加拿大精粉的燒結性能研究

（華北理工大學冶金與能源學院 河北省現代冶金技術重點實驗室，河北 唐山 063009）

隨著鋼鐵產能的過剩，鋼鐵企業市場面臨著嚴峻考驗，如何增強企業的競爭力，提高企業的盈利能力及降低生產成本就顯得尤為重要，而降本增效的關鍵在于燒結原料成本，一般原料成本占燒結礦成本的80%左右[1]。因此，為了降低燒結成本，優化燒結配礦結構，同時也為了拓展鐵礦石資源配置，應提高性價比較高的非主流礦使用比例。

非主流礦一般具有粒度不均勻且偏細，有害元素多，吸水性差等特點[2]，尤其是加拿大精粉親水性弱、制粒差。因此，應確定合理配比，以降低配加加拿大精粉帶來的不利影響。鑒于此，本試驗開展了不同配比的加拿大精粉對燒結工藝參數及燒結礦冶金性能的影響研究，確定了加拿大精粉適宜配比，同時也為鋼鐵企業大規模使用加拿大精粉奠定理論基礎。

1 原料及方法

采用TSJ-2 型紅外線快速高溫爐主要用于研究加拿大粉的燒結基礎特性，分析加拿大粉的同化性能、流動性能及粘結性強度；通過燒結杯實驗分析了配加不同比例的加拿大粉對燒結工藝參數及燒結礦冶金性能的影響。

燒結基礎特性實驗及燒結杯實驗所用原燃料均取自唐山某廠，含鐵原料有巴西塊粉、PB 粉(澳大利亞皮爾巴拉混合礦)及加拿大精粉等，它們的化學成分見表1。

表1 燒結用原料化學成分/%Table 1 Chemical composition of the raw materials for sintering

燒結基礎特性實驗測定方法：將鐵礦粉和純試劑CaO 分別制成不同直徑的小餅，放入實驗爐內升溫燒結測定同化溫度；把PB 粉和加拿大精粉分別和純試劑CaO 混合，使兩者的堿度為4，然后在溫度1250℃時進行了流動性檢測；把PB 粉和加拿大精粉分別和純試劑CaO 混合，使兩者的堿度為2，然后在溫度1280℃時進行了粘結相強度檢測。

固定巴西塊粉、巴西混合粉、返礦粉及鋼渣精粉的配加比例，用白灰調整燒結礦堿度，用白云石調整MgO 含量，用PB 粉、加拿大精粉來調整配比。燒結實驗配比計算結果見表2。

表2 燒結實驗配比/%Table 2 Ratio of sintering test

2 結果與討論

2.1 燒結基礎特性

在實驗室對加拿大精粉進行了同化溫度、流動性指數及黏結相強度測定，實驗結果見表3。

表3 鐵礦粉燒結基礎特性結果Table 3 Sintering basic characteristics results of iron ore powder

圖1 加拿大精粉及PB 粉的燒結基礎特性Fig.1 Sintering base characteristics of Canadian fine powder and PB powder

由圖1 (a)可知，加拿大精粉較PB 粉同化溫度高，說明加拿大精粉的礦化能力差，在相同的配碳條件下適當替代部分的PB 粉將會降低液相量，從而降低燒結礦強度。因此，配加加拿大精粉后，應適當增加配碳量。

由圖1 (b)可知，加拿大精粉的流動性較好，說明配加適量的加拿大精粉能夠提高粘結物料的能力，從而增強燒結礦的強度，但添加量過多，將會導致黏結相厚度變薄，造成燒結礦薄壁大孔的結構[3]，反而惡化燒結礦強度。

由圖1 (c)可知，加拿大精粉的粘度相強度較高，即使用加拿大精粉替代PB 粉能夠明顯改善燒結礦性能。

綜上所述，使用加拿大精粉替代部分的PB 粉后，應適當增加配碳量，以彌補同化溫度高造成液相量低的不利影響。

2.2 燒結實驗

燒結實驗結果見表4、表5。

表4 燒結杯實驗結果Table 4 Sintering cup test results

表5 燒結礦冶金性能指標測定結果Table 5 Determination results of metallurgical properties of sintering

