铁矿粉的烧结熔融特性及其评价方法

D0I:10.13374/.issnl100103x.2010.12.002 第32卷第12期 北京科技大学学报 Vol 32 N9 12 2010年12月 Journal ofUniversity of Science and Technobgy Bejjing Deg 2010 铁矿粉的烧结熔特性及其评价方法 吴胜利边妙莲王清峰张国良杜渊 北京科技大学治金与生态工程学院北京100083 摘要通过可视化高温实验装置观察了七种不同类型常用进口铁矿粉试样的熔化流动过程.在所测定的熔融曲线上定义 了T、TT以及等表征其熔融特性的评价指标并以此考察了不同类型铁矿粉的烧结熔融特性.研究结果表明：澳大利 亚褐铁矿最容易产生液相.但其液相形成过程中温度区间窄，温控性差，安全性低：澳大利亚半褐铁在低温烧结条件下有效 液相量不足，而温控性则略好于澳大利亚褐铁：澳大利亚、南非以及巴西南部的赤铁矿熔融特性较为适宜，但前者易形成液 相而后两者温控性和安全性更好：巴西的南部精粉、北部赤铁矿在低温烧结下很难生成液相.通过对各种铁矿粉熔融特性的 研究。提出了基于铁矿粉熔融特性的烧结优化配矿原则。 关键词铁矿：烧结；熔融特性：评价 分类号TF0464 Fusion characteristics of iron ore fnes and its evaluation method WU Sheng li BIAN M aa lian WANGQing feng ZHANG Gua liang DU Yuan Schpol ofMemllgical and EcokgicalErginee ring University of Sc ience and Technobgy Beijing Beijing 100083 China ABSTRACT The fus pn flow processes of seven various tpes of inported ir oe fnes were std ed wih visual hgh-tm peratre equpment The evaluation indices To T Tg and S which represent fusion characteristics were deem ned on he iisng curve Then the fispn characteristics of varpus iron ore fines n sitering were observed accord ng p the nd ces The results show hat lmo nite from Australia is prone togenerate Igu d phase but it ismarked w ith bad poperties known as a thinner m peraure range nferi or temperature operation and a pwer safety Semi-lmonie ores firom Australia are slightly better than he linon ite in temperature opera tipp but the effective liquid phase amnount of the semilionite is sufficient under low tom peratue snterng conditions The fusion characteristics of hem atite from Australia South A frica and sou them B azil are reatively appropriate and the fomer one is easier o generate IAuid phase while he ast wo have better gmperature operation and safety It is revealed that concen trates from sou Brazil and hem atite from norhem Brazil are difficult p generate lfu d phase The ore match ng opti iatpn prnciples based on fision char aceristicswere proposed by sudyng a he usion characterstics of varjous iron ore fnes KEY WORDS iron ores snterng fusion characteristi evaluation 随着“铁矿粉烧结基础特性”新概念的提出， 在烧结过程中，铁矿粉随着温度的升高发生软 对铁矿粉在烧结过程中的同化性能、液相流动性能、 化和熔融，熔化流动过程中适宜液相的生成温度、适 黏结相强度性能以及铁酸钙生成性能有了明确的认 宜液相的温度范围以及液相生成过程中的平稳程度 识2，即铁矿粉基础特性能更好地代表铁矿粉在 对烧结矿黏结相强度有重要影响.铁矿粉熔融性的 烧结过程中的行为和表现.同化性表征铁矿粉中铁 研究目前仅局限于断点检测分析，对一定收缩率时 氧化物与CO的反应能力，液相流动性反映了高温 的温度点和时间点进行分析四.但是，对铁矿粉在 下铁矿粉的液相流动程度.但是，从液相初始生成 烧结过程中的具体变化过程如铁矿粉如何熔融变 到液相完全流动之间的过程如何，以及其变化历程 形、在高温的各个阶段的变化特征并不清楚，对于各 对烧结过程的影响如何并不是很清晰. 种类型铁矿粉熔融性差异的研究，则更是鲜有报道. 收稿日期：2010-05-06 作者简介：吴胜利(1955一，男.教授博士生导师E.ma il wushengl@ust曲ym

