FeO对钒钛烧结矿产质量影响的研究

烧结矿低温还原粉化性能的测定按GB13242-91进行，还原气体组成为CO30％+N₂70％，取一3.15mm粒级的重量百分数作低温还原粉化指数(RDI)；中温还原性能测定按GB13244-91进行，还原气体组成为CO30％+N₂70％，取180min时的还原度为还原度指数(RI)。

    烧结矿熔滴性能测定在铁矿石软熔滴落装置中进行。试样在A_r2保护下温度升至900°C时改通还原气体(CO：N₂=30：70)，流量为10L／min。升温速度：＜900°C为10°C／min，900~1000°C为2°C／min，＞1000°C为3～4°C／min；荷重为1.0kg／cm²。以试样收缩10％和40％时温度为开始软化(T_a)和软化终了温度(T_b)，以开始熔融温度(ΔPs=50×9.8Pa)时的温度为开始熔融温度(T_s)。为了更好地衡量炉料的熔滴性能，引入了熔滴性能总特性值(S)的概念，S值越小，熔滴性能越好。其计算式为^[2]：

式中：

    T_s—开始熔融温度，°C；

    Td—开始滴落温度，°C；

    ΔPs—开始熔融时压差，50×9.8Pa；

    ΔP优—最大压差，Pa。

4  试验结果与分析

4．1 FeO对转鼓强度和成品率的影响

FeO对钒钛烧结矿转鼓指数和成品率的影响见图1。从中可见，FeO对钒钛烧结矿转鼓指数和成品率有较大的影响。FeO含量为4.34%时，烧结矿的转鼓指数和成品率均较低，转鼓指数仅为73.33％，成品率仅57.04％，此后随着FeO含量的升高，烧结矿的转鼓强度和成品率逐渐提高。FeO含量≤8.44%时提高较快，8.44％～9.37％时增幅则趋于平缓；当FeO=9.37％时，转鼓强度和成品率达到最大值；当FeO含量＞9.37％时，随着FeO含量增加，烧结矿的转鼓强度和成品率则逐渐下降。

    值得注意的是，与过去的研究相比^[1]，本次试验烧结矿的转鼓强度和成品率随着FeO含量增加而提高的幅度明显减小，原因是在目前的高碱度条件下，铁酸钙含量比过去有较大的增加，铁酸钙成为烧结矿强度提高的主要因素，FeO含量的影响相对减弱。

    岩相分析表明：FeO含量4.34％~5.39％时，由于烧结温度不足，烧结矿矿物晶体不能发育长大，基本上是由表面熔融后的混合料小球之间粘接而成，主要物相钛磁铁矿和钛赤铁矿处于连晶程度较差的半自形和它形粒状结构，硅酸盐粘结相未能充分均匀地形成，烧结矿宏观结构呈不规则多孔薄壁疏松状，石灰白点较多，因而强度较差；当FeO含量6.59％～9.37％时，随着配碳提高，烧结矿FeO含量上升，烧结热量充足，矿物晶体发育情况逐渐变好，结晶比较完善，钛磁铁矿与钛赤铁矿形成连晶结构，其间被铁酸盐相所包围，硅酸盐和铁酸盐相形成的熔融致密层较多，且各种矿物分布均匀，尤其是FeO含量9.37％烧结矿的这种结构特征更为明显，故强度提高，且FeO含量9.37％烧结矿的强度最好；当FeO含量≥10.57％时，由于配碳过高，烧结矿过熔，铁矿物与铁酸盐、硅酸盐相等产生大量的熔融层，形成大孔薄壁结构，另外由于还原性气氛增强，烧结温度高，铁酸钙含量减少，性脆的钙钛矿增加(见表2)，因此，烧结矿的强度变差。

4．2 FeO对烧结速度和产量的影响

    由图2可知，当FeO含量4.34％～8.44％时，随着FeO含量增加，虽然垂直烧结速度下降，但由于烧结矿强度和成品率增加的幅度较大，故利用系数呈上升趋势，FeO含量8.44％时利用系数最高；当FeO含量8.44～9.37％时，由于烧结矿强度和成品率增加幅度减小，而垂直烧结速度持续下降，故烧结利用系数开始下降；当FeO含量＞9.37％时，由于烧结温度过高，烧结料层过熔，料层阻力升高，垂直烧结速度下降加快。同时，烧结矿强度和成品率有所降低，因此，烧结利用系数下降幅度增加。

