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摘 要：本文通過研究不同鐵礦粉的同化特性、液相流動性、粘結相強度、鐵酸鈣生成能力等高溫基礎特性，并基于這些基礎特性建立優勢互補的配礦依據，確保生產中的燒結礦高溫性能趨于最優，從而獲得最佳的燒結礦質量。
關鍵詞：鐵礦石；高溫基礎特性；配礦；鐵酸鈣生成
1. 前言
通常的配礦只考慮各種鐵礦石的化學成分，對其冶金性能考慮較少，對燒結有重要影響的高溫基礎特性則考慮得更少。研究不同鐵礦粉的高溫基礎特性，并基于這些基礎特性建立優勢互補的配礦規則，可以確保生產中的燒結礦高溫性能趨于最優，同時保證燒結生產技術經濟指標得到大幅度改善。目前被行業廣泛采用的鐵礦粉高溫基礎特性主要有：鐵礦粉的同化性、液相流動性、粘結相強度、鐵酸鈣的生成能力等。 2. 鐵礦石同化性實驗
鐵礦粉的同化特性就是鐵礦粉在燒結過程中與CaO反應的能力，它表征鐵礦粉在燒結過程中生成液相的難易程度，是燒結礦有效固結的基礎。一般來說，若鐵礦粉的同化性好，則其易于和CaO反應生成鐵酸鈣液相，作為主要粘結相，從而對燒結礦強度的改善有一定的促進作用，燒結礦的強度也較好；若鐵礦粉的同化性不好，則液相量少，不利于鐵礦石的粘結，影響強度。 2.1 采用微型燒結法測定鐵礦粉同化性的方法
（1）將礦粉（磨粉為小于100目，篩粉位小于0.5mm）在壓力機上壓制成8mm×5mm的柱體，分析純CaO粉壓制成20mm×8mm的小餅。 （2）將壓制的礦粉柱體置于室內風干，當微型燒結機升溫至預設溫度后，將礦粉柱體放在CaO小餅上，保持礦粉柱體與CaO表面充分接觸，然后推入微型燒結機中進行焙燒。 （3）推入時每1min推入一段，5min推至管爐熱電偶位置，進行焙燒。燒結機以一定的升溫速率升溫，設定升溫速率為10℃/min。 （4）在電腦中觀察礦粉柱體和CaO小餅接觸面，以接觸面出現明顯的溶蝕現象為開始同化的特征。記錄礦粉達到同化特征時的時間和溫度。 （5）當粉礦與純CaO小餅完全同化后，將其按相反的方向緩慢推出，隔五秒推出一段防止爐管變脆開裂。 2.2 測定鐵礦粉同化性的裝置及實驗結果
達州鋼鐵燒結常用的PB澳粉、巴西BRBF、超特粉、羅伊山粉、智利粗粉、高硅巴粗和龍蟒釩鈦粉七種礦粉的同化性能。其實驗結果見圖2和表1。7種粉礦中同化性高低排序：龍蟒釩鈦粉＞巴西BRBF＞高硅巴粗＞智利粗粉＞PB澳粉＞超特粉＞羅伊山粉；羅伊山粉的同化能力最強，同化溫度（1254℃）最低，表明在燒結過程中易形成液相；龍蟒釩鈦粉的同化能力最差，同化溫度（1359℃）最高，表明在燒結過程中難以形成液相，液相開始生成溫度高，導致燒結過程中產生的液相量過少而降低燒結礦的強度。這跟礦粉的礦物類型和化學成分有關，見表2。 
2.3 鐵礦石同化性分析
