铁矿石的烧结基础特性之新概念

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2002.03.018 第24卷第3期 北京科技大学学报 Vol.24 No.3 2002年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2002 铁矿石的烧结基础特性之新概念 吴胜利刘宇杜建新米坤 林鸿 北京科技大学冶金学院.北京100083 摘要长期以来，人们对烧结用铁矿石的评价主要集中在化学成分、粒度组成，矿物特征等 常温性能方面，而对铁矿石在烧结过程中的高温行为和作用知之甚少.根据对这一问题的深入 思考和实验室的基础研究，提出了“铁矿石的烧结基础特性”的概念.该概念包括同化性能、液 相流动性，粘结相强度性能和铁酸钙生成性能等，研究烧结过程中这些高温物理特性，有利于 完善烧结理论、改善烧结矿质量和优化烧结工艺过程. 关键词铁矿石；烧结基础特性；烧结精料；烧结矿；优化配矿 分类号TF046.4 随着高炉炼铁技术的进步，对烧结矿质量 矿也是根据铁矿石的价格和化学成分、粒度组 的要求越来越高，且已涵盖整个技术和经济层 成、制粒性能等进行的.在国内甚至还有为数不 面.例如：为保证大喷煤量下高炉的顺行，要求 少的企业，把从澳大利亚不同矿山进口的铁矿 人炉烧结矿大幅度降低SO,含量而强度不能下 石任意堆放在一起作为同一种澳矿使用. 降；又如，为了提高吨铁效益，要求入炉烧结矿 由于缺乏对铁矿石自身特性的综合认识， 同时具有成本低、性能好的特点，这就使得传统 特别是不清楚铁矿石在烧结过程中所反映出来 的铁矿石烧结工艺面临重大挑战.另一方面，国 的高温物理化学特性，故不能有目的地对各种 内铁矿石资源的缺乏和国外铁矿石的大量进 铁矿石进行合理的选择和使用，从而无法实现 口，使得烧结原料结构发生了很大的变化，如何 真正意义上的“优化配矿”.不仅如此，在这种状 合理地利用国内和国外2种资源以及实现烧结 况下，往往导致现有的烧结工艺只能是通过操 优化配矿，已成为钢铁企业急需解决的问题.为 作制度（配碳量、机速、负压、料层高度等）的调 此，本文从烧结过程自身精料的角度出发，围绕 整去迎合烧结原料.显然，这种生产方式是非常 对烧结主原料一铁矿石的固有特性的认识， 被动和落后的.因为，倘若所用铁矿石的烧结液 探讨优化烧结过程的新思路和新途径 相生成能力过弱时，必然在烧结粘结相的数量 方面造成“先天性缺陷”，而现有的烧结工艺对 1铁矿石自身特性的研究现状 于这种铁矿石的烧结，通常只能是采取提高烧 高炉炼铁对烧结矿性能的要求，除了化学 结温度的措施予以解决，这就使得先进的低温 成分、粒度组成、转鼓强度等常温性能之外，还 烧结工艺的实现受到严重制约. 对其在炉内的高温性能（如：低温还原粉化率、 上述问题深刻地表明，在关于铁矿石自身 还原性、软熔性等)有明确的要求.但是，在铁矿 特性及其与烧结过程的内在联系等方面的研究 石烧结方面，人们对烧结用铁矿石的特性的认 工作还处于较低层次 识和研究，还只是停留在化学成分、粒度组成、 为此，如何充分把握铁矿石的自身特性以 制粒性等常温性能方面，对铁矿石在烧结过程 及深化对烧结过程中铁矿石高温行为和作用的 中所表现出来的高温行为和作用却知之甚少. 认识，引起了作者的深入思考.通过考察烧结生 例如，无论是铁矿石供应商还是用户，均是 产实践和基础研究的结果发现：烧结效果与铁 以化学成分、物理性能等常温指标作为对烧结 矿石种类之间的关系非常密切，而且就赋予烧 用铁矿石的技术评价依据；又如，现行的烧结配 结过程很大影响的铁矿石自身特性而言，除了 通常人们熟知的化学成分、粒度组成、制粒性等 收偏11期2001-0604吴胜利男46岁，教投，博1：1宁师 常温特性以外，还存在着其他与高温状态下的 *国家自然科学基金贤助课题(No.50074005)

第 2 4 卷 第 3 期 20 02 年 6 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u r n a l o f U n i v e r s iyt o f s e ie n e e a n d eT e h n o l o gy B e ij i n g M〕】 . 2 4 N o . 3 uJ n . 2 002 铁矿石的烧结基础特性之新概念 吴胜利 刘 宇 杜建新 米 冲 林 鸿 北京科技大学冶金学 院 , J匕京 一0 00 8 3 摘 要 长 期以来 , 人们 对烧 结用 铁矿石 的评价主要集中在 化学 成分 、 粒 度组 成 、 矿物 特征等 常温 性能方 面 , 而 对铁矿 石在烧 结过 程 中的高温行 为和作 用知 之甚少 . 根据对 这一 问题 的深人 思考和实 验室 的基 础研究 , 提 出 了 “ 铁矿 石的烧结 基础特性 ” 的概念 . 该概念包括 同化 性能 、 液 相流 动性 , 粘 结相 强度性 能 和铁酸 钙生 成性 能等 . 研究 烧结 过程 中这些 高温 物理特 性 , 有利 于 完善烧结理论 、 改善烧 结矿 质量 和优 化烧结工 艺过程 . 关键 词 铁矿 石 ; 烧 结基础特 性 ; 烧 结精料 ; 烧结 矿 ; 优 化配 矿 分类 号 FT O4 .6 4 随着高 炉炼铁技术 的进 步 , 对烧 结矿质量 的要求 越来越 高 , 且 已 涵盖整个技术 和 经济层 面 . 