就成为制约烧结矿强 Fig.I Initial foming temperature of effective liquid phase at differ- 度的因素之一 ent MgO contents 本实验中，在二元碱度为20的条件下，采用基 由实验结果可以看出，随着烧结试样中Mg0 于铁矿粉烧结基础特性中黏结相自身强度的测定方 含量的升高，有效液相开始形成温度明显升高，且烧 法10，考察Mg0含量变化对试样黏结相强度的 结液相流动性逐渐降低.分析认为：由于Mg0属于 影响规律.1280℃碱度R=20时的实验结果如图 高熔点物质，在烧结温度一定时，随着Mg0配加量 3所示
企业 ,其主要的化学成分列于表 1 . 表 1 实验用混匀矿以及熔剂的化学成分(质量分数) Table 1 Chemical composition of blend ore and fluxes for experiment % 原料名称 TFe S iO2 CaO Al 2O3 MgO P S 烧损 混匀矿 62.05 3.57 0.83 1.38 0.28 0.38 0.021 0.15 白云石 — 1.03 31.02 0.16 20.81 — — 45.86 蛇纹石 — 38.17 1.50 0.81 37.62 — — 14.66 轻烧白云石 — 3.05 49.33 2.36 30.20 — — 13.20 MgO 试剂 — — 0.01 — 98.00 — — 1.01 CaO 试剂 0.01 — 98.00 — — — 0.01 1.23 2 MgO 及镁质熔剂的影响规律 2.1 MgO 对烧结液相生成的影响 烧结时一些低熔点物质在高温作用下熔化成液 态物质 ,在冷却过程中液体物质凝固而成为那些尚 未熔化和熔入液相颗粒的坚固连接桥, 从而使得散 状物料固结成多孔状的烧结矿.因此, 液相生成是 烧结成矿的基础 ,液态物质的数量和性质是影响烧 结矿固结强度高低 ,乃至烧结矿冶金性能优劣的重 要因素. 本文通过测定烧结试样(混匀矿配加 M gO 等 熔剂)的有效液相形成温度及液相流动性,考察了试 样中 MgO 含量对烧结液相生成的影响规律.实验 方法基于铁矿粉烧结基础特性中液相流动性的测定 方法[ 8-9] . 不同 MgO 含量下烧结试样的有效液相开始形 成温度见图 1 ,而不同温度下烧结试样的液相流动 性指数随 MgO 含量变化的特征示于图 2 .图中不 添加任何 MgO 熔剂的标为“自然” . 图 1 不同 MgO 含量下烧结试样的有效液相开始形成温度 Fig.1 Initial f orming temperature of eff ective liquid phase at different MgO contents 由实验结果可以看出 , 随着烧结试样中 M gO 含量的升高,有效液相开始形成温度明显升高 ,且烧 结液相流动性逐渐降低.分析认为:由于 M gO 属于 高熔点物质,在烧结温度一定时, 随着 MgO 配加量 的增加 ,烧结液相的形成温度必然升高,液相黏度增 大 ,流动性降低.因为烧结过程中烧结原料并不是 全部熔化后再凝固, 而是部分原料熔化后靠其流动 将未熔化的原料黏结成一体 ,所以烧结液相生成和 流动的状况将对烧结矿固结强度产生重要影响.由 此可见, 烧结矿中 M gO 含量的增加会导致烧结液 相生成量减少和液相流动状况变差, MgO 的这一 烧结行为是影响烧结矿冷态强度的关键. 图 2 烧结试样的液相流动性指数随 MgO 含量变化的关系 Fig.2 Fluidity index of liquid phase at diff erent MgO con tents 在当今进口矿使用比例较高 ,烧结矿为高品位、 低 SiO2 的情况下, 烧结液相生成条件较苛刻, 因此 烧结矿中 MgO 含量不宜过高, 以避免由此产生的 烧结矿固结强度下降的问题 . 2.2 MgO 对烧结黏结相强度的影响 烧结矿是由黏结相(熔化物)黏结未熔的含铁矿 物固结而成, 因而黏结相和未熔的含铁矿物的自身 强度对烧结矿强度有重要的作用.低温烧结条件下 形成的非匀质结构, 其含铁矿物的自身强度要高于 黏结相强度, 故黏结相的强度就成为制约烧结矿强 度的因素之一. 本实验中,在二元碱度为 2.0 的条件下,采用基 于铁矿粉烧结基础特性中黏结相自身强度的测定方 法 [ 8-10] ,考察 M gO 含量变化对试样黏结相强度的 影响规律.1 280 ℃碱度 R =2.0 时的实验结果如图 3 所示 . 第 4 期 吴胜利等:烧结矿中 MgO 作用机理 · 429 ·
