基于铁矿粉高温特性互补的烧结优化配矿

第32卷第6期 北京科技大学学报 Vol 32 Na 6 2010年6月 Journal of Un iversity of Science and Techno logy Beijing Jun 2010 基于铁矿粉高温特性互补的烧结优化配矿 吴胜利)戴宇明”DauterOliveir) 裴元东”徐健” 韩宏亮” 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)淡水河谷矿产品中国)有限公司，上海200120 摘要首先测定巴西、澳洲及中国的10种铁矿粉的高温特性，将其与实际生产统计所得的高温特性适宜区间比较可知：巴 西矿的同化性偏低，澳洲矿偏高，中国精粉则相对接近适宜区间：有两种巴西矿、一种澳洲矿以及一种中国精粉的液相流动性 适宜，一种巴西矿、一种澳洲矿以及两种中国精粉则偏低，一种澳洲矿和一种中国精粉的液相流动性稍高；澳洲矿的黏结相自 身强度偏低，巴西矿和中国精粉则较为适宜，且中国精粉相对更高。在实验研究的基础上，提出基于铁矿粉高温特性互补而使 混合矿高温特性指标适宜的烧结配矿新思路，并设计优化配矿方案，烧结杯实验结果显示均获得优良的烧结指标，证实了基 于铁矿粉高温特性进行配矿的优越性. 关键词铁矿粉：烧结；高温特性；配矿；优化 分类号TF0464 Opti ization of ore blending during sintering based on com plem entation of high tem perature properties WU Sheng Ii,DAI Yu m ing",DauterO liveira',PEI Yuan dong",XU Jian",HAN Hong liang" 1)School ofMetallugical and Ecobgical Engineering University of Science and Technology Beijing Beijng 100083.China 2)Vale M inerals Chna Co Ld.Shanghai200120,China ABSTRACT The high temperature properties of 10 iron ores from Brazil Australia and China were measured By comparison with the optin al zone acquired from practical production statistics several results were obtained as the follow ing The assin ilability of Bra zilian and Australian ores is lwer and higher than the optical zone respectively,but that of Chinese concentrate powders is close to the optical zone The lquid phase fluidity of to Brazilian ores one Australian ore and one Chinese concentrate powder is optial one Brazilian ore,one Australian ore and wo Chinese concentrate powders have bw liquid phase fluidity,but one Australian ore and one Chinese concentrate powder possess high liquid phase fuidity.The self strength of bonding phases in Australian ores is low,but opti mal for Brazilian ores and Chinese concentrate powders while the self strength of bonding phases in Chinese concentrate powders is higher than in Brazilian ores On the basis of experinental research,a new concept which makes the high temperature properties of m ixed ores optinal based on complem entation of high temperature properties was proposed,and the optin ization schemes of ore blend ing were designed The result of sinter pot test ndicates that good sinterng indexes are obtained,which proves the superiority of ore blending based on high temperature properties of iron ores KEY WORDS iron ore sintering high temperature properties ore blending optin ization 中国高炉炼铁的主要入炉含铁原料是烧结矿，的冲击川.另外，随着金融危机席卷全球，降低成本 烧结矿的质量对高炉生产有重要影响，而烧结矿的 成为各企业亟待解决的问题回.因此，有必要深入 质量很大程度上受限于烧结工艺所使用的铁矿粉原 研究烧结优化配矿技术，在兼顾资源战略、烧结矿产 料.近年来，优质铁矿粉资源越来越少，一些劣质铁 质量指标的同时降低生铁成本 矿粉进入中国市场，给各企业的烧结生产带来一定 传统上的烧结铁矿粉研究主要集中在常温特性 收稿日期：20090824 作者简介：吴胜利(195S一)，男，教授，博士生导师，Emai让wushengl@usth edu cn

