【技术前沿】浅谈烧结矿化学成分与低温还原粉化率的关系

烧结矿低温还原粉化率每降低5%，高炉产量将会降低1.5-5%，焦比增加3kg。烧结矿的同化作用，包括物理同化和化学同化。矿物组成和化学成分，对烧结矿的质量影响较大。改变烧结矿的化学成分，烧结矿的矿物组成进而改变了，对烧结矿的低温还原粉化性能具有重要影响，因此，研究烧结矿化学成分具有重要的意义。本文主要从烧结矿成分与低温还原粉化的线性相关方面进行研究。

龙钢公司冶金实验室自2017年12月投运以来，对生产烧结矿进行了122次低温还原粉化试验，有效性试验114次。本文对114组低温还原粉化试验数据和对应烧结矿化学成分进行了统计分析。目的在于研究化学成分与低温还原粉化之间的间接关系，推导低温还原粉化与原料、工艺、过程控制等生产操作之间的关系，为指导生产，改善质量，权衡提高烧结矿强度和降低低温还原粉化提供理论支持。

1低温还原粉化的概念

在高炉炼铁过程中，当铁矿石进入高炉后，炉料下降到400～600℃的区间，受到来自高炉下部煤气的还原作用，会发生不同程度的碎裂粉化。严重时影响高炉上部料柱的透气性，破坏炉况顺行。铁矿石这种性能的强弱以低温还原粉化指数(RDI)来表示，或称低温粉化LTB（LowTempera-tureBreak-down）。

1.1低温还原粉化相关指数

与低温还原粉化有关的指数有RDI+6.3、RDI+3.15、RDI-0.5、RI%四项。

RDI+6.3为粉化强度指数，与烧结矿的强度有关，间接反映粉化强弱；

RDI+3.15为低温还原粉化指数，直接反映烧结矿的低温还原粉化率；

RDI-0.5为耐磨性指数，与烧结矿的耐磨性有关，间接反映粉化强弱；

RI%为高温还原性指数，与烧结矿的高温还原性有关，高温还原程度与低温粉化程度呈负相关。在烧结生产中不能完全追求低温还原粉化最佳，而是在低温还原粉化和高温还原中寻找一对平衡值，生产出具有良好冶金性能的烧结矿。

1.2低温还原粉化的原因

由赤铁矿变成磁铁矿发生了晶格的变化，前者为三方晶系六方晶格，而后者为等轴晶系立方晶格，还原造成了晶格的扭曲，产生极大的内应力，导致铁矿石在机械力作用下碎裂粉化。影响烧结矿低温还原粉化性能的因素有原料种类、Fe2O3的结晶形态、碱度、亚铁、机速、还原温度及保持时间长短和铁矿石中的其它元素的含量。

高炉用料矿石的种类主要有烧结矿、块矿、球团矿。粉化模式不尽相同，烧结矿和块矿为裂开式，球团矿为剥落式。粉化程度烧结矿最强烈，球团矿次之，块矿最差。

从矿石分类说，粉化程度赤铁矿最强烈，褐铁矿次之，磁铁矿最差。以赤铁矿粉为原料的烧结矿RDI较高；以褐铁矿粉为原料的烧结矿RDI较低；以磁铁矿粉为原料的烧结矿RDI最低。

烧结矿的粉化程度与烧结矿中原生Fe2O3和次生Fe2O3密切相关。结晶良好的天然Fe2O3，RDI一般在30%以下；天然磁铁矿氧化焙烧成的Fe2O3的结晶，焙烧初期呈线状，RDI为22.4%，焙烧后期呈多晶状，RDI为10.3%；焙烧良好的球团矿，其中的Fe2O3大部分是斑状，RDI较低，酸性球团矿RDI为34.1%，自熔性球团矿为3.1%；烧结矿中的Fe2O3，如斑状结晶体RDI较低，但当磁铁矿原料高温烧结后，在降温初期Fe3O4迅速再氧化成Fe2O3，内部尚包裹着Fe3O4、硅酸盐玻璃质、CaO·Fe2O3，它的晶体外形多为菱形的骸晶状Fe2O3，具有最高的RDI。

烧结矿的粉化程度与还原温度和还原时间。烧结矿和球团矿的RDI随着还原温度变化而变化。一般在400～600℃有一个峰值，温度低于或高于此值，RDI都降低，因为在此温度范围内αFe2O3很快还原为γFe2O3，低于此温度生成的γFe2O3很少；高于此温度，αFe2O3很快还原为FexO，使粉化减轻。此外，在400～600℃温度范围内，碳素析出反应剧烈(2CO=CO2+C)，促使粉化更加严重。用H2气体作还原剂时，烧结矿的RDI较低。矿石的RDI还随着还原时间延长而增加，但30～40min后增加速度开始缓慢。烧结过程的两个粉化阶段，烧结过程粉化阶段和烧结完毕冷却阶段。其中烧结完毕冷却阶段为影响粉化的主要原因。所以适当提高机速，烧结终点滞后有利于降低低温还原粉化率。

2化学成分与低温还原粉化关系的研究方法

本文利用线性相关方法，从化学成分角度对114组数据进行统计，分析烧结矿化学成分与烧结矿低温还原粉化之间的关系。

相关分析一般通过散点图来研究，如果变量在二维坐标中构成的数据点分布在一条直线的周围，那么就说明变量间存在线性相关关系。

线性相关是最常用的一种，即当一个连续变量发生变动时，另一个连续变量相应地呈现线性关系变动，用皮尔逊（Pearson）相关系数R来度量。

皮尔逊相关系数R就是反映连续变量之间线性相关强度的一个度量指标，它的取值范围限于【-1，1】。R的正负号可以反映相关的方向，当R>0时表示线性正相关，当R

2.1低温还原粉化率与各成分之间的关系

2.2化学成分与R之间的对应关系

从上表统计看，FeO、SiO2、CaO、MgO、P、R、MnO、Zn、K2O与烧结矿低温还原粉化率RDI+3.15呈正相关；Al2O3、S、TiO2、Na2O与烧结矿低温还原粉化率RDI+3.15呈负相关。烧结矿化学成分对低温还原粉化率RDI+3.15影响关系由大到小排列，正相关排列为CaO、FeO、R、P、MgO、Zn、SiO2、MnO、碱金属，负相关排列为S、TiO2、Al2O3。

3结束语

烧结矿中的化学成分对低温还原粉化RDI+3.15都有一定的影响。烧结矿中CaO、FeO、MgO等含量高，则烧结矿RDI+3.15高；Al2O3、TiO2等含量高，则烧结矿RDI+3.15低。烧结矿碱度（R）的升高，液相的增加，抑制了次生赤铁矿的生成，使得RDI+3.15升高。

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校审/侯建宏

编辑/田国潘

来源/冶金信息装备网