【技术前沿】外蒙新矿种微烧实验的四大烧结特性及可替代性分析

随着市场铁矿石价格的持续上涨及供矿紧张，龙钢公司计划引进新的外蒙矿种。本文着重考察同化性、液相流动性、粘结特性、连晶特性4大烧结特性，并与目前龙钢公司主要烧结矿粉超特、印粉进行分析比较。从而为龙钢公司合理引进新矿种优化配矿结构提供参考意见。

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实验矿种方法及矿粉成分

本实验以外蒙矿跟澳大利亚矿粉超特、印粉进行分析比较。实验采用铁矿粉烧结基础特性进行实验。通过微型烧结法检测铁矿粉的同化性、液相流动性、粘结强度、连晶强度4大烧结特性。

表1实验所用三种矿粉的化学成分

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三种矿粉实验结果及分析

2.1外蒙矿粉与超特、印粉的同化性能分析

铁矿粉的同化性能是矿粉与CaO的反应能力，表征的是铁矿粉在烧结过程中生成液相的难易程度。

图1

由实验数据可以看出外蒙矿粉的同化温度最高，其同化能力最差。而超特、印粉两种矿粉同化温度较低。最低同化温度超特和印粉相差不大。

三种矿粉均属于高硅矿。外蒙矿粉的SiO2含量最高为7.16%。尽管它硅含量最高，有利于形成复合型铁酸钙。但分析认为外蒙矿粉同化温度较高的主要原因是其本身CaO含量过高由于同化性实验是采用纯CaO压成的小饼上放置铁矿粉样品。铁矿粉自身含CaO越多自身碱度越高，铁矿粉中CaO含量高时在高温条件下抑制了反应界面的液相生成量，因此需要更高的温度来反应生成液相。其次外蒙矿粉中MgO也高大2.08%，MgO是高熔点物质，会促进赤铁矿分解呈磁铁矿，且抑制铁酸钙的形成，在高温的固相反应中会形成难熔物。

烧结矿的同化温度过高不利于烧结混合料固结在一起。过低则影响烧结料层透气性。对烧结矿产质量有一定影响。外蒙矿粉同化温度较高，因此在配入外蒙矿粉代替超特粉后，应增加其他同化温度较低的矿种，才能稳定烧结矿的质量而不受影响。

2.2外蒙矿粉与超特、印粉的液相流动性能分析

铁矿粉的流动性能是指铁矿粉与CaO反应生成液相的流动能力。它表征的是矿粉的有效粘结范围。

本实验通过在二元碱度4.0条件下进行实验，其液相流动性能如下表2：

表2

由上表可知外蒙矿粉液相流动性能最好，在1250℃就产生液相流动性。超特粉在1270℃流动，印粉则在1250℃、1270℃、1300℃均为产生流动，液相流动性能最差。

液相流动性能越好，其有效粘结范围越广，这有利于混合料的粘结。但是过大的液相流动性能容易使粘结层变薄，从而形成薄壁大孔的烧结矿结构。

因此用外蒙矿粉代替超特粉时需要考虑完全等配比替换带来的影响。外蒙矿粉液相流动性能比超特还要好，等比例替代超特后可以进一步改善烧结料的综合流动性能。用外蒙矿粉替代流动性能差的印粉，烧结料综合流动性能将大大提升。则可能会使烧结矿整体变脆，固结强度降低。

2.3外蒙矿粉与超特、印粉的粘结强度分析

粘结强度表征的是铁矿粉在烧结过程中形成的液相对周围核矿石进行固结的能力。实验用样品小饼烧结后进行抗压强度测试。本实验粘结强度在烧结温度1280℃环境下，分别在碱度1.8、2.0、2.2条件下进行实验，其结果如下表3：

表3

从表中看外蒙矿粉在碱度1.8、2.0、2.2条件下样品均产生熔化，无法对其进行压力测试。从产生的液相来看，液相量增加，强度会较未熔化的铁矿粉样品高。

超特粉在三种碱度条件下粘结强度逐步升高，且在2.2碱度中粘结强度明显增强。

印粉则在1.8碱度条件下表现最好，在2.0碱度条件下粘结强度最差。

2.4外蒙矿粉与超特、印粉的连晶特性分析

连晶特性是指铁矿石在造块过程中靠铁矿物自身晶体再结晶长大而形成固相固结的能力。实验用纯铁矿粉样品高温焙烧后进行抗压强度测试。三种矿粉连晶强度如下图：

图2

从上表看，外蒙矿粉的连晶强度明显要比超特、印粉高很多。

分析认为。超特粉和印粉均属于典型的澳大利亚褐铁矿，结晶水含量较多，挥发后留有气孔，不利于铁矿粉粉的连晶发展。外蒙矿粉的连晶特性表现较好，可判断其矿种应是赤铁矿为主，褐铁矿为副的混合矿粉。需要说明的是因为目前烧结人的理念中多以高碱度烧结为主，铁矿粉自身的连晶性能在在烧结过程中难以单独存在，因此在优化配矿中不以连晶特性为主要参考。

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结论

（1）外蒙矿粉是一种半赤半褐的混合矿粉，其同化温度较高，流动性能很好，连晶强度较好。

（2）用外蒙矿粉代替相同比例的超特粉有利于改善烧结料的流动性能。但是其同化温度较高，实际生产中可能需要适当提升点火温度。

（3）用外蒙矿粉代替流动性能差的印粉，烧结混合料的流动性会大为改善，但同时可能会使烧结料形成大孔薄壁结构，降低烧结矿的强度。因此需增加致密性较好流动性能差的赤铁矿及磁铁矿配比。就目前的生产配比而言，具体替代多少对烧结矿质量影响，后期可通过烧结杯实验进行验证。