澳系鐵礦石綜合性能研究與分析

張洪亮

（安陽鋼鐵股份有限公司）

0 前言

安鋼目前在用鐵料品種比較多，澳系鐵礦石[1]更是安鋼燒結原料常用礦種，以前對礦石的評價多集中在化學分析、粒度組成等方面，而對礦石基礎特性、礦物組成及微觀結構、鐵礦石在燒結過程的高溫行為及燒結礦礦相研究較少。筆者重點研究了安鋼常用澳系鐵礦石及其單燒燒結礦的礦物組成和顯微結構[2]，分析了其變化特征，進而對燒結礦的性能和質量進行了判斷，了解了礦物組成及顯微結構與宏觀性能的相互關系，從而改善了燒結礦質量，促進了高爐順行，達到了結構降本的效果。

1 澳礦系鐵料的理化性質

試驗所用樣品全部取自現場，經烘干制樣后送化驗室分析，目前安鋼在用的主要澳礦系品種的理化性質見表1。

表1 安鋼在用礦石化學成分 %

從表1可以看出，安鋼常用澳系鐵礦石的硅含量一般在3.5%～6.5%之間，鋁含量普遍較高，含鐵品位在57%～63%之間。燒損值均為正，說明澳礦系大多都是含結晶水的褐鐵礦，其中國王粉、楊迪粉和超特粉的燒損都比較大，是典型的含結晶水比較多的褐鐵礦[3]。

2 礦石基礎特性試驗

試驗以在氮氣氣氛下的焙燒過程模擬實際燒結過程的燃燒帶及其以前部分，以在空氣氣氛下的焙燒過程模擬相應的高溫氧化帶及其以后部分。試樣的同化性[4]以“同化溫度”表示，試樣的液相流動性[5]以“流動性指數”表示。澳礦系礦石同化溫度和流動性指數試驗結果見表2。燒損對澳礦系礦石同化溫度的影響如圖1所示。SiO2對澳礦系礦石液相流動性的影響如圖2所示。

從圖1和表2可以看出，楊迪粉、超特粉和國王粉的同化溫度較低，同化性能較好，其中楊迪粉的同化溫度不到1 200 ℃，僅為1 166 ℃，這與三種礦的燒損大、結晶水含量高有直接關系；PB粉的同化溫度為1 258 ℃，居中；紐曼粉和津布巴的同化溫度稍偏高，大于1 270 ℃。礦石的同化溫度與其燒損大致呈負相關的關系。

從圖2和表2可以看出，楊迪粉和超特粉的流動性最好，國王粉次之，其他三種礦的液相流動性一般，基本在3.3～3.6；PB粉的流動性最差，流動性指數僅為2.2，這是由于其硅含量只有3.5%，造成液相生成量不足導致流動性差。礦石的液相流動性與礦石中的SiO2呈正相關，隨著SiO2含量的增加，鐵精礦粉的流動性指數有增加的趨勢，鐵精礦粉的液相流動性逐漸變好。

3 澳礦原料礦相分析和觀察

澳礦系的礦種多為粒度不同（≤8 mm）的粉狀試樣，做含鐵原料的礦相分析前應首先將樣品用環氧樹脂膠固結，固結后進行三道預磨，一道拋光，制成光片，最后進行礦相觀察。含鐵原料的礦物組成見表3，部分礦相如圖3所示。

表2 同化溫度和流動性指數試驗結果

圖1 燒損對澳礦系礦石同化溫度的影響

圖2 SiO2含量對澳礦系礦石液相流動性的影響

表3 含鐵原料的礦物組成 %

從圖3和表3可以看出，（1）國王粉、楊迪粉和超特粉主要為褐鐵礦（褐鐵礦為含水氧化鐵混合物的總稱，主要成分是針鐵礦和纖鐵礦，同時混入細粒石英，錳的氧化物及粘土物質，在它的成分中不僅含有吸附水，含水量可達12%～14%，還有 Si、Ca、Al、Cu、Pb、Mn、Ni、Co、P 等。褐鐵礦主要為隱晶質的針鐵礦、纖鐵礦，通常所見的褐鐵礦多為鮞狀、豆狀、皮殼狀、土狀或塊狀等），含量為65%～70%。赤鐵礦為皮殼狀，包含在皮殼內部，外部皮殼多為褐鐵礦，含10%～15%的赤鐵礦；偶見磁鐵礦。脈石主要為粘土類脈石，為土狀，與褐鐵礦共生在一起；少數石英小顆粒。脈石總量約15%～20%，其中石英顆粒為3%左右。去除結晶水后鐵品位較高，在燒結過程中易于制粒，但能耗較高。（2）PB粉、紐曼粉和津布巴的主要鐵礦物為赤鐵礦和褐鐵礦、偶見磁鐵礦，赤鐵礦含量為55%～60%，褐鐵礦含量約30%。赤鐵礦主要為粗粒、細粒集合體，部分為針葉狀集合體。褐鐵礦為鮞狀、塊狀和土狀等。脈石主要為粘土（鐵葉綠泥石）、石英、尖晶石、輝石等，脈石含量為10%～15%。石英為粒狀，粘土脈石多與褐鐵礦共生在一起，少部分為顆粒狀。

