D0I:10.13374/i.i8sm1001063.2010.03.006 第32卷第3期 北京科技大学学报 Vol 32 No 3 2010年3月 Journal of Un iversity of Science and Technolgy Beijing Mar.2010 各种铁矿粉的同化性及其互补配矿方法 阁丽娟2)吴胜利尤艺)裴元东) 张丽华) 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)宝钢股份有限公司，上海201900 摘要对来自巴西、澳大利亚、南非以及国产的19种铁矿粉的同化性进行了实验测定和考察分析，在此基础上研究了基于 铁矿粉同化性的互补配矿方法，并设计了九组烧结优化配矿方案.结果表明：(1)不同类型铁矿粉的同化性存在显著差异，巴 西赤铁矿和国产磁铁矿的同化性低，而澳大利亚含结晶水的赤铁矿的同化性高：(2)铁矿粉的烧损含量、气孔率和AkO:含量 等与其同化能力呈正相关关系：(3)SD2和Ab03以黏土形式存在的铁矿粉呈现出同化性较高的特征；(4)铁矿物晶粒小的铁 矿石有相对高的同化性：(5)采用本研究的配矿方法，当劣质铁矿粉用量达5%水平时，仍可获得烧结技术指标和冶金性能优 良的烧结矿，显示出基于同化性的互补配矿技术的有效性和优越性· 关键词铁矿粉：烧结：同化性；配矿方法 分类号TF046.4 A ssim ilation of iron ores and ore m atch ing m ethod based on com plem entary assi m ilation YAN Li-juan,WU Sheng-1,YOU Y?,PEI Yuan dong,ZHANG Lihua) 1)School ofMetallgical and Ecobgical Engineering University of Science and Technology Beijing Beijing 100083 China 2)Baoshan Imon SteelCo,Ld,Shanghai 201900 China ABSTRACT Assi ilation of 19 k inds of ores from Brazil Australia South Africa and China was evaluated and analyzed based on which the ore matching method was researched and 9 groups of optim izing ore matching schemes were designed The ores of different types have apparently differences in assi ilation for example Brazilian hematite ore and Chinese magnetite ore have very lw assi ila- tion while Australian lionite ore has high assi ilation The assi ilation of the ores has positive correlation w ith buming loss porosity and A bO3 content The iron ores in which SD2 and AbOs exist in the fom of clay and the iron ores with small crystal size have rela- tively higher assi ilation By using the ore matchingmethod in troduced in this stdy sinter ores w ith good sintering indexes and metal lurgical pmperties can be obtained when lw quality ores are used by the proportion of 50,indicating the validity and superiority of the ore matching method according to campkmentary assin ilation KEY WORDS irn ores sintering assin ilation:blending method 在铁矿粉烧结过程中，烧结料经过制粒形成 掌握铁矿粉在烧结过程中的液相形成能力有着重 准颗粒结构的小球，其中准颗粒的外层为细粒铁 要的意义， 矿粉和熔剂组成的黏附层，内层为粗粒核矿石，低 前人对铁矿粉的同化性进行过很多研究-) 温烧结过程中，随着温度的升高，黏附层内的铁矿 结果表明，黏附层中的同化反应所形成的初相的性 粉与钙质熔剂同化而首先形成熔相，然后熔相逐 质决定着形成黏结相的结构，对烧结过程起着重要 渐增多，并继续同化粗粒核矿石，当熔相冷凝时， 的作用)，影响同化性的因素很多，有铁矿粉的类 最终形成非均相结构烧结矿，因此，研究铁矿粉与 型、黏附层中的化学成分和核矿石的气孔率大小等， 熔剂反应形成液相的能力，即铁矿粉的同化性，对 如褐铁矿极易同化，赤铁矿次之，磁铁矿则最难同 收稿日期：2009-06-03 作者简介：阁丽娟(1967一)女，首席工程师，博士研究生，Email yanlijuan(@baosteel cam:吴胜利(l955),男，教授，博士生导师， Email wushengl ustb edu cn