第 32卷 第 12期 2010年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.32 No.12 Dec.2010 铁矿粉的烧结熔融特性及其评价方法 吴胜利 边妙莲 王清峰 张国良 杜 渊 北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 100083 摘 要 通过可视化高温实验装置观察了七种不同类型常用进口铁矿粉试样的熔化流动过程.在所测定的熔融曲线上定义 了 T30 、T55、TR以及 SR等表征其熔融特性的评价指标, 并以此考察了不同类型铁矿粉的烧结熔融特性.研究结果表明:澳大利 亚褐铁矿最容易产生液相, 但其液相形成过程中温度区间窄, 温控性差, 安全性低;澳大利亚半褐铁矿在低温烧结条件下有效 液相量不足, 而温控性则略好于澳大利亚褐铁矿;澳大利亚、南非以及巴西南部的赤铁矿熔融特性较为适宜, 但前者易形成液 相而后两者温控性和安全性更好;巴西的南部精粉、北部赤铁矿在低温烧结下很难生成液相.通过对各种铁矿粉熔融特性的 研究, 提出了基于铁矿粉熔融特性的烧结优化配矿原则. 关键词 铁矿;烧结;熔融特性;评价 分类号 TF046.4 Fusioncharacteristicsofironorefinesanditsevaluationmethod WUSheng-li, BIANMiao-lian, WANGQing-feng, ZHANGGuo-liang, DUYuan SchoolofMetallurgicalandEcologicalEngineering, UniversityofScienceandTechnologyBeijing, Beijing100083, China ABSTRACT Thefusion-flowprocessesofsevenvarioustypesofimportedironorefineswerestudiedwithvisualhigh-temperature equipment.TheevaluationindicesT30 , T55 , TRandSR, whichrepresentfusioncharacteristics, weredeterminedonthefusingcurve. Then, thefusioncharacteristicsofvariousironorefinesinsinteringwereobservedaccordingtotheindices.Theresultsshowthatlimo￾nitefromAustraliaispronetogenerateliquidphase, butitismarkedwithbadpropertiesknownasathinnertemperature-range, inferi￾ortemperature-operationandalowersafety.Semi-limoniteoresfromAustraliaareslightlybetterthanthelimoniteintemperature-opera￾tion, buttheeffectiveliquidphaseamountofthesemi-limoniteissufficientunderlow-temperaturesinteringconditions.Thefusion characteristicsofhematitefromAustralia, SouthAfricaandsouthernBrazilarerelativelyappropriate, andtheformeroneiseasierto generateliquidphasewhilethelasttwohavebettertemperature-operationandsafety.ItisrevealedthatconcentratesfromsouthBrazil andhematitefromnorthernBrazilaredifficulttogenerateliquidphase.Theorematchingoptimizationprinciplesbasedonfusionchar￾acteristicswereproposedbystudyingonthefusioncharacteristicsofvariousironorefines. KEYWORDS ironores;sintering;fusioncharacteristic;evaluation 收稿日期:2010--05--06 作者简介:吴胜利(1955— ), 男, 教授, 博士生导师, E-mail:wushengli@ustb.edu.cn 随着“铁矿粉烧结基础特性 ”新概念 [ 1] 的提出 , 对铁矿粉在烧结过程中的同化性能、液相流动性能 、 黏结相强度性能以及铁酸钙生成性能有了明确的认 识 [ 2--9] ,即铁矿粉基础特性能更好地代表铁矿粉在 烧结过程中的行为和表现 .