在烧结工艺中使用细矿粉技术

徐超张永年

摘要：有研究表明，在烧结时使用细矿粉对于最终材料的获取有着重要的意义。提高烧结过程中细矿粉含量，对防止烧结矿自然粉化、改善低温还原粉化性能、提高烧结矿高温还原性以及软化和熔化温度都有明显效果。而烧结矿矿物组成及显微结构与烧结矿质量、冶金性能有着密切的关系。基于此，本文主要对烧结工艺中使用细矿粉的技术进行分析探讨。

关键词：细矿粉；烧结工艺；影响

烧结技术主要是指粉末或粉末的压缩，加热到熔点以下的基本成分，用有效的措施和速度对冷却过程进行常温处理。最终目的是使粉末烧结、粘结、烧结强度提高，粉末颗粒的团聚转变为烧结颗粒，材料和制品获得了生产所需的机械和物理性能。技术和烧结工艺、产量和烧结生产质量有着直接而重要的影响，因此，中国的也非常重视先进技术指标的应用，并在烧结过程中严格的要求，选择最合适的操作方法。通过对烧结工艺应用现状的详细分析，提高烧结工艺的生产效率，已经成为促进发展的核心部分。保障生产产品质量同时，降低能量消耗，实现节能降耗的目的，将是长远发展的关键。

1烧结工艺的概述

根据相关原材料的不同特点，选择与之相应的加工程序，就是烧结厂的烧结工艺。烧结厂烧结的过程中，烧结工艺的重要性不容忽视。烧结过程影响生产产品质量。而在此过程中合理应用细矿粉，是在对烧结原材料整体特点有所了解后，选择适合材料烧结的工艺程序。烧结工艺加上细矿粉的合理应用，既可以保证生产产品质量，同时满足节能降耗的要求。

2细矿粉对烧结工艺的影响

2.1烧结试验

在实验室条件下，以各种铁精矿粉为原料，使用150mm烧结杯系统，考察细矿粉含量对2种碱度（R=1.36和R=1.76）烧结工艺的影响，烧结试验中的细矿粉以细矿粉的形式添加，细矿粉的质量分数分别为1.3%、1.7%、2.1%、2.6%和3.0%。

2.2试验结果及分析

（1）对烧结杯利用系数的影响。随细矿粉含量的增加，烧结杯利用系数呈上升趋势，这是由于细矿粉的融合和氧化需要产生热量，因而在燃料配比及试验条件相同的情况下，随着细矿粉用量的增加，将有可能导致烧结生产效率随之提高。

（2）对烧结矿强度的影响。当R=1.36时，细矿粉含量对烧结矿的强度影响不明显；而当R=1.76时，烧结矿的转鼓指数随细矿粉含量的增加而增加。这是由于烧结矿碱度偏高（R=2.36）时的粘结相以玻璃相为主，细矿粉对玻璃相作用不明显。而碱度较高时，细矿粉使烧结混合料形成高熔点物质，且降低铁酸钙的生成量。因此，烧结矿转鼓指数随细矿粉含量的增加而降低。

（3）对其他烧结指标的影响。根据生产实践经验，细矿粉粘性较其他材料强，配加过多的细矿粉将有利于混合料成球性能。此外，由于碳酸盐分解是吸热反应，所以随细矿粉配比的增加，单位烧结矿的能耗将增加。综上所述，配加细矿粉对烧结工艺存在有利的影响。

3细矿粉对烧结性能的影响

3.1烧结试验

烧结试验使用内径75mm、底部设有10mm滴落孔的石墨坩埚。取500g粒度10.0～12.5mm烧结矿装入石墨坩埚，料柱高约65mm，试样上下均铺有焦炭层，从而保证熔化物和煤气流顺利通过。试验结束后，对滴落物和坩埚中残留的渣进行成分分析。定义料层收缩率10%对应的温度（t10）为烧结带的上沿温度，开始滴落时对应的温度（tD）为烧结带的下沿温度，烧结带温度区间（Δt=tD-t10），试验过程中料层最大的气流阻力为最大压差（ΔPmax）。