。430· 北京科技大学学报 第31卷 350 结实验得到的小饼试样进行抗压强度测试，实验结 300 果如图4所示. 2 800 ☐1240℃ 20 图1280℃ 600 题1320℃ % 400 100 自然 0.5 1.0 1.5 2.0 200 MgO质量分数% 图3不同M0含量的烧结试样的黏结相强度比较 轻烧白云石蛇纹石镁质熔剂 白云石 Fig.3 Strength of bonding phase at different M go contents 图4不同镁质熔剂的烧结混合料的固结强度比较 由以上结果可以看出：当实验温度为1280℃ Fig 4 Strength of bonding phase at different Mgo fuxes 时，随着Mg0含量的增加，试样的黏结相强度基本 呈现先高后低的变化趋势，其转折点在Mg0质量 由以上结果可知：在烧结温度较低(1240℃) 分数为05%左右. 时，使用三种镁质熔剂试样的黏结相强度相差不大， 分析认为：当烧结试样中含有较高的Ca0之 当烧结温度较高(1280℃和1320℃)时以蛇纹石作 后，由于液相的生成。以及正硅酸钙(2Ca0S02,简 为镁质熔剂使用的试样黏结相强度相对最高，使用 记为CS)的出现影响试样液相固结的因素复杂 轻烧白云石的试样其次，作为镁质熔剂使用的白云 化，即：Mg0属于高熔点物质，它的存在会影响液相 石的试样黏结相强度相对最低.分析认为：因蛇纹 的生成：Mg0同时又具有阻止CS相变，使烧结试 石的矿化能力较强，液相生成相对容易，故有利于黏 样不易因体积膨胀破裂而造成强度降低的正面作 结相强度的提高；白云石与轻烧白云石相比，烧损含 用. 量较大，在高温时易于形成空隙而影响其强度.由 由此可见，Mg0对高碱度烧结黏结相固结强度 此可见，不同镁质熔剂对烧结试样黏结相强度的影 的影响有两面性.当液相不足是主要矛盾时，M0 响各不相同，要根据实际生产情况选择适宜的镁质 的负面影响起主要作用：而当正硅酸钙相变是固结 熔剂. 强度的限制性环节时，Mg0则可以发挥其正面作 3合理MgO含量及镁质熔剂 用.对于当今的高品位、低$02烧结矿生产而言， 更重要的是要防止因液相量不足而导致烧结矿固结 在深入研究烧结矿中Mg0对烧结液相生成、 强度降低，故应该适当降低烧结矿中的Mg0含量. 固结成矿的内在机理，以及镁质熔剂对固结强度的 23不同镁质熔剂对烧结黏结相强度的影响 影响规律的基础上，通过烧结杯实验及测定实验后 烧结矿中Mg0是通过镁质熔剂加入的.不同 烧结矿的治金性能，对合理的MgO含量以及镁质 的镁质熔剂在烧结矿中的行为有差异，因此有必要 熔剂的种类进行了研究. 研究不同种类镁质熔剂的烧结行为和作用，为烧结 3.1合理的Mg0含量 过程合理选取镁质熔剂提供基础信息和技术依据. 在含铁原料使用混匀矿、镁质熔剂为白云石十 将不同的镁质熔剂与混匀矿混合，使烧结试样 蛇纹石的条件下，变动Mg0质量分数（自然、 中Mg0质量分数在2%水平，并在相同的碱度、 1.2%、1.7%和23%)，研究合理的烧结矿Mg0含 Si02含量条件下进行微型烧结实验810.实验在三 量.不同Mg0含量的烧结杯实验结果和治金性能 个温度(1240,1280和1320℃)下进行.将微型烧 测定结果如表2和表3所示. 表2不同Mg0含量的烧结杯实验结果 Table 2 Experimental results of sinter pots with different Mgo contents 垂直烧结速度/ 成品率/ 利用系数/ 转鼓指数/ 固体燃耗/ 成品矿粒度组成/% 方案 (mm'min-) ÷ (t“m-2h-) % (kg-) >25mm 25-10mm10-5mm A1(Mg02.3%) 21.45 7891 1.546 65.33 55.21 4496 3022 24.81 A2(Mg01.7%) 2223 79.87 1.608 6600 5445 43.16 3085 25.99 A3(Mg012%) 2239 79.78 1.645 69.33 5410 4631 3219 21.50 A4(Mg0自然) 2246 81.18 1.681 67.33 53.06 47.91 2850 23.60