4．3 FeO对贮存性能的影响

    从表3看见，随着FeO含量增加，贮存粉化率降低，即贮存性能变好，这与普通高硅烧结矿的变化规律有所不同^[3，4]。原因是钒钛烧结矿生成的在冷却过程中引起相变和体积变化的硅酸二钙(2CaO．SiO₂)量较少，其贮存粉化的原因主要是残余游离CaO吸水膨胀导致烧结矿粉化，而游离CaO随着烧结矿FeO含量增加而减少(见表2)。此外，随着FeO含量增加烧结矿强度提高也有利于抑制贮存过程中产生粉化。

4．4 FeO对含硫量的影响

    从表4可见，随着FeO含量升高，烧结矿的含硫量增加。FeO含量4.34％时S为0.022％，FeO含量7.24％、13.35％时S含量上升为0.033％、0.058％。因为FeO含量高，相应的烧结料层温度也高，生成的液相量多，使烧结矿中的硫来不及完全氧化即被液相包裹，阻碍了氧与硫的接触；另一方面，燃料增加，带入的硫也增加，且还原性气氛增强，不利于硫的氧化。据岩相分析及镜下观察：在FeO含量≤7.24％的烧结矿中偶见磁黄铁矿，而FeO含量8.44％的烧结矿中已有少量磁黄铁矿呈星点状分布，局部区域达到0.2％，FeO含量9.37%～13.35％烧结矿中的磁黄铁矿分布更为密集，局部地方可达0.8％(见表2)。因此，从脱硫的角度看，烧结矿的FeO含量应低些。

4．5 FeO对低温还原粉化性能的影响

    FeO对钒钛烧结矿低温还原粉化率的影响见表5。从中可见，随着烧结矿FeO含量增加，低温还原粉化率降低。当FeO从4.34％提高到6.59％、7.24、8.44％、9.37％时，烧结矿的低温还原粉化率由84.91％分别降至65.27％、61.22%、59.76％、57.91％，即FeO每提高1%，低温还原粉化率降低5个百分点左右。由于在4.34%～7．24％区域随着FeO提高烧结矿强度提高的幅度最大，还原过程中抗粉化的能力大幅度增强，因此该区域低温还原粉化率降低最为明显。FeO为10.57％～13.35％时，随着FeO提高RDI_-3.15略有上升。

随着烧结矿FeO含量上升，钛赤铁矿含量减少，硅酸盐粘结相含量增加(见表2)。由于骸晶状菱形赤铁矿在还原成立方体的磁铁矿时发生的体积膨胀是造成烧结矿低温还原粉化的主要原因，而硅酸盐粘结相有利于吸收还原过程中赤铁矿的还原形变应力。因此，随着FeO含量增加，烧结矿低温还原粉化率降低。

4．6 FeO对还原性能的影响

    FeO对钒钛烧结矿还原性能的影响见表5。从中可见，随着FeO的上升，烧结矿的还原度下降。FeO含量在4.34％～8.44％之间时，还原度下降幅度相对较小，FeO含量每降低1个百分点，还原度平均下降1.41个百分点左右；当FeO＞8.44％时还原度下降幅度明显增加，FeO含量每降低1个百分点，还原度平均下降 2.03个百分点。

    还原性的好坏主要取决于烧结矿的矿物组成和显微结构。矿相分析表明，钒钛烧结矿中的FeO主要赋存在钛磁铁矿[m FeO．Fe₂O₃．n(FeO．TiO₂)]、钛铁矿(FeO．TiO₂)、钛铁晶石(2FeO·TiO₂)、以及钛辉石和钙铁橄榄石(FeO．CaO．SiO₂)等硅酸盐相类矿物中，因此，随着FeO含量增加，烧结矿中难还原的钛磁铁矿、硅酸盐相、钛铁晶石增多，而容易还原的钛赤铁矿、铁酸盐等矿物减少(见表2)。另外，FeO