圖2 加拿大精粉對燒結工藝參數的影響Fig.2 Effect of Canadian fine powder on sintering process parameters

由圖2 可知，隨著加拿大精粉配比的提高，燒結礦的轉鼓強度及成品率先增加后降低，并在加拿大精粉配比為10%左右時，燒結礦的轉鼓強度及成品率達到較佳值。主要是因為加拿大精粉同化溫度高，改善了由于PB 粉配加過量導致的燒結料過熔的現象[4]，從而提高了燒結礦質量；但進一步提高后，由于液相量過少，造成鐵礦粉之間的固結強度變差，從而降低了燒結礦質量。

由圖2 (c)可知，配加加拿大精粉后，燒結速度變化不大，基本上穩定在21.70 mm/min 左右。

圖3 加拿大精粉對燒結礦冶金性能的影響Fig.3 Effict of Canadian fine powder on metallurgical properties of sintering

由圖3 (a)可知，隨著加拿大精粉配比增加，燒結礦低溫還原粉化性能先提高后降低；主要是因為PB 粉的降低，使燒結礦中Fe2O3含量降低，從而減少了由于Fe2O3在還原過程中晶型轉變導致粉化的幾率，進而改善了低溫還原粉化性能，但是進一步提高，低溫還原粉化性能又逐漸變差，主要是因為粘結相降低，導致燒結料顆粒之間連接強度變差，造成低溫還原粉化性能降低。

由圖3 (b)可知，隨著加拿大精粉配比增加，燒結礦還原性能逐漸降低；主要是因為易還原的Fe2O3含量降低，從而使還原性能變差。

由圖3 (c)可知，隨著加拿大精粉配比增加，燒結礦軟化開始溫度有改善的趨勢，但是變化幅度不大。

總體而言，加拿大精粉替代PB 粉10%時，其冶金性能優良，滿足入爐條件。

2.3 顯微結構分析

圖4 加拿大精粉對燒結礦微觀結構的影響Fig.4 Effect of Canadian fine powder on the microstructure of sintering

隨著加拿大精粉配比的提高，粘結相中鐵酸鈣含量為先增加后降低趨勢，并在加拿大精粉配比為10%時，達到最多；而硅酸二鈣含量先降低后升高，進而使得燒結礦強度有變差趨勢。礦相結構以交織熔蝕結構為主，并隨加拿大精粉配比提高，局部開始呈斑狀結構、斑狀-粒狀結構、粒狀結構等，礦相結構越復雜越不利于燒結礦強度改善。

3 結 論

（1）加拿大精粉的同化溫度偏高，流動性指數較高，粘結相強度較高。綜合燒結基礎特性指標考慮，加拿大精粉能夠替代部分PB 粉，但不能過量，否則將會造成液相量降低。

（2）隨著加拿大精粉配比的提高，燒結礦的轉鼓強度及成品率先增加后降低，并在加拿大精粉配比為10%左右時，燒結礦的轉鼓強度及成品率達到較佳值。配加加拿大精粉后，燒結速度變化不大，基本穩定在21.70 mm/min 左右。隨著加拿大精粉配加量提高，燒結礦的低溫還原粉化性能先升高后降低，而還原性能逐漸惡化，而燒結礦軟化開始溫度有改善的趨勢，但是變化幅度不大。

（3）隨著加拿大精粉配比的提高，粘結相中鐵酸鈣含量為先增加后降低趨勢，并在加拿大精粉配比為10%時，達到最大值，且礦相結構均以交織熔蝕結構為主。隨加拿大精粉配比提高，燒結礦的局部結構開始呈斑狀結構、斑狀-粒狀結構、粒狀結構。綜合試驗結果，加拿大精粉的配加量應控制在10%左右。