图 3 不同 MgO 含量的烧结试样的黏结相强度比较 Fig.3 Strength of bonding phase at diff erent M gO cont ents 由以上结果可以看出 :当实验温度为 1 280 ℃ 时,随着 MgO 含量的增加, 试样的黏结相强度基本 呈现先高后低的变化趋势 , 其转折点在 MgO 质量 分数为 0.5 %左右 . 分析认为 :当烧结试样中含有较高的 CaO 之 后,由于液相的生成, 以及正硅酸钙(2CaO·SiO2 , 简 记为 C2S)的出现, 影响试样液相固结的因素复杂 化,即 :MgO 属于高熔点物质 ,它的存在会影响液相 的生成 ;MgO 同时又具有阻止 C2S 相变 , 使烧结试 样不易因体积膨胀破裂而造成强度降低的正面作 用. 由此可见 ,MgO 对高碱度烧结黏结相固结强度 的影响有两面性.当液相不足是主要矛盾时, M gO 的负面影响起主要作用;而当正硅酸钙相变是固结 强度的限制性环节时 , MgO 则可以发挥其正面作 用.对于当今的高品位 、低 SiO2 烧结矿生产而言 , 更重要的是要防止因液相量不足而导致烧结矿固结 强度降低 ,故应该适当降低烧结矿中的 MgO 含量 . 2.3 不同镁质熔剂对烧结黏结相强度的影响 烧结矿中 MgO 是通过镁质熔剂加入的.不同 的镁质熔剂在烧结矿中的行为有差异, 因此有必要 研究不同种类镁质熔剂的烧结行为和作用, 为烧结 过程合理选取镁质熔剂提供基础信息和技术依据 . 将不同的镁质熔剂与混匀矿混合 , 使烧结试样 中M gO 质量分数在 2 %水平, 并在相同的碱度 、 SiO2 含量条件下进行微型烧结实验[ 8 , 10] .实验在三 个温度(1 240 , 1 280 和 1 320 ℃)下进行.将微型烧 结实验得到的小饼试样进行抗压强度测试 ,实验结 果如图 4 所示. 图 4 不同镁质熔剂的烧结混合料的固结强度比较 Fig.4 S trength of bonding phase at different MgO fluxes 由以上结果可知 :在烧结温度较低(1 240 ℃) 时 ,使用三种镁质熔剂试样的黏结相强度相差不大, 当烧结温度较高(1 280 ℃和 1 320 ℃)时以蛇纹石作 为镁质熔剂使用的试样黏结相强度相对最高 ,使用 轻烧白云石的试样其次 , 作为镁质熔剂使用的白云 石的试样黏结相强度相对最低 .分析认为:因蛇纹 石的矿化能力较强 ,液相生成相对容易,故有利于黏 结相强度的提高;白云石与轻烧白云石相比,烧损含 量较大,在高温时易于形成空隙而影响其强度 .由 此可见, 不同镁质熔剂对烧结试样黏结相强度的影 响各不相同, 要根据实际生产情况选择适宜的镁质 熔剂. 3 合理 MgO 含量及镁质熔剂 在深入研究烧结矿中 MgO 对烧结液相生成、 固结成矿的内在机理 , 以及镁质熔剂对固结强度的 影响规律的基础上, 通过烧结杯实验及测定实验后 烧结矿的冶金性能, 对合理的 MgO 含量以及镁质 熔剂的种类进行了研究 . 3.1 合理的 MgO 含量 在含铁原料使用混匀矿、镁质熔剂为白云石 + 蛇纹石的 条件下 , 变动 MgO 质量 分数(自然、 1.2 %、1.7 %和 2.3 %),研究合理的烧结矿 M gO 含 量 .不同 MgO 含量的烧结杯实验结果和冶金性能 测定结果如表 2 和表 3 所示 . 表 2 不同MgO 含量的烧结杯实验结果 Table 2 Experimental results of sinter pots w ith diff erent MgO cont ents 方案 垂直烧结速度/ (mm·min -1) 成品率/ % 利用系数/ (t·m -2·h -1) 转鼓指数/ % 固体燃耗/ (kg·t -1) 成品矿粒度组成/ % >25 mm 25 ～ 10 mm 10 ～ 5 mm A1(MgO 2.3%) 21.45 78.91 1.546 65.33 55.21 44.96 30.22 24.81 A2(MgO 1.7%) 22.23 79.87 1.608 66.00 54.45 43.16 30.85 25.99 A3(MgO 1.2%) 22.39 79.78 1.645 69.33 54.10 46.31 32.19 21.50 A4(MgO 自然) 22.46 81.18 1.681 67.33 53.06 47.91 28.50 23.60 · 430 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 31 卷