第 ３２卷 第 ６期 ２０１０年 ６月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．３２Ｎｏ．６ Ｊｕｎ．２０１０ 基于铁矿粉高温特性互补的烧结优化配矿 吴胜利１） 戴宇明１） ＤａｕｔｅｒＯｌｉｖｅｉｒａ１，２） 裴元东１） 徐 健１） 韩宏亮１） １）北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 １０００８３ ２）淡水河谷矿产品（中国）有限公司，上海 ２００１２０ 摘 要 首先测定巴西、澳洲及中国的 １０种铁矿粉的高温特性，将其与实际生产统计所得的高温特性适宜区间比较可知：巴 西矿的同化性偏低，澳洲矿偏高，中国精粉则相对接近适宜区间；有两种巴西矿、一种澳洲矿以及一种中国精粉的液相流动性 适宜，一种巴西矿、一种澳洲矿以及两种中国精粉则偏低，一种澳洲矿和一种中国精粉的液相流动性稍高；澳洲矿的黏结相自 身强度偏低，巴西矿和中国精粉则较为适宜，且中国精粉相对更高．在实验研究的基础上，提出基于铁矿粉高温特性互补而使 混合矿高温特性指标适宜的烧结配矿新思路，并设计优化配矿方案，烧结杯实验结果显示均获得优良的烧结指标，证实了基 于铁矿粉高温特性进行配矿的优越性． 关键词 铁矿粉；烧结；高温特性；配矿；优化 分类号 ＴＦ０４６４ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｏｒｅｂｌｅｎｄｉｎｇｄｕｒｉｎｇｓｉｎｔｅｒｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ＷＵＳｈｅｎｇｌｉ１），ＤＡＩＹｕｍｉｎｇ１），ＤａｕｔｅｒＯｌｉｖｅｉｒａ１，２），ＰＥＩＹｕａｎｄｏｎｇ１），ＸＵＪｉａｎ１），ＨＡＮＨｏｎｇｌｉａｎｇ１） １）ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌａｎｄＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ ２）ＶａｌｅＭｉｎｅｒａｌｓＣｈｉｎａＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００１２０，Ｃｈｉｎａ ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｅｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ１０ｉｒｏｎｏｒｅｓｆｒｏｍＢｒａｚｉｌ，ＡｕｓｔｒａｌｉａａｎｄＣｈｉｎａｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｂｙｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｗｉｔｈ ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｚｏｎｅａｃｑｕｉｒｅｄｆｒｏｍｐｒａｃｔｉｃａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ，ｓｅｖｅｒａｌｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄａｓｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇ．ＴｈｅａｓｓｉｍｉｌａｂｉｌｉｔｙｏｆＢｒａ ｚｉｌｉａｎａｎｄＡｕｓｔｒａｌｉａｎｏｒｅｓｉｓｌｏｗｅｒａｎｄｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｚｏｎｅ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｂｕｔｔｈａｔｏｆＣｈｉｎｅｓｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｐｏｗｄｅｒｓｉｓｃｌｏｓｅｔｏｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌｚｏｎｅ．ＴｈｅｌｉｑｕｉｄｐｈａｓｅｆｌｕｉｄｉｔｙｏｆｔｗｏＢｒａｚｉｌｉａｎｏｒｅｓ，ｏｎｅＡｕｓｔｒａｌｉａｎｏｒｅａｎｄｏｎｅＣｈｉｎｅｓｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｐｏｗｄｅｒｉｓｏｐｔｉｍａｌ，ｏｎｅ Ｂｒａｚｉｌｉａｎｏｒｅ，ｏｎｅＡｕｓｔｒａｌｉａｎｏｒｅａｎｄｔｗｏＣｈｉｎｅｓｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｐｏｗｄｅｒｓｈａｖｅｌｏｗｌｉｑｕｉｄｐｈａｓｅｆｌｕｉｄｉｔｙ，ｂｕｔｏｎｅＡｕｓｔｒａｌｉａｎｏｒｅａｎｄｏｎｅ Ｃｈｉｎｅｓｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｐｏｗｄｅｒｐｏｓｓｅｓｓｈｉｇｈｌｉｑｕｉｄｐｈａｓｅｆｌｕｉｄｉｔｙ．ＴｈｅｓｅｌｆｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｂｏｎｄｉｎｇｐｈａｓｅｓｉｎＡｕｓｔｒａｌｉａｎｏｒｅｓｉｓｌｏｗ，ｂｕｔｏｐｔｉ ｍａｌｆｏｒＢｒａｚｉｌｉａｎｏｒｅｓａｎｄＣｈｉｎｅｓｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｐｏｗｄｅｒｓ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｓｅｌｆｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｂｏｎｄｉｎｇｐｈａｓｅｓｉｎＣｈｉｎｅｓｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｐｏｗｄｅｒｓｉｓ ｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｉｎＢｒａｚｉｌｉａｎｏｒｅｓ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈ，ａｎｅｗｃｏｎｃｅｐｔ，ｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｔｈｅｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ ｍｉｘｅｄｏｒｅｓｏｐｔｉｍａｌｂａｓｅｄｏｎｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｓｏｆｏｒｅｂｌｅｎｄ ｉｎｇｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｓｉｎｔｅｒｐｏｔｔｅｓｔｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｇｏｏｄｓｉｎｔｅｒｉｎｇｉｎｄｅｘｅｓａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｅｓｔｈｅｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙｏｆｏｒｅ ｂｌｅｎｄｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｉｒｏｎｏｒｅｓ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｉｒｏｎｏｒｅ；ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ；ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｏｒｅｂｌｅｎｄｉｎｇ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ 收稿日期：２００９０８２４ 作者简介：吴胜利（１９５５—），男，教授，博士生导师，Ｅｍａｉｌ：ｗｕｓｈｅｎｇｌｉ＠ｕｓｔｂ．ｅｄｕ．ｃｎ 中国高炉炼铁的主要入炉含铁原料是烧结矿， 烧结矿的质量对高炉生产有重要影响，而烧结矿的 质量很大程度上受限于烧结工艺所使用的铁矿粉原 料．近年来，优质铁矿粉资源越来越少，一些劣质铁 矿粉进入中国市场，给各企业的烧结生产带来一定 的冲击［１］．另外，随着金融危机席卷全球，降低成本 成为各企业亟待解决的问题［２］．因此，有必要深入 研究烧结优化配矿技术，在兼顾资源战略、烧结矿产 质量指标的同时降低生铁成本． 传统上的烧结铁矿粉研究主要集中在常温特性

·720 北京科技大学学报 第32卷 方面，这己被证明是远远不够的B1.近年来，国内 12液相流动性 外学者开始重视铁矿粉的高温特性，并针对铁矿粉 将铁矿粉和C0试剂按一定的二元碱度配料， 的某一高温特性进行了深入研究6.然而，运用 然后在一定压力下制成小饼试样，放入图1所示微 铁矿粉的高温特性进行烧结优化配矿的全面研究还 型烧结实验装置，在氮气气氛下进行焙烧.以实验 鲜有报道. 结束后小饼垂直投影面积的变化程度计算铁矿粉的 本文首先采用微型烧结法，测定国内烧结工艺 液相流动性指数，由此评价不同铁矿粉液相流动性. 常用的巴西矿、澳洲矿、国内精矿的同化性、液相流 铁矿粉液相流动性的实验示意图如图3所示. 动性和黏结相自身强度，并将其与实际生产统计所 得的高温特性适宜区间进行比较：其次，根据各种铁 矿粉：◆8mm 311 矿粉高温特性的差异，基于互补原理进行优化配矿 设计，使其混合矿的各高温特性处于适宜区间：在此 垫片 基础上，通过烧结杯实验对基于铁矿粉高温特性互 补的配矿效果进行了验证. 实验前 1实验方法 比较垂直 实验后 投影面积 烧结杯实验采用通常的实验方法.对运用微型 烧结法测定铁矿粉高温特性的方法做如下分述， 11同化性 图3流动性实验示意图 将铁矿粉和CO试剂分别制成小饼试样，然后 Fig 3 Schemnatic diagnm of fuidity experinent 将铁矿粉小饼置于C0小饼之上，放入微型烧结实 验装置中图1)，在空气气氛下，按照烧结温度曲线 13黏结相自身强度 进行焙烧.以矿粉小饼的开始熔化为其同化特征， 将铁矿粉和C0试剂按一定的二元碱度配料， 测定不同铁矿粉达到这一同化特征的最低温度，由 在一定压力下制成小饼试样，然后放入图1所示微 型烧结实验装置，在氨气气氛下进行焙烧.实验结 此评价不同铁矿粉的同化性.铁矿粉同化性实验示 意图如图2所示. 束后，将小饼送入测压装置，以三个试样小饼的平均 抗压强度评价不同铁矿粉的黏结相自身强度.