天钢铁矿粉高温特性影响因素研究

孙海宁，林　杨，鄂继明（天津钢铁集团有限公司，天津300301）



天钢铁矿粉高温特性影响因素研究

孙海宁，林杨，鄂继明
（天津钢铁集团有限公司，天津300301）

[摘要]为探索铁矿粉高温特性的影响因素，对天钢7种铁矿粉的同化性和液相流动性进行分析研究，结果表明：铁矿粉的同化性随MgO含量的增加而降低；在SiO2含量较低时，同化性随SiO2含量增加而提高，但SiO2达到一定含量后，同化性随SiO2含量增高而降低，Al2O3对同化性的影响与SiO2相似；铁矿粉的液相流动性随温度的提高而增大，随MgO含量的增加而降低；在SiO2含量较低时，液相流动性随SiO2含量增加而提高，但SiO2达到一定含量后，随SiO2含量增高液相流动性而降低。

[关键词]铁矿粉；同化性；液相流动性

修回日期：2015-04-03

1　引言

当前我国的钢铁生产主要依靠高炉-转炉-轧机流程，烧结矿占我国高炉含铁原料的70%左右[1]。烧结矿的质量和性能对高炉生产具有很大的影响，欲提高烧结矿的质量，则需对铁矿粉的性能进行研究。对于传统中只针对铁矿粉的常温基础性能进行研究已不能满足企业的需求，烧结工作者对铁矿粉的高温基础性能研究的重视程度逐渐提高[2]。

铁矿粉的高温性能主要指同化性、液相流动性等性能，同化性和液相流动性对铁矿粉烧结过程中的成矿行为具有很大的影响。铁矿粉的同化性过低或过高、液相流动性过大或过小均难以获得产量、质量指标优良的烧结矿[3]。赵志星等人[4]对首钢所用铁矿粉的高温特性影响因素进行研究，研究结果表明，铁矿粉结晶水、SiO2、Al2O3含量对同化性具有促进作用，温度、SiO2对铁矿粉的液相流动性具有促进的作用；刘成松等人[5]对铁矿粉烧结优化配矿进行研究，结果表明，SiO2、Al2O3的升高有助于提高铁矿粉的同化性，MgO含量的增加对铁矿粉的同化性起抑制作用；SiO2、Al2O3含量较低时，铁矿粉的液相流动性随其含量的增加而增大，而当SiO2、Al2O3含量超过一定含量，铁矿粉的液相流动性随其含量的增加而减小的趋势。

本文主要针对当前天钢生产中的铁矿粉进行高温基础性能研究，对其影响因素进行分析，为以后烧结配矿提供理论指导和技术支持。

2　实验原料

本次实验所用的7种铁矿粉均取自天津钢铁集团有限公司（后称天钢）生产现场，7种铁矿粉的资源代号分别为OA-OG，其化学成分见表1。

表1　铁矿粉化学成分/%

从表1可以看出，在7种铁矿粉中，OD铁矿粉的铁含量最高，达到63.26%，OE铁矿粉中TFe含量最低，仅为47.75%；OF铁矿粉的TiO2含量较高，达到2.20%，OG矿粉中TFe含量仅为57.71%，而SiO2含量高达7.60%，属于典型的高硅低铁矿。

铁矿粉的同化性反映铁矿粉在烧结过程中与CaO反应的难易程度，用最低同化温度表示，铁矿粉的最低同化温度越低，表明铁矿粉的同化性越好；液相生成特性表示铁矿粉在烧结过程中生成液相的流动能力，即铁矿粉生成的液相对周围未熔物的有效粘结范围，用液相流动性指数来表示铁矿粉的液相流动性，铁矿粉的液相流动性指数小，表明铁矿粉在烧结中生成液相难易流动。本文使用文献中给出的实验方法对本文中的7种铁矿粉进行同化性及液相流动性检测[6-7]，并分析和探讨各种铁矿粉同化性、液相流动性的影响因素。

3　实验结果与分析

3.1铁矿粉高温性能实验结果

7种铁矿粉的最低同化性温度及1 200、1 240、1 280益三个不同温度条件下的铁矿粉液相流动指数结果见表2。

表2　铁矿粉高温性能实验结果

从表2可以看出，7种铁矿粉的最低同化温度主要在1 174耀1 315益。其中，OA铁矿粉的最低同化温度最低，仅为1 174益，表明在烧结过程中OA铁矿粉易形成液相；OF铁矿粉的最低同化温度高达1 315益，表明在烧结过程中OF铁矿粉难以形成液相，液相开始生成温度高，可能导致烧结过程中产生的液相量过少而降低烧结矿的强度。在1 280益下，7种铁矿粉的液相流动性指数主要在1.49耀8.43之间。其中，OF铁矿粉的液相流动性指数仅为1.49，表示矿粉的液相流动性过小，造成烧结过程中产生的液相对周围未熔颗粒的粘结范围低，造成生成的烧结产物的强度较低，OC铁矿粉的液相流动性指数高达8.43，表示铁矿粉的液相流动性过大，造成烧结过程中产生的液相粘结层厚度减薄，而形成薄壁大孔结构，造成烧结矿整体变脆，强度下降[8]。