第 32卷 第 3期 2010年 3月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．32Ｎｏ．3 Ｍａｒ．2010 各种铁矿粉的同化性及其互补配矿方法 阎丽娟 12） 吴胜利 1） 尤 艺 2） 裴元东 1） 张丽华 1） 1） 北京科技大学冶金与生态工程学院北京 100083 2） 宝钢股份有限公司上海 201900 摘 要 对来自巴西、澳大利亚、南非以及国产的 19种铁矿粉的同化性进行了实验测定和考察分析在此基础上研究了基于 铁矿粉同化性的互补配矿方法并设计了九组烧结优化配矿方案．结果表明：（1）不同类型铁矿粉的同化性存在显著差异巴 西赤铁矿和国产磁铁矿的同化性低而澳大利亚含结晶水的赤铁矿的同化性高；（2）铁矿粉的烧损含量、气孔率和 Ａｌ2Ｏ3 含量 等与其同化能力呈正相关关系；（3）ＳｉＯ2和 Ａｌ2Ｏ3以黏土形式存在的铁矿粉呈现出同化性较高的特征；（4）铁矿物晶粒小的铁 矿石有相对高的同化性；（5）采用本研究的配矿方法当劣质铁矿粉用量达 50％水平时仍可获得烧结技术指标和冶金性能优 良的烧结矿显示出基于同化性的互补配矿技术的有效性和优越性． 关键词 铁矿粉；烧结；同化性；配矿方法 分类号 ＴＦ046∙4 Ａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎｏｆｉｒｏｎｏｒｅｓａｎｄｏｒｅｍａｔｃｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙａｓｓｉ ｍｉｌａｔｉｏｎ ＹＡＮＬｉ-ｊｕａｎ 12）ＷＵＳｈｅｎｇ-ｌｉ 1）ＹＯＵＹｉ 2）ＰＥＩＹｕａｎ-ｄｏｎｇ 1）ＺＨＡＮＧＬｉ-ｈｕａ 1） 1） ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌａｎｄＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇＢｅｉｊｉｎｇ100083Ｃｈｉｎａ 2） ＢａｏｓｈａｎＩｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＣｏ．Ｌｔｄ．Ｓｈａｎｇｈａｉ201900Ｃｈｉｎａ ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎｏｆ19ｋｉｎｄｓｏｆｏｒｅｓｆｒｏｍＢｒａｚｉｌＡｕｓｔｒａｌｉａＳｏｕｔｈＡｆｒｉｃａａｎｄＣｈｉｎａｗａｓｅｖａｌｕａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｂａｓｅｄｏｎ ｗｈｉｃｈｔｈｅｏｒｅｍａｔｃｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗａｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄａｎｄ9ｇｒｏｕｐｓｏｆｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｏｒｅｍａｔｃｈｉｎｇｓｃｈｅｍｅｓｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｏｒｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓｈａｖｅａｐｐａｒｅｎｔｌｙｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｉｎａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎｆｏｒｅｘａｍｐｌｅＢｒａｚｉｌｉａｎｈｅｍａｔｉｔｅｏｒｅａｎｄＣｈｉｎｅｓｅｍａｇｎｅｔｉｔｅｏｒｅｈａｖｅｖｅｒｙｌｏｗａｓｓｉｍｉｌａ- ｔｉｏｎｗｈｉｌｅＡｕｓｔｒａｌｉａｎｌｉｍｏｎｉｔｅｏｒｅｈａｓｈｉｇｈａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｒｅｓｈａｓｐｏｓｉｔｉｖｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｗｉｔｈｂｕｒｎｉｎｇｌｏｓｓｐｏｒｏｓｉｔｙ ａｎｄＡｌ2Ｏ3ｃｏｎｔｅｎｔ．ＴｈｅｉｒｏｎｏｒｅｓｉｎｗｈｉｃｈＳｉＯ2ａｎｄＡｌ2Ｏ3ｅｘｉｓｔｉｎｔｈｅｆｏｒｍｏｆｃｌａｙａｎｄｔｈｅｉｒｏｎｏｒｅｓｗｉｔｈｓｍａｌｌｃｒｙｓｔａｌｓｉｚｅｈａｖｅｒｅｌａ- ｔｉｖｅｌｙｈｉｇｈｅｒａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ．Ｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｏｒｅｍａｔｃｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙｓｉｎｔｅｒｏｒｅｓｗｉｔｈｇｏｏｄｓｉｎｔｅｒｉｎｇｉｎｄｅｘｅｓａｎｄｍｅｔａｌ- ｌｕｒｇｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄｗｈｅｎｌｏｗｑｕａｌｉｔｙｏｒｅｓａｒｅｕｓｅｄｂｙｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆ50％ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙａｎｄｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙｏｆ ｔｈｅｏｒｅｍａｔｃｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｉｒｏｎｏｒｅｓ；ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ；ａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ；ｂｌｅｎｄｉｎｇｍｅｔｈｏｄ 收稿日期：2009--06--03 作者简介：阎丽娟 （1967— ）女首席工程师博士研究生Ｅ-ｍａｉｌ：ｙａｎｌｉｊｕａｎ＠ ｂａｏｓｔｅｅｌ．ｃｏｍ；吴胜利 （1955— ）男教授博士生导师 Ｅ-ｍａｉｌ：ｗｕｓｈｅｎｇｌｉ＠ｕｓｔｂ．ｅｄｕ．ｃｎ 在铁矿粉烧结过程中烧结料经过制粒形成 准颗粒结构的小球其中准颗粒的外层为细粒铁 矿粉和熔剂组成的黏附层内层为粗粒核矿石．低 温烧结过程中随着温度的升高黏附层内的铁矿 粉与钙质熔剂同化而首先形成熔相然后熔相逐 渐增多并继续同化粗粒核矿石当熔相冷凝时 最终形成非均相结构烧结矿．因此研究铁矿粉与 熔剂反应形成液相的能力即铁矿粉的同化性对 掌握铁矿粉在烧结过程中的液相形成能力有着重 要的意义． 前人对铁矿粉的同化性进行过很多研究 ［1--8］． 结果表明黏附层中的同化反应所形成的初相的性 质决定着形成黏结相的结构对烧结过程起着重要 的作用 ［1］．影响同化性的因素很多有铁矿粉的类 型、黏附层中的化学成分和核矿石的气孔率大小等 如褐铁矿极易同化赤铁矿次之磁铁矿则最难同 DOI :10．13374／j．issn1001—053x．2010．03．005
第3期 阎丽娟等：各种铁矿粉的同化性及其互补配矿方法 ,299. 化).不同类型铁矿粉在同化性上的这种差异引起 上研究基于铁矿粉同化性的配矿方法，设计若干组 了烧结工作者的重视，并且针对此差异进行了评价 优化配矿方案，并通过烧结杯试验和还原性能的测 指标的定量化研究[3-)，而根据不同铁矿粉（尤其是 试，对优化配矿方案进行验证，考察基于同化性互补 针对褐铁矿)的同化特征提出的使用对策也不 配矿技术的可行性 少[-，但基于同化性进行优化配矿的工作还未见 报道.因此，有必要在全面掌握铁矿粉同化特性的 1试验原料和方法 基础上，针对适宜于低温烧结的、基于铁矿粉同化性 本研究共选取19种铁矿粉，其中，国外矿包括 的配矿方法加以深入研究 7种澳矿0A0G,1种南非矿0H,以及4种巴西矿 为此，在本研究中，首先利用微型烧结试验装置 0OL国内矿共7种，分别为东北的OM和ON, 对国内外典型的19种铁矿粉的同化性进行测定，并 河北的00和0P以及山东的OQ、0S和OR.19种 分析导致各种铁矿粉同化性差异的因素，在此基础 铁矿粉的主要化学成分（质量分数）如表1所示， 表1铁矿粉化学成分（质量分数） Tab le 1 Chen ical cam position of imnore powders % 矿粉 TFe FeO SD2 Ca0 MO AkO3 LOI 矿粉 TFe Feo S12 Ca MgO AkO3 LOI OA 57.87 0.404.180.0120.0511.59 10.71 OK 64.051.070 4.350.052 0.036 0.73 1.75 OB 57.08 0.13 4.800.310 0.120 2.82 10.58 OL 67.530.210 1.14 0.034 0.013 0.39 0.40 OC 62.66 0.11 3.40 0.0100.038 2.26 4.31 OM 65.14 27.20 5.60 0.240 0.630 1.22 0.67 OD 61.54 0.50 3.060.1000.080 2.18 5.83 ON 66.0027.65 6.940.4400.410 0.75 0.61 OE 62.89 0.30 2.80 0.0160.160 1.71 4.80 00 62.24 26.00 5.15 1.920 1.630 0.92 0.70 OF 59.50 0.13 7.120.2600.120 3.07 4.42 OP 64.2625.80 5.35 0.2900.970 1.47 1.38 OG 64.00 0.46 2.97 0.0130.051 1.73 2.57 00 65.6025.85 3.65 0.880 1.020 0.88 1.23 OH 65.50 0.26 3.860.0900.039 1.43 0.90 OR 66.07 23.66 3.75 0.6700.590 0.98 1.14 66.53 0.0 1.320.0360.032 0.79 1.63 OS 66.5025.46 3.241.1201.7600.80 1.11 0J65.83<0.013.350.0450.0360.64 0.81 铁矿粉的同化性是指其在烧结过程中与C0 于1280℃，都属于同化性较高的铁矿粉；褐铁矿和 熔剂反应的能力，它表征铁矿粉在烧结过程中生成 半褐铁矿的最低同化温度都很低，尤其前者的同 液相的难易程度，是烧结矿有效固结的基础.