铁矿 粉黏结相自身强度实验示意图如图4所示. 行粉：◆8mm 对实验后小饼施以压力 测量其抗压强度 图1微型烧结实验装置 Fig 1 M ini sinterng test equipment 图4黏结相自身强度实验示意图 Fig 4 Schematic diagnm of strength experient of bonding phases 矿粉：8mm× 未同化一 2实验原料 同化三 本研究选取10种铁矿粉，包括三种巴西矿 石灰：o15m× 、5mm 过同化一 (BRA、BRB、BRC)、三种澳洲矿褐铁矿AUA、 半褐铁矿AUB、赤铁矿AUC)以及四种中国精粉 图2同化性实验示意图 (CHA、CHB、CH C.CH D).10种铁矿粉的主 Fg 2 Schenatic diagram of assin ilability experment 要化学成分如表1所示

北 京 科 技 大 学 学 报 第 ３２卷 方面，这已被证明是远远不够的 ［３５］．近年来，国内 外学者开始重视铁矿粉的高温特性，并针对铁矿粉 的某一高温特性进行了深入研究 ［６１０］．然而，运用 铁矿粉的高温特性进行烧结优化配矿的全面研究还 鲜有报道． 本文首先采用微型烧结法，测定国内烧结工艺 常用的巴西矿、澳洲矿、国内精矿的同化性、液相流 动性和黏结相自身强度，并将其与实际生产统计所 得的高温特性适宜区间进行比较；其次，根据各种铁 矿粉高温特性的差异，基于互补原理进行优化配矿 设计，使其混合矿的各高温特性处于适宜区间；在此 基础上，通过烧结杯实验对基于铁矿粉高温特性互 补的配矿效果进行了验证． １ 实验方法 烧结杯实验采用通常的实验方法．对运用微型 烧结法测定铁矿粉高温特性的方法做如下分述． １１ 同化性 将铁矿粉和 ＣａＯ试剂分别制成小饼试样，然后 将铁矿粉小饼置于 ＣａＯ小饼之上，放入微型烧结实 验装置中（图 １），在空气气氛下，按照烧结温度曲线 进行焙烧．以矿粉小饼的开始熔化为其同化特征， 测定不同铁矿粉达到这一同化特征的最低温度，由 此评价不同铁矿粉的同化性．铁矿粉同化性实验示 意图如图 ２所示． 图 １ 微型烧结实验装置 Ｆｉｇ．１ Ｍｉｎｉｓｉｎｔｅｒｉｎｇｔｅｓｔｅｑｕｉｐｍｅｎｔ 图 ２ 同化性实验示意图 Ｆｉｇ．２ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆａｓｓｉｍｉｌａｂｉｌｉｔｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ １２ 液相流动性 将铁矿粉和 ＣａＯ试剂按一定的二元碱度配料， 然后在一定压力下制成小饼试样，放入图 １所示微 型烧结实验装置，在氮气气氛下进行焙烧．以实验 结束后小饼垂直投影面积的变化程度计算铁矿粉的 液相流动性指数，由此评价不同铁矿粉液相流动性． 铁矿粉液相流动性的实验示意图如图 ３所示． 图 ３ 流动性实验示意图 Ｆｉｇ．３ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｆｌｕｉｄｉｔｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ １３ 黏结相自身强度 将铁矿粉和 ＣａＯ试剂按一定的二元碱度配料， 在一定压力下制成小饼试样，然后放入图 １所示微 型烧结实验装置，在氮气气氛下进行焙烧．实验结 束后，将小饼送入测压装置，以三个试样小饼的平均 抗压强度评价不同铁矿粉的黏结相自身强度．铁矿 粉黏结相自身强度实验示意图如图 ４所示． 图 ４ 黏结相自身强度实验示意图 Ｆｉｇ．４ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｓｔｒｅｎｇｔｈｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｂｏｎｄｉｎｇｐｈａｓｅｓ ２ 实验原料 本研究选取 １０种铁矿粉，包括三种巴西矿 （ＢＲ Ａ、ＢＲ Ｂ、ＢＲ Ｃ）、三种澳洲矿（褐铁矿ＡＵ Ａ、 半褐铁矿 ＡＵ Ｂ、赤铁矿 ＡＵ Ｃ）以及四种中国精粉 （ＣＨ Ａ、ＣＨ Ｂ、ＣＨ Ｃ、ＣＨ Ｄ）．１０种铁矿粉的主 要化学成分如表 １所示． ·７２０·

第6期 吴胜利等：基于铁矿粉高温特性互补的烧结优化配矿 ·721· 表1各种铁矿粉的主要化学成分质量分数) Table 1 Main chen ical camnposition of imn ores 中 铁矿粉 TFe FeO SD2 Ca0 MgO A503 LOI BR A 6583 <010 335 0045 0036 064 081 BR B 6501 094 371 0022 0032 105 195 BR C 6527 037 352 0031 0012 101 127 AUA 5791 010 457 0010 0055 147 1081 AU B 6289 030 280 0016 0160 171 480 AU C 6128 049 495 0030 0026 257 456 CH A 6592 2366 725 0260 0160 019 038 CH B 6650 2859 324 1120 1760 080 111 CH C 6667 2471 586 0400 0320 022 064 CH D 6224 2600 515 1920 1630 092 070 注：TFe为全铁含量：LOI为烧损量 3铁矿粉高温特性实验结果及分析 AUB和AUC)的最低同化温度低于适宜区间，说 明澳洲矿的同化性偏高.