同化性表征铁矿粉中铁 氧化物与 CaO的反应能力 ,液相流动性反映了高温 下铁矿粉的液相流动程度.但是 , 从液相初始生成 到液相完全流动之间的过程如何 ,以及其变化历程 对烧结过程的影响如何并不是很清晰 . 在烧结过程中, 铁矿粉随着温度的升高发生软 化和熔融 ,熔化流动过程中适宜液相的生成温度 、适 宜液相的温度范围以及液相生成过程中的平稳程度 对烧结矿黏结相强度有重要影响 .铁矿粉熔融性的 研究目前仅局限于断点检测分析 , 对一定收缩率时 的温度点和时间点进行分析 [ 10] .但是, 对铁矿粉在 烧结过程中的具体变化过程如铁矿粉如何熔融变 形、在高温的各个阶段的变化特征并不清楚 ,对于各 种类型铁矿粉熔融性差异的研究 ,则更是鲜有报道. DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2010.12.002

第12期 吴胜利等：铁矿粉的烧结熔融特性及其评价方法 1527 熔融特性作为铁矿粉烧结基础特性的一种拓展，是 律，首次采用熔融性曲线描述铁矿粉的熔化特征，并 对铁矿粉自身特性的不断发展和完善.因此，对铁 提出了基于铁矿粉熔融特性的烧结优化配矿思路， 矿粉熔融特性的深入研究，能更全面地掌握铁矿粉 的自身特性，尤其是铁矿粉的高温特性 1实验方法 本文通过对来自澳大利亚、南非和巴西的七种 实验所用铁矿粉来自澳大利亚、南非和巴西，是 不同类型铁矿粉在烧结过程中的熔融特性的研究， 我国钢铁企业烧结常用的进口含铁原料，各种铁矿 分析了各种铁矿粉在完全熔化流动之前的变化规 粉的化学成分列于表1 表1铁矿粉的化学成分（质量分数） Table1 Chem ica lcomposition of ion ores % 序号 矿种类型 IFe FeO sQ Co M8 AlO IOI 澳大利亚褐铁矿 58.08 019 5.09 006 009 1.43 10.20 B 澳大利亚半褐铁矿 61.70 029 3.26 003 0.09 1.96 6.B 澳大利亚赤铁矿 63.19 028 399 004 008 217 298 D 南非赤铁矿 65.50 026 3.86 009 004 1.43 0.90 E 巴西南部赤铁矿 65.41 036 3.45 004 004 1.06 1.40 F 巴西南部精粉 68.55 018 1.20 002 0.04 031 0.2 G 巴西北部赤铁矿 66.80 018 1.15 003 006 1.01 1.62 本研究采用座滴法山，使用装置如图1所示. 由图2可见：当试样收缩率为30%时，生成的 该装置的特点是试样图像在线显示，温度、熔速自动 液相开始流动，表明其开始产生能够满足有效黏结 识别.实验模拟烧结温度制度和烧结气氛进行焙 的液相：而当试样收缩率超55%时，生成的液相表 烧，直到试样高温熔化流动后停止通气.具体实验 现出完全流动的形态，因会使颗粒间黏结层过薄，故 方法：①铁矿粉磨至一200目，考虑高碱度烧结矿对 无法起到有效黏结的作用. 黏附粉的碱度要求及物料偏析的影响，二元碱度定 由图3可见，各种铁矿粉试样开始出现明显收 为4.0②加无水乙醇压成圆柱形小饼（中3m义3 缩的温度有所不同，表明各种铁矿粉生成初始液相 mm),将小饼置于铁铬铝垫片上送熔点熔速测定炉 的能力存在差异，其中澳大利亚褐铁矿的初始液相 加热：③被加热的试样通过观察记录不同时段的收 生成能力相对最强，澳大利亚半褐铁矿的初始液相 缩状况，最后形成熔融曲线 生成能力居中，巴西北部铁矿粉和巴西南部精粉的 初始液相生成能力相对最弱 试样 各种铁矿粉熔化流动过程中的变化特征呈现三 碳化硅 加热电炉 种曲线类型 第一类铁矿粉在低于1200℃时即发生第一次 气氛控制设备 反应管 Windows XP 剧烈收缩，随后发生缓慢收缩，收缩率达到一定程度 发生第二次剧烈收缩并完全熔化流动.第一次剧烈 摄像机 收缩段温度区间较小，发生“急熔”，临界收缩率高 达43%，缓慢收缩段温度区间也较窄，因此其完全 图1实验装置简图 熔化流动温度相对很低。符合此类熔化曲线的铁矿 Fg I D iagram of the experm ent device 粉为澳大利亚褐铁矿粉 第二类铁矿粉在1200℃左右发生第一次剧烈 2实验结果及其分析 收缩，与第一类收缩曲线类似，第一次剧烈收缩后发 生缓慢收缩，随后发生第二次剧烈收缩并完全熔化 2.1熔融性测定结果 流动.第一次剧烈收缩段临界收缩率在25%左右， 在各个温度下截取的铁矿粉试样收缩形貌如图 从缓慢收缩到第二次剧烈收缩温度区间较大，当临 2所示：同时可以得到各种铁矿粉试样随温度升高 界收缩率在38%左右时，开始第二次剧烈收缩，此 而收缩的熔融曲线具体变化形态如图3所示， 类铁矿粉完全熔化流动温度为1270~1360℃.符