例如 : 为保 证大 喷煤 量下高炉 的顺行 , 要求 人炉 烧结矿 大幅度 降低 5 10 2 含量而强 度不 能下 降 ; 又 如 , 为 了 提高 吨铁效 益 , 要求入炉 烧 结矿 同时具有成本低 、 性 能好 的特点 . 这就使得传统 的铁矿石烧结工艺面临重大挑战 . 另一方面 , 国 内铁矿 石 资源 的缺 乏 和 国外 铁 矿石 的大 量进 口 , 使得烧结原料结构发生 了很大 的变化 , 如何 合理地利用 国 内和 国外 2 种资源 以及实现烧结 优化配 矿 , 已成为钢铁企业急需解决的 问题 . 为 此 , 本文从烧结过程 自身精料 的角度出发 , 围绕 对 烧结 主原料— 铁矿 石 的固有 特性 的认 识 , 探 讨优化烧结过 程的新思路和新途 径 . 1 铁矿石 自身特性的研究现状 高炉炼 铁对烧结矿 性能的 要求 , 除 了 化学 成分 、 粒度 组成 、 转鼓 强 度等常温性 能之外 , 还 对其在炉 内的高温性 能 (如 : 低 温还 原粉化率 、 还 原性 、 软熔性等 )有明确的要求 . 但是 , 在铁矿 石 烧结方面 , 人们对烧结 用铁矿石 的特 性 的认 识 和研 究 , 还 只 是停 留在 化学成分 、 粒度组成 、 制粒性 等常温性 能方 面 , 对铁 矿石在烧结 过程 中所表 现出来的 高温行为和 作用 却知之甚少 . 例如 , 无论 是铁矿石供应商还 是用 户 , 均是 以 化学成分 、 物理性 能等常温 指标作 为对烧结 用 铁矿石 的技术评价依据 ; 又 如 , 现行 的烧结配 收 稿 日 期 2 0 01 刁6刁4 吴 胜利 男 , 46 岁 , 教授 , 博 尸 1 一 异师 * 国家 自然科 孕毖金资 助课题 ( N .o 5 0 0 74 0 05 ) 矿也 是根据铁矿石 的价 格和 化学成 分 、 粒度组 成 、 制粒性能等进行 的 . 在 国 内甚 至还有为数不 少 的企业 , 把从 澳大利亚不 同矿 山进 口 的铁矿 石任 意堆 放在一起作为 同一 种澳矿使用 . 由于 缺乏对铁 矿石 自身特性 的综合认 识 , 特别是不清楚铁 矿石在烧结过程 中所反映 出来 的高温物理 化学特性 , 故 不能有 目的地对 各种 铁矿石进行合理 的选择和 使用 , 从而无法 实现 真正意义 上 的 “ 优化 配矿 ” . 不仅如此 , 在这种状 况下 , 往往 导致现有 的烧结工 艺只 能是通过操 作制 度 (配碳量 、 机速 、 负压 、 料层 高度 等 ) 的调 整去迎合烧结原料 . 显然 , 这种生产方式是非常 被动和 落后的 . 因 为 , 倘若所用铁矿石 的烧结液 相生成 能力 过弱时 , 必然在烧结粘结 相的数量 方面造成 “ 先天 性缺 陷 ” , 而现有 的烧结 工艺对 于这种铁矿石 的 烧结 , 通 常只 能是采取提 高烧 结温度 的措施予 以 解决 , 这就使得先进 的低 温 烧 结工艺 的实现 受到严重制约 . 上述问题深刻地 表明 , 在关 于铁矿石 自身 特性及其与烧结过程的 内在联系等方面的研究 工作还 处于较低层次 . 为此 , 如何 充分把握铁矿石 的 自身特性 以 及深化对烧结过程中铁矿石 高温行 为和作用的 认识 , 引起 了作者 的深人思考 . 通过考察烧结生 产实践和 基 础研 究的 结果发现 : 烧结效果 与铁 矿石种类之 间的关系非常密切 , 而且就 赋予烧 结 过程很大影 响的铁矿石 自身特性 而言 , 除了 通 常人们熟知的化学成 分 、 粒度组成 、 制粒性 等 常温特 性以 外 , 还 存在着其他 与高温状态下 的 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2002. 03. 048

Vol.24 吴胜利等：铁矿石的烧结基础特性之新概念 ·255 烧结过程密切相关的重要特性.作者之一多 度性能、铁酸钙生成性能进行探讨.上述各种性 年来对铁矿石的这些未知特性进行了探索性研 能的测定是基于微型烧结原理的铁矿石烧结 究"，结果表明：不同种类的铁矿石，在烧结过 基础特性实验方法进行的.实验所用的铁矿粉 程中呈现出的高温物理化学性质是各不相同 分别来自巴西、加拿大、瑞典、澳大利亚、印度等 的.例如，在铁矿石与CaO的反应能力、铁矿石 国家，是我国钢铁企业常用的烧结用含铁原料 生成的烧结液相的流动能力和固结能力等诸多 各种铁矿粉的化学成分列于表1. 方面，因铁矿石种类的不同而有明显的差异.这 (1)同化性能.它指铁矿石在烧结过程中与 说明铁矿石由于自身特性的影响对烧结过程所 CaO的反应能力，它表征的是铁矿石在烧结过 能做的贡献是有很大差别的，而这些与烧结效 程中生成液相的难易程度.一般而言，铁矿石同 果有着重大关系的铁矿石的基础特性至今还未 化性越高，则在烧结过程中越易生成液相.但 被人们充分认识.因此作者认为有必要在基于 是，对于非均质烧结矿而言，基于对烧结矿的固 烧结用铁矿石的高温行为及作用规律的基础 结和烧结料层透气性的考虑，并不希望作为核 上，提出了一个属于铁矿粉烧结范畴的新概念 矿石的粗粒矿石过分熔化，以避免起固结骨架 一铁矿石的烧结基础特性， 作用的核矿石减少以及烧结料层透气性恶化而 影响烧结矿的质量和产量.因此，要求铁矿石的 2 铁矿石的烧结基础特性的定义及 同化性适宜.本文通过测定铁矿粉与CaO接触 试验研究结果 面发生反应（产生熔化特征）的温度和时间来确 2.1铁矿石的烧结基础特性的定义 定各种铁矿石同化能力的强弱.图1给出了7 所谓铁矿石的烧结基础特性，就是指铁矿 种烧结常用铁矿石的同化性实验结果.