FeO對燒結礦影響的研究

雷仕江，杜 東 ，聶 禮，張東升，鄧植丹，易正明

（1.水城鋼鐵集團有限公司，貴州六盤水 553000；2.武漢科技大學，湖北武漢 430081）

前言

隨著鋼鐵冶金技術的發展，鋼鐵企業越來越重視“鐵前”工作，企業生產從簡單的提升產量為目標，變為以提高燒結礦冶金性能、改善爐料質量、降低高爐煉鐵燃耗等為目標。而燒結礦中的FeO含量是影響燒結礦各項性能指標的重要因素之一，控制FeO含量在適當水平可以提高燒結礦質量。燒結礦中的FeO含量對燒結礦性能有雙重影響，過高或過低的FeO含量均不利于燒結[1]。高FeO含量的燒結礦還原性差，會影響高爐順利運轉，不符合冶煉過程需要；低FeO含量的燒結礦易粉碎，冷態強度差，會影響高爐透氣性，不利于冶煉、礦產質量及冶金性能[2]。燒結生產原料中對燒結礦FeO含量有影響的因素眾多，主要有MgO含量、SiO2含量、二元堿度和燃料配比等[3]。筆者針對不同FeO含量的燒結礦進行了冷強度和冶金性能的研究。

1 不同FeO含量對燒結礦冷強度的影響

如表1所示，當堿度R=1.8時，在燃料配比為4.0%的基礎上增加燃料配比時，FeO的含量明顯升高，從7.87%升高至12.08%。根據該試驗結果可以驗證，當燃料配比提高1%時，FeO的含量將升高1%～2%。

表1 不同FeO含量燒結礦的部分指標

由表1可知，在一定堿度與料層高度下，隨著燒結礦中FeO含量的上升，轉鼓強度、成品率均出現了先上升、后下降的趨勢。同時，隨著FeO含量上升，垂直燒結速度逐漸下降。其主要原因是通過增加配碳（燃料）的方法調整FeO，配碳增加后，燒結溫度上升、燒結熱量充足，出現還原性氣氛，導致FeO上升而使得燒結指標改善，但隨著配碳的繼續上升，還原性氣氛增強，FeO繼續上升，燃燒帶變寬，熱量過剩產生過熔，燒結阻力增加，垂直燒結速度下降，燒結礦結構也由FeO低時的疏松、細孔厚壁結構變化到FeO高的致密堅硬、大孔薄壁結構[1]。

圖1 不同FeO含量對燒結礦冷強度的影響

圖1 為堿度R=1.8時的實驗結果，在w（FeO）為8.8%～9.1%時，燒結礦冷強度的各個指標均處在較好的水平，但FeO含量繼續上升時，燒結礦的轉鼓強度和利用系數開始出現下降趨勢。在本實驗中，當w（FeO）達到10%時，燒結礦的轉鼓強度開始變差，成品率開始降低。

2 不同FeO含量對燒結礦冶金性能的影響

2.1 還原度

由表2和圖2中的實驗數據可知，隨著燒結礦中FeO含量的上升，還原度逐漸降低且變化很大。當 w（FeO）為 7.56%時，RI=81.61%。當 w（FeO）為11.56%時，RI=73.53%。還原度隨FeO含量增加逐漸降低的主要原因是，燒結礦中的FeO含量通常是根據Fe2+的含量經過換算得出，而Fe2+的來源較多，例如鈣鐵橄欖石（CaO·FeO·SiO2）、橄欖石（2FeO·SiO2）、磁鐵礦（Fe3O4）等，隨著燒結礦中 FeO 含量的上升，上述礦石質量分數均會有一定增加，而赤鐵礦和鐵酸鈣的含量將會減少，根據燒結礦中礦物還原難易程度知：赤鐵礦、磁鐵礦、二元鐵酸鈣、鐵酸一鈣等容易還原，鐵鈣橄欖石、橄欖石是難還原的礦物。因此FeO含量引起的上述各成分含量的變化將使得還原性大幅降低。此外，當燒結礦中FeO含量上升時，將影響燒結礦的結構，減少燒結礦的氣孔率，這也將影響到燒結礦的還原性[1]。

2.2 低溫還原粉化性能

由表2和圖2中實驗數據可知，隨著燒結礦中FeO含量的上升，低溫還原粉化率(＞3.15 mm%)上升很快，w（FeO）為7.56%時RDI=71.05%，w（FeO）為11.56%時RDI=77.43%。說明燒結礦中FeO含量越高，低溫還原粉化性能越好；燒結礦中FeO含量越低，低溫還原粉化性能越差。造成該現象的主要原因是：升溫過程中氧化生成的片狀、粒狀Fe2O3，磁鐵礦在氧化形成的骸晶狀菱形Fe2O3，升溫到Fe2O3與液相反應后凝固而形成的斑狀Fe2O3，赤鐵礦-磁鐵礦固溶體析出的細晶包Fe2O3，在還原過程中由于α-Fe2O3到Fe3O4的相轉變，其中骸晶狀菱形Fe2O3產生異常粉化，體積膨脹，在骸晶狀赤鐵礦晶粒周圍形成了一層裂紋多、強度較差的碎裂帶，使得粉化率增加。

表2 不同FeO含量對燒結礦還原性和低溫還原粉化性能的影響

圖2 不同FeO含量對燒結礦冶金性能的影響

2.3 熔滴性能

熔滴性能在燒結礦冶金性能中最重要，熔滴帶阻力損失約占高爐總阻力損失的60%[8]，通常要求燒結礦的開始熔滴溫度要高，熔滴區間要窄。就用于衡量熔滴性能的指標來說，熔滴性能總特性（S）通常要優于熔滴區間（ΔT=Td-Ts），因為熔滴性能總特性S包括了溫度區間（ΔT）和壓降大小（ΔP=ΔPm-ΔPs），為50×9.8 Pa，ΔPm為最大壓差，單位：Pa；S 值越小，熔kPa·℃。

實驗結果熔滴性能測定見表3。由表3中的實驗數據可以分析得出：（1）隨著燒結礦中FeO含量的不斷提高，燒結礦的軟化開始溫度從1065℃上升至1099℃。軟化終了溫度從1263℃上升至1268℃，整體來看變化較小。燒結礦的軟化區間由198降低至169，區間逐漸變窄。以上結果表明，增加燒結礦中FeO的含量可以使得燒結礦軟化開始溫度有一定上升，并且可以使得軟化區間寬度下降。（2）隨著燒結礦中FeO含量的不斷提高，燒結礦的滴落溫度在1502℃～1509℃之間變化，溫度變化差值為7℃。滴落區間在220℃～224℃之間變化，溫度變化差值為4℃。以上兩項的溫度變化差值均為較小指標，說明燒結礦中的FeO含量升高，對于滴落區間的性能影響較小。（3）隨著燒結礦FeO含量的提高，燒結礦最大壓差值和熔滴性能總特性值趨于減小，說明提高FeO含量可以改善軟熔層的透氣性。

表3 不同FeO含量對燒結礦熔滴性能的影響

3 結束語

燃料配比每增加1%，燒結礦FeO含量增加1%～2%，而隨著FeO的上升，還原度幾乎呈直線下降，但FeO越高則低溫還原粉化性能有所改善，建議在能夠保證燒結礦冷強度、冶金性能與熔滴性能的基礎之上，適當地降低燒結礦中FeO的含量，以提高燒結礦還原性，為生產優質燒結礦創造條件。