鐵礦石的同化性與SiO2、Al2O3、TiO2等含量有關，礦粉的同化是由礦物類型以及化學成分（SiO2、Al2O3、TiO2）等綜合作用的結果。隨SiO2含量的增加，鐵礦粉的最低同化溫度有降低的趨勢，如PB澳粉、羅伊山粉、超特粉；加之超特粉含褐鐵礦比例比PB粉高，燒結過程中由于結晶水的揮發產生氣孔和裂紋，加快低熔點物質的生成，使得同化性能增強。Al2O3含量較低時，隨著Al2O3含量的增加，鐵礦粉的最低同化溫度有降低的趨勢，主要是隨著Al2O3含量的增加，促進了復合鐵酸鈣的生成，礦粉的同化性提高，這就是超特粉同化性比PB澳粉、羅伊山粉低的主要原因。巴西BRBF、高硅巴粗Al2O3低，所以同化溫度較高；高硅巴粗SiO2含量高，易生成低熔點的硅酸鹽，所以相比之下高硅巴粗同化溫度較巴西BRBF低。 另外，TiO2與CaO的結合能力大于Fe2O3與CaO的結合能力，所以反應中釩鈦礦難生成鐵酸鈣系物質，溫度越高越易生成鈣鈦礦，鈣鈦礦熔點1970℃，在燒結過程不能形成液相，這就是龍蟒釩鈦粉同化溫度高，同化時間長的主要原因。 3. 鐵礦石液相流動性
鐵礦粉液相流動特性指鐵礦粉在燒結過程中與CaO生成的液相的流動能力，它表征了鐵礦粉燒結過程生成粘結相的“有效粘結范圍”。一般來說，液相流動性較高時，其粘結周圍的物料的范圍較大，因此可以提高燒結礦的強度;反之，液相流動性過低時，粘結周圍物料的能力下降，導致燒結礦的氣孔增加，使燒結礦的強度下降。但是，粘結相的流動能力不能過大，否則對周圍物料的粘結層厚度會變薄，燒結礦易形成薄壁大孔結構，使燒結礦整體變脆，強度降低，也使燒結礦的還原性變差。由此可見，適宜的液相流動性是保證燒結礦有效固結的基礎。 一般用液相流動性指數來衡量鐵礦石的液相流動性。表征液相流動性指數有多種方法，有基于流動面積的粘度測定法，有同化性測定法?；诹鲃用娣e的粘度測定法即將研究的試樣制成小餅，燒結后測定其投影面積，用下式計算試樣的流動性指數。流動性指數=（小餅流動后面積－小餅原始面積）/小餅原始面積?；谕詼y定法，通過同化溫度區間、同化時間表征其液相流動性。為便于比較，規定流動性指數=100/（同化區間溫度×同化時間），同化時間單位為min。結果見表3。流動性指數越大，流動性越好，同化區間和同化時間越長說明液相流動性越差。反之，同化區間越窄，時間越短說明液相流動性越好。由表3可以看出，巴西BRBF的液相流動性最好，PB粉和超特粉液相流動性適中、羅伊山粉、智利粗粉和高硅巴粗液相流動性較差，龍蟒釩鈦粉液相流動性最差。 
燒結配礦時，要考慮將不同液相流動性的礦粉搭配使用，保證混合料的液相流動性適宜，這對提高燒結成品率和強度具有積極意義。 4. 鐵礦石粘結相強度
粘結相強度指鐵礦石在燒結生產過程中形成的液相對其周圍的礦粉進行固結的能力，它在很大程度上決定了燒結礦的強度。鐵礦粉的燒結過程就是混合料在高溫的作用下，生成一定數量的液相即粘結相將鐵礦粉粘結成塊的過程，所以說，一定條件下，粘結相本身的強度其實對燒結礦的強度有著非常大的影響。足夠的粘結相是燒結礦的固結基礎，但粘結相自身的強度也是非常重要的因素。實驗中以小餅抗壓強度作為該礦粉的粘結相強度。每種鐵礦粉配成二元堿度為2.0的試樣，壓制成Ф22×15mm的圓柱形試樣，在1280℃燒結4min后，測出其抗壓強度，即粘結相的強度，檢測方法見圖3。粘結相強度測定結果列于表4和圖4。 
通入空氣有利于Fe3O4的氧化，促進鐵酸鈣的生成，從測定結果來看，龍蟒釩鈦粉粘結相強度最好、智利粗粉、PB澳粉，羅伊山粉粘結相強度較好；超特粉粘結相強度最差，其次高硅巴粗。 表中數據也表明超特粉、高硅巴粗這些鐵礦粉同化溫度低，液相流動性好，所以粘結相強度差。龍蟒釩鈦粉因同化溫度高，生成液相少，粘結相強度好。另外，通入空氣，有利于將磁鐵礦中Fe3O4氧化成Fe2O3，可提高復合鐵酸鈣生成量和粘結相強度。 