本试 化温度在1200℃的水平，显示了其很高的同 验采用微型烧结法，通过测定铁矿粉与C0在其相 化性， 互接触面上发生反应而开始生成液相的“最低同化 2.2铁矿粉同化性影响因素分析 温度”来评价铁矿粉的同化性，其具体测定方法参 同化性是铁矿粉的重要自身特性之一，影响铁 见文献[4] 矿粉同化性的因素主要包括含铁矿物类型、铁矿物 铁矿粉的气孔率采用气体吸附法进行检测，所 的晶粒大小和形貌、SD2和Ab03的含量、脉石矿物 用设备为美国康塔公司的AUTOSORB1CTCD气 的赋存状态、烧损率以及致密程度等. 体吸附分析仪，所测得的气孔率是单位质量的样品 2.2.1铁矿物类型 所含的气孔量(mLg1) 本试验所用的国内矿均属于磁铁矿类型，其同 2铁矿粉同化性测定结果及其影响因素 化性较低，而澳大利亚和南非出产的赤铁矿粉则表 现出较高的同化性，这是因为F©0，需氧化成 分析 FeO3后才能与C0反应的缘故，但是，同样属于 2.1同化性测定结果 赤铁矿类型的巴西铁矿粉，其同化性却普遍很低，这 19种铁矿粉最低同化温度试验测定结果如图 与其微观结构有关（下文分析）对于具有多孔结构 1所示.由试验结果可知：4种巴西铁矿粉和国产 的褐铁矿和半褐铁矿，因FeO3与CO的反应动力 精粉的最低同化温度较高，故它们均属于同化性 学条件良好而具有同化性很高的特征，这种规律与 较低的铁矿粉.其中，巴西精粉同化性最低；而澳 作者以前的研究结果以及国外对铁矿粉同化性的报 大利亚和南非的赤铁矿的最低同化温度较低，低 道相符[2-6】
第 3期 阎丽娟等： 各种铁矿粉的同化性及其互补配矿方法 化 ［2］．不同类型铁矿粉在同化性上的这种差异引起 了烧结工作者的重视并且针对此差异进行了评价 指标的定量化研究 ［3--4］而根据不同铁矿粉 （尤其是 针对褐铁矿 ）的同化特征提出的使用对策也不 少 ［5--10］但基于同化性进行优化配矿的工作还未见 报道．因此有必要在全面掌握铁矿粉同化特性的 基础上针对适宜于低温烧结的、基于铁矿粉同化性 的配矿方法加以深入研究． 为此在本研究中首先利用微型烧结试验装置 对国内外典型的 19种铁矿粉的同化性进行测定并 分析导致各种铁矿粉同化性差异的因素在此基础 上研究基于铁矿粉同化性的配矿方法设计若干组 优化配矿方案并通过烧结杯试验和还原性能的测 试对优化配矿方案进行验证考察基于同化性互补 配矿技术的可行性． 1 试验原料和方法 本研究共选取 19种铁矿粉其中国外矿包括 7种澳矿 ＯＡ～ＯＧ1种南非矿 ＯＨ以及 4种巴西矿 ＯＩ～ＯＬ；国内矿共 7种分别为东北的 ＯＭ和 ＯＮ 河北的 ＯＯ和 ＯＰ以及山东的 ＯＱ、ＯＳ和 ＯＲ．19种 铁矿粉的主要化学成分 （质量分数 ）如表 1所示． 表 1 铁矿粉化学成分 （质量分数 ） Ｔａｂｌｅ1 Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｉｒｏｎ-ｏｒｅｐｏｗｄｅｒｓ ％ 矿粉 ＴＦｅ ＦｅＯ ＳｉＯ2 ＣａＯ ＭｇＯ Ａｌ2Ｏ3 ＬＯＩ ＯＡ 57∙87 0∙40 4∙18 0∙012 0∙051 1∙59 10∙71 ＯＢ 57∙08 0∙13 4∙80 0∙310 0∙120 2∙82 10∙58 ＯＣ 62∙66 0∙11 3∙40 0∙010 0∙038 2∙26 4∙31 ＯＤ 61∙54 0∙50 3∙06 0∙100 0∙080 2∙18 5∙83 ＯＥ 62∙89 0∙30 2∙80 0∙016 0∙160 1∙71 4∙80 ＯＦ 59∙50 0∙13 7∙12 0∙260 0∙120 3∙07 4∙42 ＯＧ 64∙00 0∙46 2∙97 0∙013 0∙051 1∙73 2∙57 ＯＨ 65∙50 0∙26 3∙86 0∙090 0∙039 1∙43 0∙90 ＯＩ 66∙53 0∙10 1∙32 0∙036 0∙032 0∙79 1∙63 ＯＪ 65∙83 ＜0∙01 3∙35 0∙045 0∙036 0∙64 0∙81 矿粉 ＴＦｅ ＦｅＯ ＳｉＯ2 ＣａＯ ＭｇＯ Ａｌ2Ｏ3 ＬＯＩ ＯＫ 64∙05 1∙070 4∙35 0∙052 0∙036 0∙73 1∙75 ＯＬ 67∙53 0∙210 1∙14 0∙034 0∙013 0∙39 0∙40 ＯＭ 65∙14 27∙20 5∙60 0∙240 0∙630 1∙22 0∙67 ＯＮ 66∙00 27∙65 6∙94 0∙440 0∙410 0∙75 0∙61 ＯＯ 62∙24 26∙00 5∙15 1∙920 1∙630 0∙92 0∙70 ＯＰ 64∙26 25∙80 5∙35 0∙290 0∙970 1∙47 1∙38 ＯＱ 65∙60 25∙85 3∙65 0∙880 1∙020 0∙88 1∙23 ＯＲ 66∙07 23∙66 3∙75 0∙670 0∙590 0∙98 1∙14 ＯＳ 66∙50 25∙46 3∙24 1∙120 1∙760 0∙80 1∙11 铁矿粉的同化性是指其在烧结过程中与 ＣａＯ 熔剂反应的能力它表征铁矿粉在烧结过程中生成 液相的难易程度是烧结矿有效固结的基础．