為應對不斷增長的鋼鐵需求和減排二氧化碳的有關要求，需要不斷強化高爐的高利用系數和低還原劑比操作技術。為實現這一目標，必須提高主要原料燒結礦的強度和還原性。但是，近年來鐵礦石品質逐漸惡化，需要確立應對鐵礦石性能變化的高品質燒結礦生產技術。本文總結了JFE鋼鐵高品質燒結礦生產技術的變遷，提出了今后的研究方向。

在燒結礦的生產工藝中，一般是將鐵礦石和副原料（石灰石）、焦粉、返礦（高爐不能使用的5mm以下的燒結礦粉）混合制成顆粒，然后裝入燒結機生產塊狀物。燒結礦結構的主體是由Fe₂O₃、CaO、SiO₂和Al₂O₃等脈石構成的多元系鐵酸鈣（以下稱SFCA：Silico-Ferrite of Calcium and Aluminum）和渣的基質。在提高燒結礦的強度方面，從礦物結構控制角度，提高高強度原礦赤鐵礦（一次赤鐵礦）的殘留和促進高強度SFCA的生成是有效措施。另一方面，從氣孔控制角度，降低與粉化密切的直徑1-5mm的氣孔是有效提高強度方法。在提高還原性（RI）方面，提高高還原性的一次赤鐵礦殘留和促進高還原性SFCA的生成有助于還原性。同時，保證作為還原氣體通路的直徑500μm以下的氣孔的存在非常重要。

表1是JFE鋼鐵燒結技術的變遷歷程。大量使用致密質赤鐵礦時，常規方法是將全部原料進行均勻混合制粒（A）。從20世紀80年開始，為了在燒結工藝中大量使用高鐵分球團料（PF），開發了混合制粒燒結礦工藝（HPS：Hybrid Pelletized Sinter）（B），并引入到福山廠5#燒結機。其后，為了應對澳大利亞產豆狀礦使用量的增加，開發了（C）石灰石、焦粉包覆技術，并依次引入到倉敷廠、福山廠和千葉廠的燒結機。該項技術是防止在燒結過程中由于豆狀礦的多孔質化而引起熔融同化和熔液流動性降低。其后，開發了城市煤氣燒成技術（D）。在該項技術中，目標是低溫的燒結化反應，促進強度和還原性優越的原礦殘留和SFCA組織形成，以保證微細氣孔為特征。

HPS燒結技術的目標是借鑒球團生產操作中的外部熱量形成結合結構，其特征是強化鐵礦石的制粒和外部包覆作為熱源的焦粉，部分生成鐵酸鈣熔液，可以實現高還原性的一次赤鐵礦主體的擴散結合結構，圖1是工藝流程。為了強化制粒，采用了圓盤式制球機，在后段引入了包覆焦粉用的轉鼓式攪拌機。在福山廠5#燒結機，將PF配比率增加到50%-55%，獲得高RI：70%-75%，低RDI：35%-40%的塊礦，燃料比從43kg/t降至37kg/t。福山廠5#高爐使用HPS工藝生成的燒結礦，在礦比固定條件下，高爐還原劑比降低了約12kg/t。

圖2是采用石灰石、焦粉包覆制粒技術時準顆粒和燒結礦組織結構情況。包覆石灰石的目的是抑制多孔質的鐵礦石顆粒與石灰石熔融同化，通過改善熔液流動性來改善透氣性。通過具有高還原性的一次赤鐵礦的殘留，借助高強度SFCA黏結作用，以達到高還原性和高收得率。外部包覆焦粉的目的是通過改善燃燒性實現低熱量燒結，實現一次赤鐵礦的微細氣孔大量殘留，提高還原性。在鐵礦石顆粒物表面，包覆焦粉和石灰石制粒，形成的準顆粒以向外側偏析為特征。外部包覆石灰石和焦粉，抑制了還原性差的磁鐵礦的生成，通過促進一次赤鐵礦和SFCA生成，提高化學反應速度常數。由于保證了微細氣孔，有效擴散系數也增加，提高了還原性。用Rist模型分析工業高爐使用效果，高爐還原劑比可降低7kg/t。

4.1氫系氣體燃料噴吹技術

燃料噴吹技術目的是通過噴吹氣體控制燒結加熱模式，實現低溫燒結。在燒結過程點火后，從燒結料床上方噴吹少量的城市煤氣或富氧。圖3是實驗室試驗的點火后600s的燒結料層內溫度分布的比較。在常規燒結過程中，雖然存在1400℃以上的更高溫區域，但1200℃以上的溫度區域狹窄；在噴吹城市煤氣（LNG  0.4 vol.%）條件下，盡管最高溫度降低，但1200℃以上的高溫保持時間延長了。這是由于城市煤氣中主要成分甲烷氣體在下降到焦粉燃燒位置前的低溫帶（650-750℃）開始燃燒，使得燃燒場向燒結料床上方擴大的結果。圖4是采用該方法獲得的燒結礦中氣孔直徑的分布情況。直徑1μm以下的氣孔殘留要比常規方法多。這是因為由于最高溫度降低，鐵礦石本身的致密化被抑制，一次赤鐵礦中的微細氣孔更多地殘留下來。微細氣孔的增加有助于提供還原性。在京濱廠1#燒結機的實際操作中，燒結礦還原性改善了4%。

4.2氣體燃料和氧并用噴吹技術

為了進一步改善碳氫化合物氣體的使用技術，開發了城市煤氣和富氧組合使用的技術。將城市煤氣和氧氣組合噴吹，由于富氧，焦粉燃燒位置進一步移向燒結料床下層一側。另一方面，氣氛氧濃度上升，城市煤氣的燃燒速度加快，與常規方法相比，城市煤氣燃燒位置向上方移動。其結果，與單純噴吹城市煤氣技術相比，進一步延長高溫保持時間的燃燒控制成為可能。圖5是常規方法（T1）、噴吹城市煤氣（T2）和城市煤氣+富氧（T4）三種情況下礦物組織的X射線衍射定量檢測結果。鐵酸鈣系結構全部作為CF顯示。在T4中，赤鐵礦和CF組織增加，磁鐵礦和非晶態渣減少。赤鐵礦結構增加的原因是隨著氧濃度的增加，赤鐵礦的還原反應和熱解離反應被抑制，赤鐵礦穩定了。此外，CF組織的增加認為是隨著赤鐵礦的穩定化，以其為主要成分的CF大量生成的結果。將該項技術用于工業燒結機，在產量一定的條件下，燒結礦強度改善了1.2%。

為了生產高品質燒結礦，JFE鋼鐵開發了各種燒結預處理技術，實現了低溫燒結。到目前為止，鐵礦石的趨勢是致密質赤鐵礦→豆狀礦→馬拉曼巴礦→高品位微粉礦（球團料、濃縮料），但今后是怎樣的礦石性狀很難預測。隨著細粉原料和低品位礦石的開發應用，需要確立應對不同資源條件的原料處理技術?；贏l₂O₃、SiO₂對燒結礦結構形成的影響，以及副原料中MgO等的影響，有必要開發為提高強度和還原性的預處理技術和燒成技術。燒結礦是半熔融組織，未熔融部分和熔融部分的功能有很大的差異。其中，未熔融部分在很大程序上依存于鐵礦石原礦的性狀，很難積極地改變性狀，但關于熔融相生成的SFCA，期待通過成分設計和氣氛控制等措施以實現控制其結構和生成行為。