这一研究结果揭示了单独 已有的研究结果表明：铁矿粉的同化性、液相流 使用巴西矿或者澳洲矿不能获得满意的烧结效果的 动性不宜过高或过低，应在一个适宜的区间内，而黏 重要原因.另外，四种中国精粉的最低同化温度介 结相的自身强度则应尽可能的高9.根据对实 于巴西矿和澳洲矿之间，较接近适宜区间，但也存在 际烧结生产的铁矿粉高温特性适宜区间的统计解析 明显差异 结果：铁矿粉的最低同化温度在1275~1315℃较 32液相流动性 为适宜，而液相流动性指数在07~16较为适量， 本研究以流动性指数(LU)表征铁矿粉液相流 铁矿粉的黏结相自身强度值则应大于2N.以下分 动性的高低.图6显示了10种铁矿粉的流动性指 述本文所研究的10种铁矿粉的同化性、液相流动性 数和铁矿粉流动性指数的适宜区间.从图中可以看 和黏结相自身强度 出，各种铁矿粉的液相流动性存在较大差异.有两 31同化性 种巴西矿(BRB、BRC)、一种澳洲矿(AUC)和一 本研究以最低同化温度(ASSM)表征铁矿粉同 种中国精粉(CHD)的液相流动性指数在适宜区间 化性的高低：最低同化温度越高，则表明该铁矿粉的 内：有一种巴西矿(BRA)、一种澳洲矿(AUB)和 同化性越低；而最低同化温度越低，则表明该铁矿粉 两种中国精粉(CHA、CHC)的液相流动性指数偏 的同化性越高.图5给出了10种铁矿粉的最低同 低；而一种澳洲矿(AUA)、一种中国精粉(CHB) 化温度和铁矿粉最低同化温度的适宜区间.由图可 的液相流动性指数则稍高于适宜区间. 见，各种铁矿粉在同化性方面存在较大差异，巴西矿 (BRA、BRB和BRC)的最低同化温度高于适宜 适宜区间 区间，表明巴西矿的同化性偏低：澳洲矿(AUA、 1400 适宜区间 0.7 1350 300 7250 铁矿粉 1200 图6铁矿粉的液相流动性指数及其与适宜区间的比较 Fig 6 Fluidity index of iron ores and its camnparison with the optinal 铁矿粉 zone 图5铁矿粉的最低同化温度及其与适宜区间的比较 33黏结相自身强度 Fig 5 The lowest assin ilation temperature of iron ores and its com parison with the optial zone 本研究以实验后试样小饼的抗压强度(SBP)表

第 ６期 吴胜利等：基于铁矿粉高温特性互补的烧结优化配矿 表 １ 各种铁矿粉的主要化学成分（质量分数） Ｔａｂｌｅ１ Ｍａｉｎｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｉｒｏｎｏｒｅｓ ％ 铁矿粉 ＴＦｅ ＦｅＯ ＳｉＯ２ ＣａＯ ＭｇＯ Ａｌ２Ｏ３ ＬＯＩ ＢＲ Ａ ６５８３ ＜０１０ ３３５ ００４５ ００３６ ０６４ ０８１ ＢＲ Ｂ ６５０１ ０９４ ３７１ ００２２ ００３２ １０５ １９５ ＢＲ Ｃ ６５２７ ０３７ ３５２ ００３１ ００１２ １０１ １２７ ＡＵ Ａ ５７９１ ０１０ ４５７ ００１０ ００５５ １４７ １０８１ ＡＵ Ｂ ６２８９ ０３０ ２８０ ００１６ ０１６０ １７１ ４８０ ＡＵ Ｃ ６１２８ ０４９ ４９５ ００３０ ００２６ ２５７ ４５６ ＣＨ Ａ ６５９２ ２３６６ ７２５ ０２６０ ０１６０ ０１９ ０３８ ＣＨ Ｂ ６６５０ ２８５９ ３２４ １１２０ １７６０ ０８０ １１１ ＣＨ Ｃ ６６６７ ２４７１ ５８６ ０４００ ０３２０ ０２２ ０６４ ＣＨ Ｄ ６２２４ ２６００ ５１５ １９２０ １６３０ ０９２ ０７０ 注：ＴＦｅ为全铁含量；ＬＯＩ为烧损量． ３ 铁矿粉高温特性实验结果及分析 已有的研究结果表明：铁矿粉的同化性、液相流 动性不宜过高或过低，应在一个适宜的区间内，而黏 结相的自身强度则应尽可能的高 ［３，７，９１０］．根据对实 际烧结生产的铁矿粉高温特性适宜区间的统计解析 结果：铁矿粉的最低同化温度在 １２７５ ～１３１５℃较 为适宜，而液相流动性指数在 ０７～１６较为适量， 铁矿粉的黏结相自身强度值则应大于 ２ｋＮ．以下分 述本文所研究的 １０种铁矿粉的同化性、液相流动性 和黏结相自身强度． 图 ５ 铁矿粉的最低同化温度及其与适宜区间的比较 Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅｌｏｗｅｓｔａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｉｒｏｎｏｒｅｓａｎｄｉｔｓｃｏｍ ｐａｒｉｓｏｎｗｉｔｈｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｚｏｎｅ ３１ 同化性 本研究以最低同化温度（ＡＳＳＭ）表征铁矿粉同 化性的高低：最低同化温度越高，则表明该铁矿粉的 同化性越低；而最低同化温度越低，则表明该铁矿粉 的同化性越高．图 ５给出了 １０种铁矿粉的最低同 化温度和铁矿粉最低同化温度的适宜区间．由图可 见，各种铁矿粉在同化性方面存在较大差异，巴西矿 （ＢＲ Ａ、ＢＲ Ｂ和 ＢＲ Ｃ）的最低同化温度高于适宜 区间，表明巴西矿的同化性偏低；澳洲矿（ＡＵ Ａ、 ＡＵ Ｂ和 ＡＵ Ｃ）的最低同化温度低于适宜区间，说 明澳洲矿的同化性偏高．这一研究结果揭示了单独 使用巴西矿或者澳洲矿不能获得满意的烧结效果的 重要原因．另外，四种中国精粉的最低同化温度介 于巴西矿和澳洲矿之间，较接近适宜区间，但也存在 明显差异． ３２ 液相流动性 本研究以流动性指数（ＦＬＵ）表征铁矿粉液相流 动性的高低．图 ６显示了 １０种铁矿粉的流动性指 数和铁矿粉流动性指数的适宜区间．从图中可以看 出，各种铁矿粉的液相流动性存在较大差异．有两 种巴西矿（ＢＲ Ｂ、ＢＲ Ｃ）、一种澳洲矿（ＡＵ Ｃ）和一 种中国精粉（ＣＨ Ｄ）的液相流动性指数在适宜区间 内；有一种巴西矿（ＢＲ Ａ）、一种澳洲矿（ＡＵ Ｂ）和 两种中国精粉（ＣＨ Ａ、ＣＨ Ｃ）的液相流动性指数偏 低；而一种澳洲矿（ＡＵ Ａ）、一种中国精粉（ＣＨ Ｂ） 的液相流动性指数则稍高于适宜区间． 图 ６ 铁矿粉的液相流动性指数及其与适宜区间的比较 Ｆｉｇ．６ Ｆｌｕｉｄｉｔｙｉｎｄｅｘｏｆｉｒｏｎｏｒｅｓａｎｄｉｔｓｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｗｉｔｈｔｈｅｏｐｔｉｍａｌ ｚｏｎｅ ３３ 黏结相自身强度 本研究以实验后试样小饼的抗压强度（ＳＢＰ）表 ·７２１·