本试 验采用微型烧结法通过测定铁矿粉与 ＣａＯ在其相 互接触面上发生反应而开始生成液相的 “最低同化 温度 ”来评价铁矿粉的同化性其具体测定方法参 见文献 ［4］． 铁矿粉的气孔率采用气体吸附法进行检测所 用设备为美国康塔公司的 ＡＵＴＯＳＯＲＢ-1-Ｃ-ＴＣＤ气 体吸附分析仪所测得的气孔率是单位质量的样品 所含的气孔量 （ｍＬ·ｇ —1 ）． 2 铁矿粉同化性测定结果及其影响因素 分析 2∙1 同化性测定结果 19种铁矿粉最低同化温度试验测定结果如图 1所示．由试验结果可知：4种巴西铁矿粉和国产 精粉的最低同化温度较高故它们均属于同化性 较低的铁矿粉．其中巴西精粉同化性最低；而澳 大利亚和南非的赤铁矿的最低同化温度较低低 于1280℃都属于同化性较高的铁矿粉；褐铁矿和 半褐铁矿的最低同化温度都很低尤其前者的同 化温 度 在 1200℃ 的 水 平显 示 了 其 很 高 的 同 化性． 2∙2 铁矿粉同化性影响因素分析 同化性是铁矿粉的重要自身特性之一影响铁 矿粉同化性的因素主要包括含铁矿物类型、铁矿物 的晶粒大小和形貌、ＳｉＯ2和 Ａｌ2Ｏ3的含量、脉石矿物 的赋存状态、烧损率以及致密程度等． 2∙2∙1 铁矿物类型 本试验所用的国内矿均属于磁铁矿类型其同 化性较低而澳大利亚和南非出产的赤铁矿粉则表 现出较高的同化性这是因为 Ｆｅ3Ｏ4 需 氧 化 成 Ｆｅ2Ｏ3后才能与 ＣａＯ反应的缘故．但是同样属于 赤铁矿类型的巴西铁矿粉其同化性却普遍很低这 与其微观结构有关 （下文分析 ）．对于具有多孔结构 的褐铁矿和半褐铁矿因 Ｆｅ2Ｏ3 与 ＣａＯ的反应动力 学条件良好而具有同化性很高的特征．这种规律与 作者以前的研究结果以及国外对铁矿粉同化性的报 道相符 ［2--46］． ·299·
,300 北京科技大学学报 第32卷 1390 磁铁矿 巴西赤 1340 时 南非赤 1140 OA OB OD OE OF OG OH OI OJ OK OL OM ON 00 OP 0Q OR 铁矿粉 图1各种铁矿粉的最低同化温度 Fig I The lwest assin ilation temperatume of the 19 kinds of ores 2.2.2铁矿粉中SD2和Ab0s的含量及其赋存状态 ②铁矿粉的S02含量与其矿粉类型没有直接的相 图2图3分别为铁矿粉S02和Ak03质量分 关关系；③不同铁矿粉中的SD2的赋存状态也有差 数与最低同化温度的关系图.由图可见，铁矿粉 异，势必影响铁矿粉的矿化能力，这些因素导致 $D2含量和最低同化温度之间没有明显的相关关 SD2含量对铁矿粉同化性的影响规律变得不明显. 系，而Ab03含量则与铁矿粉的最低同化温度呈现 分析铁矿粉Ak0:含量的影响（图3）可知：① 明显的负相关关系，即高Ab03含量的铁矿粉具有 铁矿粉中Ab03有促进复合铁酸钙形成的作用；② 较高同化性 Ab03能增加液相表面张力，促进氧离子扩散，有利 I400 于铁氧化物的氧化；③铁矿粉中的Ab03含量与其 之1350 铁矿物类型密切相关，澳大利亚褐铁矿、半褐铁矿的 1300 AbO3含量相对较高，而巴西赤铁矿、国内磁铁矿则 1250 含较少的Ab03 分析SD2、AbO3在铁矿粉中赋存状态不同对 11506 6 其同化性的影响可知，当SD2和AbO3以黏土形式 Si0,质量分数/% 图2铁矿粉SD2质量分数与最低同化温度的关系 存在（多见于澳矿时，它们与C0、F?0更容易生 Fig 2 Relationsh ip bebveen SD2 con tent and the lowest assin ilation 成低熔点的液相体系，即反应活性高，因而会提高铁 tem perahire 矿粉的同化性；若铁矿粉中的SD2和Ab03分别以 石英和三水铝石形式存在（多见于巴西矿和国内 1400 矿时，则对同化性有一定的抑制作用，这是因为游 21350 离态的石英和三水铝石对低熔点液相生成不利的 1300 缘故， 图4为本研究中三种铁矿粉的X射线衍射图， 图中各种字母所代表的矿物名称如表2所示.由图 11506051.01520253035 AL,0,质量分数/% 4可见，澳大利亚半褐铁矿(0C)的脉石主要以高岭 土为主，而巴西矿(OK)的脉石则以石英和三水铝石 图3铁矿粉A03质量分数与最低同化温度的关系 Fig 3 Relationship between AbOs con tent and the lowest assin ila- 形式存在，国内矿(0S)的脉石以石英为主，并含有 tion temperature 少量的高岭土和三水铝石. 2.2.3铁矿粉的气孔率和烧损率 由图2可知，SD2含量与铁矿粉同化性之间没 图5和图6分别为铁矿粉的气孔率和烧损率与 有明显的规律.造成这种现象的原因是：①虽然 最低同化温度的关系图.由图可见，铁矿粉的气孔 Ca0与SD2的反应能力较强，但是在数量上Fe03 率和烧损率越高，其同化性越高，其原因为：气孔率 远比SD2多，故Fe03与Ca0的反应起主导作用； 高的铁矿粉与C0的反应界面大，有助于提高同化
