改善烧结矿低温还原粉化研究
【摘 要】本文结合国内外以及包钢有关改善烧结矿RDI指数的研究，就烧结矿碱度、烧结矿MgO含量、FeO含量、Al2O3
含量以及喷洒CaCl2对烧结矿RDI指数的影响进行了全面分析。结果表明：随烧结矿的Al2O3含量升高、MgO含量降低或FeO含量降低，烧结矿的RDI指标变差；而喷洒CaCl2溶液对改善烧结矿RDI效果明显。
【关键词】烧结矿 RDI Al2O3 CaCl2 碱度
1.前言
烧结矿在高炉的低温区会发生低温还原粉化现象，它是烧结矿冶金性能的一项重要指标。RDI升高或波动直接影响高炉料柱的透气性并增加炉顶吹出量。因此，烧结矿的低温还原粉化性能受到国内外的广泛关注。
通常采用增加烧结矿成品中的FeO或MgO量，或减少烧结矿中AL2O3，TiO2量来改善烧结矿的低温还原粉化性能(RDI)。但这些措施往往达不到目的，在某些情况下反而带来反作用。西德矿石准备研究所于1985年首次提出了使用卤化物以改善烧结矿低温还原粉化性能(RDI)的新工艺，1991年武钢在实验室试验的基础上进行了烧结矿表面喷洒CaCL2的工业性试验，并开始应用于工业生产，取得显著效果。
包钢随着生产规模的不断扩大，外矿配比升高、FeO、料层、点火强度等指标的变化，烧结矿RDI迅速恶化，由前几年的10%（-3.15mm）左右，增加到40%（-3.15mm）左右，已严重影响到高炉的顺行高产。
2.AL2O3对烧结矿RDI的影响
为研究烧结矿Al2O3含量对烧结矿RDI指数的影响，分别取备了不同Al2O3含量的各种含铁料，通过搭配分别烧制了不同Al2O3含量的烧结矿，烧结矿的Al2O3含量完全由澳矿配比的不同来调节。烧结工艺参数控制为：料层550mm，负压9800Pa,烧结矿碱度为2.0，MgO含量为2.0%。试样烧制控制返矿内配比例为30%，并考虑返矿平衡，返矿平衡系数控制在1.0±0.05。不同Al2O3含量烧结矿的RDI指数具体数据见图1。
烧结矿RDI(-3.15mm)（%）252015105000.20.40.60.81烧结矿Al2O3含量（%）1.21.4y = 8.6213x - 1.9834x + 8.809R2 = 0.99952图1 烧结矿Al2O3含量对RDI的影响
从 图1中的数据和回归关系式可以看出：烧结矿的RDI与其Al2O3含量相关性很好，随烧结矿Al2O3
含量的升高，其RDI明显恶化。从控制烧结矿RDI考虑，应尽可能控制烧结矿的Al2O3含量，以保证烧结矿的RDI能够满足高炉冶炼的要求。
3.烧结矿碱度对烧结矿RDI指数的影响
本次研究依据包钢当前的烧结配料和烧结矿化学组成情况，其工艺参数及除碱度以外的化学组成如前述。随烧结矿碱度变化，其RDI的变化情况见图2。
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3530)%(25)mm5201.315-(ID10R500.81.11.4R1.72.12.5
图2 RDI随烧结矿碱度的变化
从图2中的数据可以看出：
3.1 随烧结矿碱度的变化，烧结矿FeO也在变化，这是因为随烧结矿碱度的提高，烧结矿的矿物组成发生了变化，磁铁矿比例减少，铁酸钙比例增多；
3.2 随烧结矿碱度逐渐提高，烧结矿的RDI也随之变差，在碱度1.7左右RDI有一个峰值，随碱度的进一步升高，RDI又有所降低；
3.3 造成烧结矿RDI随其碱度变化的主要原因是烧结矿的矿物组成发生了变化，磁铁矿比例减少，铁酸钙比例增多，在碱度1.7左右，烧结矿矿物组成比较复杂，微观结构不均匀，结构应力较大所致。
烧结矿矿物组成随碱度的变化见表1。
表1 不同碱度烧结矿矿物组成（%） 烧结矿碱度 0.8 1.1 1.4 1.7 2.1 2.5 磁铁矿 75 73 69 62 53 46 赤铁矿 2 2 5 8 1 7 铁酸钙 少量 10 33 32 硅酸二钙 1 3 4 6 玻璃 23 25 25 17 9 9 枪晶石、钙铁橄榄石、黄长石及残余熔剂等 其它 碱度0.9、1.1和1.4的烧结矿均为磁铁矿和玻璃相构成的典型的斑状结构；碱度1.7的烧结矿以磁铁矿和铁酸钙构成的熔蚀结构为主，其间夹杂较多的玻璃相；碱度2.1的烧结矿以磁铁矿和铁酸钙构成的熔蚀交织结构为主，整体结构较均匀；碱度2.5的烧结矿以磁铁矿和铁酸钙构成的熔蚀交织结构为主，但整体结构不均匀，局部出现了铁酸钙、磁铁矿和硅酸二钙富集区。