圖3 部分礦相

4 單品種燒結礦試驗

4.1 單燒燒結礦礦物組成

對單燒試驗燒結礦進行礦相[6]觀察分析，首先進行粗磨至細磨3道磨制，磨制后進行拋光，制成光片，在顯微鏡下進行礦相觀察分析。單燒試驗燒結礦的礦物組成見表4。

表4 單燒試驗燒結礦的礦物組成 %

從表4可以看出，各個燒結礦中的主要礦物差別不大，紐曼單燒主要礦物為磁鐵礦、赤鐵礦和鐵酸鈣，粘結相為鐵酸鈣和玻璃相，在高溫礦塊區域含少量浮士體和硅酸二鈣，少數區域可見脈石和礦化了的熔劑殘余，其他礦物含量較少。

4.2 單燒燒結礦的顯微結構

各燒結礦均屬于低溫高堿度燒結組織結構，燒結礦中的鐵酸鈣和赤鐵礦含量較高。多數為磁鐵礦與鐵酸鈣形成的交織熔蝕結構，一些磁鐵礦與玻璃相形成粒狀結構，一些鐵酸鈣自身形成交織結構，少數磁鐵礦與鐵酸鈣形成的熔蝕結構。較多大粒原生赤鐵礦，主要為疏松狀，內部多為玻璃相填充，一些內部被鐵酸鈣或交織熔蝕結構粘結，一些散粒狀赤鐵礦被鐵酸鈣粘結，少數晶粒較大的板片狀鐵酸鈣。

燒結礦中的鐵酸鈣和赤鐵礦含量較高，這是由于澳礦系礦多為褐鐵礦，在燒結過程中褐鐵礦失去結晶水，形成礦褐變赤鐵礦。在相同的配碳情況下，由于褐鐵礦分解，結晶水逸出，需要相對較高的熱量，所以相對于磁鐵礦和赤鐵礦燒結，消耗了較多的熱量，燒結過程氧化氣氛增強，有利于鐵酸鈣的生成。但褐變赤鐵礦內部較為疏松，整體燒結礦塊也為疏松多孔狀。

5 生產實踐

5.1 生產燒結配比

按照安鋼優化配礦[7]的要求和原則，以礦石的理化性質為出發點，以礦石的基礎特性搭配為基本，進行優化配礦試驗的生產實踐，指導3#燒結機的生產配礦，燒結配礦結構見表5，其中澳礦為楊迪粉、國王粉和PB粉，另再配加國內酸精和俄羅斯鎂精、巴西粉等。燒結礦成分見表6。

表5 燒結礦配比 %

表6 燒結礦化學成分 %

5.2 燒結礦冶金性能

燒結礦的低溫還原粉化指標和軟融滴落性能分別見表7和表8。

表7 燒結礦的還原和粉化指標 %

表8 燒結礦的熔滴性能

從表7可以看出，生產燒結礦的轉鼓指數為80.37%，還原性指標為89.37%，低溫還原粉化指數RDI+3.1570.77%，燒結礦的各項指標均較好，可滿足高爐生產需要。

從表8可以看出，按照優化配比燒結出的燒結礦，開始熔化溫度Ts較高，為1 288 ℃;滴落溫度Td為1 487 ℃，較好；熔化溫度區間溫度（Td—Ts）為199 ℃，相對適宜。由此可見，其熔滴性能較好。

6 結論

澳礦系鐵料及其單品種燒結的礦相研究與分析偏重基礎性研究，工作量大研究周期長，但對燒結配礦的指導意義大，依據不同鐵原料燒結礦礦物組成和結構上的互補性，為配礦和燒結工藝操作參數控制提供技術指導，更好的掌握澳礦系的鐵礦粉變化特征幫助我們判斷燒結礦的性能和質量，了解礦物組成及顯微結構與宏觀性能的相互關系，進一步改善燒結礦質量、促進高爐順行和實施結構降本。

（1）澳礦系含鐵原料其化學成分、冶金性能及粒度相近，依據基礎研究的結果，在穩定燒結礦質量的前提下可以進行礦種之間的替代，實現燒結礦配礦的降本。

（2） 原礦礦相分析表明：國王粉、楊迪粉和超特粉主要為褐鐵礦，含量為65%～70%。赤鐵礦為皮殼狀，偶見磁鐵礦。PB粉、紐曼粉和津布巴主要鐵礦物為赤鐵礦和褐鐵礦、偶見磁鐵礦，赤鐵礦含量為55%～60%，褐鐵礦含量約30%左右。

（3）在礦物組成方面，安鋼常用澳系鐵礦石單燒燒結礦中主要礦物差別不大，主要礦物為磁鐵礦、赤鐵礦和鐵酸鈣，粘結相為鐵酸鈣和玻璃相，燒結礦中鐵酸鈣和赤鐵礦含量較高，這是由于澳礦系礦多為褐鐵礦，燒結過程中褐鐵礦失去結晶水，形成礦褐變赤鐵礦。

（4）在礦相顯微結構方面，安鋼常用澳系鐵礦石單燒燒結礦均屬于低溫高堿度燒結組織結構。多數為磁鐵礦與鐵酸鈣形成的交織熔蝕結構；其次為磁鐵礦與鐵酸鈣形成熔蝕結構；較多大粒原生赤鐵礦，主要為疏松狀。

（5）結合澳礦系含鐵原料基礎特性研究、原料礦相分析以及單燒燒結礦礦相研究，進行了生產實踐的優化與指導，結果表明燒結礦冶金性能指標較好。

（6）建立符合本高爐系統的配礦標準，對礦石的基礎特性要進行實驗室研究和建立檔案庫，可進一步優化配礦思路和拓展降本空間。