由图可 石在烧结过程中呈现出的高温物理化学性质， 见，不同种类铁矿石的同化性有着明显差异， 它反映了铁矿石的烧结行为和作用，亦是评价 (2)液相流动性能.它指在烧结过程中铁矿 铁矿石对烧结过程以及烧结矿质量所做贡献的 石与CaO反应生成的液相的流动能力.它表征 基本指标.铁矿石的烧结基础特性主要包括：同 的是粘结相的“有效粘结范围”.虽然铁矿石的 化性能、液相流动性能、粘结相强度性能、铁酸 同化性揭示了低熔点液相生成能力，但同化性 钙生成性能、连晶性能、粘附粉/核矿石的高温 和熔化温度的高低并不能完全反映有效液相量 结合性能，等等 的多少.一般来说，液相流动性较高时，其粘结 在铁矿石的烧结基础特性方面，有关的研 周围的物料的范围也较大，因此可以提高烧结 究工作至今还非常少.在国外，为数不多的研究 矿的强度：反之液相流动性过低时，粘结周围物 工作仅限于对铁矿石的同化性（反应性）的评价 料的能力下降，易导致烧结矿中气孔率增加，从 方面4.作者认为：铁矿石的同化性只是铁矿 而使烧结矿的强度下降.但是，粘结相的流动性 石的烧结基础特性中的1个指标，整体把握铁 也不能过大，否则对周围物料的粘结层厚度会 矿石的烧结基础特性是非常重要的， 变薄，烧结矿易形成薄壁大孔结构，使烧结矿整 体变脆，强度降低，也使烧结矿的还原性变差 2.2试验研究结果及讨论 由于篇幅所限，本文仅就铁矿石的烧结基 由此可见，适宜的液相流动性才是确保烧结矿 有效固结的基础 础特性中的同化性能、液相流动性能，粘结相强 表1各种烧结用铁矿粉的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of iron ores % 矿石 TFe SiO: CaO Al.O,MgO P s FeO Ig. A 65.70 3.97 0.03 0.90 0.03 0.023 0.004 0.20 0.92 67.65 1.20 0.08 0.84 0.06 0.033 0.007 0.23 0.66 C 65.61 3.47 0.09 1.58 0.03 0.058 0.011 0.30 0.39 0 64.06 3.65 0.14 2.05 0.08 0.061 0.010 0.37 1.76 63.20 3.85 0.08 2.19 0.06 0.046 0.013 0.21 1.55 F 63.57 4.03 0.04 2.35 0.10 0.066 0.009 0.25 2.34 G 57.39 5.08 0.37 2.58 0.20 0.042 0.009 0.07 8.66

、勺1 . 2 4 吴胜利 等 :铁矿 石 的烧结 基础特 性之 新概念 烧 结过 程密 切相关 的重要特 性 . 作 者之一 多 年来对铁矿石的这些未知特性进行 了探索性研 究 L, 一 3] , 结果表明 : 不 同种类的铁矿石 , 在烧 结过 程 中呈 现 出的高温 物理 化学 性质是 各 不相 同 的 . 例如 , 在铁矿石 与 C a o 的反应 能力 、 铁 矿石 生成 的烧结液相 的流动能力和固结能力等诸多 方面 , 因铁矿石种类 的不 同而有明显 的差异 . 这 说 明铁矿石 由于 自身特性 的影 响对烧结过程所 能做 的贡献是有很 大差别 的 , 而这些与烧结效 果有着重大关 系的铁矿石 的基础特性至 今还未 被人们充分认识 . 因 此作者认为有必要在基 于 烧 结用铁 矿石 的高 温行 为及 作 用规 律 的基础 上 , 提出了 一个 属于 铁矿粉烧结范畴 的新概念 — 铁矿石 的烧结基础 特性 . 2 铁矿石的烧结基础特性的定义及 试验研究结果 .2 1 铁矿石的烧结基础特性的定义 所谓铁矿石 的烧结基础特性 , 就是指铁矿 石在烧结 过程 中呈现 出的 高温物理 化学性质 , 它反 映了铁 矿石 的烧结行 为和 作用 , 亦是评价 铁矿石对烧结过程 以及烧结矿质量所做 贡献 的 基本指标 . 铁矿石的烧结基础 特性 主要包括 : 同 化性能 、 液相 流动性 能 、 粘结相强度性能 、 铁酸 钙生成性能 、 连晶性能 、 粘 附粉 /核矿石 的高温 结合性能 , 等等 . 在铁矿石 的烧结基础特性方 面 , 有关 的研 究工 作至 今还 非常少 . 在 国外 , 为数不 多的研究 工作仅限于对铁矿石的同化性 ( 反应性 )的评价 方 面 【4一 5 , . 作者认为 : 铁矿石 的同化性 只是铁矿 石 的烧结基础特性 中的 1个指标 , 整体把握铁 矿石 的烧结基础 特性 是非 常重要的 . .2 2 试验研究结果 及讨论 由于篇 幅所 限 , 本文仅就铁矿石 的烧结基 础特性 中的同化性能 、 液相流动性 能 、 粘结 相强 度性能 、 铁酸钙生成性 能进行探讨 . 上述各种性 能 的测定是基 于微 型 烧结原理 `6j 的铁矿石烧结 基础特性实验方法 〔, ]进行的 . 实验所用的铁矿粉 分别来 自巴 西 、 加拿大 、 瑞典 、 澳大利亚 、 印度等 国家 , 是我 国钢铁企业 常用 的烧结用含铁原料 . 各种铁矿粉 的化学成 分列 于 表 1 . ( 1) 同化性能 . 它指铁矿石在烧结 过程 中与 C a O 的反应 能力 , 它表征的是铁矿 石在烧结 过 程 中生成液相的难 易程度一般而言 , 铁矿石同 化性越 高 , 则在烧结过程 中越易生成液相 . 