张国成等：褐铁矿在烧结工艺中的优化配置 45· 象，从而减少褐铁矿吸液量，改善烧结矿强度 2℃min-l(50min);③1100~1600℃，5℃min (2)烧结矿熔融滴落性能 (100min):试验期间.温度在500℃以下通4Lmin 烧结矿熔融滴落性能检测方法如下：烧结矿 的N2气，温度达到500℃以上通入4Lmin的混 试样及焦炭粒度均为10~12.5mm粒级，试验模拟 合煤气，混合煤气由体积分数为30%的C0和70% 高炉内炉料的升温速度主要分为三个阶段：①0~ 的N2组成，当试验温度达到1580℃后30min试 1000℃，10℃min(100min);②1000~1100℃， 验结束.测试结果见表8 表8烧结矿试样熔融滴落性能 Table 8 Melting and dripping properties of the sinter samples Experimental scheme No.T/℃Tio/℃To/℃ Ts/℃To/℃(T4o-T4W℃(T4o-TioM℃(TD-Tsy℃(TD-TioW℃△Pm/kPa H-1# 1097 1141 1239 12801511 142 98 231 370 34.1 H-2# 1075 1123 1229 1273 1481 154 106 208 358 35.4 H-3# 1089 1127 1232 1272 1475 143 105 203 348 28.9 H-4# 1084 11191226 1278 1497 142 107 219 378 31.0 H-5# 1098 1132 1229 1284 1506 131 97 222 374 30.4 H-6# 1073 1111 1206 1261 1504 133 95 243 393 25.1 Note:T-Initial softening temperature;To-temperature at 10%layer shrinkage;Ta-final softening temperature:(To-To-softening temperature range;Ts-start melting temperature;Tp-dropping temperature;(Tp-Ts)-melting temperature range;AP-maximum pressure difference in molten state. 由上表可知，H-1#、H-4#和H-5#的软化开始温 构特征，本研究中共选取同一试样的4个不同视 度T4、开始熔融温度Ts和滴落温度TD都较高，且 域进行综合分析评估，结果如图4~图9所示，图 软熔温度区间TD-T1o中等，其软熔性能均可满足 中(a)、(b)视域选取试样边缘区域，(c)、(d)视域 高炉冶炼要求.而H-2#、H-3#和H-6#的软化开始 选取试样中心区域 温度T4、开始熔融温度T、均较低，以及H-2#、H-3# (a) 滴落温度TD也较低，软熔温度区间TD-T1o较小， 会使高炉软熔带上移，厚度减薄，H-6#的TD一T1o最 大，达到393℃，会使高炉软熔带上移，厚度增加 从配料结构角度分析，H-2#和H-3#的OC矿的质 量分数较高，达到了20%，而磁铁精矿OD矿的质 量分数较低，只有10%，H-6#褐铁矿的质量分数达 到了55%，而0D矿的质量分数也只有10%.可 见，从烧结矿冶金性能方面分析，当结晶水含量高 的OB褐铁矿的质量分数高于25%时，磁铁精矿 OD矿的质量分数不应低于15%，粒度相对较细的 50m H-1 褐铁矿OC矿的质量分数不应超过10%，褐铁矿总 H-Hematite;M-Magnetite:F-Calcium ferrite;P-Pore;S-Silicate 的质量分数应控制在50%以内. 图4H-1#烧结矿试样矿相显微结构图.(a)左边缘视域：(b)右边缘 从混合矿熔融区的化学成分分析，由于褐铁 视域：(c)左中心视域：(d)右中心视域 矿具有同化温度低的特点，配加高比例的褐铁矿 Fig.4 Mineral phase microstructures of the H-1#sinter sample:(a)left 可提高混合矿的同化性能，使得熔融区碱度下降 edge view,(b)right edge view;(c)left central view;(d)right central (表6中H-1#、H-4#和H-5#熔融区碱度相对较 view 低)，有利于降低Fe3+Fe2(质量分数比值)，提高 H-1#烧结试样的矿相组成类似，均以磁铁矿 FeO含量.因此，矿物的固结强度提高，还原度受 和铁酸钙的熔蚀交织结构为主.H-1#烧结矿试样 到影响，低温还原粉化指数改善 褐铁矿质量分数相对较低，为45%，矿相结构中磁 3.3烧结矿矿相显微结构 铁矿多呈它形品或半自形晶（图4(a)),铁酸钙多 采用矿相显微镜对不同褐铁矿配比的烧结刊矿 呈针柱状（图4(c),局部有硅酸盐渣相和褐铁矿 试样进行分析.为了准确掌握试样的矿相显微结 分解产生的微球网状赤铁矿，孔隙率较低，渣相多象，从而减少褐铁矿吸液量，改善烧结矿强度. （2）烧结矿熔融滴落性能. 