张国成等：褐铁矿在烧结工艺中的优化配置 表2铁矿粉各粒度组成分布及占比 Table 2 Distribution and proportion of each particle size composition of iron ore powder Mass fraction of particle size composition/% Name of iron ore powder Average particle size/mm +8 mm 5-8 mm 3-5 mm 1-3 mm 0.5-1.0 mm -0.5 mm Sum -1 mm +1 mm OA 12.67 23.33 20.00 28.67 3.80 11.53 100 15.33 84.67 4.39 OB 20.00 16.67 17.33 35.33 6.01 4.66 100 10.67 89.33 4.76 OC 6.2017.4315.13 22.43 9.62 29.19 100 38.8161.19 3.14 OD 一 12.52 87.48 100 100 0.00 一 OE 14.0012.67 14.0028.00 10.01 21.32 10031.33 68.67 3.70 OF 8.33 13.33 16.00 32.00 5.84 24.50 100 30.34 69.66 3.28 OG 13.3314.0016.6731.33 4.98 19.69 10024.67 75.33 3.84 Note:The average particle size is calculated based on the particle content of+1 mm 根据表1可知：①7种铁矿粉的TFe质量分数 粉和CaO试剂分别制备成小饼试样，在试验所 除OB矿外均大于60%，OD、OE矿的TFe质量分 需的温度、时间和气氛条件下进行焙烧，得出铁 数在65%以上，配加OD、OE矿有利于烧结矿铁 矿粉高温性能指标.其测试结果如图1和表3 品位的提高；②OD、OF矿的SiO2质量分数在6.0% 所示。 以上，主要用来平衡烧结矿SiO2含量：③7种铁矿 由烧结基础特性测试结果可知，澳矿的同化 粉的Mg0和Ca0质量分数均较低，在0.20%以 性温度总体上较低，巴西矿的同化性温度较高：澳 下；④澳矿粉OA、OC矿结晶水质量分数在3.0%~ 矿OB、OD矿的液相流动性较好，而巴西矿OE、 6.0%之间，属于中等水化程度的半褐铁矿，OB矿 OF矿的较差；澳矿OC、OD矿的铁酸钙生成能力 结品水质量分数高达10.0%，属于褐铁矿；巴西矿 较强，巴西矿OF、OG矿的较弱：澳矿OA、OB和 的结晶水质量分数均在3.0%以下，属于低水化程 OC矿的黏结相强度较差，而巴西矿OE、OF矿的 度的赤铁矿：⑤OG矿的有害元素P质量分数为 较好.分析可知，澳大利亚褐铁矿和巴西赤铁矿的 02%,从控制铁水P含量的角度分析，应尽量减少 高温烧结基础特性互补优势明显，烧结提高褐铁 其配加比例：⑥7种铁矿粉有害元素S质量分数均 矿配比的同时，应合理搭配磁铁精矿和巴西赤铁 在0.15%以下，可为烧结工艺超低硫排放创造条 矿，以实现其烧结特性优势互补、劣势互抑的目 件，减轻末端脱硫压力 的，从而获得理想的烧结性能 按照烧结制粒和铁矿粉矿化要求，小于0.5mm 2试验方案及控制条件 的铁矿粉粒度较细，易于成球，且在烧结过程中， 容易和CaO发生矿化反应形成铁酸钙和硅酸盐液 一般而言，褐铁矿水化程度高，结晶水分解后 相，利于改善烧结性能.由此可知，褐铁矿OA、OB 成品烧结矿品位高、价格低，若能保证烧结矿强 矿粒度较粗，矿化能力较弱，不易生成烧结液相， 度和低温还原粉化(RDL+3.15mm)等治金性能，则可 并且褐铁矿分解产生赤铁矿微球网状结构3切， 提升烧结生产效率并显著降低配矿成本6刀.为 孔隙率较高，烧结液相易于进人网孔，消耗液相， 了探究全进口矿原料条件下褐铁矿在烧结工艺的 降低强度 合理配置，针对S钢铁公司500m2大型烧结机的 1.2试验原料高温性能 实际生产需求，开展高褐铁矿配比烧结杯试验研 铁矿粉的高温烧结基础特性是评价其对烧 究.依据铁矿粉烧结基础特性互补和烧结矿综合 结过程以及烧结矿冶金性能所作贡献的基本指 冶金性能要求，结合铁矿粉来源和地域特点，将 标，对烧结矿产质量以及烧结配矿结构优化有 澳矿褐铁矿(OA+OB+OC)视为一类型矿，澳矿磁 着重要影响)，研究内容一般包括最低同化温 铁精矿OD视为一类型矿（该矿具有高硅高品位、 度、液相流动性、连晶特性、黏结相强度和铁 粒度细、烧结性能好和价格高的特点，主要用于 酸钙生成特性，采用《铁矿石烧结基础特性试 改善褐铁矿的烧结性能)，巴西赤铁矿(OE+ 验装置》进行测试，试验用铁矿粉需要磨成 OF+OG)视为一类型矿，方案中褐铁矿的质量分 细粉状(0.l5mm),Ca0为纯化学试剂，将铁矿 数变化设计为45%、50%、55%，磁铁精矿的质量根据表 1 可知：①7 种铁矿粉的 TFe 质量分数 除 OB 矿外均大于 60%，OD、OE 矿的 TFe 质量分 数在 65% 以上，配加 OD、OE 矿有利于烧结矿铁 品位的提高；②OD、OF 矿的 SiO2 质量分数在 6.0% 以上，主要用来平衡烧结矿 SiO2 含量；③7 种铁矿 粉的 MgO 和 CaO 质量分数均较低 ，在 0.20% 以 下；④澳矿粉 OA、OC 矿结晶水质量分数在 3.0%～ 6.0% 之间，属于中等水化程度的半褐铁矿，OB 矿 结晶水质量分数高达 10.0%，属于褐铁矿；巴西矿 的结晶水质量分数均在 3.0% 以下，属于低水化程 度的赤铁矿；⑤OG 矿的有害元素 P 质量分数为 0.2%，从控制铁水 P 含量的角度分析，应尽量减少 其配加比例；⑥7 种铁矿粉有害元素 S 质量分数均 在 0.15% 以下，可为烧结工艺超低硫排放创造条 件，减轻末端脱硫压力. 