但 是 , 对于 非均质烧结矿而言 , 基 于对烧结矿的固 结 和烧结 料层透气性 的考 虑 , 并不 希 望作 为核 矿石 的粗 粒矿石过分熔化 , 以避免起 固结骨架 作用 的核矿石减少以及烧结料层透气性恶化而 影响烧结矿的质量和产量 . 因此 , 要求铁矿石的 同化性适宜 . 本 文通过测定铁矿粉 与 C a o 接触 面发生反应 ( 产生熔化特征 )的温度和时间来确 定各种铁 矿石同化能力 的强弱 . 图 1 给 出了 7 种烧结 常用铁矿石 的同化性 实验 结果 . 由图可 见 , 不 同种类铁矿 石的 同化性有着 明显差 异 . (2 )液 相流动性 能 . 它 指在烧结过程 中铁矿 石 与 C a o 反应生成 的液 相的 流动能力 . 它表征 的是粘结相 的 “ 有效粘结范 围 ” . 虽 然铁矿石 的 同化性揭示 了 低熔 点液相生成 能力 , 但 同化性 和 熔化温度 的 高低并不能完全反映有效液相量 的多少 一般来说 , 液相流 动性 较高时 , 其粘结 周 围的物料 的 范围也较大 , 因此可 以提高烧结 矿 的强度 ; 反之液相流动性过低时 , 粘结周 围物 料 的能力下 降 , 易导致烧结矿 中气孔率增加 , 从 而使烧结矿 的强度下 降 . 但是 , 粘结相的流动性 也不能过大 , 否则对周 围物料 的粘结层厚度会 变薄 , 烧结矿易形成薄壁大孔结构 , 使烧结矿整 体变脆 , 强 度降低 , 也使烧 结矿的还原性变差 . 由此可 见 , 适宜的液相流 动性 才是确保烧结矿 有效 固结 的基 础 . 表 1 各种 烧结 用铁矿 粉的化 学成分 (质 一分数 ) aT b l e 1 C h e m i e a l e o m P o s it i o n o f i or n o r e s 矿石 T F e 5 10 2 C a O 0 . 0 3 0 . 0 8 0 . 0 9 0 . 14 0 . 0 8 0 . 04 0 . 3 7 A 1 2 0 3 Mg o 0 . 03 0 . 0 6 0 . 0 3 0 . 0 8 0 . 0 6 0 . 10 0 . 2 0 F e o n,产b 一ōf 4 ù 6 一,, ,才ù、 à内ù、 . 6 … 0- , 1 `八,O 0 à,、ùn21 ù叮1才1 2 óà内`、,` 2 nU . … 0o “n 6 5 0 . 7 0 6 7 . 6 5 6 5 . 6 1 6 4 . 0 6 6 3 . 2 0 6 3 . 5 7 5 7 . 39 6 5 8 5 0 . 0 2 3 0 . 0 3 3 0 . 0 5 8 0 . 0 6 1 0 . 0 4 6 0 . 0 6 6 0 . 0 4 2 0 . 0 0 4 0 . 0 0 7 0 . 0 1 1 0 . 0 1 0 0 . 0 1 3 0 . 0 0 9 0 . 0 0 9 19 . 0 . 9 2 0 . 6 6 90840535198 ,矛 0 tz 9 , ù呼月 丹只J à 0 ABDCGEF

·256· 北京科技大学学报 2002年第3期 铁矿石的液相流动性一般无法用通常的炉 着明显差异 渣粘度测量方法来确定.因此，定义了“流动性 (4)铁酸钙生成性能.铁酸钙生成性能是指 指数”来确定铁矿石的液相流动性能流动性 在烧结过程中复合铁酸钙的生成能力，铁矿粉 指数是通过测定铁矿石小饼烧结后流动的面积 烧结的理论和实践都明：在烧结粘结相中，复合 与小饼原始面积的比值计算得出，流动性指数 铁酸钙(SFCA)粘结相是最优的.增加烧结矿中 大则表明铁矿石的液相流动性强.图2给出了 的复合铁酸钙含量既有利于提高烧结矿的强 7种烧结常用铁矿石的流动性.由图可见，不同 度，又有利于改善烧结矿的还原性.如果烧结矿 种类铁矿石的液相流动性明显不同. 中的复合铁酸钙数量较多且大多以熔蚀交织状 (3)粘结相强度性能.粘结相强度性能是指 态存在，则烧结矿的还原性和强度均会明显改 铁矿石在烧结过程中形成的液相对其周围的核 善.本文以铁矿石组成的粘结相为试样，经烧结 矿石进行固结的能力.它对烧结矿的强度有着 后测定其复合铁酸钙的含量，以此作为评价铁 至关重要的影响.因为，对非均质烧结矿而言， 矿石的铁酸钙生成性能的指标.图4给出了7 烧结过程中的核矿石的固结主要由粘结相来完 种烧结常用铁矿石的铁酸钙生成量.由图可见， 成.核矿石由于其自身强度较高，其不会构成烧 不同种类铁矿石的铁酸钙生成特性各不相同. 结矿固结强度的限制因素.因此，在烧结工艺条 综上所述，不同种类铁矿石的各项烧结基 件一定的情况下，粘结相自身强度在很大程度 础特性存在很大差异，表明它们在烧结过程中 上决定了烧结矿的强度.足够的粘结相虽然是 的高温行为和作用各不相同，这是过去依据化 烧结矿固结的基础，但粘结相自身强度亦是非 学成分、粒度组成、矿物特征等常温因素评价铁 常重要因素.本文通过测定粘附粉试样烧结后 矿石的方法所无法获得的重要认识：烧结过程 的抗压强度（压遗时所对应的最小压力）来评价 的各项技术经济指标不仅仅取决于铁矿石的常 各种铁矿石的粘结相自身强度.图3给出了7 温性能，更大程度上依赖于高温状态下的铁矿 种烧结常用铁矿石的这-一性能的实验结果.