3.2同化性影响因素分析

影响铁矿粉同化性的影响因素很多，本文主要探讨铁矿粉的化学成分对同化性的影响。7种铁矿粉化学成分对同化性的影响主要表现在铁矿粉的脉石含量，主要包括SiO2、Al2O3、MgO 3个方面，SiO2、Al2O3、MgO 3个因素对铁矿粉同化性的影响结果如图1~图3所示。

从图1可以看出，SiO2含量较低时，随着SiO2含量的增加，铁矿粉的最低同化温度有降低的趋势，当SiO2含量超过5.04%时，铁矿粉的最低同化温度随SiO2含量的增加有升高的趋势。主要由于SiO2含量较低时，随着SiO2含量的增加，促进铁矿粉液相的生成，但SiO2含量过高，导致易形成熔点较高的硅酸盐，铁矿粉的同化性降低。同时，SiO2含量与铁矿粉同化性关系的拟合方程为y=11.87x2-117.37x+1 495.50，拟合度R2=0.77。

图1　SiO2含量与铁矿粉同化性的关系

图2　Al2O3含量与铁矿粉同化性的关系

图3　M gO含量对铁矿粉同化性的影响

由图2可以看出，Al2O3含量较低时，随着Al2O3含量的增加，铁矿粉的最低同化温度有降低的趋势，当Al2O3含量超过3.94%，铁矿粉的最低同化温度随Al2O3含量的增加有升高的趋势，主要由于随着Al2O3含量的增加，促进复合铁酸钙的生成，导致矿粉的同化性提高，但Al2O3含量继续增加，Al3+不再取代铁酸钙中的Fe3+而是直接与CaO生成CaAl2O4，造成铁矿粉的同化性降低[9]。同时，Al2O3含量与铁矿粉同化性关系的拟合方程为y=16.87x2-132.99x+1 422.43，拟合度R2=0.84。

从图3可以看出，随着MgO含量的增加，铁矿粉的最低同化温度有升高的趋势，MgO含量与铁矿粉同化性关系的拟合方程为y=24.83x+1 225.71，拟合度R2=0.83。主要因为MgO为高熔点物质，烧结过程中有利于赤铁矿转化为磁铁矿，抑制铁酸钙的生成。同时，MgO含量的升高，在高温反应时形成高熔点的物质，因此，MgO含量的增加导致铁矿粉的最低同化温度升高。

3.3液相流动性影响因素分析

影响液相流动性的因素较多，本文主要对温度及铁矿粉的化学成分对铁矿粉的液相流动性进行分析，影响结果如图4所示。

图4　温度对铁矿粉液相流动性的影响

从图4可以看出，随着温度的增加，铁矿粉的液相生成特性有逐渐提高的趋势，其中，OC铁矿粉从1 200益提高到1 240益，铁矿粉的液相生成特性指数仅从0.12提高到0.50，变化不大。但铁矿粉的液相生成特性从1 240益增加到1 280益，特矿粉的液相生成特性指数从0.50增加到8.43，同时OC铁矿粉的最低同化温度为1 247益，从1 200益增加到1 240益。OE铁矿粉的液相生成特性从1.78增加到6.64，但从1 240益提高到1 280益，OE铁矿粉的液相生成特性从6.64增加到6.80，变化幅度较小。OE铁矿粉的最低同化温度为1 220益，表明温度低于铁矿粉的最低同化温度，铁矿粉的液相生成特性随温度的增加变化不大。当温度超过铁矿粉的最低同化温度时，铁矿粉的液相生成特性增加幅度变大，但达到一定温度后，铁矿粉的液相生成特性变化不大，主要是由于温度低于铁矿粉的最低同化温度时，随着温度的提高，铁矿粉产生的液相量几乎不产生变化，温度达到铁矿粉的最低同化温度之后，随着温度的提高，产生的液相量增加，同时温度升高产生的液相粘度降低，增加液体的流动性[10]。