按照烧结制粒和铁矿粉矿化要求，小于 0.5 mm 的铁矿粉粒度较细，易于成球，且在烧结过程中， 容易和 CaO 发生矿化反应形成铁酸钙和硅酸盐液 相，利于改善烧结性能. 由此可知，褐铁矿 OA、OB 矿粒度较粗，矿化能力较弱，不易生成烧结液相， 并且褐铁矿分解产生赤铁矿微球网状结构[13−14] ， 孔隙率较高，烧结液相易于进入网孔，消耗液相， 降低强度. 1.2    试验原料高温性能 铁矿粉的高温烧结基础特性是评价其对烧 结过程以及烧结矿冶金性能所作贡献的基本指 标，对烧结矿产质量以及烧结配矿结构优化有 着重要影响[15] ，研究内容一般包括最低同化温 度、液相流动性、连晶特性、黏结相强度和铁 酸钙生成特性，采用《铁矿石烧结基础特性试 验装置》进行测试[12] . 试验用铁矿粉需要磨成 细粉状（−0.15 mm） ，CaO 为纯化学试剂，将铁矿 粉和 CaO 试剂分别制备成小饼试样，在试验所 需的温度、时间和气氛条件下进行焙烧，得出铁 矿粉高温性能指标 . 其测试结果如 图 1 和 表 3 所示. 由烧结基础特性测试结果可知，澳矿的同化 性温度总体上较低，巴西矿的同化性温度较高；澳 矿 OB、OD 矿的液相流动性较好，而巴西矿 OE、 OF 矿的较差；澳矿 OC、OD 矿的铁酸钙生成能力 较强，巴西矿 OF、OG 矿的较弱；澳矿 OA、OB 和 OC 矿的黏结相强度较差，而巴西矿 OE、OF 矿的 较好. 分析可知，澳大利亚褐铁矿和巴西赤铁矿的 高温烧结基础特性互补优势明显，烧结提高褐铁 矿配比的同时，应合理搭配磁铁精矿和巴西赤铁 矿，以实现其烧结特性优势互补、劣势互抑的目 的，从而获得理想的烧结性能. 2    试验方案及控制条件 一般而言，褐铁矿水化程度高，结晶水分解后 成品烧结矿品位高、价格低，若能保证烧结矿强 度和低温还原粉化（RDI+3.15 mm）等冶金性能，则可 提升烧结生产效率并显著降低配矿成本[16−17] . 为 了探究全进口矿原料条件下褐铁矿在烧结工艺的 合理配置，针对 S 钢铁公司 500 m2 大型烧结机的 实际生产需求，开展高褐铁矿配比烧结杯试验研 究. 依据铁矿粉烧结基础特性互补和烧结矿综合 冶金性能要求，结合铁矿粉来源和地域特点，将 澳矿褐铁矿（OA+OB+OC）视为一类型矿，澳矿磁 铁精矿 OD 视为一类型矿（该矿具有高硅高品位、 粒度细、烧结性能好和价格高的特点，主要用于 改善褐铁矿的烧结性能 ） . 巴西赤铁矿 （ OE+ OF+OG）视为一类型矿，方案中褐铁矿的质量分 数变化设计为 45%、50%、55%，磁铁精矿的质量 表 2 铁矿粉各粒度组成分布及占比 Table 2 Distribution and proportion of each particle size composition of iron ore powder Name of iron ore powder Mass fraction of particle size composition/ % Average particle size/ mm +8 mm 5–8 mm 3–5 mm 1–3 mm 0.5–1.0 mm −0.5 mm Sum −1 mm +1 mm OA 12.67 23.33 20.00 28.67 3.80 11.53 100 15.33 84.67 4.39 OB 20.00 16.67 17.33 35.33 6.01 4.66 100 10.67 89.33 4.76 OC 6.20 17.43 15.13 22.43 9.62 29.19 100 38.81 61.19 3.14 OD — — — — 12.52 87.48 100 100 0.00 — OE 14.00 12.67 14.00 28.00 10.01 21.32 100 31.33 68.67 3.70 OF 8.33 13.33 16.00 32.00 5.84 24.50 100 30.34 69.66 3.28 OG 13.33 14.00 16.67 31.33 4.98 19.69 100 24.67 75.33 3.84 Note: The average particle size is calculated based on the particle content of +1 mm. 张国成等： 褐铁矿在烧结工艺中的优化配置 · 41 ·