張國(guó)成^1,2，羅果萍¹，柴軼凡¹，田 碩¹，郝 帥¹，任強(qiáng)¹

1) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院，包頭 014010 ;2) 包頭師范學(xué)院化學(xué)學(xué)院，包頭 014030)

摘 要：為了探究全進(jìn)口礦條件下褐鐵礦在燒結(jié)工藝中的合理配置，實(shí)現(xiàn)褐鐵礦的高效利用以進(jìn)一步提鐵降本，針對(duì) S 鋼鐵公司 500 m² 大型燒結(jié)機(jī)實(shí)際原燃料條件，基于試驗(yàn)用鐵礦粉的常規(guī)理化性能和高溫?zé)Y(jié)基礎(chǔ)特性開展了不同褐鐵礦配比的燒結(jié)杯試驗(yàn)研究，結(jié)合 Factsage 7.1 熱力學(xué)軟件，模擬計(jì)算了不同褐鐵礦配比條件下的黏附粉含量和理論液相生成量及性能，并采用礦相顯微鏡分析了燒結(jié)礦的顯微結(jié)構(gòu)，探明了褐鐵礦與赤鐵礦和磁鐵礦的優(yōu)化搭配規(guī)律.   研究表明：澳大利亞褐鐵礦具有粒度粗、礦化能力弱，同化溫度低、黏結(jié)相強(qiáng)度差、吸液性強(qiáng)的特點(diǎn)，當(dāng)褐鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)由 45% 增加至 55% 時(shí)，提高磁鐵精礦 OD 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)至 15%，同時(shí)降低 OC 礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)至 10%，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和低溫還原粉化性能等指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)，這是由于一方面提高磁鐵精礦配比不僅具有增加黏附粉比例、改善液相生成數(shù)量和性能的作用，而且可以均勻液相分布，消除過熔現(xiàn)象；另一方面，增加磁鐵精礦配比可以改善燒結(jié)料球的粒度組成，減少褐鐵礦吸液量，提高燒結(jié)礦強(qiáng)度.   因此，在高褐鐵礦配比條件下，增加適宜的磁鐵精礦配比有利于穩(wěn)定燒結(jié)礦質(zhì)量，全面改善燒結(jié)礦性能.

關(guān)鍵詞：燒結(jié)工藝；褐鐵礦；合理配置；理論液相量；礦相結(jié)構(gòu)

近年來，隨著鋼鐵產(chǎn)能日趨過甚，降低煉鐵配礦成本，提高鋼鐵產(chǎn)品性能成為提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要舉措，而鐵前系統(tǒng)降低成本的重點(diǎn)則在于鐵礦粉在燒結(jié)工藝的優(yōu)化配置.   由于高品質(zhì)進(jìn)口礦價(jià)格高、產(chǎn)能逐年下降，大量配加優(yōu)質(zhì)進(jìn)口礦不符合我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)的實(shí)際需求，因此，高比例配加廉價(jià)進(jìn)口褐鐵礦將成為降低燒結(jié)配礦成本的有效措施之一^[1−2] 。眾所周知，褐鐵礦具有結(jié)晶水含量高、粒度粗、結(jié)構(gòu)疏松多孔、易融化和還原性高等特性^[3−4] ，會(huì)對(duì)燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量造成影響，實(shí)現(xiàn)褐鐵礦與其他礦種的優(yōu)化搭配是確保燒結(jié)礦質(zhì)量的關(guān)鍵^[5−6]。 

針對(duì)褐鐵礦的燒結(jié)性能國(guó)內(nèi)外已有大量研究，黃偉青等^[7] 研究了澳大利亞褐鐵礦的基礎(chǔ)特性，認(rèn)為通過增加生石灰配加量、分割制粒等技術(shù)措施，能夠使褐鐵礦配加比例達(dá)到 50% 以上；金俊等^[8] 研究了高褐鐵礦配比條件下不同石灰石粉粒度對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量的影響，認(rèn)為高褐鐵礦配比條件下，可通過減少石灰石粉中直徑小于 1 mm 的微細(xì)顆粒的比例來改善燒結(jié)礦質(zhì)量、提高燒結(jié)生產(chǎn)效率；王躍飛等^[9] 研究了高褐鐵礦配比條件下堿度、鈣質(zhì)熔劑種類等因素對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量的影響，認(rèn)為在高褐鐵礦配比條件下，需通過增加生石灰使用比例以及提高燒結(jié)抽風(fēng)負(fù)壓和料層厚度的措施來改善燒結(jié)礦質(zhì)量.   已有研究表明，褐鐵礦勢(shì)必會(huì)對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量造成不利影響，需要優(yōu)化燒結(jié)制度來穩(wěn)定燒結(jié)礦質(zhì)量^[10−12] ，同時(shí)，優(yōu)化配礦結(jié)構(gòu)對(duì)于確保燒結(jié)礦質(zhì)量至關(guān)重要，目前針對(duì)全進(jìn)口礦燒結(jié)條件下，褐鐵礦與赤鐵礦和磁精礦合理搭配的研究尚較欠缺。為此，本研究基于進(jìn)口鐵礦粉的常規(guī)理化性能和高溫基礎(chǔ)特性，開展了高褐鐵礦配比的燒結(jié)優(yōu)化配礦研究，并結(jié)合 Factsage 7.1 熱力學(xué)軟件模擬了燒結(jié)黏附粉含量以及理論液相生成性能，研究結(jié)果對(duì)于沿海鋼鐵企業(yè)在全進(jìn)口礦燒結(jié)條件下實(shí)現(xiàn)褐鐵礦優(yōu)化配置具有重要的指導(dǎo)意義。 

1    試驗(yàn)原料

1.1    試驗(yàn)原料理化性能

以 S 鋼鐵公司 500 m² 大型燒結(jié)機(jī)所用原燃料為試驗(yàn)主要原料，含鐵原料有 7 種，主要來源澳大利亞和巴西，其中，OA、OB、OC、OD 礦產(chǎn)自澳大利亞，前三者為褐鐵礦或半褐鐵礦，OD 礦為磁鐵精礦，OE、OF、OG 礦產(chǎn)自巴西，均為赤鐵礦。 熔劑為白云石和生石灰，主要用來調(diào)整燒結(jié)礦 MgO 含量和堿度。燃料為焦粉.   原燃料化學(xué)成分見表 1，粒度組成見表 2。

根據(jù)表 1 可知：①7 種鐵礦粉的 TFe 質(zhì)量分?jǐn)?shù)除 OB 礦外均大于 60%，OD、OE 礦的 TFe 質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 65% 以上，配加 OD、OE 礦有利于燒結(jié)礦鐵品位的提高；②OD、OF 礦的 SiO₂ 質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 6.0%以上，主要用來平衡燒結(jié)礦 SiO₂ 含量；③7 種鐵礦粉的 MgO 和 CaO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均較低 ，在 0.20% 以下；④澳礦粉 OA、OC 礦結(jié)晶水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 3.0%～6.0% 之間，屬于中等水化程度的半褐鐵礦，OB 礦結(jié)晶水質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá) 10.0%，屬于褐鐵礦；巴西礦的結(jié)晶水質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在 3.0% 以下，屬于低水化程度的赤鐵礦；⑤OG 礦的有害元素 P 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%，從控制鐵水 P 含量的角度分析，應(yīng)盡量減少其配加比例；⑥7 種鐵礦粉有害元素 S 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在 0.15% 以下，可為燒結(jié)工藝超低硫排放創(chuàng)造條件，減輕末端脫硫壓力。

按照燒結(jié)制粒和鐵礦粉礦化要求，小于 0.5 mm的鐵礦粉粒度較細(xì)，易于成球，且在燒結(jié)過程中，容易和 CaO 發(fā)生礦化反應(yīng)形成鐵酸鈣和硅酸鹽液相，利于改善燒結(jié)性能。由此可知，褐鐵礦 OA、OB礦粒度較粗，礦化能力較弱，不易生成燒結(jié)液相，并且褐鐵礦分解產(chǎn)生赤鐵礦微球網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)^[13−14]孔隙率較高，燒結(jié)液相易于進(jìn)入網(wǎng)孔，消耗液相，降低強(qiáng)度。