第4期 吴胜利等：烧结矿中MO作用机理 431。 表3不同Mg0含量烧结矿治金性能 Table3 Metalugical propertics of sinter with different Mgo contents 方案 RV% RD6% RD+1/% RDI-a% 软化区间/℃ 滴落区间/℃ 总特性值/(kPa℃) Al 722 363 69.6 47 130 12 2046 A2 745 328 658 65 177 18 33.16 A3 75.2 26.1 647 7.1 116 27 4048 A4 77.5 262 57.4 124 202 27 65.89 注RL为还原度：RDl+6.sRDL+3.5及RD-us分别表示低温还原后大于63mm和3.15mm及小于Q5mm粒级的烧结矿所占的比例：总 特性值为压差开始陡升至开始滴落区间内压差的积分值 从烧结杯实验结果可以看出：随着烧结矿中 矿的熔滴总特性S值有所升高，但烧结矿中MgO Mg0含量的降低，垂直烧结速度加快成品率提高， 质量分数在1.2%水平时熔滴性能仍在良好范围. 利用系数增加，固体燃耗降低：对于烧结矿的转鼓指 综上所述，综合考虑烧结矿的产量、质量指标和 数和粒度组成而言，并不是Mg0含量越低越好，而是 治金性能，在本实验的原料条件下，烧结矿中适宜的 在烧结矿Mg0质量分数为1.2%时达到最佳水平. Mg0质量分数在1.2%左右. 从治金性能的实验结果可以看出：随着烧结矿 3.2合理的镁质熔剂 中Mg0含量的降低，烧结矿的还原度升高，且都处 在两个Mg0质量分数(2.3%和1.2%)水平 于较高的水平；随着烧结矿中Mg0含量的降低.抗 下，变动不同的镁质熔剂探讨合理的烧结用镁质熔 低温还原粉化的能力减弱，但烧结矿中Mg0质量 剂.实验结果如表4和表5所示，其中A系列方案 分数在1.2%水平时，仍能确保足够的抗低温还原 的镁质熔剂为白云石十蛇纹石，B系列方案为轻烧 粉化的能力：随着烧结矿中Mg0含量的降低，烧结 白云石十蛇纹石，C系列方案为轻烧白云石. 表4不同镁质熔剂的烧结杯实验结果 Table 4 Experimental results of sinter pots with different Mgo fluxes 垂直烧结速度/ 成品率/ 利用系数/ 转鼓指数/ 固体燃耗/ 成品矿粒度组成/% 方案 (mm'min) % (t"m-2h-l) % (kg't) >25mm 25-10mm10-5mm A1(Mg023%) 21.45 78.91 1.546 65.33 55.21 4663 29.58 23.79 B1(0Mg02.3%) 24.26 79.90 1.762 63.67 5423 4496 3022 2481 C1(M023%) 24.52 81.76 1.773 64.00 5298 4049 3277 26.74 A3(Mg01.2%) 2239 79.78 1.645 69.33 54.10 4631 3219 21.50 B3(Mg01.2%) 23.48 81.31 1.757 67.33 5338 4280 3248 2472 C3(M012%) 25.33 8209 1.872 6667 5290 43.33 3123 25.44 表5不同镁质熔剂烧结矿的治金性能 Table 5 Metalu gical properties of sinter with different Mgo fluxes 方案 RI% RD+6/% RDI+15/% RDI-as/% 软化区间/℃ 滴落区间/℃总特性值/(kPa·C) Al 722 363 69.6 47 130 12 2046 Bl 81.1 401 736 41 119 159 28827 C1 782 49.4 768 55 153 0 132.30 A3 75.2 261 647 7.1 116 2 4048 B3 824 27.5 61.1 9.7 196 37 10443 C3 781 29.0 665 80 146 2258 由表4可知：与轻烧白云石十蛇纹石组合的情 势：使用轻烧白云石十蛇纹石组合的镁质熔剂，或者 况相比，使用白云石十蛇纹石组合的镁质熔剂，可明 单独以轻烧白云石为镁质熔剂使用时，相比白 显改善烧结矿转鼓强度和成品矿粒度组成但在烧 云石+十蛇纹石组合的情况烧结成品率升高约1%~ 结成品率、利用系数及固体燃耗指标方面却没有优 3%,利用系数增大6.8%一146%，固体燃耗降低