第 12期 吴胜利等:铁矿粉的烧结熔融特性及其评价方法 熔融特性作为铁矿粉烧结基础特性的一种拓展 ,是 对铁矿粉自身特性的不断发展和完善 .因此 ,对铁 矿粉熔融特性的深入研究 , 能更全面地掌握铁矿粉 的自身特性 ,尤其是铁矿粉的高温特性. 本文通过对来自澳大利亚、南非和巴西的七种 不同类型铁矿粉在烧结过程中的熔融特性的研究 , 分析了各种铁矿粉在完全熔化流动之前的变化规 律, 首次采用熔融性曲线描述铁矿粉的熔化特征 ,并 提出了基于铁矿粉熔融特性的烧结优化配矿思路 . 1 实验方法 实验所用铁矿粉来自澳大利亚、南非和巴西 ,是 我国钢铁企业烧结常用的进口含铁原料 ,各种铁矿 粉的化学成分列于表 1. 表 1 铁矿粉的化学成分(质量分数) Table1 Chemicalcompositionofironores % 序号 矿种类型 TFe FeO SiO2 CaO MgO Al2O3 LOI A 澳大利亚褐铁矿 58.08 0.19 5.09 0.06 0.09 1.43 10.20 B 澳大利亚半褐铁矿 61.70 0.29 3.26 0.03 0.09 1.96 6.03 C 澳大利亚赤铁矿 63.19 0.28 3.99 0.04 0.08 2.17 2.93 D 南非赤铁矿 65.50 0.26 3.86 0.09 0.04 1.43 0.90 E 巴西南部赤铁矿 65.41 0.36 3.45 0.04 0.04 1.06 1.40 F 巴西南部精粉 68.55 0.18 1.20 0.02 0.04 0.31 0.42 G 巴西北部赤铁矿 66.80 0.18 1.15 0.03 0.06 1.01 1.62 本研究采用座滴法 [ 11] , 使用装置如图 1所示 . 该装置的特点是试样图像在线显示, 温度 、熔速自动 识别.实验模拟烧结温度制度和烧结气氛进行焙 烧 ,直到试样高温熔化流动后停止通气.具体实验 方法:①铁矿粉磨至 -200 目, 考虑高碱度烧结矿对 黏附粉的碱度要求及物料偏析的影响, 二元碱度定 为 4.0;②加无水乙醇压成圆柱形小饼 ( 3 mm×3 mm),将小饼置于铁铬铝垫片上送熔点熔速测定炉 加热;③被加热的试样通过观察记录不同时段的收 缩状况 ,最后形成熔融曲线 . 图 1 实验装置简图 Fig.1 Diagramoftheexperimentdevice 2 实验结果及其分析 2.1 熔融性测定结果 在各个温度下截取的铁矿粉试样收缩形貌如图 2所示 ;同时可以得到各种铁矿粉试样随温度升高 而收缩的熔融曲线,具体变化形态如图 3所示 . 由图 2 可见:当试样收缩率为 30%时 , 生成的 液相开始流动 ,表明其开始产生能够满足有效黏结 的液相;而当试样收缩率超 55%时 , 生成的液相表 现出完全流动的形态,因会使颗粒间黏结层过薄 ,故 无法起到有效黏结的作用. 由图 3可见, 各种铁矿粉试样开始出现明显收 缩的温度有所不同 ,表明各种铁矿粉生成初始液相 的能力存在差异, 其中澳大利亚褐铁矿的初始液相 生成能力相对最强 ,澳大利亚半褐铁矿的初始液相 生成能力居中 ,巴西北部铁矿粉和巴西南部精粉的 初始液相生成能力相对最弱 . 各种铁矿粉熔化流动过程中的变化特征呈现三 种曲线类型. 第一类铁矿粉在低于 1 200 ℃时即发生第一次 剧烈收缩 ,随后发生缓慢收缩 ,收缩率达到一定程度 发生第二次剧烈收缩并完全熔化流动.第一次剧烈 收缩段温度区间较小, 发生 “急熔” , 临界收缩率高 达 43%,缓慢收缩段温度区间也较窄 , 因此其完全 熔化流动温度相对很低, 符合此类熔化曲线的铁矿 粉为澳大利亚褐铁矿粉 . 第二类铁矿粉在 1 200 ℃左右发生第一次剧烈 收缩 ,与第一类收缩曲线类似 ,第一次剧烈收缩后发 生缓慢收缩,随后发生第二次剧烈收缩并完全熔化 流动 .第一次剧烈收缩段临界收缩率在 25%左右, 从缓慢收缩到第二次剧烈收缩温度区间较大, 当临 界收缩率在 38%左右时, 开始第二次剧烈收缩 , 此 类铁矿粉完全熔化流动温度为 1 270 ～ 1 360 ℃.符 · 1527·

。1528 北京科技大学学报 第32卷 图2铁矿粉熔融过程形貌图.(1214℃.104%：(b)1328℃30%：(c91356℃40%：(d山1358℃48%：(91360℃.54%：(6 1363℃601% Fig2TDMm图es of the fusi知P0 cess of irnore fn5(两1214℃，104%：(b1328℃3049%：(91356℃，404%：(d山1358℃，489%： (e)1360℃54%：(6136品℃，601% 100 始形成温度低的铁矿粉，在烧结过程中有效液相 80 的生成将会提前. 60 40 (2)T:有效液相形成的终止温度，反映烧结过 20 恒 0 程铁矿粉生成有效液相的容易程度.有效液相形成 1100 11501200 1250130013501400 的终止温度①过高的铁矿粉，在烧结过程中有效液 温度℃ 相的生成量将会减少 图3铁矿粉收缩率随温度的变化形态 F 3 Changes of the shrinkage of ion ore fines with tem perature (3)生成有效液相的温度区间（取=工一 ,反映烧结料层中铁矿粉有效液相的生成范围， 合此类熔化曲线的铁矿粉为澳大利亚半褐铁矿粉、 也可体现烧结温度的可控程度.