4.烧结矿MgO含量对烧结矿RDI指数的影响
依据包钢当前的实际生产情况，本次研究将烧结矿的MgO含量设定在1.6-3.5%之间，烧结配料采用80%混合精矿+20%澳矿的含铁料，烧结矿碱度控制在2.0左右，烧结矿SiO2含量控制在4.8%左右，通过调节白云石的配比来调节烧结矿的MgO含量。试样烧制控制返矿内配比例为30%，并考虑返矿平衡，返矿平衡系数控制在1.0±0.05。烧结工艺参数为：料层550mm，负压9800Pa。
烧结矿MgO含量对其RDI的影响数据见图3。
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30烧结矿RDI(-3.15mm)(%)25201510501.5y = 20.184x4 - 216.98x3 + 865.96x2 - 1525.9x + 1012.6R2 = 0.997722.533.54烧结矿MgO含量（%）图3 RDI随烧结矿MgO含量的变化
从图3中的数据趋势分析：
4.1 随烧结矿MgO含量的升高，其RDI指数有明显变好的趋势，而且在MgO含量接近2.0%左右时有一个明显的拐点；
4.2 根据以往的研究结果，这是由于MgO矿化于烧结矿中。其一固熔于磁铁矿中，形成含镁磁铁矿，并增加了磁铁矿的稳定性，从而减少了赤铁矿在烧结矿中的比例；其二，固熔于硅酸二钙中使其稳定，进一步减少粉化；
4.3 鉴于本次研究的结果、以往的研究结果和国内外的相关研究，为保证烧结矿的RDI指标及其它质量指标，烧结矿MgO含量应控制在2.0%左右。
5.烧结矿FeO含量对烧结矿RDI指数的影响
烧结矿FeO含量对烧结矿RDI指数的影响，在不同的烧结配料和工艺参数下，可能会表现出不完全一致的相关关系。本次研究的烧结矿试样均取自一烧的E6皮带，通过多次取样和化学分析，最终确定六组烧结矿试样，其FeO含量和RDI指数的变化见图4。
50RDI(-3.15mm)(%)4540353025205y = -0.7378x + 18.289x - 151.53x + 447.93R2 = 0.998632678烧结矿FeO含量（%）910图4 烧结矿RDI随其FeO含量的变化
从图4中的数据、回归公式以及曲线图形分析：随烧结矿FeO含量升高，烧结矿RDI指标改善。由于试样为实际生产烧结矿，其数据分析对实际生产指导性和参考价值很高。按以上数据分析，包钢目前烧结矿的FeO含量应控制在8.0%左右，该参数的确定对于维持烧结矿足够的转鼓强度同样意义重大。
6.CaCL2对烧结矿RDI的影响
6.1 实验原料
为保证烧结矿试样的代表性，本次研究的烧结矿分别取自一烧、二烧和三烧，总重量达到120Kg以上，
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中和混匀后用于实验研究。其化学组成见表6。CaCl2溶液取自生产实际用工业CaCl2溶液，其浓度为30%左右，在实验室稀释到3%。
表2 烧结矿化学组成 TFe 54.10 FeO 9.07 CaO 11.46 SiO2 5.58 MgO 1.83 Al2O3 1.36 S 0.082 P 0.058 K2O 0.203 Na2O 0.155 F 0.214 R 1.997 6.2 实验方案
1#：空白实验（实际生产烧结矿，低温还原粉化）；
2#：制样后喷洒浸泡溶液量1/4（16Kg/t）的3%浓度CaCl2溶液； 3#：制样后喷洒浸泡溶液量2/4（32Kg/t）的3%浓度CaCl2溶液； 4#：制样后喷洒浸泡溶液量3/4（48kg/t）的3%浓度CaCl2溶液；
5#：制样后浸泡3%浓度CaCl2溶液（实际测算，浸泡溶液量相当于每吨烧结矿喷洒64公斤3%浓度的CaCl2溶液）；
6#：实际生产烧结矿浸泡3%浓度CaCl2溶液后进行高温性能制样；