由 石的烧结基础特性 图可见，不同种类铁矿石的粘结相自身强度有 1320 1290 B■ A 新6 1260 C▲ D 1230 1200 ■ 0 3 6 9 12 t倒化/min 铁矿石种类 图17种烧结常用铁矿石的同化性能 图27种烧结常用铁矿石的流动性能 Fig.1 Assimilation of iron ores used in sintering Fig.2 Liquid phase fluidity of iron ore used in sintering 35 90 25 70 15 50 好 30 B CD E F G 铁矿石种类 铁矿石种类 图37种烧结常用铁矿石的粘结相强度 图47种烧结常用铁矿石的铁酸钙生成性能 Fig.3 Self-intensity of adhering phase of iron ores Fig.4 Creating ability of SFCA of iron ores used used in sintering in sintering 3 烧结基础特性研究的应用前景 供了途径，因而对完善烧结精料的理论基础、对 有效利用铁矿石资源、对优化烧结工艺过程均 铁矿石的烧结基础特性之新概念的提出， 具有如下重要意义 为揭开铁矿石种类与烧结效果之间的“黑箱”提 (1)深化烧结精料理论的研究.铁矿石的格

一 2 5 6 - 北 京 科 技 大 学 学 报 20 02 年 第 3 期 铁矿石的液相流动性一般无法用通常 的炉 渣粘度测 量方法来确定 . 因此 , 定义 了 “ 流动性 指数 ” 来确定铁矿石 的液 相流动性能 口1 . 流动性 指数是通过测定铁矿石小饼烧结后流动 的面积 与小饼 原始面积 的比值 计算得 出 , 流动性指数 大则表 明铁矿石 的液相 流动性强 . 图 2 给 出了 7 种烧结 常用铁 矿石的流动性 . 由图可见 , 不 同 种类铁 矿石的液相流 动性明显不 同 . (3 )粘结相强度性 能 . 粘结相 强度性能是指 铁矿石在烧结过程 中形成的液相对其周 围的核 矿石进 行 固结 的能力 . 它对烧结 矿的强度有着 至关 重要 的影 响 . 因 为 , 对 非均质烧结矿 而言 , 烧结过程 中的核矿石的 固结主 要 由粘结 相来完 成 . 核矿石 由于其 自身强度较高 , 其不会 构成烧 结矿 固结强度的限制因素 . 因此 , 在烧结 工艺条 件 一定 的情况下 , 粘结相 自身强度在很大程度 上 决定了 烧结矿 的强 度 . 足够 的粘结相虽 然是 烧结矿 固结 的基础 , 但粘结相 自身强度亦是 非 常 重要因 素 . 本文通过测定 粘附粉试样烧 结后 的抗压强度 ( 压溃时所对应 的最小压力 )来评 价 各 种铁矿石 的粘 结相 自身强度 . 图 3 给 出了 7 种烧 结常用 铁矿石 的这一性能 的实验结果 . 由 图可 见 , 不 同种类铁矿石 的粘结相 自身强 度有 着 明显差异 . (4 )铁酸钙生成性 能 . 铁 酸钙生成性能是指 在 烧结 过程 中复 合铁酸钙 的生成能力 . 铁矿粉 烧结 的理论和 实践都明 : 在烧结粘结相 中 , 复合 铁酸钙 ( S F C A )粘结相是最优 的 . 增 加烧结矿 中 的复合 铁 酸钙 含量 既有 利 于 提 高烧 结矿 的强 度 , 又 有利于改善烧结矿的还原性 . 如果烧结矿 中的复合铁 酸钙数量较多且大多 以熔蚀 交织状 态存在 , 则 烧结矿 的还原性 和 强度均会 明显 改 善 . 本文 以铁矿石 组成的粘结 相为试样 , 经烧结 后测定其复合铁 酸钙 的含量 , 以 此作为评价铁 矿石 的铁 酸钙生成性 能的指标 . 图 4 给出了 7 种烧结 常用铁矿石 的铁酸钙生成量 . 由图可 见 , 不 同种类铁 矿石 的铁酸钙生成 特性各不相 同 . 综上所述 , 不 同种类铁 矿石 的各项烧结 基 础特性存在 很大差异 , 表明它们在烧结 过程 中 的高温行 为和 作用 各不相 同 , 这是过 去依 据化 学成分 、 粒度组成 、 矿物特征等常温 因素评价铁 矿石 的方法 所无法获得 的重要认 识 ; 烧 结过程 的各项技术 经济指标不仅仅取决 于铁矿石 的常 温性能 , 更大程度上依 赖于高温状 态下的铁矿 石 的烧结基 础特性 . 氧释到 ō 得埃 B . A . C ▲ D . . . . . G . F . E . 0 CU o 曰n ù 0 山,n 6 倪j o 内翻j, ù今白翻, 护、漂护 确化 / m i n 图 1 , 种烧结常 用铁矿 石 的同化 性能 Fi g . l A s s i m i l a ti o n o f i or n o er s u s e d i n s i n t e r i n g 铁矿 石种类 图 2 7 种 烧结 常用铁矿 石的流 动性 能 Fi g · 2 L i q u i d Ph a s e fl u i d iyt o f i or n o er u s e d i n s i n t e r i n g 乙、侧燃籍织姆ó 璐 芝崛耀州翁翻溺 铁矿 石种 类 图 3 7 种 烧结 常用铁 矿石 的粘 结相 强度 F i g · 3 S e i-f i n t e n s i yt o f a d h e r i n g P h a s e o f i or n o er s u s e d i n s i n t e r i n g 铁矿 石种 类 图 4 7 种烧结 常 用铁矿 石 的铁酸 钙生成 性能 Fi g · 4 C r e a t i n g a b i li yt o f S F C A o f i or n o er s u s e d i n s in t e r i n g 3 烧结基础特性研究的应用前景 铁矿石 的烧 结基础 特性之 新概 念的提 出 , 为揭开铁矿石种类 与烧结效果之 间的 “ 黑箱 ” 提 供 了途径 , 因而对完善烧结精料 的理论基础 、 对 有效利 用铁矿石资源 、 对优 化烧结工艺过程 均 具有如 下 重要意义 . ( l) 深化烧结精料 理 论 的研 穷 一 件矿石 的 怜