3.2试验结果及分析

细矿粉含量对烧结矿形成的烧结带上沿温度（t10）、烧结带温度区间（Δt）及最大压差（ΔPmax）的影响中。当细矿粉的质量分数由1.3%增加至3.0%时，烧结矿形成的烧结带上沿温度变化幅度较小，烧结带温度区间显著升高，料柱最大压差随之上升。当R=1.36时，虽然细矿粉含量对烧结带厚度的影响较明显，但配加质量分数为3.0%的细矿粉时烧结带温度区间绝对值仍较低，仅325.5℃；而碱度为R=1.76条件下，烧结带温度区间由310.5℃上升至389.3℃。因此，相同冶炼条件下，与使用高细矿粉自熔性烧结矿相比，使用高细矿粉高碱度烧结矿时，烧结带温度区间较大。为考察细矿粉对烧结矿烧结性能的影响机理，对不同细矿粉含量烧结矿的滴落渣和残留在坩埚内的未滴落渣进行了X射线衍射分析。从X射线衍射分析可知：滴落渣的主要矿物是镁硅钙石[Ca3Mg（SiO4）2]、正硅酸钙（Ca2SiO4）；而未滴落渣的主要矿物是镁黄长石[Ca2MgSi2O7]、钙镁橄榄石[CaMgSiO4]和镁硅钙石。①无论烧结矿中初始细矿粉添加量多少，滴落渣中的细矿粉含量基本一定；②未滴落渣中细矿粉含量约是滴落渣中细矿粉含量的2倍。由此可推论：渣中细矿粉含量越高越不易滴落，导致烧结矿形成的烧结带温度区间增加，使得高炉料柱透气性变差，不利于高炉强化冶炼。

4细矿粉对烧结性能的影响

在实验室条件下参照GB/T13241-91标准，考察了细矿粉对烧结矿低温还原粉化性能的影响。

4.1低温还原粉化试验结果及分析

随细矿粉含量的增加，烧结矿的RDI<3.15明显降低，表明提高细矿粉含量有利于抑制烧结矿的低温还原粉化。关于细矿粉可以改善烧结矿低温还原粉化性能的机理，根据EPMA分析，大部分细矿粉与铁氧化物形成固熔体，以弥散状态分布在烧结矿中。因而可以推断：在较高的焙烧温度下，扩散到铁氧化物中的细矿粉既可以阻碍烧结矿冷却时生成次生Fe2O3，又可以阻碍烧结矿内铁氧化物的低温还原，从而抑制了烧结矿的低温还原粉化。

4.2控制烧结矿低温还原粉化的措施

前已述及不加或少加细矿粉可以提高烧结工序生产效率、提高烧结矿的冷态强度及高温冶金性能，然而，烧结矿中细矿粉含量过少，将增加烧结矿的低温还原粉化率。为了消除细矿粉含量低对低温还原粉化产生的不良影响，可采取向烧结矿表面喷洒CaCl2水溶液等措施。研究表明，喷洒在烧结矿表面的CaCl2被吸附，形成薄膜，阻碍还原气体与烧结矿表面的接触，抑制了烧结矿铁氧化物的还原。另外，薄膜还堵塞了还原气体进入烧结矿内部的通道，阻碍了烧结矿内部的还原，从而减缓了烧结矿的还原速度，降低了烧结矿低温还原粉化率。

5合理添加细矿粉高炉炼铁新工艺

为了保证炉渣中的细矿粉含量，目前的生产流程多采用烧结料中添加细矿粉工艺。该工艺虽然可以保证高炉炉渣中的细矿粉含量，抑制烧结矿低温还原粉化等，但存在：①烧结生产效率偏低；②烧结矿的冷态强度差；③形成的烧结带温度区间较宽，使烧结带变厚，高炉整体压差上升等缺点。为此，笔者提出了合理添加细矿粉高炉炼铁新工艺的建议。即在烧结配料时不添加或少添加细矿粉，并将烧结矿进行抑制低温还原粉化处理，将不足的细矿粉与煤粉一同从风口喷入高炉。预计该工艺可以实现：①由于生产不含细矿粉或低细矿粉烧结矿，可以提高烧结生产效率和烧结矿的成品率、冷态强度，改善烧结矿的高温烧结性能，降低烧结带厚度及料柱压差等；②将细矿粉与煤粉一同从风口喷入高炉，以满足高炉终渣对细矿粉含量的要求，改善炉渣流动性和脱硫能力，同时还可以提高煤粉燃烧率；③细矿粉在入高炉前必须造块制成烧结矿或球团矿，如果保证不了质量可能会对高炉炉内透气性和气流分布造成危害，但总体来说，使用细矿粉造块对于烧结厂来说是非常经济和实用的。

6结论

在现代化工业快速发展的过程中，对于烧结工艺的存在的问题，应该采用相应措施并不断完善，更新生产设备，优化材料结构，可从整体上提高发展水平，减少烧结环节中的能量消耗，提高经济效益。

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