1.2    試驗(yàn)原料高溫性能

鐵礦粉的高溫?zé)Y(jié)基礎(chǔ)特性是評(píng)價(jià)其對(duì)燒結(jié)過程以及燒結(jié)礦冶金性能所作貢獻(xiàn)的基本指標(biāo)，對(duì)燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量以及燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)優(yōu)化有著重要影響^[15] ，研究?jī)?nèi)容一般包括最低同化溫度、液相流動(dòng)性、連晶特性、黏結(jié)相強(qiáng)度和鐵酸鈣生成特性，采用《鐵礦石燒結(jié)基礎(chǔ)特性試驗(yàn)裝置》進(jìn)行測(cè)試^[12]。試驗(yàn)用鐵礦粉需要磨成細(xì)粉狀（−0.15 mm） ，CaO 為純化學(xué)試劑，將鐵礦粉和 CaO 試劑分別制備成小餅試樣，在試驗(yàn)所需的溫度、時(shí)間和氣氛條件下進(jìn)行焙燒，得出鐵礦粉高溫性能指標(biāo)。其測(cè)試結(jié)果如 圖 1 和 表 3所示。

由燒結(jié)基礎(chǔ)特性測(cè)試結(jié)果可知，澳礦的同化性溫度總體上較低，巴西礦的同化性溫度較高；澳礦 OB、OD 礦的液相流動(dòng)性較好，而巴西礦 OE、OF 礦的較差；澳礦 OC、OD 礦的鐵酸鈣生成能力較強(qiáng)，巴西礦 OF、OG 礦的較弱；澳礦 OA、OB 和OC 礦的黏結(jié)相強(qiáng)度較差，而巴西礦 OE、OF 礦的較好.   分析可知，澳大利亞褐鐵礦和巴西赤鐵礦的高溫?zé)Y(jié)基礎(chǔ)特性互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)明顯，燒結(jié)提高褐鐵礦配比的同時(shí)，應(yīng)合理搭配磁鐵精礦和巴西赤鐵礦，以實(shí)現(xiàn)其燒結(jié)特性優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、劣勢(shì)互抑的目的，從而獲得理想的燒結(jié)性能.

2    試驗(yàn)方案及控制條件

一般而言，褐鐵礦水化程度高，結(jié)晶水分解后成品燒結(jié)礦品位高、價(jià)格低，若能保證燒結(jié)礦強(qiáng)度和低溫還原粉化（RDI_{+3.15 mm}）等冶金性能，則可提升燒結(jié)生產(chǎn)效率并顯著降低配礦成本^[16−17] 。  為了探究全進(jìn)口礦原料條件下褐鐵礦在燒結(jié)工藝的合理配置，針對(duì) S 鋼鐵公司 500 m² 大型燒結(jié)機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)需求，開展高褐鐵礦配比燒結(jié)杯試驗(yàn)研究。依據(jù)鐵礦粉燒結(jié)基礎(chǔ)特性互補(bǔ)和燒結(jié)礦綜合冶金性能要求，結(jié)合鐵礦粉來源和地域特點(diǎn)，將澳礦褐鐵礦（OA+OB+OC）視為一類型礦，澳礦磁鐵精礦 OD 視為一類型礦（該礦具有高硅高品位、粒度細(xì)、燒結(jié)性能好和價(jià)格高的特點(diǎn)，主要用于改善褐鐵礦的燒結(jié)性能 ）。巴西赤鐵礦 （ OE+OF+OG）視為一類型礦，方案中褐鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化設(shè)計(jì)為 45%、50%、55%，磁鐵精礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化設(shè)計(jì)為 10%、15%，赤鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化設(shè)計(jì)為 35%、40%。  燒結(jié)杯具體配礦方案如表 4所示。

試驗(yàn)過程中，燒結(jié)礦成分依據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際控制條件而設(shè)定 ， MgO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制為 1.75%，SiO₂ 質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在 5.2%～5.4% 之間，堿度 R 控制為 1.95。 燒結(jié)杯工藝參數(shù)如表 5 所示。 

3    試驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1    混合礦黏附粉含量及理論液相生成量模擬計(jì)算