VoL24 吴胜利等：铁矿石的烧结基础特性之新概念 ·257· 结基础特性既是铁矿石常温特性的综合，又弥的.铁矿石的烧结基础特性贴切、真实地反映了 补了它们的不足.因而，基础特性更贴切、更真 铁矿石在烧结过程中的高温行为和作用，它既 实地反映了铁矿石在烧结过程中的行为和作 综合了铁矿石的常温特性，又弥补了它们的不 用.通过对铁矿石的烧结基础特性的研究，有助 足，是影响烧结过程的重要因素 于深化对烧结矿固结机理的认识以及对铁矿石 (2)不同种类铁矿石的烧结基础特性各不相 自身性质的整体评价，从而可为烧结过程的优 同.把握和应用铁矿石的烧结基础特性，可以使 化提供理论基础 铁矿石种类与烧结效果之间的“黑箱”清晰化， (②)实施烧结的自主优化配矿，传统的烧结 从而对完善烧结精料的基础理论、实施烧结的 配矿方法，从本质上而言，属于试探性配矿.一 自主优化配矿、优化烧结工艺过程等具有十分 方面，由于不了解铁矿石的烧结基础特性，故盲 重要的意义 目性大，从而耗费的人力、财力较多；另一方面， 参考文献 由于不清楚铁矿石的互补特性，很难实现真正 1 Wu Shengli,Eiki Kasai,Yasuo Omori.Effect of the Con- 意义上的优化配矿.铁矿石的烧结基础特性的 stitution of Granules on Coalescing Phenomenon and 概念，使真正意义上的烧结自主优化配矿成为 Strength after Sintering[C].[in:]Proceedings of the 6th In- 可能.通过对铁矿石的烧结基础特性的把握，可 ternational Iron and Steel Congress.Nagoya:ISIJ,1990. 建立同时满足烧结矿成本优化和烧结矿性能优 15 化的新型配矿系统，它不仅能准确预测烧结矿 2 Eiki Kasai,Shengli Wu,Yasuo Omori.Influence of Prop- 质量，而且能根据对烧结矿的质量要求产生优 erty of Iron Ores on the Coalescing Phenomenon of Granules during Sintering [J.Tetsu-to-Hagane,1991,77 化的烧结配矿方案 (1:56 (3)优化烧结工艺过程.现有的烧结工艺很 3 Wu Shengli.Study on Ore-proportioning Design and Re- 大程度上是通过操作制度的调整去迎合烧结原 duction of Nitrogen Oxides in Iron Ore Sintering Process 料，导致理想的烧结工艺原则和先进的烧结技 [D]:(Doctor Degree Paper).SENDAl:Japan Tohoku Uni- 术无法得到有效的遵循和实施.基于铁矿石的 versity,1991 4 Yukihiro Hida,Jun Okazaki,Kaoru Ito.Shunichi Hira- 烧结基础特性的精料技术的开发，有助于改变 kawa.Effect of Mineralogical Properties of Iron Ore on its 上述以“工艺”去迎合“原料”的被动、落后状态， Assimilation with lime[J].Tetsu-to-Hagane,1992,78(7): 通过应用铁矿石的烧结基础特性和新型的优化 1013 配矿系统，用“原料”去适应“先进工艺”，从而 5 Caporali L,Oliveira D,Ottoni R铁矿石烧结反应性的 有利于实现烧结过程的整体优化 概念卫】.钢铁，1999,34增刊)：111 6梁德兰，孔令坛.烧结固结机理的微型烧结试验方 4结束语 法研究[).矿治工程，1996,16（增刊）：74 7林鸿.宝钢低成本烧结配矿新技术的基础研究D小： (1)对烧结用铁矿石的评价仅仅依据化学成 「硕士学位论文1北京：北京科技大学，2000 分、粒度组成、矿物特征等常温性能是远远不够 New Concept of Iron Ores Sintering Basic Characteristics WU Shengli,LIU Yu,DU Jianxin,MI Kun,LIN Hong Metallurgy School,UST Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT For a long time,the estimation to iron ore has been concentrated on its chemical composition, size distribution,mineral characteristics under normal temperature by researchers,while the research to the physical chemistry reacting characteristics of iron ore under high temperature was very little.On the basic of experiment