·722 北京科技大学学报 第32卷 征铁矿粉黏结相自身强度的高低.10种铁矿粉的 HTP:×E (1) 黏结相自身强度和铁矿粉黏结相自身强度的适宜区 间见图7.从图可知，各种铁矿粉的黏结相自身强度 式中，HTP.为混合矿的高温特性，即同化性、液相流 也有明显差异.澳洲矿(AUA、AUB、AUC)的黏 动性或黏结相自身强度；HTP:为铁矿粉的高温特 结相自身强度较低，低于适宜区间：巴西矿(BRA、 性；5为铁矿粉的配比；n为铁矿粉种类的数量. BRB、BRC)和中国精粉(CHA、CHB、CHC 由式(1)可知，通过单种矿的高温特性及其配 CHD)的黏结相自身强度均在适宜区间内，但中国 比就能获知混合矿的高温特性，而改变单种矿的配 精粉的黏结相自身强度要明显高于巴西矿， 比就能改变混合矿的高温特性.因此，可以根据各 种铁矿粉高温特性的不同而合理设计它们的配比， 6.0 适宜区间 从而使得混合矿的同化性、液相流动性和黏结相自 45 身强度等高温特性均在其适宜区间之内，如下式所 3.0 示.各项高温特性的适宜区间，可以通过实际烧结 15 生产的统计数据解析获得. ASSMD≤ASSM.≤ASSMu (2) FLUb≤FLUh≤FLUU (3) 铁矿粉 SBP≤SBP. (4) 图7铁矿粉的黏结相自身强度及其与适宜区间的比较 式中，ASSM.、FLUh和SBP.为混合矿的最低同化温 Fig 7 Self strength of bonding phases in iron ores and its camparison with the optial zone 度、流动性指数和黏结相自身强度，ASSMp、FLU,和 SBP,为最低同化温度、流动性指数和黏结相自身强 4基于高温特性互补的优化配矿 度适宜区间的下限，ASSM和FLU为最低同化温 度和流动性指数适宜区间的上限 41基本原理及设计方案 根据以上高温特性互补的配矿原理，利用数学 结合以上铁矿粉高温特性的研究结果可知，现 模型寻优方法，即可获得兼顾高温特性且能确保烧 代烧结生产不能指望使用单种矿粉以获得优良的技 结产量、质量指标优良的优化配矿方案. 术经济指标，需要根据铁矿粉自身特性互补的原则 依据上述基本原理，并结合资源特点，对本研究 进行优化配矿， 涉及的10种铁矿粉进行优化配矿设计，烧结矿的 笔者所在研究室的最新研究结果表明，多种 SD2为515%水平，二元碱度为20，Mg0质量分 矿粉组成的混合矿的上述高温特性可由其单种矿的 数为226%，在此条件下计算所获得的设计方案， 高温特性及其配比计算得到，如下式所示： 如表2所示. 表2烧结优化配矿设计方案质量分数) Table 2 Optin ization schemes of ore blending during sintering % 铁矿粉 方案 BR A BR B BR C AU A AU B AU C CH A CH B CH C CH D 30 0 0 20 0 30 0 20 0 0 S2 0 30 0 20 0 30 0 20 0 0 $3 0 0 30 20 0 30 0 20 0 0 S4 0 0 30 20 0 30 15 0 0 0 0 30 20 0 30 0 15 0 S6 5 0 10 0 15 30 0 0 S7 45 0 10 15 0 0 0 30 表2中给出了七种烧结优化配矿设计方案，其 黏结相自身强度均在适宜区间内 混合矿的同化性、液相流动性和黏结相自身强度的 42烧结杯实验验证结果 比较如图8~图10所示.从图中可以看出，七种优 本文针对表2的优化配矿方案进行了烧结杯实 化配矿方案对应的混合矿的同化性、液相流动性和 验验证.各组烧结杯实验的固体燃料、熔剂的种类

北 京 科 技 大 学 学 报 第 ３２卷 征铁矿粉黏结相自身强度的高低．１０种铁矿粉的 黏结相自身强度和铁矿粉黏结相自身强度的适宜区 间见图７．从图可知，各种铁矿粉的黏结相自身强度 也有明显差异．澳洲矿（ＡＵ Ａ、ＡＵ Ｂ、ＡＵ Ｃ）的黏 结相自身强度较低，低于适宜区间；巴西矿（ＢＲ Ａ、 ＢＲ Ｂ、ＢＲ Ｃ）和中国精粉（ＣＨ Ａ、ＣＨ Ｂ、ＣＨ Ｃ、 ＣＨ Ｄ）的黏结相自身强度均在适宜区间内，但中国 精粉的黏结相自身强度要明显高于巴西矿． 图 ７ 铁矿粉的黏结相自身强度及其与适宜区间的比较 Ｆｉｇ．７ Ｓｅｌｆｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｂｏｎｄｉｎｇｐｈａｓｅｓｉｎｉｒｏｎｏｒｅｓａｎｄｉｔｓｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｗｉｔｈｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｚｏｎｅ ４ 基于高温特性互补的优化配矿 ４１ 基本原理及设计方案 结合以上铁矿粉高温特性的研究结果可知，现 代烧结生产不能指望使用单种矿粉以获得优良的技 术经济指标，需要根据铁矿粉自身特性互补的原则 进行优化配矿． 