與上面相同，礦粉磨制200目，配入CaO試劑至堿度2.0，1.5g試樣，但不通氣靠自然吸氣，氧化焙燒，測定抗壓強度。檢測結果見表5和圖5。 
在自然吸氣氧化焙燒條件下，依靠馬弗爐周邊的自然吸氣氧化，沒有通入充足空氣，但也能滿足氧化氣氛的需求，更接近生產實際，從礦粉的粘結相強度可以看出，羅伊山粉，智利粗粉具有良好的粘結相強度，巴西BRBF、高硅巴粗粘結相強度較差。由于氧化不充分，龍蟒釩鈦粉粘結相強度下降。 5 鐵酸鈣生成能力
鐵酸鈣生成能力指在燒結生產過程中鐵礦石生成復合鐵酸鈣的能力。在燒結粘結相中，復合鐵酸鈣粘結相是最優的，增加其含量既有利于提高燒結礦強度，又能改善燒結礦還原性。鐵酸鈣生成能力的研究方法是將烘干的各試樣，配加試劑CaO，使堿度達到2.0，然后壓制成Ф22×15mm的小餅，在1280℃焙燒4min，冷卻后制成光片，用礦相顯微鏡進行鑒定。 
由上圖6各試樣礦相可知： （a）PB澳粉：主要為赤鐵礦結晶，未見典型的鐵酸鈣析出。（b）智利粗粉：有殘留的磁鐵礦，有少量的鐵酸鈣析出，空洞明顯。 （c）巴西BRBF：赤鐵礦結晶充分，柱狀鐵酸鈣發育良好。 （d）羅伊山粉：赤鐵礦晶體被鐵酸鈣包裹，未見SFCA結構的鐵酸鈣結晶。 （e）高硅巴粗：赤鐵礦晶體邊界清晰，但內部氧化不完全，鐵酸鈣晶體成鏃出現，但呈現柱狀結構。 （f）超特粉：粒狀的赤鐵礦晶體可見，同時可見粒狀、柱狀和板狀的鐵酸鈣晶體。 （g）龍蟒釩鈦粉：赤鐵礦晶體和磁鐵礦晶體均清晰可見，未見典型的鐵酸鈣結晶，硅酸鹽相多。 6. 結語
燒結基礎特性是鐵礦粉在燒結過程中呈現出的高溫物理性質，它反映了鐵礦粉的燒結行為和作用，亦是評價鐵礦石對燒結礦質量所做貢獻的指標。 評價礦石高溫性能的標準：同化溫度以低為好、液相流動性適中為好、粘結相強度以高為好、鐵酸鈣生成量以多為好。 依據這個標準，可得出以下結論： （1）釩鈦粉同化性差，液相生成少，在燒結過程不易生成鐵酸鈣，所以對燒結礦質量影響大。使用釩鈦粉必須搭配同化溫度低，液相生成量多的鐵礦粉，如羅伊山粉、高硅巴粉等；同時，釩鈦燒結需適當增大風量，促進磁鐵礦的氧化和鐵酸鈣的生成。 （2）在達州鋼鐵骨架礦中，PB粉、智利粗粉同化溫度較低，但鐵酸鈣生成能力較差。巴西BRBF同化溫度較高，但鐵酸鈣生成能力較強。粘結相強度智利粗粉具有明顯優勢。綜合來看，三種礦搭配可有效彌補其性能的不足，適當增加智利粗粉配比，有利于提高燒結礦強度。 （3）非主流礦中羅伊山粉同化溫度較低，粘結相強度高，鐵酸鈣生成能力較強，具有較好的燒結性能。但羅伊山粉粒度粗，大于8mm的達到18.45%，對提高燒結透氣性有利，但粗顆粒的礦石在燒結過程不能完全熔化，也會影響燒結礦的質量，需對其粒度進行控制。 （4）針對釩鈦燒結液相不足的問題，燒結需要較高的堿度，以促進鐵酸鈣的生成。同時，提高生石灰配比、提高熔劑小于3mm比例和降低鐵礦粉大于8mm粒級比例等，都有利于促進鐵礦石的同化和液相的生成。
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