and think deeply,the concept of iron ore basic sintering characteristics have been introduced,the concept included assimilation,fluidity of liquid phase,self-intensity of adhere phase,and creating ability of SFCA and so on.Study on the iron ore physical chemistry characteristics under high temperature will be very important to complete sintering basic theory,improve sinter quality,optimize sintering technology process. KEY WORDS iron ore;the sintering basic characteristics;sintering extractive feeds;sinter;optimizing ore-

、 b l 一 2 4 吴胜 利等 : 铁矿 石 的烧 结基 础特性 之新概 念 . 2 5 7 - 结基础特性既是铁矿石 常温特性 的综合 , 又 弥 补 了它们 的不足 . 因而 , 基础特 性更 贴切 、 更真 实地 反映 了铁 矿石在 烧结 过程 中的行 为 和 作 用 . 通过对铁矿石 的烧结基础特性 的研究 , 有助 于 深化对烧结矿 固结 机理 的认识以及对铁矿石 自身性质 的整体评价 , 从 而 可 为烧结 过程的优 化提供理论基础 . ( 2 )实施烧结 的 自主优化配 矿 . 传 统的烧结 配矿方法 , 从本质 上而 言 , 属 于 试探 性配矿 . 一 方面 , 由于 不 了解铁矿石 的烧结基础特性 , 故盲 目性大 , 从而 耗费的人力 、 财力较多 ; 另 一方面 , 由于 不 清楚铁矿石 的互补特性 , 很难实现真正 意义 上 的优化配 矿 . 铁矿石 的烧结基 础特性 的 概念 , 使 真正意义 上 的 烧结 自主 优化配矿成为 可能 . 通过对铁矿石 的烧结基础特性的把握 , 可 建立 同时满足烧结矿成本优化和 烧结 矿性能优 化 的新 型配矿 系统 , 它不 仅能准确预测 烧结矿 质量 , 而 且能根据对烧结矿 的质量要求产生优 化 的烧结配矿方案 . (3 )优 化烧结工 艺过程 . 现有的烧结工艺很 大程度上 是通过操作制度的调整 去迎合烧结原 料 , 导致理想 的烧结工艺原则和先进 的烧结技 术无 法得到有效 的遵循 和 实施 . 基于铁矿石 的 烧结 基础 特性 的精料技术 的开 发 , 有助于 改变 上述 以 “ 工艺 ” 去迎合 “ 原料 ” 的被动 、 落后状态 , 通过应用铁矿石 的烧结基础特性和 新型 的优化 配矿 系统 , 用 “ 原料 ” 去适应 “ 先进 工 艺 ” , 从 而 有利于 实现烧结过程的整体优化 . 的 . 铁矿石的烧结基础特性贴切 、 真实地反 映了 铁矿石 在烧结过程 中的高温行 为和 作用 , 它 既 综合了 铁矿石 的常温特性 , 又 弥补 了它们 的不 足 , 是影响烧结过程 的重要 因素 . (2 )不同种类铁矿石的烧结基础 特性各不 相 同 把握和应用铁矿石 的 烧结基础 特性 , 可 以使 铁矿石 种类与烧结效果之 间的 “ 黑箱 ” 清 晰化 , 从 而对完善烧结精料 的基础理 论 、 实施烧结 的 自主 优化配矿 、 优 化烧 结工艺过程等具有 十分 重要的意义 . 4 结束语 ( l) 对烧结用 铁矿石 的评价仅仅依据化学成 分 、 粒度组成 、 矿物特征等常温性能是远远不够 参 考 文 献 1 Wu s h e n g li , E ik i K as a i , aY s u o o m o r i . E fe e t o f t h e C o n - s t iot ti o n o f G r a n u l e s o n C o a l e s c i n g Ph e n o m e n o n a n d Str e n gt h a ft e r Si n t e r i n g [C ] . [ i n : ]P r o e e e di n g s o f ht e 6ht I n - t e nr at i o n a l Ior n a n d St e e l C o n g r e s s . Na g o y a : I S IJ , 1 9 9 0 · l 5 2 E i ki K a s a i , She n g li w u , aY s u o o m o ir . I n fl u e n e e o f P r 0 P - e ’yrt o f Ior n o r e s o n ht e C o a l e s e i n g Ph e n o m e n o n o f G anr u l e s d u r i n g S i n et r i n g [ J ] . eT t s u 一 ot 一 H a g an e , 1 9 9 1 , 7 7 (l ) : 5 6 3 W u s h e n g li . S t u dy o n o r e ~ p r o Port i on i n g