褐铁矿用于烧结的试验研究

1 前言

褐铁矿在当今国内外许多烧结厂中已广泛使用，其在烧结料中的配比一般为10%-50%。如澳大利亚BHP公司纽卡素褐铁矿的配比曾达到50%左右；日本钢铁厂的褐铁矿配比从上世纪80年代中期的20%提高到目前的40%左右；马钢烧结料中的褐铁矿配比为8%左右；宝钢使用褐铁矿的比例从1985年开工时的5%逐步提高到2002年的35%。

根据鞍钢目前的原料供应情况及未来的发展计划，铁矿粉供应可能存在很大缺口，因此，烧结增加外购粉矿配比势在必行。有鉴于此，褐铁矿作为粉矿中一种较为廉价的矿石，其利用问题也被提到研究日程中来。

褐铁矿是一种约含10%结晶水的赤铁矿，其化学式为mFe₂O₃·nH₂O，属难烧矿。在烧结过程中，由于结晶水脱除，烧损大，收缩率大，烧结矿气孔率高，强度低；同时随着矿粉内的结晶水和其他挥发分被排除，烧结矿品位上升，即呈现通常所说的“热富集”。总的来说，矿石中所含的结晶水越多，烧损越高，其烧结矿品位增高的幅度就越大。

由于褐铁矿烧结过程中结晶水的排除需要吸热，物料不呈熔融状粘结，不成块，所以，对褐铁矿的烧结必须采取某些有效措施才能保证烧结矿的产、质量。本试验旨在探讨褐铁矿和鞍钢矿石搭配时的烧结行为，如配加不同比例褐铁矿对烧结固体燃料消耗、利用系数、转鼓强度及冶金性能的影响，以及强化褐铁矿烧结的措施等。

2 试验条件

试验用含铁原料为目前炼铁厂的生产用料，褐铁矿从澳大利亚进口的铁矿使样，试验用原燃料的化学成分见表1。

表1 原燃料的化学成分（%）

3 试验内容、结果与分析

3.1 同化性对比试验

铁矿石同化性是考察烧结过程中铁矿石与CaO反应能力的一个重要指标，铁矿石与CaO反应生成低熔点液相的能力直接影响着烧结矿的质量。

一般说来，铁矿石的同化性越高，烧结过程中生成液相的能力越强。在烧结生产中，一方面要保证烧结矿的固界，另一方面还要保证有好的料层透气性，因此铁精矿不宜过分熔化，以避免料层透气性恶化。但如果同化性太低，铁精矿粘结就很差，因此要求铁矿石的同化性要适当。

3.2 单烧对比试验

在相同碱度和烧结过程参数条件下，褐铁矿与澳矿的单烧对比试验结果见表2。

表2 褐铁矿与澳精矿单烧试验比较

从表2可知，褐铁矿单烧时的转鼓强度、燃耗比澳矿高，利用系数和成品率远低于澳矿，<5mm粒级含量增加。

3.3 不同褐铁矿配比的烧结试验

根据四烧现有生产条件，在实验室分别配加褐铁矿10%、20%、30%（编号分别为：NO2-10%、NO3-20%、NO4-30%）进行烧结试验，并与不配褐铁矿的基准样进行比较（编号为：NO1-0%）。烧结工艺参数如下：点火时间：2min；点火温度：1150；点火负压：8820Pa；烧结负压：10780Pa。试验结果列于表3、表4。

表3 烧结矿化学成分

表4 不同褐铁矿配比下烧结主要技术经济指标与粒度组成

由表4可知：随褐铁矿配比增加，烧结利用系数由1.055t/(m²·h)增加到1.359t/(m²·h)，增幅为28.8%；燃耗则由54.28kg/t增加到67.62kg/t，增加了24.58%；当褐铁矿配比不超过10%时，转鼓强度增幅较大，超过10%后，进入平台期，强度增加较少；随褐铁矿配比增加，烧结矿成品率降低，筛分指数变化不明显；烧结矿石合适粒级（40mm-10mm）增加，但<5mm粒级也明显增多。

3.4 不同褐铁矿配比的烧结矿冶金性能测试结果与分析

1）不同褐铁矿配比时烧结矿的还原性及低温还原粉化性能测试结果列于表5。

表5 不同褐铁矿配比下烧结矿的冶金性能

由表5可知，随着褐铁矿配比增加，烧结矿的冶金性能变化明显，低温还原粉化强度（>3.15mm粒级）由77.08%降到71.48%，降低了7.26个百分点；粉化率（<0.5mm粒级）由4.61%增加到5.55%；中温还原度则由84%增加到90%左右，增幅较大。分析其原因：主要是由于褐铁矿的同化性能较好，烧结过程中生成液相的能力较强，故随其配比增加，烧结速度加快，时间缩短，烧结矿易形成多孔薄壁结构，这种矿物结构具有还原性好的特点，但易粉化。

2）不同褐铁矿配比的烧结矿溶滴性能列于表6。

表6 不同褐铁矿配比下烧结矿的熔滴性能

由表6可知，随褐铁矿配比增加，初始软化温度逐步降低，软化温度区间△T₁稍变窄，但超过10%以后，软化区间又增厚；软化终了温度T_s呈也递减趋势，开始滴落温度T_d呈递增趋势，使得出软熔温度区间变宽，熔滴特性S值明显升高。这说明，随褐铁矿配比增加，软熔带的气流阻力增大，对高炉料柱透气性是不利的。

从上述冶金性能来看，配加10%褐铁矿时，还原度指标得到改善，低温还原粉化率及软熔性能虽稍微变差，但幅度均不大；进一步增加喝铁矿配比，则呈现明显的不良影响。

3.5 强化褐铁矿烧结试验

在固定褐铁矿配比为30%，烧结制度与上述实验相同的条件下，采取压料、延长点火时间和降低抽风负压三项措施，考察主要技术经济指标的变化情况，试验结果列于表7。

表7 不同工艺参数与烧结主要技术经济指标的关系

由表可知：在褐铁矿配比一定的情况下，采取压料、延长点火时间和降低抽风负压等强化烧结措施，均有一定效果，其中尤以压料措施对烧结指标影响最大。压料后，烧结利用系数及成品率明显提高，燃耗最低；而延长点火时间对提高转鼓强度有显著影响。

4 结论

（1）在鞍钢现有原料条件下，配加10%-30%的褐铁矿，烧结利用系数由1.055t/(m²·h)增加到1.359t/(m²·h)，增幅为28.8%；燃耗则由54.28kg/t增加到67.62kg/t，增加了24.58%，增幅较大。

（2）当褐铁矿配比不超过10%时，随其配比增加，转鼓强度增幅较大；超过10%以后，进入平台期，转鼓强度增加较少。

（3）随褐铁矿配比增加，烧结矿成品率降低，筛分指数变化不明显；40-10mm粒级增加，大门<5mm粒级也明显增多，以褐铁矿配比为10%最明显。

（4）随褐铁矿配比增加，烧结矿的冶金性能变化明显，RDI+3.15由77.08%降到71.48%，降低了7.26%；粉化率（<0.5mm粒级）由4.61%增加到5.55%；RI则由84%增至90%左右，增幅较大。

（5）随褐铁矿配比增加，烧结矿的初始软化温度逐步降低，软化区间稍变窄，超过10%以后，软熔带增厚；软化终了温度呈递减趋势，开始滴落温度呈递增趋势，使得软熔温度区间增宽，熔滴特性S值明显升高。

（6）强化褐铁矿烧结最有效的措施是压料。