制粒是燒結(jié)成礦過程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，混合料在水分的作用下，細(xì)顆粒黏附在粗顆粒上或者細(xì)顆粒之間相互聚集而長(zhǎng)大成為小球，目的是改善燒結(jié)料層透氣性，提高燒結(jié)礦產(chǎn)量.   在燒結(jié)成礦過程中，熔劑完全參與成礦，而鐵礦石成礦的粒度界限為0.5 mm，熔劑與−0.5 mm 鐵礦粉反應(yīng)形成熔融區(qū)，而+0.5 mm 的鐵礦石殘存下來成為未熔礦石。制粒小球由黏附層和核顆粒構(gòu)成，−0.5 mm 顆粒起黏附粉作用，+0.5 mm 顆粒作為核顆粒.   黏附層由細(xì)顆粒的鐵礦石、焦粉、返礦和熔劑等混合物組成^[18]。

燒結(jié)礦是由熔融液相黏結(jié)未熔礦石而形成，熔融區(qū)化學(xué)成分對(duì)燒結(jié)礦液相和物相起著極為重要的作用。熔融區(qū)的化學(xué)成分可通過下式計(jì)算^[18]：

其中，w(Q) 為熔融區(qū)化學(xué)成分Q 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%； x_i為第 i 種鐵礦石的質(zhì)量分?jǐn)?shù) ，%； x_i^-0.5 為第 i 種鐵礦石−0.5 mm 粒級(jí)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；x_i^Q為第 i 種鐵礦石−0.5 mm 粒級(jí)中化學(xué)成分 Q 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；w_i^LOI為第 i 種鐵礦石−0.5 mm 粒級(jí)中的燒損，即在燒結(jié)過程中的鐵礦粉損失量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%； x_j 為第 j 種熔劑、燃料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；w_j^Q 為第 j 種熔劑、燃料中化學(xué)成分Q 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；w_j ^LOI 為第 j 種熔劑、燃料中的燒損，%。 

根據(jù)熔融區(qū)化學(xué)成分計(jì)算公式可得不同配料結(jié)構(gòu) H-（1#-6#）黏附粉含量及成分，見表 6。

表 6 計(jì)算結(jié)果為不同配料結(jié)構(gòu)的混合礦黏附粉（−0.5 mm）的化學(xué)成分，在燒結(jié)成礦過程中，黏附粉將在高溫條件下形成熔融液相區(qū)，進(jìn)而黏結(jié)周圍粉料和顆粒完成礦化過程，因此，熔融區(qū)形成的液相對(duì)燒結(jié)礦化過程有著重要影響，某種程度上，熔融區(qū)形成的液相數(shù)量和性能決定燒結(jié)礦質(zhì)量的優(yōu)劣。

為了更進(jìn)一步探明熔融區(qū)的液相性能，采用Factsage 7.1 熱力學(xué)軟件中的 Equilib 模塊計(jì)算黏附粉區(qū)域形成的液相數(shù)量、組分以及黏度等性能^[19]。圖 2 為不同配料結(jié)構(gòu)黏附粉熔融區(qū)理論液相生成量隨燒結(jié)溫度的變化趨勢(shì)。表 7 為單位質(zhì)量黏附粉產(chǎn)生的理論液相量及性能。

由圖 2 可知，燒結(jié)礦理論液相量隨溫度的升高而增加，液相生成溫度起始于 1150 ℃，隨溫度的升高，黏附粉逐步形成液相，于 1450 ℃ 時(shí)全部熔化為液相。在較低的燒結(jié)溫度下，不同配礦結(jié)構(gòu)的液相生成量差別較大，但隨著燒結(jié)溫度的升高，這種差別逐漸減小，燒結(jié)溫度對(duì)不同配礦結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生液相量的影響趨勢(shì)一致。 

燒結(jié)工藝中，黏附粉表征混合礦形成液相的載體，其含量多少?zèng)Q定形成液相的原始黏結(jié)范圍，而理論液相生成量反映混合礦可以形成的有效液相數(shù)量，其含量多少影響液相黏結(jié)周圍物料的有效范圍，據(jù)此，提出單位質(zhì)量黏附粉產(chǎn)生的液相量為黏附粉含量與理論液相生成量的乘積，主要表征混合礦中由黏附粉熔融區(qū)所產(chǎn)生的液相絕對(duì)含量。而液相中 Fe₂O₃ 和 CaO 的質(zhì)量比，決定形成的黏結(jié)相類型，即是以復(fù)合鐵酸鈣為主的液相還是以硅酸鹽為主的渣相，一般認(rèn)為，F(xiàn)e₂O₃ 與 CaO 的質(zhì)量比越高越有利于形成鐵酸鹽黏結(jié)相，從而提高燒結(jié)礦黏結(jié)相質(zhì)量，改善燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度。 

