天鋼鐵礦粉高溫特性影響因素研究

孫海寧，林　楊，鄂繼明（天津鋼鐵集團有限公司，天津300301）

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天鋼鐵礦粉高溫特性影響因素研究

孫海寧，林楊，鄂繼明
（天津鋼鐵集團有限公司，天津300301）

[摘要]為探索鐵礦粉高溫特性的影響因素，對天鋼7種鐵礦粉的同化性和液相流動性進行分析研究，結果表明：鐵礦粉的同化性隨MgO含量的增加而降低；在SiO2含量較低時，同化性隨SiO2含量增加而提高，但SiO2達到一定含量后，同化性隨SiO2含量增高而降低，Al2O3對同化性的影響與SiO2相似；鐵礦粉的液相流動性隨溫度的提高而增大，隨MgO含量的增加而降低；在SiO2含量較低時，液相流動性隨SiO2含量增加而提高，但SiO2達到一定含量后，隨SiO2含量增高液相流動性而降低。

[關鍵詞]鐵礦粉；同化性；液相流動性

修回日期：2015-04-03

1　引言

當前我國的鋼鐵生產主要依靠高爐-轉爐-軋機流程，燒結礦占我國高爐含鐵原料的70%左右[1]。燒結礦的質量和性能對高爐生產具有很大的影響，欲提高燒結礦的質量，則需對鐵礦粉的性能進行研究。對于傳統中只針對鐵礦粉的常溫基礎性能進行研究已不能滿足企業的需求，燒結工作者對鐵礦粉的高溫基礎性能研究的重視程度逐漸提高[2]。

鐵礦粉的高溫性能主要指同化性、液相流動性等性能，同化性和液相流動性對鐵礦粉燒結過程中的成礦行為具有很大的影響。鐵礦粉的同化性過低或過高、液相流動性過大或過小均難以獲得產量、質量指標優良的燒結礦[3]。趙志星等人[4]對首鋼所用鐵礦粉的高溫特性影響因素進行研究，研究結果表明，鐵礦粉結晶水、SiO2、Al2O3含量對同化性具有促進作用，溫度、SiO2對鐵礦粉的液相流動性具有促進的作用；劉成松等人[5]對鐵礦粉燒結優化配礦進行研究，結果表明，SiO2、Al2O3的升高有助于提高鐵礦粉的同化性，MgO含量的增加對鐵礦粉的同化性起抑制作用；SiO2、Al2O3含量較低時，鐵礦粉的液相流動性隨其含量的增加而增大，而當SiO2、Al2O3含量超過一定含量，鐵礦粉的液相流動性隨其含量的增加而減小的趨勢。

本文主要針對當前天鋼生產中的鐵礦粉進行高溫基礎性能研究，對其影響因素進行分析，為以后燒結配礦提供理論指導和技術支持。

2　實驗原料

本次實驗所用的7種鐵礦粉均取自天津鋼鐵集團有限公司（后稱天鋼）生產現場，7種鐵礦粉的資源代號分別為OA-OG，其化學成分見表1。

表1　鐵礦粉化學成分/%

從表1可以看出，在7種鐵礦粉中，OD鐵礦粉的鐵含量最高，達到63.26%，OE鐵礦粉中TFe含量最低，僅為47.75%；OF鐵礦粉的TiO2含量較高，達到2.20%，OG礦粉中TFe含量僅為57.71%，而SiO2含量高達7.60%，屬于典型的高硅低鐵礦。

鐵礦粉的同化性反映鐵礦粉在燒結過程中與CaO反應的難易程度，用最低同化溫度表示，鐵礦粉的最低同化溫度越低，表明鐵礦粉的同化性越好；液相生成特性表示鐵礦粉在燒結過程中生成液相的流動能力，即鐵礦粉生成的液相對周圍未熔物的有效粘結范圍，用液相流動性指數來表示鐵礦粉的液相流動性，鐵礦粉的液相流動性指數小，表明鐵礦粉在燒結中生成液相難易流動。本文使用文獻中給出的實驗方法對本文中的7種鐵礦粉進行同化性及液相流動性檢測[6-7]，并分析和探討各種鐵礦粉同化性、液相流動性的影響因素。

3　實驗結果與分析

3.1鐵礦粉高溫性能實驗結果

7種鐵礦粉的最低同化性溫度及1 200、1 240、1 280益三個不同溫度條件下的鐵礦粉液相流動指數結果見表2。

表2　鐵礦粉高溫性能實驗結果

從表2可以看出，7種鐵礦粉的最低同化溫度主要在1 174耀1 315益。其中，OA鐵礦粉的最低同化溫度最低，僅為1 174益，表明在燒結過程中OA鐵礦粉易形成液相；OF鐵礦粉的最低同化溫度高達1 315益，表明在燒結過程中OF鐵礦粉難以形成液相，液相開始生成溫度高，可能導致燒結過程中產生的液相量過少而降低燒結礦的強度。在1 280益下，7種鐵礦粉的液相流動性指數主要在1.49耀8.43之間。其中，OF鐵礦粉的液相流動性指數僅為1.49，表示礦粉的液相流動性過小，造成燒結過程中產生的液相對周圍未熔顆粒的粘結范圍低，造成生成的燒結產物的強度較低，OC鐵礦粉的液相流動性指數高達8.43，表示鐵礦粉的液相流動性過大，造成燒結過程中產生的液相粘結層厚度減薄，而形成薄壁大孔結構，造成燒結礦整體變脆，強度下降[8]。