温度区间大的 澳大利亚赤铁矿粉、南非赤铁矿粉以及巴西南部赤 铁矿粉，在烧结过程中有效液相的生成范围广，烧结 铁矿粉. 温度的可控性强. 第三类铁矿粉在温度达到1300℃之后发生缓 (4)S。缓慢收缩段的试样收缩程度，反映各种 慢流动，升温至1380℃之后开始剧烈收缩并剧烈熔 铁矿粉在液相生成过程中的安全液相量.提出这一 化流动，剧烈收缩时临界收缩率低于10%高温区 指标的思路是：铁矿粉的液相生成过程有两种形式， 剧烈收缩时“急熔”.符合此类熔融曲线的铁矿粉为 一种是随温度升高而急剧生成另一种是在一个较 巴西南部精粉和巴西北部赤铁矿 宽的温度范围内缓慢生成，显然后者的液相生成特 2.2熔融性指标提取 性要优于前者.为此，将作为反映烧结过程中铁 根据试样在不同温度下的形貌变化和熔融曲 矿粉生成安全液相的数量，定义S=S一S,其中 线，提取了各项熔融性指标，并在图4中作相应 为试样发生第一次急剧收缩到缓慢收缩的临界收 表征. 缩率，S为液相发生最终急剧流动的临界收缩率. 缓慢收缩程度大的铁矿粉，在烧结过程中生成的 第一次 刷烈收缩段 安全液相量相对多. 缓慢收缩段 2.3熔融性测定结果分析 55 不同类型进口铁矿粉的熔融性指标分别如图5 30 至图8所示.由图5图6表示的和可知：不 同类型铁矿粉在有效液相的开始形成温度和有效液 相形成的终止温度方面存在明显差异.另外，相对 T℃ 比较而言，澳大利亚褐铁矿的和T均最低，在 图4铁矿旷粉熔融性指标 1200℃时开始有液相的有效流动，但在1225℃时 F琴4Fus知chamcteristic ndex of ion ore fines 即达到有效液相形成的最大值，这一结果表明其在 (1):有效液相的开始形成温度，反映烧结过 烧结过程中的有效液相很容易产生：与澳大利亚褐 程铁矿粉开始生成有效液相的时间.有效液相的开 铁矿相比，澳大利亚赤铁矿、南非赤铁矿的均提

北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 图 2 铁矿粉熔融过程形貌图.(a)1 214℃, 10.4%;(b)1 328℃, 30.4%;(c)1 356℃, 40.4%;(d)1 358℃, 48.9%;(e)1 360℃, 54.6%;(f) 1 363℃, 60.1% Fig.2 TEMimagesofthefusionprocessofironorefines:(a)1 214℃, 10.4%;(b)1 328℃, 30.4%;(c)1 356℃ , 40.4%;(d)1 358℃, 48.9%; (e)1 360℃, 54.6%;(f)1 363℃, 60.1% 图 3 铁矿粉收缩率随温度的变化形态 Fig.3 Changesoftheshrinkageofironorefineswithtemperature 合此类熔化曲线的铁矿粉为澳大利亚半褐铁矿粉 、 澳大利亚赤铁矿粉、南非赤铁矿粉以及巴西南部赤 铁矿粉 . 第三类铁矿粉在温度达到 1 300 ℃之后发生缓 慢流动 ,升温至 1 380 ℃之后开始剧烈收缩并剧烈熔 化流动 ,剧烈收缩时临界收缩率低于 10%, 高温区 剧烈收缩时 “急熔 ”.符合此类熔融曲线的铁矿粉为 巴西南部精粉和巴西北部赤铁矿. 2.2 熔融性指标提取 根据试样在不同温度下的形貌变化和熔融曲 线 ,提取了各项熔融性指标 , 并在图 4 中作相应 表征. 图 4 铁矿粉熔融性指标 Fig.4 Fusioncharacteristicindexofironorefines (1)T30 :有效液相的开始形成温度, 反映烧结过 程铁矿粉开始生成有效液相的时间.有效液相的开 始形成温度 T30低的铁矿粉 ,在烧结过程中有效液相 的生成将会提前. (2)T55 :有效液相形成的终止温度 ,反映烧结过 程铁矿粉生成有效液相的容易程度.有效液相形成 的终止温度 T55过高的铁矿粉, 在烧结过程中有效液 相的生成量将会减少. (3)TR:生成有效液相的温度区间 (TR =T55 - T30 ),反映烧结料层中铁矿粉有效液相的生成范围, 也可体现烧结温度的可控程度 .温度区间 TR大的 铁矿粉,在烧结过程中有效液相的生成范围广,烧结 温度的可控性强. (4)SR:缓慢收缩段的试样收缩程度 , 反映各种 铁矿粉在液相生成过程中的安全液相量 .提出这一 指标的思路是 :铁矿粉的液相生成过程有两种形式, 一种是随温度升高而急剧生成, 另一种是在一个较 宽的温度范围内缓慢生成, 显然后者的液相生成特 性要优于前者 .为此 ,将 SR作为反映烧结过程中铁 矿粉生成安全液相的数量 , 定义 SR =S2 -S1 , 其中 S1为试样发生第一次急剧收缩到缓慢收缩的临界收 缩率 , S2 为液相发生最终急剧流动的临界收缩率. 缓慢收缩程度 SR大的铁矿粉, 在烧结过程中生成的 安全液相量相对多 . 2.3 熔融性测定结果分析 不同类型进口铁矿粉的熔融性指标分别如图 5 至图 8所示.由图 5 ～图 6表示的 T30和 T55可知 :不 同类型铁矿粉在有效液相的开始形成温度和有效液 相形成的终止温度方面存在明显差异.另外, 相对 比较而言, 澳大利亚褐铁矿的 T30和 T55均最低 , 在 1 200 ℃时开始有液相的有效流动, 但在 1 225 ℃时 即达到有效液相形成的最大值, 这一结果表明其在 烧结过程中的有效液相很容易产生 ;与澳大利亚褐 铁矿相比, 澳大利亚赤铁矿 、南非赤铁矿的 T30均提 · 1528·