由此分析，H-1#、H-2#和 H-4#試驗(yàn)方案的單位質(zhì)量黏附粉所產(chǎn)生的液相數(shù)量較多 ，且液相中Fe₂O₃ 和 CaO 的質(zhì)量比較高，從理論液相生成角度分析其對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量的影響規(guī)律，預(yù)測(cè)其燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)較優(yōu)。而 H-5#試驗(yàn)方案雖然單位質(zhì)量黏附粉的液相生成量高，但液相黏度低，流動(dòng)性能過好，易產(chǎn)生局部過熔現(xiàn)象，導(dǎo)致燒結(jié)礦生成薄壁大孔結(jié)構(gòu)，影響燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度；H-6#試驗(yàn)方案雖然液相黏度高，但單位質(zhì)量黏附粉的液相生成量最低，液相有效固結(jié)范圍小，液相黏結(jié)周圍核礦物能力較差，不利于燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度改善。 

3.2    燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)

（1）燒結(jié)礦質(zhì)量。

燒結(jié)礦的質(zhì)量一般指轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、篩分指數(shù)和平均粒徑等指標(biāo)，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求，本研究中主要關(guān)注燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和低溫還原粉化指數(shù)（ RDI_{+3.15 mm}）。燒結(jié)礦低溫還原粉化試驗(yàn)采 用GB/T 13242—1991 標(biāo)準(zhǔn)。不同褐鐵礦配比燒結(jié)礦試樣的質(zhì)量指標(biāo)見圖 3。 

由圖 3 可知，H-1#、H-4#和 H-5#燒結(jié)礦試樣的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和低溫還原粉化性能均較好，其共同特點(diǎn)是澳大利亞磁鐵精礦 OD 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 15%，OC 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10%。   可見，在褐鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高（≥45%）而赤鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低（≤40%）的情況下，適當(dāng)控制 OC 礦配比，增加磁精礦配比對(duì)于全面改善燒結(jié)礦性能具有重要意義。這是由于，一方面，在澳大利亞褐鐵礦中 OC 礦具有粒度相對(duì)較細(xì)，鐵酸鈣生成能力強(qiáng)，液相生成溫度低、生成量大的特點(diǎn)，在赤鐵礦配比較高的情況下，增加 OC 礦可以改善燒結(jié)制粒性能，促進(jìn)鐵酸鈣生成，提高燒結(jié)礦強(qiáng)度和冶金性能^[20−22] ，但在褐鐵礦配比較高的情況下，OC 礦燒結(jié)容易產(chǎn)生細(xì)碎針狀鐵酸鈣和細(xì)碎磁鐵礦的熔蝕交織結(jié)構(gòu)，對(duì)改善燒結(jié)制粒和燒結(jié)礦性能的作用有限，需要通過配加粒度更細(xì)、礦化溫度較高的 OD 磁精礦來改善燒結(jié)制粒性能；另一方面，高褐鐵礦配比混合料粒度粗，熔劑和燃料主要集中在細(xì)粒度的黏附粉中，使黏附粉相對(duì)堿度升高，加之燃料的偏聚，液相生成溫度降低，生成量增多，產(chǎn)生過熔現(xiàn)象，使褐鐵礦吸液量增加，影響燒結(jié)礦強(qiáng)度，而提高 OD 礦配比具有增加黏附粉占比、降低黏附粉相對(duì)堿度的作用，使液相生成溫度提高，消除過熔現(xiàn)象，從而減少褐鐵礦吸液量，改善燒結(jié)礦強(qiáng)度。

（2）燒結(jié)礦熔融滴落性能。

燒結(jié)礦熔融滴落性能檢測(cè)方法如下：燒結(jié)礦試樣及焦炭粒度均為 10～12.5 mm 粒級(jí)，試驗(yàn)?zāi)M高爐內(nèi)爐料的升溫速度主要分為三個(gè)階段：①0～1000 ℃ ， 10 ℃·min⁻¹（ 100 min） ；②1000～1100 ℃ ，2 ℃·min⁻¹（ 50 min） ；③1100 ～ 1600 ℃ ， 5 ℃·min⁻¹（100 min）；試驗(yàn)期間，溫度在 500 ℃ 以下通 4 L·min⁻¹的 N₂ 氣，溫度達(dá)到 500 ℃ 以上通入 4 L·min⁻¹ 的混合煤氣，混合煤氣由體積分?jǐn)?shù)為 30% 的 CO 和 70%的 N₂ 組成，當(dāng)試驗(yàn)溫度達(dá)到 1580 ℃ 后 30 min 試驗(yàn)結(jié)束.   測(cè)試結(jié)果見表 8。 