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 图 1 各种铁矿粉的最低同化温度 Ｆｉｇ．1 Ｔｈｅｌｏｗｅｓｔａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｈｅ19ｋｉｎｄｓｏｆｏｒｅｓ 2∙2∙2 铁矿粉中 ＳｉＯ2和 Ａｌ2Ｏ3的含量及其赋存状态 图 2、图 3分别为铁矿粉 ＳｉＯ2 和 Ａｌ2Ｏ3 质量分 数与最低同化温度的关系图．由图可见铁矿粉 ＳｉＯ2含量和最低同化温度之间没有明显的相关关 系而 Ａｌ2Ｏ3含量则与铁矿粉的最低同化温度呈现 明显的负相关关系即高 Ａｌ2Ｏ3 含量的铁矿粉具有 较高同化性． 图 2 铁矿粉 ＳｉＯ2质量分数与最低同化温度的关系 Ｆｉｇ．2 ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎＳｉＯ2ｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｔｈｅｌｏｗｅｓｔａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ 图 3 铁矿粉 Ａｌ2Ｏ3质量分数与最低同化温度的关系 Ｆｉｇ．3 ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎＡｌ2Ｏ3ｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｔｈｅｌｏｗｅｓｔａｓｓｉｍｉｌａ- ｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ 由图 2可知ＳｉＯ2 含量与铁矿粉同化性之间没 有明显的规律．造成这种现象的原因是：①虽然 ＣａＯ与 ＳｉＯ2的反应能力较强但是在数量上 Ｆｅ2Ｏ3 远比 ＳｉＯ2多故 Ｆｅ2Ｏ3 与 ＣａＯ的反应起主导作用； ②铁矿粉的 ＳｉＯ2 含量与其矿粉类型没有直接的相 关关系；③不同铁矿粉中的 ＳｉＯ2的赋存状态也有差 异势必影响铁矿粉的矿化能力．这些因素导致 ＳｉＯ2含量对铁矿粉同化性的影响规律变得不明显． 分析铁矿粉 Ａｌ2Ｏ3 含量的影响 （图 3）可知：① 铁矿粉中 Ａｌ2Ｏ3有促进复合铁酸钙形成的作用；② Ａｌ2Ｏ3能增加液相表面张力促进氧离子扩散有利 于铁氧化物的氧化；③铁矿粉中的 Ａｌ2Ｏ3 含量与其 铁矿物类型密切相关澳大利亚褐铁矿、半褐铁矿的 Ａｌ2Ｏ3含量相对较高而巴西赤铁矿、国内磁铁矿则 含较少的 Ａｌ2Ｏ3． 分析 ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3 在铁矿粉中赋存状态不同对 其同化性的影响可知当 ＳｉＯ2 和 Ａｌ2Ｏ3 以黏土形式 存在 （多见于澳矿 ）时它们与 ＣａＯ、Ｆｅ2Ｏ3更容易生 成低熔点的液相体系即反应活性高因而会提高铁 矿粉的同化性；若铁矿粉中的 ＳｉＯ2 和 Ａｌ2Ｏ3 分别以 石英和三水铝石形式存在 （多见于巴西矿和国内 矿 ）时则对同化性有一定的抑制作用这是因为游 离态的石英和三水铝石对低熔点液相生成不利的 缘故． 图 4为本研究中三种铁矿粉的 Ｘ射线衍射图 图中各种字母所代表的矿物名称如表 2所示．由图 4可见澳大利亚半褐铁矿 （ＯＣ）的脉石主要以高岭 土为主而巴西矿 （ＯＫ）的脉石则以石英和三水铝石 形式存在国内矿 （ＯＳ）的脉石以石英为主并含有 少量的高岭土和三水铝石． 2∙2∙3 铁矿粉的气孔率和烧损率 图 5和图 6分别为铁矿粉的气孔率和烧损率与 最低同化温度的关系图．由图可见铁矿粉的气孔 率和烧损率越高其同化性越高．其原因为：气孔率 高的铁矿粉与 ＣａＯ的反应界面大有助于提高同化 ·300·
第3期 阎丽娟等：各种铁矿粉的同化性及其互补配矿方法 ,301. 表2X射线衍射谱图中字母所代表的矿广物名称 Tabl 2 Corresponding m nerals of letters shown in X-ray diffraction pattems 矿物名称 赤铁矿 磁铁矿 针铁矿 方解石 钠闪石 石英 高岭土 三水铝石 代码 He 女 Ge Ca 0 K G五 2500 He 提高；相反，巴西赤铁矿OJ及国内矿矿OP和ON,结 矿0C (a) 构致密、晶粒粗大且呈块状，故不利于铁矿粉与C0 200 的同化 1500 1400 1000 E 1350 1300 500 He 1250 1020304050.60708090 209 1150 4000 .1 0.20.30.4 0.5 3500 矿OK 气孔率mL·g) 3000 图5铁矿粉气孔率与最低同化温度的关系 2500 Fig 5 Relationship beteen prosity and the kwest assi ilation ten 2000 peae 1500 1000 1400E 50 1350 生· 1300 10 40 5060 7080 90 26 1250-· 4000 矿OS 3500 11506 3000 2 4681012 烧损革， 2500 图6铁矿粉烧损率与最低同化温度的关系 ) 2000 M Fig 6 Relationship between buming loss rate and the lwest assii 1500 lation temperat加e 1000 500 M 0.5 1020 30 4050 60 708090 004 2d) 图4铁矿粉的X射线衍射图 Fig 4 X-may diffraction pattems of iron ore powders 反应的速率；铁矿粉的气孔率与烧损含量有着较强 0.1 4681012 烧损率% 的正相关关系（图7），加之结晶水挥发后会产生更 图7铁矿粉烧损率与气孔率的关系 多的气孔和裂纹，从而提高其同化性.