第12期 吴胜利等：铁矿粉的烧结熔融特性及其评价方法 ·1529 高了约50℃，而则分别提高了约53℃、74℃，这 范围为49℃这表明其不仅在烧结料层中有效液相 一结果表明澳大利亚赤铁矿、南非赤铁矿在烧结过 的流动区域大，而且对烧结温度变化的敏感性也小 程中的有效液相形成相对澳大利亚褐铁矿要晚一 即温控性优良：与南非赤铁矿相比，巴西南部赤铁矿 些，且在烧结温度一定的条件下澳大利亚赤铁矿的 的即降低了4℃这表明其虽然不如南非赤铁矿， 有效液相生成较之南非赤铁矿略容易；与南非赤铁 但也具有有效液相流动区域大、温控性良好的特点： 矿相比，巴西南部赤铁矿的0提高了约28℃而 然而，巴西南部精粉和巴西北部赤铁矿的却非常 T则提高了约30℃，表明巴西南部赤铁矿在烧结 小，分别仅为2℃和4℃，与巴西南部赤铁矿相比降 过程的有效液相生成相对南非赤铁矿要略差一些； 低了41℃以上，表明其有效液相的流动区域非常 澳大利亚半褐铁矿的T、,较之澳大利亚褐铁矿 窄，而且对烧结温度的变化特别敏感，即温控性很 提高了126℃以上，即便与巴西南部赤铁矿相比也 差：澳大利亚褐铁矿的为27℃，虽然相比巴西南 升高了27℃以上，这表明澳大利亚半褐铁矿在烧结 部精粉、巴西北部赤铁矿取有所提高，但与南非赤 过程中的有效液相生成能力相对差：而巴西北部赤 铁矿相比降低了22℃这表明其有效液相的流 铁矿和巴西南部精粉的工和相对最高，在低温 动区域也很窄，温控性也相对差；澳大利亚半褐铁矿 烧结条件下很难生成足够的有效液相.由此可见， 的较之澳大利哑褐铁矿仅升高了3℃表明其有 不同类型铁矿粉生成有效液相的容易程度排序为 效液相的流动状况略好于澳大利亚褐铁矿；澳大利 ACDE>BEG 亚赤铁矿的为35℃在澳大利亚矿中相对最大， 1400 这表明其具有相对较宽的有效液相流动区域以及较 好的温控性，但是仍不如南非赤铁矿和巴西南部赤 1300 铁矿.由此可见，各种铁矿粉有效液相的生成范围 大小、烧结温度可控性程度的排序为D>C BAGE 1100 D 50 铁矿粉种类 40 图5不同铁矿粉T比较 30 Fg5 Conparison ofT values of diffe rent iron ore fnes 20 10 1400 B C D E G 1350 铁矿粉种类 图7不同铁矿粉T值比较 1300 Fig 7 Comparison of T vales of different irn ore fines 1250 1200 通常烧结料层高温区域的温度并不均一，为了 B G 铁矿粉种类 确保烧结混合料的有效黏结，希望铁矿粉不仅易于 图6不同铁矿粉T:比较 生成有效液相，而且有效液相的流动区域应尽可能 F6 Conparison of Tss values of diffe rent iron ore fnes 大，烧结温度的可控性也随之变好.因此，烧结配矿 时应要求铁矿粉在较低的同时具有较高的 在烧结温度一定的情况下，过高的铁矿粉， 而对于过小的铁矿粉，应与大的铁矿粉按一定 因过热度小而不容易生成有效液相，致使烧结矿固 比例搭配使用，以此获得有效液相生成范围大、温控 结强度下降.因此，现场烧结配矿时应将过高的 性优良的烧结混匀矿 铁矿粉与低的铁矿粉按一定比例合理搭配使用， 以上考察的是烧结料层中铁矿粉生成有效液相 即将不易生成有效液相的铁矿粉与容易生成有效液 的容易程度以及分布范围.然而，由图3可知，在接 相的铁矿粉搭配使用. 近有效液相生成量最大值之前，试样收缩率随温度 由图7表示的可知，不同类型铁矿粉有效液 的变化态势已进入最终剧烈收缩段，液相将在非常 相生成的温度区间存在差异，反映其对烧结温度的 窄的温度范围达到完全流动状态；另外，有些试样在 敏感程度也不同.相比较而言，南非赤铁矿的最 缓慢收缩段之前也会发生急剧收缩现象.因此在 高，其从有效液相开始形成到最大值所对应的温度 铁矿粉产生的液相中存在部分“不安全”液相.为了

第 12期 吴胜利等:铁矿粉的烧结熔融特性及其评价方法 高了约 50 ℃,而 T55则分别提高了约 53 ℃、74 ℃,这 一结果表明澳大利亚赤铁矿 、南非赤铁矿在烧结过 程中的有效液相形成相对澳大利亚褐铁矿要晚一 些 ,且在烧结温度一定的条件下澳大利亚赤铁矿的 有效液相生成较之南非赤铁矿略容易;与南非赤铁 矿相比 ,巴西南部赤铁矿的 T30提高了约 28 ℃, 而 T55则提高了约 30 ℃, 表明巴西南部赤铁矿在烧结 过程的有效液相生成相对南非赤铁矿要略差一些 ; 澳大利亚半褐铁矿的 T30 、T55 ,较之澳大利亚褐铁矿 提高了 126 ℃以上, 即便与巴西南部赤铁矿相比也 升高了 27 ℃以上 ,这表明澳大利亚半褐铁矿在烧结 过程中的有效液相生成能力相对差;而巴西北部赤 铁矿和巴西南部精粉的 T30和 T55相对最高 , 在低温 烧结条件下很难生成足够的有效液相 .