笔者所在研究室的最新研究结果表明 ［１１］，多种 矿粉组成的混合矿的上述高温特性可由其单种矿的 高温特性及其配比计算得到，如下式所示： ＨＴＰｈ＝∑ ｎ ｉ＝１ ＨＴＰｉ×ｒｉ （１） 式中，ＨＴＰｈ为混合矿的高温特性，即同化性、液相流 动性或黏结相自身强度；ＨＴＰｉ为铁矿粉 ｉ的高温特 性；ｒｉ为铁矿粉 ｉ的配比；ｎ为铁矿粉种类的数量． 由式（１）可知，通过单种矿的高温特性及其配 比就能获知混合矿的高温特性，而改变单种矿的配 比就能改变混合矿的高温特性．因此，可以根据各 种铁矿粉高温特性的不同而合理设计它们的配比， 从而使得混合矿的同化性、液相流动性和黏结相自 身强度等高温特性均在其适宜区间之内，如下式所 示．各项高温特性的适宜区间，可以通过实际烧结 生产的统计数据解析获得． ＡＳＳＭＤ≤ＡＳＳＭｈ≤ＡＳＳＭＵ （２） ＦＬＵＤ≤ＦＬＵｈ≤ＦＬＵＵ （３） ＳＢＰＤ≤ＳＢＰｈ （４） 式中，ＡＳＳＭｈ、ＦＬＵｈ和 ＳＢＰｈ为混合矿的最低同化温 度、流动性指数和黏结相自身强度，ＡＳＳＭＤ、ＦＬＵＤ 和 ＳＢＰＤ 为最低同化温度、流动性指数和黏结相自身强 度适宜区间的下限，ＡＳＳＭＵ 和 ＦＬＵＵ 为最低同化温 度和流动性指数适宜区间的上限． 根据以上高温特性互补的配矿原理，利用数学 模型寻优方法，即可获得兼顾高温特性且能确保烧 结产量、质量指标优良的优化配矿方案． 依据上述基本原理，并结合资源特点，对本研究 涉及的 １０种铁矿粉进行优化配矿设计，烧结矿的 ＳｉＯ２为 ５１５％水平，二元碱度为 ２０，ＭｇＯ质量分 数为 ２２６％，在此条件下计算所获得的设计方案， 如表 ２所示． 表 ２ 烧结优化配矿设计方案（质量分数） Ｔａｂｌｅ２ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｓｏｆｏｒｅｂｌｅｎｄｉｎｇｄｕｒｉｎｇｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ％ 方案 铁矿粉 ＢＲ Ａ ＢＲ Ｂ ＢＲ Ｃ ＡＵ Ａ ＡＵ Ｂ ＡＵ Ｃ ＣＨ Ａ ＣＨ Ｂ ＣＨ Ｃ ＣＨ Ｄ Ｓ１ ３０ ０ ０ ２０ ０ ３０ ０ ２０ ０ ０ Ｓ２ ０ ３０ ０ ２０ ０ ３０ ０ ２０ ０ ０ Ｓ３ ０ ０ ３０ ２０ ０ ３０ ０ ２０ ０ ０ Ｓ４ ０ ０ ３０ ２０ ０ ３０ ５ １５ ０ ０ Ｓ５ ０ ０ ３０ ２０ ０ ３０ ０ １５ ５ ０ Ｓ６ ０ ４５ ０ １０ ０ １５ ０ ３０ ０ ０ Ｓ７ ４５ ０ ０ １０ ０ １５ ０ ０ ０ ３０ 表 ２中给出了七种烧结优化配矿设计方案，其 混合矿的同化性、液相流动性和黏结相自身强度的 比较如图 ８～图 １０所示．从图中可以看出，七种优 化配矿方案对应的混合矿的同化性、液相流动性和 黏结相自身强度均在适宜区间内． ４２ 烧结杯实验验证结果 本文针对表 ２的优化配矿方案进行了烧结杯实 验验证．各组烧结杯实验的固体燃料、熔剂的种类 ·７２２·

第6期 吴胜利等：基于铁矿粉高温特性互补的烧结优化配矿 ·723· 1400 适宜区间 话宜区间 ● 1200 415 6 4 5 6 优化配矿方案 优化配矿方案 图8混合矿同化性的比较 图10混合矿黏结相自身强度的比较 Fig 8 Camparison ofm ixed ores in assi ilability Fig 10 Comparison ofm ixed ores in self strength of bonding phases 不变，配碳量固定，其他工艺参数也相同.七组烧结 2.8 杯实验结果列于表3. 适宜区间 由表3可知：本研究基于铁矿粉高温特性互补 ● ● LU● ● 原理设计的七种烧结优化配矿方案，烧结杯实验验 证结果优良，烧结成品率在80%以上，烧结利用系 4 数超过18tm2.h',烧结矿转鼓强度在61%以 优化配矿方案 上，固体燃耗低于61kg,烧结矿还原性高于 图9混合矿液相流动性的比较 Fig 9 Comparison ofm ixed ores in liquid phase fluidity 82%,烧结矿RDL315大于64%.这一结果显示了 基于铁矿粉高温特性优化配矿的有效性. 表3优化配矿设计方案的烧结杯实验结果 Table 3 Sinter pot test results of the optin ization schemnes of ore blending 成品 利用系数/转鼓强度/ 粒度组成% 固体燃耗/R1/ RD1% 方案 率%(tm之，hl) 中 >25mm10~25mm5~10mm (kg +63 +315 -05 8103 187 6467 4423 3517 2060 5930 875 349 732 51 S28009 180 6800 4601 3187 2212 6072 821 286 728 47 S38170 194 6133 4320 3093 2587 5801 916 257 681 57 S48291 188 6200 4182 3694 2123 5763 946 250 668 61 S58142 196 6200 4024 3437 2537 5929 902 238 684 51 S68480 191 6326 4972 3246 1782 5582 947 294 668 62 S78042 193 6133 4599 3299 2102 5922 903 238 648 65 注：R为还原度：RDI为低温还原粉化指数，其中，+63表示粒度大于63mm:+315表示粒度大于315mm:-05表示粒度小于 0 5mm 另外，本文考察的巴西矿30%+澳洲矿50%+ 在兼顾它们的液相流动性的基础上，两者具有较好 中国精粉20%”和巴西矿45%+澳洲矿25%+中 的互补性. 