图5　SiO2含量对铁矿粉液相流动性的影响

由图5可以看出，当SiO2含量较低时，随着SiO2含量的提高，铁矿粉的液相流动性有提高的趋势，SiO2含量超过5.07%之后，随着SiO2含量继续提高，铁矿粉的液相流动性有降低的趋势，主要由于SiO2含量较低时，随着SiO2含量的增加，铁矿粉的液相生成温度降低，产生液相的过热度提高，导致液相粘度降低，增加液相的流动性，SiO2含量超过一定水平后，在一定的碱度条件下，SiO2含量的升高伴随着CaO的配加量，可能导致液相的粘度增加，导致液相的流动性降低[11]。同时，SiO2含量与铁矿粉在1 280益下的液相生成特性拟合方程为y=-0.67x2+6.79x-8.96，拟合度R2=0.91。

由图6可以看出，随着MgO含量的增加，铁矿粉的液相流动性有降低的趋势，主要由于MgO含量的增加，导致烧结液相产生的温度增加，产生的液相过热度降低，液相的粘度增高，造成液相的流动性降低[12]。同时，MgO含量与铁矿粉在1 280益下的液相生成特性拟合方程为y=-0.20x2-0.90x+ 7.18，拟合度R2=0.83。

4　结论

对天钢7种铁矿粉的同化性和液相流动性进行测量并分析，得出以下结论：铁矿粉的同化性随着SiO2与Al2O3的含量增加呈现出先增大后降低的趋势，同化性与MgO含量呈负相关的关系。铁矿粉的液相流动性随着温度的增加而增大，尤其温度超过铁矿粉的液相开始之后，铁矿粉的液相流动性增加幅度较大，但温度继续增加，铁矿粉的液相流动性变化不大。铁矿粉的液相流动性随着SiO2含量的增加有先增大后降低的趋势，铁矿粉的液相流动性随着MgO含量增加而减小的趋势。

图6　M gO含量对铁矿粉液相流动性的影响

参考文献

[1]王筱留.钢铁冶金学（炼铁部分）[M].北京：冶金工业出版社，1991：3.

[2]李立芬，张淑会，吕庆，等.烧结配矿的研究现状及展望[J].钢铁研究学报，2013，25（9）：1-5.

[3]吴胜利，戴宇明，DauterO liveira，等.基于铁矿粉高温特性互补的烧结优化配矿[J].北京科技大学学报，2010，32（6）：719-724.

[4]赵志星，裴元东，潘文，等.首钢铁矿粉的高温特性影响因素分析[J].钢铁，2010，45（12）：12-16.

[5]刘成松，李京社，高雅巍，等.铁矿粉烧结优化配矿的试验[J].钢铁，2013，48（10）：6-11.

[6]吴胜利，刘宇，杜建新，等.铁矿粉与CaO同化能力的试验研究[J].北京科技大学学报，2002，24（3）：258-261.

[7]吴胜利，杜建新，马洪斌，等.铁矿粉烧结液相流动特性[J].北京科技大学学报，2005，27（3）：291-293.

[8]施思强，李家新，龙红明，等.马钢铁矿粉烧结优化配矿实验研究[J].安徽工业大学学报（自然科学版），2013，30（4）：351-355.

[9]尹嘉清.铁酸钙固相生成及氧化铝在其中的溶解动力学[D].重庆：重庆大学，2013.

[10]李光森，金明芳，姜鑫，等.烧结矿粘结相流动性的研究[J].中国冶金，2008，18（5）：20-23.

[11]伊凤永，李福民，孙恺，等.混合矿烧结基础性能与化学成分间的关系[J].烧结球团，2013，38（2）：1-5.

[12]刘东辉，吕庆，孙艳芹，等.铁矿粉基础特性对烧结矿性能的影响[J].钢铁研究学报，2013，25（11）：29-34.

Study on FactorsInfluencing High Tem perature Characteristicsof Iron FineatTISCSUN Hai-ning,LIN Yangand E Ji-ming

(Tianjin Iron and SteelGroup Co.,Ltd.,Tianjin 300301,China)

AbstractIn orderto explore the factors influencing high temperature characteristics ofiron fine,analysis and studywerecarried outon theassimilabilityand liquid phasefluidityofseven iron finesapplied to Tianjin Iron and SteelGroup Company Limited (TISC).Resultsshowed the assimilability ofiron fine decreased with the increase ofMgO content.Itincreased with the increase ofSiO2contentwhen SiO2contentwas low but decreased with the increase of SiO2contentwhen SiO2contentreached a certain level.Al2O3has similar influence on assimilability.The liquid phase fluidity ofiron fine increased with the increase oftemperature and decreased with the increase ofMgO content.Itincreased with the increase ofSiO2contentwhen SiO2contentwaslow butdecreased with theincreaseofSiO2contentwhen SiO2contentreached acertain level.

Key wordsiron fine;assimilability;liquid phasefluidity

收稿日期：2015-03-15

doi：10.3969/j.issn.1006-110X.2015.04.011

作者简介：孙海宁（1982—），男，黑龙江人，工程师，主要从事烧结原料技术工作。