表 3 不同MgO 含量烧结矿冶金性能 Tabl e 3 Metallu rgical properties of sinter w ith diff erent M gO cont ents 方案 RI/ % RDI+6.3 / % RDI +3.15 / % RDI -0.5 / % 软化区间/ ℃ 滴落区间/ ℃ 总特性值/(kPa·℃) A1 72.2 36.3 69.6 4.7 130 12 20.46 A2 74.5 32.8 65.8 6.5 177 18 33.16 A3 75.2 26.1 64.7 7.1 116 27 40.48 A4 77.5 26.2 57.4 12.4 202 27 65.89 注:RI 为还原度;RDI +6.3 、RDL+3.15及 RDI -0.5分别表示低温还原后大于6.3 mm 和 3.15 mm 及小于0.5 mm 粒级的烧结矿所占的比例;总 特性值为压差开始陡升至开始滴落区间内压差的积分值. 从烧结杯实验结果可以看出:随着烧结矿中 M gO 含量的降低 ,垂直烧结速度加快, 成品率提高 , 利用系数增加, 固体燃耗降低 ;对于烧结矿的转鼓指 数和粒度组成而言,并不是 MgO 含量越低越好, 而是 在烧结矿 MgO 质量分数为 1.2 %时达到最佳水平. 从冶金性能的实验结果可以看出 :随着烧结矿 中 MgO 含量的降低 ,烧结矿的还原度升高, 且都处 于较高的水平;随着烧结矿中 MgO 含量的降低, 抗 低温还原粉化的能力减弱 , 但烧结矿中 MgO 质量 分数在 1.2 %水平时, 仍能确保足够的抗低温还原 粉化的能力;随着烧结矿中 M gO 含量的降低, 烧结 矿的熔滴总特性 S 值有所升高, 但烧结矿中 MgO 质量分数在 1.2 %水平时熔滴性能仍在良好范围 . 综上所述,综合考虑烧结矿的产量、质量指标和 冶金性能,在本实验的原料条件下,烧结矿中适宜的 MgO 质量分数在 1.2 %左右 . 3.2 合理的镁质熔剂 在两个 M gO 质量分数(2.3 %和 1.2 %)水平 下 ,变动不同的镁质熔剂,探讨合理的烧结用镁质熔 剂 .实验结果如表 4 和表 5 所示, 其中 A 系列方案 的镁质熔剂为白云石 +蛇纹石, B 系列方案为轻烧 白云石 +蛇纹石, C 系列方案为轻烧白云石 . 表 4 不同镁质熔剂的烧结杯实验结果 Table 4 Experimental results of sinter pots with diff erent MgO fluxes 方案 垂直烧结速度/ (mm·min -1) 成品率/ % 利用系数/ (t·m -2·h -1) 转鼓指数/ % 固体燃耗/ (kg·t -1) 成品矿粒度组成/ % >25 mm 25 ～ 10 mm 10 ～ 5 mm A1(MgO 2.3%) 21.45 78.91 1.546 65.33 55.21 46.63 29.58 23.79 B1(MgO 2.3%) 24.26 79.90 1.762 63.67 54.23 44.96 30.22 24.81 C 1(M gO 2.3%) 24.52 81.76 1.773 64.00 52.98 40.49 32.77 26.74 A3(MgO 1.2%) 22.39 79.78 1.645 69.33 54.10 46.31 32.19 21.50 B3(MgO 1.2%) 23.48 81.31 1.757 67.33 53.38 42.80 32.48 24.72 C 3(M gO 1.2%) 25.33 82.09 1.872 66.67 52.90 43.33 31.23 25.44 表 5 不同镁质熔剂烧结矿的冶金性能 Table 5 Metallu rgical properties of sin ter with diff erent MgO fluxes 方案 RI/ % RDI+6.3/ % RDI +3.15/ % RDI -0.5/ % 软化区间/ ℃ 滴落区间/ ℃ 总特性值/(kPa·℃) A1 72.2 36.3 69.6 4.7 130 12 20.46 B1 81.1 40.1 73.6 4.1 119 159 288.27 C1 78.2 