不同位置烧结矿矿物组成及显微结构的研究与分析

2021-04-27秦华伟周永平

河南冶金 2021年1期

秦华伟周永平

（安阳钢铁股份有限公司）

0 前言

烧结矿是由多种矿物组成的复合体，不同的原料、不同的配矿方案、不同的烧结工艺参数控制得出的烧结矿矿物组分大不一样，烧结矿生产过程中的各种工艺条件必然影响烧结矿的矿物组成及其微观结构[1]，烧结矿质量的稳定与否更是关系到高炉顺行的关键点。在垂直方向上不同位置横截面烧结矿的差异性也比较大,开展这方面的研究有助于我们掌握不同的烧结过程，帮助我们判断烧结矿的性能和质量，有助于烧结矿质量的进一步改善。

1 安钢在用原料的理化性质

试验所用样品全部取自现场，经烘干制样送化验室分析，得出的安钢在用铁矿石的理化性质见表1。

表1 安钢在用铁矿石化学成分 %

从表1可以看出，D矿、E矿烧损较大，属于含结晶水较多的褐铁矿，F矿、G矿属于赤铁矿但也有少部分的褐铁矿，H矿属于致密型赤铁矿，A矿属于磁铁矿，C矿的MgO、Al2O3含量都较高。

2 基础特性试验

试验以在氮气气氛下的焙烧过程模拟实际烧结过程的燃烧带及其以前部分，以在空气气氛下的焙烧过程模拟相应的高温氧化带及其以后部分。试样的同化性[2]以“同化温度”表示，试样的液相流动性以“流动性指数”表示。试验结果见表2。

表2 试验结果

从表2可以看出，D矿、E矿和G矿的同化温度较低，同化性能较好，其中D矿的同化温度不到1 200 ℃，仅1 166 ℃，这可能与三种矿的烧损大、结晶水含量高有直接关系；在液相流动性[3]方面，E矿优于D矿，分别为5.33和4.93，这可能与其硅含量相对其他矿而言要大有关。

3 烧结杯试验

安钢烧结的配矿[4]结构以赤铁矿为主，配加一定比例的巴西矿或南非矿和百分之三十左右的褐铁矿，再配加一定比例的俄罗斯高镁或国内精粉。以赤铁矿为主要比例，是为了满足铁酸钙的生成需求；配加一定比例的致密巴西矿或南非矿，是为了形成骨架和核心的非均质体；配加褐铁矿，既满足了烧结要求，又降低了配矿成本；配加少量的精矿有利于提高烧结矿的致密度和强度，改善粘结条件。烧结杯试验配比见表3，烧结矿成分见表4，烧结矿指标见表5。

表3 试验配比 %

表4 烧结矿成分 %

表5 烧结矿指标 %

从表5可以看出，该配比下的烧结时间为37分20秒，烧结速度一般；转鼓强度为71.2%，较好；固体燃耗为72.55%，偏高；适宜水分为8.2%。

4 矿物组成与分析

烧结完成后，将烧结完成的烧结杯试验样品取下，横倒在地面上，然后分别在在烧结料柱上、中、下三个截面进行取样，将所取样进行破碎筛分，随机取转鼓样5～6块作为试样，进行矿物组成的分析。由于烧结矿的矿物分布极不均匀，各矿物之间交织紧密，较为复杂，矿相分析[5]需考虑到矿物组成和矿物之间显微组织结构分析，所以多采用目估分析法。这样的话，矿物组成虽有一定的误差，但却可清晰地观察到各矿物之间的显微组织结构关系。各截面烧结矿的矿物组成见表6。

表6 各截面烧结矿矿物组成 %

从表6可以看出，上层烧结矿为正常的烧结矿组分，主要矿物为磁铁矿、铁酸钙和赤铁矿，其次是玻璃相和硅酸二钙，脉石、熔剂残余较少；中层烧结矿的主要矿物为磁铁矿、铁酸钙和赤铁矿（再生赤铁矿较多），硅酸盐粘结相较多；下层烧结的主要矿物为磁铁矿和原生赤铁矿，铁酸钙较少，残余脉石和其他成分较多，玻璃相起主要粘结作用。

5 烧结矿微观结构

将样品进行4道磨制（粗磨至细磨），磨制后进行抛光，制成光片，再将制作好的试样在显微镜下进行烧结矿微观结构分析[6]，分析结果分别如图1、图2和图3所示。

从图1可以看出，该部分烧结矿为正常的低温高碱度烧结矿，组织结构较为均匀。多数磁铁矿与铁酸钙形成交织熔蚀结构，铁酸钙为树枝状和针状；一些磁铁矿与铁酸钙形成熔蚀结构，铁酸钙为片状和柱状；赤铁矿多为为原生赤铁矿，部分为再生赤铁矿，并发生骸晶菱形化，形成骸晶结构；部分磁铁矿与玻璃相形成粒状结构。铁酸钙为主要粘结相，玻璃相起辅助粘结作用。

图1 上层烧结矿矿显微结构；反光

图2 中层烧结矿矿显微结构；反光

图3 下层烧结矿矿显微结构；反光

从图2可以看出，该层结构矿物以磁铁矿和铁酸钙为主，再生赤铁矿和共晶组织明显增多，显微结构为交织熔蚀和熔蚀结构；磁铁矿多以粒状结构存在，中间被玻璃相填充，且在磁铁矿的解离缝中有再生赤铁矿存在。这可能由于该部分烧结矿在高温状态下冷却下来，冷却速度快，许多矿物来不及析出，粘结相来不及结晶，所以出现较多结晶不完善的矿物。

从图3可以看出，该层矿物主要为赤铁矿和磁铁矿，粘结相较少，未熔矿石较多，发生了部分固结反应。赤铁矿一部分为大粒原生的，经过烧结固结，晶粒变大形成连晶，结构较为致密；一部分为脱去结晶水后孔洞被玻璃相填充的褐铁矿，结构疏松多孔；部分褐铁矿脱去结晶水后形成较多的缝隙裂纹，由于固结反应不充分，自行愈合的较少，这种结构在该层广泛分布。磁铁矿多为散粒状结构，中间分布少部分硅酸盐粘结相。少数区域为磁铁矿和赤铁矿形成的斑状结构。交织熔蚀结构和熔蚀结构较少。