国精粉30%”的配矿模式，深化了多种类型铁矿粉 (3)中国精粉的黏结相自身强度较高，同化性 和多来源铁矿粉搭配使用的理念，为有效实施资源 较接近于适宜区间，故可在充分考虑液相流动性的 战略以及结合烧结生产条件的优化配矿提供了理论 基础上，与作为富矿粉的巴西矿、澳洲矿搭配使用. 基础和技术依据. (4)本文提出基于铁矿粉高温特性互补而使混 5结论 合矿高温特性指标适宜的烧结配矿新思路，据此给 出了定量配矿设计方法，经烧结杯实验验证，可以获 (1)对于地质条件不同的铁矿粉，其同化性、液 得优良的烧结指标 相流动性和黏结相自身强度等高温特性存在明显差 异，且单种矿烧结难以满足正常烧结工艺适宜的高 参考文献 温特性 [1]Yang L M.Su Z Quality status of imported iron ore to China and (2)巴西矿的同化性偏低，澳洲矿则偏高：澳洲 coun temeasume Mod M in 2009(4):15 矿的黏结相自身强度较低，而巴西矿则较高.因此， 肠立明，苏征.我国进口铁矿石质量状况及对策.现代矿

第 ６期 吴胜利等：基于铁矿粉高温特性互补的烧结优化配矿 图 ８ 混合矿同化性的比较 Ｆｉｇ．８ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｍｉｘｅｄｏｒｅｓｉｎａｓｓｉｍｉｌａｂｉｌｉｔｙ 图 ９ 混合矿液相流动性的比较 Ｆｉｇ．９ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｍｉｘｅｄｏｒｅｓｉｎｌｉｑｕｉｄｐｈａｓｅｆｌｕｉｄｉｔｙ 图 １０ 混合矿黏结相自身强度的比较 Ｆｉｇ．１０ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｍｉｘｅｄｏｒｅｓｉｎｓｅｌｆｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｂｏｎｄｉｎｇｐｈａｓｅｓ 不变，配碳量固定，其他工艺参数也相同．七组烧结 杯实验结果列于表 ３． 由表 ３可知：本研究基于铁矿粉高温特性互补 原理设计的七种烧结优化配矿方案，烧结杯实验验 证结果优良，烧结成品率在 ８０％以上，烧结利用系 数超过 １８ｔ·ｍ －２·ｈ －１，烧结矿转鼓强度在 ６１％以 上，固体燃耗低于 ６１ｋｇ·ｔ －１，烧结矿还原性高于 ８２％，烧结矿 ＲＤＩ＋３１５大于 ６４％．这一结果显示了 基于铁矿粉高温特性优化配矿的有效性． 表 ３ 优化配矿设计方案的烧结杯实验结果 Ｔａｂｌｅ３ Ｓｉｎｔｅｒｐｏｔｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｓｏｆｏｒｅｂｌｅｎｄｉｎｇ 方案 成品 率／％ 利用系数／ （ｔ·ｍ－２·ｈ－１） 转鼓强度／ ％ 粒度组成／％ ＞２５ｍｍ １０～２５ｍｍ ５～１０ｍｍ 固体燃耗／ （ｋｇ·ｔ－１） ＲＩ／ ％ ＲＤＩ／％ ＋６３ ＋３１５ －０５ Ｓ１ ８１０３ １８７ ６４６７ ４４２３ ３５１７ ２０６０ ５９３０ ８７５ ３４９ ７３２ ５１ Ｓ２ ８００９ １８０ ６８００ ４６０１ ３１８７ ２２１２ ６０７２ ８２１ ２８６ ７２８ ４７ Ｓ３ ８１７０ １９４ ６１３３ ４３２０ ３０９３ ２５８７ ５８０１ ９１６ ２５７ ６８１ ５７ Ｓ４ ８２９１ １８８ ６２００ ４１８２ ３６９４ ２１２３ ５７６３ ９４６ ２５０ ６６８ ６１ Ｓ５ ８１４２ １９６ ６２００ ４０２４ ３４３７ ２５３７ ５９２９ ９０２ ２３８ ６８４ ５１ Ｓ６ ８４８０ １９１ ６３２６ ４９７２ ３２４６ １７８２ ５５８２ ９４７ ２９４ ６６８ ６２ Ｓ７ ８０４２ １９３ ６１３３ ４５９９ ３２９９ ２１０２ ５９２２ ９０３ ２３８ ６４８ ６５ 注：ＲＩ为还原度；ＲＤＩ为低温还原粉化指数，其中， ＋６３表示粒度大于 ６３ｍｍ；＋３１５表示粒度大于 ３１５ｍｍ；－０５表示粒度小于 ０５ｍｍ． 另外，本文考察的“巴西矿 ３０％ ＋澳洲矿 ５０％ ＋ 中国精粉 ２０％”和“巴西矿 ４５％ ＋澳洲矿 ２５％ ＋中 国精粉 ３０％”的配矿模式，深化了多种类型铁矿粉 和多来源铁矿粉搭配使用的理念，为有效实施资源 战略以及结合烧结生产条件的优化配矿提供了理论 基础和技术依据． ５ 结论 （１）对于地质条件不同的铁矿粉，其同化性、液 相流动性和黏结相自身强度等高温特性存在明显差 异，且单种矿烧结难以满足正常烧结工艺适宜的高 温特性． （２）巴西矿的同化性偏低，澳洲矿则偏高；澳洲 矿的黏结相自身强度较低，而巴西矿则较高．因此， 在兼顾它们的液相流动性的基础上，两者具有较好 的互补性． （３）中国精粉的黏结相自身强度较高，同化性 较接近于适宜区间，故可在充分考虑液相流动性的 基础上，与作为富矿粉的巴西矿、澳洲矿搭配使用． （４）本文提出基于铁矿粉高温特性互补而使混 合矿高温特性指标适宜的烧结配矿新思路，据此给 出了定量配矿设计方法，经烧结杯实验验证，可以获 得优良的烧结指标． 参 考 文 献 ［１］ ＹａｎｇＬＭ，ＳｕＺ．ＱｕａｌｉｔｙｓｔａｔｕｓｏｆｉｍｐｏｒｔｅｄｉｒｏｎｏｒｅｔｏＣｈｉｎａａｎｄ ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅ．ＭｏｄＭｉｎ，２００９（４）：１５ （杨立明，苏征．我国进口铁矿石质量状况及对策．现代矿 ·７２３·