49.4 76.8 5.5 153 50 132.30 A3 75.2 26.1 64.7 7.1 116 27 40.48 B3 82.4 27.5 61.1 9.7 196 37 104.43 C3 78.1 29.0 66.5 8.0 146 12 22.58 由表 4 可知 :与轻烧白云石+蛇纹石组合的情 况相比,使用白云石 +蛇纹石组合的镁质熔剂 ,可明 显改善烧结矿转鼓强度和成品矿粒度组成, 但在烧 结成品率、利用系数及固体燃耗指标方面却没有优 势 ;使用轻烧白云石+蛇纹石组合的镁质熔剂, 或者 单独以轻烧白云石为镁质熔剂使用时, 相比白 云石+蛇纹石组合的情况, 烧结成品率升高约1 %～ 3 %,利用系数增大 6.8 %～ 14.6 %, 固体燃耗降低 第 4 期 吴胜利等:烧结矿中 MgO 作用机理 · 431 ·
。432 北京科技大学学报 第31卷 1.3%~4.0%,但在烧结矿转鼓强度和成品矿粒度 石组合或者单独使用轻烧白云石. 组成指标方面略有降低 由表5可以看出：在烧结矿的还原性指标方面， 参考文献 使用轻烧白云石十蛇纹石组合的镁质熔剂，可使烧 [I]Wang X L.Iron and Steel Metallurgy:Iron Part.Beijing: Metallurgical Industry Press 2002 结矿还原性指数达到80%以上水平；单纯使用轻烧 (王筱留.钢铁治金学：炼铁部分.北京：治金工业出版社， 白云石为镁质熔剂的情况，还原性指数在78%水 2002) 平：使用白云石十蛇纹石组合时，还原性指数则在 [2 Fu J Y,Jiang T.Zhu D Q.Sintering and Pelketizing.Chang 72%一75%水平. sha:Central South University of Technology Press 1996 在烧结矿的抗低温还原粉化能力方面，当烧结 (傅菊英姜涛，朱德庆.烧结球团学。长沙：中南工业大学出 矿中Mg0质量分数为2.3%时，无论使用何种镁质 版社.1996) [3 Li B T.Sintering produce practice of meishang by increasing ba 熔剂，其抗低温还原粉化的能力都较强：而烧结矿中 sicity and decreasing Mgo.Sinter Pelletiz,1999 24(3).41 Mg0质量分数为1.2%时，抗低温还原粉化的能力 (李本田.梅山提碱度降Mg0的烧结生产实践.烧结球团 有所减弱，镁质熔剂为轻烧白云石十蛇纹石组合时 1999.24(3):41) 相对最弱. [4 Yadav US Pandey B D.Das B K.et al.Influence of magnesia 在烧结矿的熔滴性能方面，当烧结矿中Mg0 on sintering characteristics ofimon ore.Ironmaking Steelmaking, 2002.29(2):91 质量分数为2.3%时，以白云石十蛇纹石组合时烧 Jiang X.Wu G S WeiG.e al Effect of Mgo on sintering pro 结矿熔滴性能为最佳：而当烧结矿中Mg0质量分 cess and metallurgical properties of sinter.Iron Steel,2006.41 数为1.2%时，单独使用轻烧白云石或者使用白云 (3):8 石十蛇纹石组合时烧结矿熔滴性能优良， (姜鑫，吴钢生。魏国。等.MgO对烧结工艺及烧结矿治金性 综上所述，在Mg0含量较低时可以部分或全 能的影响.钢铁200641(3)：8) [6 Zhang Y Z.Lu Z W.Rao Z S et al.Effects of basicity and con- 部选用轻烧白云石作为镁质熔剂，当Mg0含量较 tents of SiOand MgO in sinter on sinter productivity and product 高时则适宜选用白云石和蛇纹石组合的镁质熔剂. quality.Sinter Pelleriz,2001.26(5):47 (张永忠，卢志武饶梓生等.碱度、SO,及Mg0含量对烧 4结论 结矿产质量的影响.