由上表可知，H-1#、H-4#和 H-5#的軟化開始溫度 T4、開始熔融溫度 TS 和滴落溫度 TD 都較高，且軟熔溫度區(qū)間 TD−T10 中等，其軟熔性能均可滿足高爐冶煉要求.   而 H-2#、H-3#和 H-6#的軟化開始溫度 T4、開始熔融溫度 TS 均較低，以及 H-2#、H-3#滴落溫度 TD 也較低，軟熔溫度區(qū)間 TD−T10 較小，會(huì)使高爐軟熔帶上移，厚度減薄，H-6#的 TD−T10 最大，達(dá)到 393 ℃，會(huì)使高爐軟熔帶上移，厚度增加。

從配料結(jié)構(gòu)角度分析，H-2#和 H-3#的 OC 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，達(dá)到了 20%，而磁鐵精礦 OD 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，只有 10%，H-6#褐鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到了 55%，而 OD 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也只有 10%。 可見，從燒結(jié)礦冶金性能方面分析，當(dāng)結(jié)晶水含量高的 OB 褐鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于 25% 時(shí)，磁鐵精礦OD 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不應(yīng)低于 15%，粒度相對(duì)較細(xì)的褐鐵礦 OC 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不應(yīng)超過 10%，褐鐵礦總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在 50% 以內(nèi)。 

從混合礦熔融區(qū)的化學(xué)成分分析，由于褐鐵礦具有同化溫度低的特點(diǎn)，配加高比例的褐鐵礦可提高混合礦的同化性能，使得熔融區(qū)堿度下降（ 表 6 中 H-1#、 H-4#和 H-5#熔融區(qū)堿度相對(duì)較低），有利于降低 Fe³⁺/Fe²⁺（質(zhì)量分?jǐn)?shù)比值），提高FeO 含量。 因此，礦物的固結(jié)強(qiáng)度提高，還原度受到影響，低溫還原粉化指數(shù)改善。 

3.3    燒結(jié)礦礦相顯微結(jié)構(gòu)

采用礦相顯微鏡對(duì)不同褐鐵礦配比的燒結(jié)礦試樣進(jìn)行分析.   為了準(zhǔn)確掌握試樣的礦相顯微結(jié)構(gòu)特征，本研究中共選取同一試樣的 4 個(gè)不同視域進(jìn)行綜合分析評(píng)估，結(jié)果如圖 4～圖 9 所示，圖中（a）、（b）視域選取試樣邊緣區(qū)域，（c）、（d）視域選取試樣中心區(qū)域。

H-1#燒結(jié)試樣的礦相組成類似，均以磁鐵礦和鐵酸鈣的熔蝕交織結(jié)構(gòu)為主.   H-1#燒結(jié)礦試樣褐鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較低，為 45%，礦相結(jié)構(gòu)中磁鐵礦多呈它形晶或半自形晶（圖 4（a）），鐵酸鈣多呈針柱狀（圖 4（c）），局部有硅酸鹽渣相和褐鐵礦分解產(chǎn)生的微球網(wǎng)狀赤鐵礦，孔隙率較低，渣相多存在于先結(jié)晶出來的鐵酸鈣縫隙中.   燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)均勻性較好，強(qiáng)度較高.   赤鐵礦含量較低，低溫還原粉化性能較好。 