3.2同化性影響因素分析

影響鐵礦粉同化性的影響因素很多，本文主要探討鐵礦粉的化學成分對同化性的影響。7種鐵礦粉化學成分對同化性的影響主要表現在鐵礦粉的脈石含量，主要包括SiO2、Al2O3、MgO 3個方面，SiO2、Al2O3、MgO 3個因素對鐵礦粉同化性的影響結果如圖1~圖3所示。

從圖1可以看出，SiO2含量較低時，隨著SiO2含量的增加，鐵礦粉的最低同化溫度有降低的趨勢，當SiO2含量超過5.04%時，鐵礦粉的最低同化溫度隨SiO2含量的增加有升高的趨勢。主要由于SiO2含量較低時，隨著SiO2含量的增加，促進鐵礦粉液相的生成，但SiO2含量過高，導致易形成熔點較高的硅酸鹽，鐵礦粉的同化性降低。同時，SiO2含量與鐵礦粉同化性關系的擬合方程為y=11.87x2-117.37x+1 495.50，擬合度R2=0.77。

圖1　SiO2含量與鐵礦粉同化性的關系

圖2　Al2O3含量與鐵礦粉同化性的關系

圖3　M gO含量對鐵礦粉同化性的影響

由圖2可以看出，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，當Al2O3含量超過3.94%，鐵礦粉的最低同化溫度隨Al2O3含量的增加有升高的趨勢，主要由于隨著Al2O3含量的增加，促進復合鐵酸鈣的生成，導致礦粉的同化性提高，但Al2O3含量繼續增加，Al3+不再取代鐵酸鈣中的Fe3+而是直接與CaO生成CaAl2O4，造成鐵礦粉的同化性降低[9]。同時，Al2O3含量與鐵礦粉同化性關系的擬合方程為y=16.87x2-132.99x+1 422.43，擬合度R2=0.84。

從圖3可以看出，隨著MgO含量的增加，鐵礦粉的最低同化溫度有升高的趨勢，MgO含量與鐵礦粉同化性關系的擬合方程為y=24.83x+1 225.71，擬合度R2=0.83。主要因為MgO為高熔點物質，燒結過程中有利于赤鐵礦轉化為磁鐵礦，抑制鐵酸鈣的生成。同時，MgO含量的升高，在高溫反應時形成高熔點的物質，因此，MgO含量的增加導致鐵礦粉的最低同化溫度升高。

3.3液相流動性影響因素分析

影響液相流動性的因素較多，本文主要對溫度及鐵礦粉的化學成分對鐵礦粉的液相流動性進行分析，影響結果如圖4所示。

圖4　溫度對鐵礦粉液相流動性的影響

從圖4可以看出，隨著溫度的增加，鐵礦粉的液相生成特性有逐漸提高的趨勢，其中，OC鐵礦粉從1 200益提高到1 240益，鐵礦粉的液相生成特性指數僅從0.12提高到0.50，變化不大。但鐵礦粉的液相生成特性從1 240益增加到1 280益，特礦粉的液相生成特性指數從0.50增加到8.43，同時OC鐵礦粉的最低同化溫度為1 247益，從1 200益增加到1 240益。OE鐵礦粉的液相生成特性從1.78增加到6.64，但從1 240益提高到1 280益，OE鐵礦粉的液相生成特性從6.64增加到6.80，變化幅度較小。OE鐵礦粉的最低同化溫度為1 220益，表明溫度低于鐵礦粉的最低同化溫度，鐵礦粉的液相生成特性隨溫度的增加變化不大。當溫度超過鐵礦粉的最低同化溫度時，鐵礦粉的液相生成特性增加幅度變大，但達到一定溫度后，鐵礦粉的液相生成特性變化不大，主要是由于溫度低于鐵礦粉的最低同化溫度時，隨著溫度的提高，鐵礦粉產生的液相量幾乎不產生變化，溫度達到鐵礦粉的最低同化溫度之后，隨著溫度的提高，產生的液相量增加，同時溫度升高產生的液相粘度降低，增加液體的流動性[10]。