烧结球团.200126(5)：47) (1)随着烧结矿中Mg0含量的增加，烧结液相 [7]Eiki K.Yorito S Takazo K.et al.Influence of pmoperties of 开始形成温度明显上升，烧结液相流动性降低， fluxing materials on the fbw of melt formed in the sintering pro cess.SU1nt.200040(9):857 Mg0的这一烧结行为是影响烧结矿产、质量指标的 Wu S L Liu Y.Du J X.et al.New concept of ores sintering ba 本质问题所在 sc characteristics.J Univ Sci Tecml Beijing,2002.24(3): (2)在Mg0质量分数在0.5%~20%范围 254 内，随着Mg0含量的增加，烧结试样的黏结相强度 (吴胜利，刘宇，杜建新。等.铁矿石的烧结基础特性之新概 念.北京科技大学学报.2002.24(3)：254) 有降低趋势.为了提高烧结矿固结强度，应该适当 [9Wu S L.Du J X M aH B et al.Fluidity of liquid phase in iron 降低烧结矿Mg0含量. ores during sintering.J Univ Sci Technol Beijing.2005,27(3): (3)不同镁质熔剂对烧结试样黏结相强度的影 291 响各不相同，镁质熔剂使用蛇纹石试样的黏结相强 (吴胜利，杜建新，马洪斌等铁矿粉烧结液相流动特性.北 度相对最高，其次是轻烧白云石，而使用白云石时则 京科技大学学报，2005,27(3)：291) 黏结相强度相对最低， 10 Wu S L Du J X,Ma H B et al.Self-intensity of binding phase in imn ores during sintering.J Univ Sci Technol Beijing, (4)基于获得优良的烧结矿的产量、质量指标 200527(2):169 和治金性能之目的，烧结矿中适宜的Mg0质量分 (吴胜利，杜建新，马洪斌等.铁矿粉烧结粘结相自身强度 数在1.2%左右，镁质熔剂适宜选用白云石和蛇纹 特性.北京科技大学学报.200527(2)：169)
1.3 %～ 4.0 %, 但在烧结矿转鼓强度和成品矿粒度 组成指标方面略有降低. 由表 5 可以看出 :在烧结矿的还原性指标方面 , 使用轻烧白云石 +蛇纹石组合的镁质熔剂, 可使烧 结矿还原性指数达到 80 %以上水平;单纯使用轻烧 白云石为镁质熔剂的情况, 还原性指数在 78 %水 平;使用白云石 +蛇纹石组合时 , 还原性指数则在 72 %～ 75 %水平 . 在烧结矿的抗低温还原粉化能力方面, 当烧结 矿中 MgO 质量分数为 2.3 %时, 无论使用何种镁质 熔剂 ,其抗低温还原粉化的能力都较强 ;而烧结矿中 M gO 质量分数为 1.2 %时, 抗低温还原粉化的能力 有所减弱 ,镁质熔剂为轻烧白云石 +蛇纹石组合时 相对最弱 . 在烧结矿的熔滴性能方面, 当烧结矿中 M gO 质量分数为 2.3 %时, 以白云石 +蛇纹石组合时烧 结矿熔滴性能为最佳 ;而当烧结矿中 MgO 质量分 数为 1.2 %时, 单独使用轻烧白云石或者使用白云 石+蛇纹石组合时烧结矿熔滴性能优良 . 综上所述 , 在 M gO 含量较低时可以部分或全 部选用轻烧白云石作为镁质熔剂, 当 MgO 含量较 高时则适宜选用白云石和蛇纹石组合的镁质熔剂 . 4 结论 (1)随着烧结矿中 M gO 含量的增加, 烧结液相 开始形成温度明显上升, 烧结液相流动性降低 . M gO 的这一烧结行为是影响烧结矿产、质量指标的 本质问题所在. (2)在 M gO 质量分数在 0.5 %～ 2.0 %范围 内,随着 MgO 含量的增加, 烧结试样的黏结相强度 有降低趋势 .为了提高烧结矿固结强度 , 应该适当 降低烧结矿 MgO 含量. (3)不同镁质熔剂对烧结试样黏结相强度的影 响各不相同 ,镁质熔剂使用蛇纹石试样的黏结相强 度相对最高,其次是轻烧白云石,而使用白云石时则 黏结相强度相对最低 . (4)基于获得优良的烧结矿的产量 、质量指标 和冶金性能之目的, 烧结矿中适宜的 MgO 质量分 数在 1.2 %左右, 镁质熔剂适宜选用白云石和蛇纹 石组合或者单独使用轻烧白云石 . 