含量增加，烧结温度升高，液相量增加，烧结矿的结构变得致密，气孔率下降，也使烧结矿的还原性降低。

4．7 FeO对软溶滴落性能的影响

    对部分烧结矿样进行了软熔滴落性能测定，结果见表6及图3。从中可见，随着FeO含量增加，烧结矿的软化开始温度(T_a)、熔化开始温度(T_b)下降，软化温区(ΔT_ba)和熔滴温区(T_ds)变宽，滴落带变厚，最高压差(ΔP_max)上升，熔滴温度(T_d)略有降低，熔滴性能总特性值(S)增大。当FeO含量从4.34%增加到7.24%、9.37%时，软化开始温度分别下降18°C、33°C，熔化开始温度分别下降10°C、18°C，软化温区分别增加8°C、15°C，熔滴温区增加13°C、20°C，熔滴温度降低5°C、10°C，最高压差上升686Pa、1176Pa。显然，随着FeO含量增加，烧结矿的软熔滴落性能变差。

    烧结矿在升温还原过程中的软熔滴落温度主要取决于烧结矿在此过程中产生的低熔点矿物数量。低熔点矿物形成的温度低、数量多，烧结矿的软熔温度就低；反之，软熔温度就高。在软熔过程中，烧结矿原始的FeO有两种去向^[5]：一是被还原成金属铁；二是与脉石结合，形成低熔点液相。由于随着FeO含量增加，烧结矿的还原性下降，使渣相中FeO含量升高(见表7)，FeO与脉石结合形成的低熔点物质增加，从而导致渣相熔点降低，软熔带增厚，透气性下降，软熔性能变差。

5  烧结矿适宜的FeO含量

    适宜的烧结矿FeO含量必须从烧结和高炉冶炼两方面综合考虑。在诸多指标中，应优先考虑烧结矿的强度、产量、固体燃耗、还原性、低温还原粉化，同时也要兼顾烧结矿的含硫量、软熔滴落性能等。

    从以上试验结果可知，在目前攀钢烧结条件下，FeO＜7.24％时，烧结温度不足，硅酸盐粘结相少，虽然Fe2O3含量高还原性好，但烧结矿的强度差，粉末多，低温还原粉化率高，将会对高炉冶炼产生不良影响；FeO＞8.44％时，烧结温度偏高，还原气氛增强，FeO较多地进入硅酸盐相，烧结矿的还原性和软熔滴落性能显著降变差，同时烧结矿含硫增加，转鼓强度下降，固体燃料消耗高。而FeO在7.24％～8.44%的范围内，烧结矿具有较好的还原性，较高的强度和较低的还原粉化率，其综合性能最好，燃料消耗也较低。因此，在目前攀钢条件下，烧结矿FeO含量7.24％～8.44％较适宜。

6  结论

    (1)在攀钢目前条件下，当FeO＜9.37％时，烧结矿的转鼓强度、成品率和产量随着FeO含量增加而提高；当FeO含量＞9.37％时，烧结矿的转鼓强度、成品率和产量随着FeO含量增加而下降。

    (2)在本试验范围内(FeO4.34%～13.35％)，随着FeO含量增加，钒钛烧结矿的还原度降低，熔滴性能变差，低温还原粉化性能、贮存性能改善，含硫量上升。

    (3)随着钒钛烧结矿FeO含量升高，钛磁铁矿、钙钛矿含量增加，钛赤铁矿、铁酸钙、玻璃质含量下降，矿物晶体发育情况逐渐变好，结晶比较完善，熔融致密层增多。但当FeO含量＞9.37％时，烧结矿产生过熔现象，强度变差。

    (4)在攀钢目前生产条件下，综合考虑烧结矿的产、质量指标和冶金性能，烧结矿FeO含量控制在7.24％～8.44 %较为适宜。

参考文献

[1]东北工学院等．攀枝花钒钛磁铁矿选矿烧结高炉冶炼试验资料汇编．北京：冶金工业出版社．1978·1：82~95

[2]许满兴等．宝钢高炉炉料结构的试验研究．全国炼铁原料学术会议论文集．昆明：中国金属学会，2005·8

[3]黄绮君．烧结矿FeO含量与烧结矿产质量的关系．烧结球团．1980，5(1)：17~26

[4]周取定．迁安磁铁精矿的烧结矿粉化原因分析及防止措施．中国铁矿石烧结研究．北京：冶金工业出版社．1997．10：36～45

[5]沐继尧．高碱度烧结矿的软熔性能．烧结球团．1986(6)：17~23