由此可见 , 不同类型铁矿粉生成有效液相的容易程度排序为 A>C>D>E>B>F>G. 图 5 不同铁矿粉 T30比较 Fig.5 ComparisonofT30 valuesofdifferentironorefines 图 6 不同铁矿粉 T55比较 Fig.6 ComparisonofT55 valuesofdifferentironorefines 在烧结温度一定的情况下, T55过高的铁矿粉 , 因过热度小而不容易生成有效液相, 致使烧结矿固 结强度下降 .因此, 现场烧结配矿时应将 T55过高的 铁矿粉与 T55低的铁矿粉按一定比例合理搭配使用 , 即将不易生成有效液相的铁矿粉与容易生成有效液 相的铁矿粉搭配使用 . 由图 7表示的 TR可知 ,不同类型铁矿粉有效液 相生成的温度区间存在差异 ,反映其对烧结温度的 敏感程度也不同.相比较而言 ,南非赤铁矿的 TR最 高 ,其从有效液相开始形成到最大值所对应的温度 范围为 49 ℃, 这表明其不仅在烧结料层中有效液相 的流动区域大 ,而且对烧结温度变化的敏感性也小, 即温控性优良 ;与南非赤铁矿相比 ,巴西南部赤铁矿 的 TR降低了 4 ℃, 这表明其虽然不如南非赤铁矿, 但也具有有效液相流动区域大、温控性良好的特点; 然而 ,巴西南部精粉和巴西北部赤铁矿的 TR却非常 小, 分别仅为 2 ℃和 4 ℃,与巴西南部赤铁矿相比降 低了 41 ℃以上 , 表明其有效液相的流动区域非常 窄, 而且对烧结温度的变化特别敏感, 即温控性很 差;澳大利亚褐铁矿的 TR为 27 ℃,虽然相比巴西南 部精粉 、巴西北部赤铁矿 TR有所提高 ,但与南非赤 铁矿相比 TR降低了 22 ℃, 这表明其有效液相的流 动区域也很窄 ,温控性也相对差;澳大利亚半褐铁矿 的 TR较之澳大利亚褐铁矿仅升高了 3 ℃, 表明其有 效液相的流动状况略好于澳大利亚褐铁矿;澳大利 亚赤铁矿的 TR为 35 ℃, 在澳大利亚矿中相对最大, 这表明其具有相对较宽的有效液相流动区域以及较 好的温控性,但是仍不如南非赤铁矿和巴西南部赤 铁矿 .由此可见 ,各种铁矿粉有效液相的生成范围 大小 、烧结温度可控性程度的排序为 D>E>C> B>A>G>F. 图 7 不同铁矿粉 TR值比较 Fig.7 ComparisonofTRvaluesofdifferentironorefines 通常烧结料层高温区域的温度并不均一, 为了 确保烧结混合料的有效黏结, 希望铁矿粉不仅易于 生成有效液相 ,而且有效液相的流动区域应尽可能 大, 烧结温度的可控性也随之变好.因此, 烧结配矿 时应要求铁矿粉在 T30较低的同时具有较高的 TR, 而对于 TR过小的铁矿粉,应与 TR大的铁矿粉按一定 比例搭配使用 ,以此获得有效液相生成范围大、温控 性优良的烧结混匀矿. 以上考察的是烧结料层中铁矿粉生成有效液相 的容易程度以及分布范围 .然而 ,由图 3可知 ,在接 近有效液相生成量最大值之前, 试样收缩率随温度 的变化态势已进入最终剧烈收缩段 , 液相将在非常 窄的温度范围达到完全流动状态 ;另外 ,有些试样在 缓慢收缩段之前也会发生急剧收缩现象.因此, 在 铁矿粉产生的液相中存在部分“不安全 ”液相 .为了 · 1529·

。1530 北京科技大学学报 第32卷 考察各种铁矿粉在液相生成过程中的安全液相量， 达到互补或改善的效果， 即缓慢收缩段的试样收缩程度，依据本文给出的 根据以上研究结果可知，不同类型铁矿粉的熔 指标予以分析. 融性指标存在差异，且不能用单一的指标来评价一 由于巴西南部精粉和巴西北部赤铁矿在低于 种铁矿粉熔融性的优劣，应运用各项熔融性指标综 1380℃之前未产生液相，随后则呈现“急熔”态势， 合评价铁矿粉的熔融特性. 故它们不在S指标的评价范围.由图8表示的S 现代烧结工艺要求兼顾烧结矿强度、成品率以 可知，不同类型铁矿粉在液相生成过程中安全液相 及产量，且烧结过程稳定可控.因此，要求铁矿粉的 的数量存在差异.相比较而言，巴西南部赤铁矿的 熔融性具有如下特征：①较低的有效液相的开始形 S最大，其在1215~1323℃的108℃区间内收缩率 成温度：②低于正常烧结温度的有效液相形成的 增大约26%：南非赤铁矿、澳大利亚赤铁矿的S较 终止温度：③较宽的有效液相形成的温度区间 之巴西南部赤铁矿分别降低了约5.4%和6.3%，但 ④较高的安全液相程度S 最高温度下降，温度区间有所缩小，表明这两种铁矿 由上述分析可知：在烧结过程中，澳大利亚褐铁 粉的安全液相数量也较多，而南非赤铁矿与澳大利 矿易于生成有效液相。但其温度区间小，且安全液相 亚赤铁矿相比不仅S稍大且温度区间宽40℃，故前 程度低表明其在烧结过程中易“急熔”，烧结温度 者的安全液相性质略好于后者；与巴西南部赤铁矿 的可控性差.澳大利亚赤铁矿、南非赤铁矿以及巴 相比.澳大利亚褐铁矿在1200~1225℃的25C区 西南部赤铁矿等三者的有效液相量、安全液相量以 间内的S减小了约58%，这表明其液相的安全性很 及对烧结温度的敏感性均相对适宜，综合比较各项 差：澳大利亚半褐铁矿的虽然仅次于巴西南部赤 熔融性指标时，南非赤铁矿优于巴西南部赤铁矿、澳 铁矿，然而其对应的温度区间为1220~1350℃，故 大利亚赤铁矿：当有效液相数量为主要需求时澳大 在低温烧结条件下安全液相的数量会受到影响.