圖5　SiO2含量對鐵礦粉液相流動性的影響

由圖5可以看出，當SiO2含量較低時，隨著SiO2含量的提高，鐵礦粉的液相流動性有提高的趨勢，SiO2含量超過5.07%之后，隨著SiO2含量繼續提高，鐵礦粉的液相流動性有降低的趨勢，主要由于SiO2含量較低時，隨著SiO2含量的增加，鐵礦粉的液相生成溫度降低，產生液相的過熱度提高，導致液相粘度降低，增加液相的流動性，SiO2含量超過一定水平后，在一定的堿度條件下，SiO2含量的升高伴隨著CaO的配加量，可能導致液相的粘度增加，導致液相的流動性降低[11]。同時，SiO2含量與鐵礦粉在1 280益下的液相生成特性擬合方程為y=-0.67x2+6.79x-8.96，擬合度R2=0.91。

由圖6可以看出，隨著MgO含量的增加，鐵礦粉的液相流動性有降低的趨勢，主要由于MgO含量的增加，導致燒結液相產生的溫度增加，產生的液相過熱度降低，液相的粘度增高，造成液相的流動性降低[12]。同時，MgO含量與鐵礦粉在1 280益下的液相生成特性擬合方程為y=-0.20x2-0.90x+ 7.18，擬合度R2=0.83。

4　結論

對天鋼7種鐵礦粉的同化性和液相流動性進行測量并分析，得出以下結論：鐵礦粉的同化性隨著SiO2與Al2O3的含量增加呈現出先增大后降低的趨勢，同化性與MgO含量呈負相關的關系。鐵礦粉的液相流動性隨著溫度的增加而增大，尤其溫度超過鐵礦粉的液相開始之后，鐵礦粉的液相流動性增加幅度較大，但溫度繼續增加，鐵礦粉的液相流動性變化不大。鐵礦粉的液相流動性隨著SiO2含量的增加有先增大后降低的趨勢，鐵礦粉的液相流動性隨著MgO含量增加而減小的趨勢。

圖6　M gO含量對鐵礦粉液相流動性的影響

參考文獻

[1]王筱留.鋼鐵冶金學（煉鐵部分）[M].北京：冶金工業出版社，1991：3.

[2]李立芬，張淑會，呂慶，等.燒結配礦的研究現狀及展望[J].鋼鐵研究學報，2013，25（9）：1-5.

[3]吳勝利，戴宇明，DauterO liveira，等.基于鐵礦粉高溫特性互補的燒結優化配礦[J].北京科技大學學報，2010，32（6）：719-724.

[4]趙志星，裴元東，潘文，等.首鋼鐵礦粉的高溫特性影響因素分析[J].鋼鐵，2010，45（12）：12-16.

[5]劉成松，李京社，高雅巍，等.鐵礦粉燒結優化配礦的試驗[J].鋼鐵，2013，48（10）：6-11.

[6]吳勝利，劉宇，杜建新，等.鐵礦粉與CaO同化能力的試驗研究[J].北京科技大學學報，2002，24（3）：258-261.

[7]吳勝利，杜建新，馬洪斌，等.鐵礦粉燒結液相流動特性[J].北京科技大學學報，2005，27（3）：291-293.

[8]施思強，李家新，龍紅明，等.馬鋼鐵礦粉燒結優化配礦實驗研究[J].安徽工業大學學報（自然科學版），2013，30（4）：351-355.

[9]尹嘉清.鐵酸鈣固相生成及氧化鋁在其中的溶解動力學[D].重慶：重慶大學，2013.

[10]李光森，金明芳，姜鑫，等.燒結礦粘結相流動性的研究[J].中國冶金，2008，18（5）：20-23.

[11]伊鳳永，李福民，孫愷，等.混合礦燒結基礎性能與化學成分間的關系[J].燒結球團，2013，38（2）：1-5.

[12]劉東輝，呂慶，孫艷芹，等.鐵礦粉基礎特性對燒結礦性能的影響[J].鋼鐵研究學報，2013，25（11）：29-34.

Study on FactorsInfluencing High Tem perature Characteristicsof Iron FineatTISCSUN Hai-ning,LIN Yangand E Ji-ming

(Tianjin Iron and SteelGroup Co.,Ltd.,Tianjin 300301,China)

AbstractIn orderto explore the factors influencing high temperature characteristics ofiron fine,analysis and studywerecarried outon theassimilabilityand liquid phasefluidityofseven iron finesapplied to Tianjin Iron and SteelGroup Company Limited (TISC).Resultsshowed the assimilability ofiron fine decreased with the increase ofMgO content.Itincreased with the increase ofSiO2contentwhen SiO2contentwas low but decreased with the increase of SiO2contentwhen SiO2contentreached a certain level.Al2O3has similar influence on assimilability.The liquid phase fluidity ofiron fine increased with the increase oftemperature and decreased with the increase ofMgO content.Itincreased with the increase ofSiO2contentwhen SiO2contentwaslow butdecreased with theincreaseofSiO2contentwhen SiO2contentreached acertain level.

Key wordsiron fine;assimilability;liquid phasefluidity

收稿日期：2015-03-15

doi：10.3969/j.issn.1006-110X.2015.04.011

作者簡介：孫海寧（1982—），男，黑龍江人，工程師，主要從事燒結原料技術工作。