这也进一步 Fig 7 Relationship between the buming loss rate and porosity 解释了褐铁矿同化性远高于其他类型铁矿粉同化性 的现象 铁矿物晶粒大小与同化性的关系如图9所示 2.2.4铁矿物的形貌及铁矿粉致密程度 由图可见，晶粒越小，铁矿粉的同化性越高，晶粒粗 图8给出了SM测定的六种铁矿粉的微观形 大则减弱铁矿粉的同化性 貌图，由图可见：澳大利亚褐铁矿OB的铁矿物晶粒 小，其反应比表面积大，又为豆状且结构疏松，反应 3基于铁矿粉同化性的配合性评价方法 活性强；与褐铁矿类似，澳大利亚赤铁矿OG晶粒亦 铁矿粉的同化性过低或过高均难以获得产、 小，且含不少豆状晶粒；南非矿OH的晶粒稍大且结 质量指标优良的烧结矿，因此，在烧结生产进行 构较为致密，但大多呈片状，亦有利于其反应活性的 配矿时，应重视同化性能不同的铁矿粉搭配使用
第 3期 阎丽娟等： 各种铁矿粉的同化性及其互补配矿方法 表 2 Ｘ射线衍射谱图中字母所代表的矿物名称 Ｔａｂｌｅ2 ＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｍｉｎｅｒａｌｓｏｆｌｅｔｔｅｒｓｓｈｏｗｎｉｎＸ-ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｓ 矿物名称 赤铁矿 磁铁矿 针铁矿 方解石 钠闪石 石英 高岭土 三水铝石 代码 Ｈｅ Ｍ Ｇｅ Ｃａ Ｒ Ｑ Ｋ Ｇｉｂ 图 4 铁矿粉的 Ｘ射线衍射图 Ｆｉｇ．4 Ｘ-ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｉｒｏｎ-ｏｒｅｐｏｗｄｅｒｓ 反应的速率；铁矿粉的气孔率与烧损含量有着较强 的正相关关系 （图 7）加之结晶水挥发后会产生更 多的气孔和裂纹从而提高其同化性．这也进一步 解释了褐铁矿同化性远高于其他类型铁矿粉同化性 的现象． 2∙2∙4 铁矿物的形貌及铁矿粉致密程度 图 8给出了 ＳＥＭ测定的六种铁矿粉的微观形 貌图．由图可见：澳大利亚褐铁矿 ＯＢ的铁矿物晶粒 小其反应比表面积大又为豆状且结构疏松反应 活性强；与褐铁矿类似澳大利亚赤铁矿 ＯＧ晶粒亦 小且含不少豆状晶粒；南非矿 ＯＨ的晶粒稍大且结 构较为致密但大多呈片状亦有利于其反应活性的 提高；相反巴西赤铁矿 ＯＪ及国内矿 ＯＰ和 ＯＮ结 构致密、晶粒粗大且呈块状故不利于铁矿粉与 ＣａＯ 的同化． 图 5 铁矿粉气孔率与最低同化温度的关系 Ｆｉｇ．5 Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｐｒｏｓｉｔｙａｎｄｔｈｅｌｏｗｅｓｔａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎｔｅｍ- ｐｅｒａｔｕｒｅ 图 6 铁矿粉烧损率与最低同化温度的关系 Ｆｉｇ．6 Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｂｕｒｎｉｎｇｌｏｓｓｒａｔｅａｎｄｔｈｅｌｏｗｅｓｔａｓｓｉｍｉ- ｌａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ 图 7 铁矿粉烧损率与气孔率的关系 Ｆｉｇ．7 Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｂｕｒｎｉｎｇｌｏｓｓｒａｔｅａｎｄｐｏｒｏｓｉｔｙ 铁矿物晶粒大小与同化性的关系如图 9所示． 由图可见晶粒越小铁矿粉的同化性越高晶粒粗 大则减弱铁矿粉的同化性． 3 基于铁矿粉同化性的配合性评价方法 铁矿粉的同化性过低或过高均难以获得产、 质量指标优良的烧结矿．因此在烧结生产进行 配矿时应重视同化性能不同的铁矿粉搭配使用 ·301·
·302 北京科技大学学报 第32卷 图8铁矿粉的微观形貌.(a)0B(b)OG:(c)05(d)OH:(c)oP()ON Fg 8 Micmomorphobgies of imnor powders (a)OB:(b)OG:(c)O3 (d)OH:(e)OP:(ON 1400 者多种矿的混匀矿)为“基准矿”，其最低同化温度 1350 表示为工基，另一类后加入的矿（单种矿或者多种矿 300 的混匀矿)为“搭配矿”，其最低同化温度表示为 1250 ;其次，根据试验测定结果，将基与适宜相比 较，明确是“高”还是“低”，抑或在其范围内；再者， 1150 基于T配以及与“基准矿”搭配后混合矿最低同化 101520 25 30 晶粒大小小m 温度（表示为T合）的变化特征进行配合性评价·通 图9铁矿粉铁矿物晶粒大小与同化性的关系 过分析可归纳出八类情况，如表3所示，“搭配矿” Fig9 Relationship beween gran size and assin ilation of ion ome 的加入对改善“基准矿”同化性的影响，可分别评价 powders 为“适宜”、“互补”、“不适宜”和“不定”，并分别用 以达到互补或改善的效果，例如，国内矿和巴西 字母A、B、C和D表示 矿同化性较低，南非矿和澳矿的则较高，这两种 根据上述配合性的评价方法，表4给出了本研 类铁矿粉应互补搭配，以获得综合同化性合适的 究所涉及的19种铁矿粉基于同化性的配合性评价 烧结混合矿， 结果.