eD s ign an d eR - d u e t i o n o f N iotr g e n o x id e s i n I or n o er S i n t e r ing P r o e e s s [D } : ( D oc for eD g er e p ap e )r . SE N D A I : J a aP n oT h o k u U n i - v e r s i yt, 19 9 1 4 uY kih i r o Hi d a , J u n o k a z a kl , K a o ur l t o . Sh un i e h i H i r a - kaw a . E fe e t o f M i n e ar l o g i e a l P or P e rt i e s o f l r o n o r e o n i t s A s s i m i lat i o n w iht l im e I J] . eT t s u 一 t o 一 H ag an e , 19 9 2 , 7 8 ( 7 ) : 10 13 5 e aP o ar li L , o 一i v e i r a D , o ot n i R . 铁矿石烧结反应性 的 概 念 [J l . 钢 铁 , 19 9 9 , 34 (增 刊 ) : 1 1 1 6 梁德 兰 , 孔 令坛 . 烧 结 固结 机理 的微型烧 结试 验方 法研究 tJ ] . 矿冶工 程 , 1 9 9 6 , 16 (增刊 ) : 7 4 7 林鸿 . 宝钢低 成本烧结 配矿 新技术 的基 础研究 [o] : [硕 士学位论文 ] . 北京 : 北 京科 技大学 , 2 0 0 N e w C o n e e P t o f I r o n O r e s S i n t e r i n g B a s i e C h ar a e t e r i s t i c s 砰U hS e喇1, IL U uY , D U iJ a nx in , 人打 uK n , 乙石V H d ng M e t a ll u r g y S e h o o l , U S T B e ij i n g , B e ij i n g 1 00 0 8 3 , C h i n a A B S T R A C T F o r a l o n g t im e , ht e e s t im at i o n t o i r o n o r e h a s b e e n c o n c e n t r a et d o n it s c h e m i c a l c o m P o s it i o n , s i z e d i s tr ib ut i o n , m i n e r a l e h ar a c et r i s t i c s un d e r n o mr a l t e m Pe r a t u r e by r e s e ar c h e r s , w h il e ht e r e s e ar e h t o ht e P勿s i c a l c h e m i s ytr r e a e it n g e h ar a e t e r i s t i e s o f i r o n o r e un d e r h ihg t e m P e r a t u r e w a s v e yr lit l e . O n ht e b a s i c o f e xP e r im e in an d ht ikn d e e Pvl, ht e c o n e e Pt o f ir o n or e b a s i e s i ent r i n g e h ar a c t e r i s ti e s h a v e b e e n intr o d u c e d , ht e e o n e e tP i n e l u d e d a s s im il at i o n , fl u id iyt o f liqu id Ph a s e , s e l-f int e n s iyt o f a dh e r e Ph a s e , an d c r e at i n g ab iliyt o f S FC A a n d 5 0 o n . S ut 勿 o n ht e ior n o er Phy s i e a l e h em i s ytr c h ar c t e ir s t i c s un d e r h i g h t e m Per a tu r e w ill b e v e yr im Po rt ant t o e o mP l e t e s int e r ign b a s i c ht e o yr, i m Pr o V e s iin e r q aU li ,yt o Ptim i z e s int e r i n g te c hn o l o gy Pr o c e s s · K E Y W O R D S i r o n o r e : ht e s int e r in g b a s i e e h ar a c et r i s ti e s : s int e r i n g e x tr a e ti v e fe e d s ; s i n t e r : o Pt im i z i n g o er -