H-2#燒結(jié)礦試樣褐鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 50%，礦相結(jié)構(gòu)中鐵酸鈣多為細(xì)碎針狀（圖 5（a）），磁鐵礦多呈細(xì)碎的它形晶或半自形晶，局部有未熔殘留的大顆粒赤鐵礦存在，其中裂縫較多，結(jié)構(gòu)疏松，局部有硅酸鹽渣相與鐵酸鈣伴生，出現(xiàn)了較大的圓形孔洞（圖 5（b））。由于該試樣 OC 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到 20%，其粒度相對(duì)較細(xì)，鐵酸鈣生成能力較強(qiáng)，液相生成溫度低、生成早，滲透作用強(qiáng)，結(jié)晶水分解后鐵礦物呈現(xiàn)細(xì)小的微球網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，鐵酸鈣填充在網(wǎng)孔中，與磁鐵礦形成細(xì)碎的熔蝕交織結(jié)構(gòu)（圖 5（c）），粗顆粒褐鐵礦分解產(chǎn)生了含有裂縫的赤鐵礦核顆粒，由于液相生成早，核顆粒中的裂縫沒來得及愈合^[23] 。當(dāng)該試樣發(fā)生低溫還原時(shí)，結(jié)構(gòu)細(xì)碎的鐵酸鈣難以抵抗赤鐵礦到磁鐵礦的晶型轉(zhuǎn)變應(yīng)力，加之有圓形孔洞和結(jié)構(gòu)疏松的核顆粒存在，其低溫還原粉化性能不佳，RDI_{+3.15 mm} 只有65.1%。

H-3#燒結(jié)礦試樣褐鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高，為 55%，礦相結(jié)構(gòu)中磁鐵礦多呈它形晶或半自形晶（圖 6（c）），鐵酸鈣呈現(xiàn)針狀、片狀和團(tuán)聚狀，填充在磁鐵礦的間隙中，局部有褐鐵礦分解而成的粗顆粒赤鐵礦。隨著褐鐵礦配比的增加，鐵酸鈣含量增多，由針狀向片狀、團(tuán)塊狀轉(zhuǎn)變（圖 6（a）），硅酸鹽減少，液相生成早、生成量多，褐鐵礦吸液量增加^[24−25] ，黏結(jié)相強(qiáng)度降低，由于鐵酸鈣多以團(tuán)塊狀充填在鐵礦物的間隙中，不能很好地抵抗赤鐵礦到磁鐵礦的晶型轉(zhuǎn)變應(yīng)力，其 RDI_{+3.15 mm} 只有 65.4%。

H-4#燒結(jié)礦試樣褐鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較低 ，為 45%，其 OB 礦和 OC 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為30% 和 10%，OD 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，為 15%。礦相結(jié)構(gòu)中鐵酸鈣多呈現(xiàn)針柱狀（圖 7（a）），局部出現(xiàn)團(tuán)塊狀，磁鐵礦多呈它形晶或半自形晶（圖 7（d）），赤鐵礦含量較低，局部有硅酸鹽渣相填充在先結(jié)晶出的鐵酸鈣縫隙中，具有強(qiáng)化黏結(jié)相強(qiáng)度的作用.   H-3#和 H-4#的 OB 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為 30%，但是 H-4#的 OC 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低（10%）、OD 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高（15%），其燒結(jié)礦團(tuán)塊狀鐵酸鈣較少、結(jié)構(gòu)較好。可見，當(dāng)褐鐵礦配比相對(duì)較低、而赤鐵礦配比較高時(shí)，鐵酸鈣多呈現(xiàn)針柱狀，燒結(jié)礦硅酸鹽渣相含量增加，鐵酸鈣、硅酸鹽和磁鐵礦具有良好的接觸強(qiáng)度，當(dāng)發(fā)生低溫還原時(shí)，抵抗赤鐵礦到磁鐵礦的晶型轉(zhuǎn)變應(yīng)力的能力較強(qiáng)，低溫還原粉化性能較好。

H-5#燒結(jié)礦試樣褐鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)中等 ，為 50%，其 OB 礦和 OC 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為35% 和 10%，OD 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，為 15%。礦相結(jié)構(gòu)中鐵酸鈣多為片柱狀（圖 8（b）），硅酸鹽含量較高（圖 8（d）），填充在鐵酸鈣的片層之間，起到加固黏結(jié)相的作用，部分鐵酸鈣呈現(xiàn)團(tuán)塊狀，填充在磁鐵礦的空隙之間，磁鐵礦呈現(xiàn)半自形晶或它形晶（圖 8（a）），晶粒較粗，赤鐵礦含量較高，粒度中等，多與磁鐵礦共晶存在。由于硅酸鹽加固鐵酸鈣，黏結(jié)相強(qiáng)度較高，加之鐵礦物晶粒較粗，燒結(jié)礦強(qiáng)度較高，低溫還原時(shí)黏結(jié)相抵抗晶型轉(zhuǎn)變應(yīng)力的能力較強(qiáng)，低溫還原粉化性能較好，達(dá) 74.9%。