参 考 文 献 [ 1] Wang X L .Iron an d S teel Metallurgy :Iron Part .Beijing : Met allurgi cal Industry Press, 2002 (王筱留.钢铁冶金学:炼铁部分.北京:冶金工业出版社, 2002) [ 2] Fu J Y , Jiang T , Zhu D Q .Sintering and Pelletizing.Changsha:Central South University of Technology Press, 1996 (傅菊英, 姜涛, 朱德庆.烧结球团学.长沙:中南工业大学出 版社, 1996) [ 3] Li B T .S intering produce practice of meishang by increasing basi city and decreasing MgO .S in ter Pelletiz , 1999 , 24(3):41 (李本田.梅山提碱度降 MgO 的烧结生产实践.烧结球团, 1999 , 24(3):41) [ 4] Yadav U S , Pandey B D, Das B K , et al.Influence of magnesia on sintering characteristics of iron ore.Ironmaking S teelmaking , 2002 , 29(2):91 [ 5] Jiang X, Wu G S , Wei G , et al.Eff ect of MgO on sint ering process and metallurgical properties of sinter.Iron St eel , 2006 , 41 (3):8 (姜鑫, 吴钢生, 魏国, 等.MgO 对烧结工艺及烧结矿冶金性 能的影响.钢铁, 2006 , 41(3):8) [ 6] Zhang Y Z , Lu Z W , Rao Z S , et al.Effects of basicity and contents of SiO2 and MgO in sinter on sinter productivit y and product quality .S in ter Pelletiz , 2001 , 26(5):47 (张永忠, 卢志武, 饶梓生, 等.碱度、S iO2 及 MgO 含量对烧 结矿产质量的影响.烧结球团, 2001, 26(5):47) [ 7] Eiki K , Yorit o S , Takazo K , et al.Influence of properties of fluxing materials on the flow of melt f ormed in the sintering process.IS IJ Int , 2000 , 40(9):857 [ 8] Wu S L, Liu Y, Du J X , et al.New concept of ores sintering basi c characteristics.J U niv S ci Tech nol Beijing , 2002 , 24(3): 254 (吴胜利, 刘宇, 杜建新, 等.铁矿石的烧结基础特性之新概 念.北京科技大学学报, 2002 , 24(3):254) [ 9] Wu S L , Du J X, M a H B, et al.Fluidit y of liquid phase in iron ores during sint ering .J Uni v Sci Technol Beijing , 2005 , 27(3): 291 (吴胜利, 杜建新, 马洪斌, 等.铁矿粉烧结液相流动特性.北 京科技大学学报, 2005 , 27(3):291) [ 10] Wu S L , Du J X , Ma H B, et al.Self-intensity of binding phase in iron ores during sintering .J U niv Sci Technol Beijing , 2005 , 27(2):169 (吴胜利, 杜建新, 马洪斌, 等.铁矿粉烧结粘结相自身强度 特性.北京科技大学学报, 2005 , 27(2):169) · 432 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 31 卷