7#：喷洒浸泡溶液量的1/4（16Kg/t）的3%浓度CaCl2溶液后，进行高温性能制样； 8#：制样后喷洒8kg/t的3%浓度CaCl2溶液； 9#：制样后喷洒5kg/t的3%浓度CaCl2溶液； 10#：制样后喷洒2Kg/t的3%浓度CaCl2溶液； 11#：制样后喷洒6Kg/t的1%浓度CaCl2溶液。 6.3 实验结果及分析
首先进行了烧结矿（制样后）浸泡CaCl2溶液实验，得出浸泡溶液量为64Kg/t烧结矿，进而得出2#、3#和4#的喷洒量分别为8g/500g试样、16g/500g试样和24g/500g试样，并进行了喷洒实验。随后进行了6#和7#实验。实验结果（见下表）表明：喷洒CaCl2溶液对抑制烧结矿低温还原粉化效果非常明显，保证足够的CaCl2溶液喷洒量足以保证烧结矿基本不发生低温还原粉化。但也显现出一些问题，喷洒量与实际生产相差过大，随之进行了8#、9#、10#和11#实验，具体结果见下表。
表3 喷洒CaCl2溶液对烧结矿RDI指数的影响 编号 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8# 9# 10# 11# +6.3mm(%) 46.8 95.9 97.8 98.5 98.9 96.3 85.1 84.4 67.2 67.1 54.9 6.3-3.15mm(%) 19.1 1.6 1.0 0.8 0.5 1.5 6.0 5.6 12.0 11.8 16.1 3.15-0.5mm(%) 23.2 1.5 0.7 0.3 0.3 1.2 5.5 6.5 12.3 13.1 17.9 -0.5mm(%) 10.9 1.0 0.5 0.4 0.3 1.0 3.4 3.5 8.5 8.0 11.1 -3.15mm(%) 34.1 2.5 1.2 0.7 0.6 2.2 8.9 10.0 20.8 21.1 29.0 从表8中的数据分析，可以得出以下结论：
6.3.1 喷洒CaCl2溶液对抑制烧结矿低温还原粉化效果非常明显，保证足够的CaCl2溶液喷洒量，就足以保证烧结矿基本不发生低温还原粉化；
6.3.2 从5#和6#试样的RDI测试结果看，保证足够的CaCl2溶液喷洒量，即使经过运输和摔打后，仍足以保证烧结矿进入高炉后基本不发生低温还原粉化；
6.3.3 从低喷洒量的8#、9#、10#和11#试样测试结果来看，随喷洒量的减少，其对烧结矿RDI的抑制作用也随之降低，喷洒量降到一定程度后，其抑制作用已经十分微弱；
6.3.4 依据本次实验研究结果以及宝钢和梅钢的应用情况，建议包钢喷洒CaCl2溶液的工艺参数为：CaCl2溶液浓度为2.0-3.0%，喷洒量为4.0-5.0Kg/t。
7.结论
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7.1 烧结矿的RDI与其Al2O3含量相关性很好；随烧结矿Al2O3含量的升高，其RDI显著恶化。从控制烧结矿RDI考虑，应尽可能控制烧结矿的Al2O3含量，以保证烧结矿的RDI能够满足高炉冶炼的要求。
7.2 随烧结矿碱度逐渐提高，烧结矿的RDI也随之变差，在碱度1.7左右RDI有一个峰值，随碱度的进一步升高，RDI又有所降低；这是因为随烧结矿碱度的提高，烧结矿的矿物组成发生了变化，磁铁矿比例逐渐减少，铁酸钙比例逐渐增多，在碱度1.7左右，烧结矿矿物组成比较复杂，微观结构不均匀，结构应力较大所致。
7.3 随烧结矿MgO含量的升高，其RDI指数有明显变好的趋势，而且在MgO含量接近2.0%左右时有一个明显的拐点；鉴于本次研究的结果、以往的研究结果和国内外的相关研究，为保证烧结矿的RDI指标及其它质量指标，烧结矿MgO含量应控制在2.0%左右。
7.4 随烧结矿FeO含量升高，烧结矿RDI指标改善。由于本次研究试样为实际生产烧结矿，其数据分析对实际生产指导性和参考价值很高。按以上数据分析，包钢目前烧结矿的FeO含量应控制在8.0%左右，而且该参数的确定对于维持烧结矿足够的转鼓强度同样意义重大。
7.5 喷洒CaCl2溶液对抑制烧结矿低温还原粉化效果非常明显，保证足够的CaCl2溶液喷洒量，就足以保证烧结矿基本不发生低温还原粉化，即使经过运输和摔打后，仍足以保证烧结矿进入高炉后基本不发生低温还原粉化。
参考文献
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