H-6#燒結(jié)礦試樣褐鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高為 55%，其 OA、 OB 和 OC 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10%、35% 和 10%，OD 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低為 10%。OB 礦粒度較粗，直徑大于 5 mm 的鐵礦粉顆粒質(zhì)量占比大于 36%，結(jié)晶水含量較高，分解溫度較低^[26−28] ，分解產(chǎn)物赤鐵礦中的裂縫較易愈合，對(duì)強(qiáng)度影響較?。籓A 礦粒度介于 OB 和 OC 礦之間，1～5 mm 粒級(jí)質(zhì)量占比達(dá)到 48% 以上，使燒結(jié)礦中細(xì)顆粒赤鐵礦含量升高、富集加重.   由于褐鐵礦配比較高且 OD 礦配比較低，液相生成溫度低，鐵酸鈣多以團(tuán)塊狀填充于細(xì)顆粒的磁鐵礦空隙之間（圖 9（b）），孔隙率較高.   在低溫還原過程中，由于赤鐵礦含量和孔隙率較高，加之赤鐵礦顆粒的聚集和團(tuán)塊狀鐵酸鈣的存在，其低溫還原粉化性 能不佳，RDI_{+3.15 mm} 只有 64.2%。

通過對(duì)比分析可知，不同燒結(jié)礦試樣的礦相結(jié)構(gòu)具有顯著的區(qū)別，配加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 15% 的磁鐵精礦不僅具有強(qiáng)化制粒和提高液相生成溫度的作用，而且優(yōu)化了鐵酸鈣的形貌，使其呈現(xiàn)針狀結(jié)構(gòu)，并與磁鐵礦熔蝕交織，從而全面改善了燒結(jié)礦性能.   因此，將粗粒度褐鐵礦與細(xì)粒度磁鐵精礦合理搭配使用，是提高燒結(jié)礦品位、降低燒結(jié)礦成本、確保燒結(jié)礦冶金性能的有效措施^[29−30]。

4    結(jié)論

（1）與巴西赤鐵礦比較，澳大利亞褐鐵礦具有粒度粗（−0.5 mm 鐵礦粉顆粒少）、制粒性能差、礦化能力弱和同化溫度低的特點(diǎn)，燒結(jié)過程中褐鐵礦分解產(chǎn)生赤鐵礦微球網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，容易發(fā)生吸液現(xiàn)象，使得燒結(jié)體多孔而結(jié)構(gòu)不均，從而導(dǎo)致其固結(jié)強(qiáng)度變差。

（2）燒結(jié)過程形成的液相數(shù)量和質(zhì)量對(duì)燒結(jié)礦性能有重要影響，混合料中單位質(zhì)量黏附粉產(chǎn)生的液相量越高，則燒結(jié)液相量越多，可促進(jìn)液相對(duì)周圍核礦物的有效黏結(jié)；液相中 Fe₂O₃ 與 CaO的質(zhì)量比越高，則越容易形成鐵酸鈣黏結(jié)相，有利于改善燒結(jié)礦質(zhì)量.   H-1#、H-2#和 H-4#配礦結(jié)構(gòu)，單位質(zhì)量黏附粉理論液相生成量和液相中 Fe₂O₃ 與 CaO 的質(zhì)量比均較高，燒結(jié)礦試樣的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度也較優(yōu)，表明理論模擬結(jié)果和燒結(jié)試驗(yàn)結(jié)果吻合性良好。

（3）當(dāng)褐鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過 50% 時(shí)，控制粒度相對(duì)較細(xì)的 OC 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過 10%，同時(shí)，增加磁鐵精礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)至 15%，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、低溫還原粉化指數(shù)以及熔融滴落等冶金性能均達(dá)到最優(yōu)，由于增加混合料中磁鐵精礦的配比，不僅可以改善燒結(jié)成球制粒性能，減少褐鐵礦燒結(jié)吸液量，而且可以提升熔融區(qū)形成的液相數(shù)量和性能，因此有助于全面改善燒結(jié)礦質(zhì)量。

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