烧结矿熔融滴落性能检测方法如下：烧结矿 试样及焦炭粒度均为 10～12.5 mm 粒级，试验模拟 高炉内炉料的升温速度主要分为三个阶段：①0～ 1000 ℃ ， 10 ℃·min−1（ 100 min） ；②1000～1100 ℃ ， 2 ℃·min−1（ 50 min） ；③1100 ～ 1600 ℃ ， 5 ℃·min−1 （100 min）；试验期间，温度在 500 ℃ 以下通 4 L·min−1 的 N2 气，温度达到 500 ℃ 以上通入 4 L·min−1 的混 合煤气，混合煤气由体积分数为 30% 的 CO 和 70% 的 N2 组成，当试验温度达到 1580 ℃ 后 30 min 试 验结束. 测试结果见表 8. 表 8 烧结矿试样熔融滴落性能 Table 8   Melting and dripping properties of the sinter samples Experimental scheme No. T4 / ℃ T10/ ℃ T40/ ℃ TS / ℃ TD/ ℃ (T40−T4 )/ ℃ (T40−T10)/ ℃ (TD−TS )/ ℃ (TD−T10)/ ℃ ∆Pmax/ kPa H-1# 1097 1141 1239 1280 1511 142 98 231 370 34.1 H-2# 1075 1123 1229 1273 1481 154 106 208 358 35.4 H-3# 1089 1127 1232 1272 1475 143 105 203 348 28.9 H-4# 1084 1119 1226 1278 1497 142 107 219 378 31.0 H-5# 1098 1132 1229 1284 1506 131 97 222 374 30.4 H-6# 1073 1111 1206 1261 1504 133 95 243 393 25.1 Note：T4— Initial softening temperature; T10—temperature at 10% layer shrinkage; T40—final softening temperature; (T40−T10)—softening temperature range; TS—start melting temperature; TD—dropping temperature; (TD−TS ) —melting temperature range; ∆Pmax—maximum pressure difference in molten state. 由上表可知，H-1#、H-4#和 H-5#的软化开始温 度 T4、开始熔融温度 TS 和滴落温度 TD 都较高，且 软熔温度区间 TD−T10 中等，其软熔性能均可满足 高炉冶炼要求. 而 H-2#、H-3#和 H-6#的软化开始 温度 T4、开始熔融温度 TS 均较低，以及 H-2#、H-3# 滴落温度 TD 也较低，软熔温度区间 TD−T10 较小， 会使高炉软熔带上移，厚度减薄，H-6#的 TD−T10 最 大，达到 393 ℃，会使高炉软熔带上移，厚度增加. 从配料结构角度分析，H-2#和 H-3#的 OC 矿的质 量分数较高，达到了 20%，而磁铁精矿 OD 矿的质 量分数较低，只有 10%，H-6#褐铁矿的质量分数达 到了 55%，而 OD 矿的质量分数也只有 10%. 可 见，从烧结矿冶金性能方面分析，当结晶水含量高 的 OB 褐铁矿的质量分数高于 25% 时，磁铁精矿 OD 矿的质量分数不应低于 15%，粒度相对较细的 褐铁矿 OC 矿的质量分数不应超过 10%，褐铁矿总 的质量分数应控制在 50% 以内. 从混合矿熔融区的化学成分分析，由于褐铁 矿具有同化温度低的特点，配加高比例的褐铁矿 可提高混合矿的同化性能，使得熔融区碱度下降 （ 表 6 中 H-1#、 H-4#和 H-5#熔融区碱度相对较 低），有利于降低 Fe3+/Fe2+（质量分数比值），提高 FeO 含量. 因此，矿物的固结强度提高，还原度受 到影响，低温还原粉化指数改善. 3.3    烧结矿矿相显微结构 采用矿相显微镜对不同褐铁矿配比的烧结矿 试样进行分析. 为了准确掌握试样的矿相显微结 构特征，本研究中共选取同一试样的 4 个不同视 域进行综合分析评估，结果如图 4～图 9 所示，图 中（a）、（b）视域选取试样边缘区域，（c）、（d）视域 选取试样中心区域. H M P F S H F S H-1 (a) (b) (c) (d) 50 μm H—Hematite; M—Magnetite; F—Calcium ferrite; P—Pore; S—Silicate 图 4    H-1#烧结矿试样矿相显微结构图. （a）左边缘视域；（b）右边缘 视域；（c）左中心视域；（d）右中心视域 Fig.4    Mineral phase microstructures of the H-1# sinter sample: (a) left edge  view;  (b)  right  edge  view;  (c)  left  central  view;  (d)  right  central view H-1#烧结试样的矿相组成类似，均以磁铁矿 和铁酸钙的熔蚀交织结构为主. H-1#烧结矿试样 褐铁矿质量分数相对较低，为 45%，矿相结构中磁 铁矿多呈它形晶或半自形晶（图 4（a）），铁酸钙多 呈针柱状（图 4（c）），局部有硅酸盐渣相和褐铁矿 分解产生的微球网状赤铁矿，孔隙率较低，渣相多 张国成等： 褐铁矿在烧结工艺中的优化配置 · 45 ·