表中第1列铁矿粉作为“基准矿”，从上到下， 为了定量评价混合矿的同化性，假设混合矿的 铁矿粉的同化性从大到小变化：第1行铁矿粉为 最低同化温度存在一个适宜温度范围，即①适宜∈ 搭配矿”，从左到右，铁矿粉的同化性从大到小 (T,T2)其中，T和T2分别为烧结过程中适宜最 变化 低同化温度的下限值和上限值，则基于同化性的铁 应当指出：上述配合性的评价方法，虽然是以两 矿粉配矿设计时，应确保搭配后混合矿的最低同化 种铁矿粉相互搭配为例描述的，但对于多种矿搭配 温度（表示为合）也处于该温度范围，即台∈ 也适用，只要把“基准矿”看成是几种矿的混匀矿， (①，2)另外，最新研究结果山表明：混合矿的同 在确定其同化性后，依据“搭配矿”的加入在混合矿 化性与单种矿的同化性存在线性关系，故可以根据 综合同化性方面的变化特征，就可以获得与表3类 各单种矿的最低同化温度及其配比来评价混合矿的 似的配合性评价结果，这对实际烧结生产的优化配 综合同化性 矿有重要的指导作用：再者，虽然表4形式的铁矿粉 本文以最简单的两类铁矿粉相互搭配为例，针 配合性评价给出的是基于适宜同化性的半定量配矿 对它们相互搭配时在同化性方面的变化特征，对其 指导，但依据其可以筛除“不适宜”的“搭配矿”，从 配合性做出评价.首先，确定其中一类矿（单种矿或 而避免配矿的盲目性，提高配矿设计的效率；另外
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 图 8 铁矿粉的微观形貌．（ａ） ＯＢ；（ｂ） ＯＧ；（ｃ） ＯＪ；（ｄ） ＯＨ；（ｅ） ＯＰ；（ｆ） ＯＮ Ｆｉｇ．8 Ｍｉｃｒｏ-ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆｉｒｏｎ-ｏｒｅｐｏｗｄｅｒｓ：（ａ） ＯＢ；（ｂ） ＯＧ；（ｃ） ＯＪ；（ｄ） ＯＨ；（ｅ） ＯＰ；（ｆ） ＯＮ 图 9 铁矿粉铁矿物晶粒大小与同化性的关系 Ｆｉｇ．9 Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｇｒａｉｎｓｉｚｅａｎｄａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎｏｆｉｏｎ-ｏｒｅ ｐｏｗｄｅｒｓ 以达到互补或改善的效果．例如国内矿和巴西 矿同化性较低南非矿和澳矿的则较高这两种 类铁矿粉应互补搭配以获得综合同化性合适的 烧结混合矿． 为了定量评价混合矿的同化性假设混合矿的 最低同化温度存在一个适宜温度范围即 Ｔ适宜 ∈ （Ｔ1Ｔ2）其中Ｔ1 和 Ｔ2 分别为烧结过程中适宜最 低同化温度的下限值和上限值则基于同化性的铁 矿粉配矿设计时应确保搭配后混合矿的最低同化 温度 （表示为 Ｔ混合 ）也处于该温度范围即Ｔ混合∈ （Ｔ1Ｔ2）．另外最新研究结果 ［11］表明：混合矿的同 化性与单种矿的同化性存在线性关系故可以根据 各单种矿的最低同化温度及其配比来评价混合矿的 综合同化性． 本文以最简单的两类铁矿粉相互搭配为例针 对它们相互搭配时在同化性方面的变化特征对其 配合性做出评价．首先确定其中一类矿 （单种矿或 者多种矿的混匀矿 ）为 “基准矿 ”其最低同化温度 表示为 Ｔ基另一类后加入的矿 （单种矿或者多种矿 的混匀矿 ）为 “搭配矿 ”其最低同化温度表示为 Ｔ搭配；其次根据试验测定结果将 Ｔ基 与 Ｔ适宜 相比 较明确是 “高 ”还是 “低 ”抑或在其范围内；再者 基于 Ｔ搭配 以及与 “基准矿 ”搭配后混合矿最低同化 温度 （表示为 Ｔ混合 ）的变化特征进行配合性评价．通 过分析可归纳出八类情况如表 3所示“搭配矿 ” 的加入对改善 “基准矿 ”同化性的影响可分别评价 为 “适宜 ”、“互补 ”、“不适宜 ”和 “不定 ”并分别用 字母 Ａ、Ｂ、Ｃ和 Ｄ表示． 根据上述配合性的评价方法表 4给出了本研 究所涉及的 19种铁矿粉基于同化性的配合性评价 结果．表中第 1列铁矿粉作为 “基准矿 ”从上到下 铁矿粉的同化性从大到小变化；第 1行铁矿粉为 “搭配矿 ”从左到右铁矿粉的同化性从大到小 变化． 应当指出：上述配合性的评价方法虽然是以两 种铁矿粉相互搭配为例描述的但对于多种矿搭配 也适用只要把 “基准矿 ”看成是几种矿的混匀矿 在确定其同化性后依据 “搭配矿 ”的加入在混合矿 综合同化性方面的变化特征就可以获得与表 3类 似的配合性评价结果这对实际烧结生产的优化配 矿有重要的指导作用；再者虽然表 4形式的铁矿粉 配合性评价给出的是基于适宜同化性的半定量配矿 指导但依据其可以筛除 “不适宜 ”的 “搭配矿 ”从 而避免配矿的盲目性提高配矿设计的效率；另外 ·302·