由 利亚赤铁矿优于巴西南部赤铁矿：而当追求烧结过 此可见，上述五种铁矿粉的液相安全程度由大到小 的排序为D心A 程稳定性时则巴西南部赤铁矿优于澳大利亚赤铁 矿.澳大利亚半褐铁矿液相生成过程中安全液相的 数量仅次于巴西南部赤铁矿，但需要达到烧结温度 偏高，而且其生成有效液相的容易程度以及温控性 均较之澳大利亚赤铁矿、南非赤铁矿和巴西南部赤 铁矿要差，故其熔融性劣于上述三种铁矿粉，而其与 澳大利亚褐铁矿相比具有低温烧结条件下难以形成 铁矿粉种类 足够液相的特征，故其熔融性也不及澳大利亚褐铁 图8不同铁矿粉值比较 矿.巴西南部精粉和巴西北部赤铁矿的熔化温度很 F8 Comparison ofS,values of different irn ore fines 高，液相生成困难故其熔融性劣于其他五种铁 在烧结过程中，过小的铁矿粉，液相产生过程 矿粉. 中存在“急熔”的程度大，致使液相的有效黏结作用 把握和应用铁矿粉的熔融特性，通过优化配矿 降低.因此，在烧结配矿时，不仅要求铁矿粉有较低 将具有不同熔融性的铁矿粉互相搭配使用，尽可能 的以确保有效液相量，而且同时应具有较大的 形成熔融性各项指标均适宜的烧结氛围.例如：将 S以获得安全性高的液相量.对于S过小的铁矿 澳大利亚褐铁矿与巴西南部赤铁矿搭配使用，可以 粉，应与大的铁矿粉按一定比例搭配使用，以此 降低烧结液相的急熔性以及改善烧结过程的稳定 获得安全液相量多的烧结混匀矿 性：将巴西北部赤铁矿与澳大利亚褐铁矿搭配使用， 能够提高烧结液相生成量和扩大液相生成范围：将 3基于铁矿粉熔融性的配矿原则 澳大利亚半褐铁矿与南非赤铁矿搭配使用，在确保 低温烧结技术使得烧结温度不能过高，因此期 充足液相量的同时可以提高烧结温度的可控性等. 望在低温烧结范围内能产生足够的液相，且液相形 由此可见，通过基于铁矿粉熔融特性的优化配矿，可 成过程较稳定，有效液相的生成范围较宽，有利于获 以实现对铁矿粉的高效利用，且有助于低温烧结技 得产质量指标优良的烧结矿.因此，要求在烧结生 术、厚料层烧结技术等“节能减排”型的铁矿粉烧结 产配矿时，应重视熔融性不同的铁矿粉搭配使用，以 工艺得以有效实施

北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 考察各种铁矿粉在液相生成过程中的安全液相量 , 即缓慢收缩段的试样收缩程度 ,依据本文给出的 SR 指标予以分析. 由于巴西南部精粉和巴西北部赤铁矿在低于 1 380℃之前未产生液相 ,随后则呈现 “急熔”态势 , 故它们不在 SR指标的评价范围.由图 8 表示的 SR 可知, 不同类型铁矿粉在液相生成过程中安全液相 的数量存在差异.相比较而言 , 巴西南部赤铁矿的 SR最大 ,其在 1 215 ～ 1 323 ℃的 108℃区间内收缩率 增大约 26%;南非赤铁矿 、澳大利亚赤铁矿的 SR较 之巴西南部赤铁矿分别降低了约 5.4%和 6.3%,但 最高温度下降,温度区间有所缩小,表明这两种铁矿 粉的安全液相数量也较多 , 而南非赤铁矿与澳大利 亚赤铁矿相比不仅 SR稍大且温度区间宽 40℃,故前 者的安全液相性质略好于后者 ;与巴西南部赤铁矿 相比, 澳大利亚褐铁矿在 1 200 ～ 1 225 ℃的 25 ℃区 间内的 SR减小了约 58%,这表明其液相的安全性很 差 ;澳大利亚半褐铁矿的 SR虽然仅次于巴西南部赤 铁矿, 然而其对应的温度区间为 1 220 ～ 1 350 ℃,故 在低温烧结条件下安全液相的数量会受到影响.由 此可见 ,上述五种铁矿粉的液相安全程度由大到小 的排序为 E>B>D>C>A. 图 8 不同铁矿粉 SR值比较 Fig.8 ComparisonofSR valuesofdifferentironorefines 在烧结过程中, SR过小的铁矿粉 ,液相产生过程 中存在 “急熔 ”的程度大, 致使液相的有效黏结作用 降低.因此 ,在烧结配矿时,不仅要求铁矿粉有较低 的 T55以确保有效液相量 , 而且同时应具有较大的 SR以获得安全性高的液相量 .对于 SR过小的铁矿 粉 ,应与 SR大的铁矿粉按一定比例搭配使用, 以此 获得安全液相量多的烧结混匀矿. 3 基于铁矿粉熔融性的配矿原则 低温烧结技术使得烧结温度不能过高, 因此期 望在低温烧结范围内能产生足够的液相, 且液相形 成过程较稳定,有效液相的生成范围较宽 ,有利于获 得产质量指标优良的烧结矿 .因此 , 要求在烧结生 产配矿时,应重视熔融性不同的铁矿粉搭配使用,以 达到互补或改善的效果 . 根据以上研究结果可知, 不同类型铁矿粉的熔 融性指标存在差异 ,且不能用单一的指标来评价一 种铁矿粉熔融性的优劣, 应运用各项熔融性指标综 合评价铁矿粉的熔融特性. 现代烧结工艺要求兼顾烧结矿强度 、成品率以 及产量,且烧结过程稳定可控 .因此, 要求铁矿粉的 熔融性具有如下特征 :①较低的有效液相的开始形 成温度 T30 ;②低于正常烧结温度的有效液相形成的 终止温度 T55;③较宽的有效液相形成的温度区间 TR;④较高的安全液相程度 SR. 由上述分析可知:在烧结过程中,澳大利亚褐铁 矿易于生成有效液相,但其温度区间小 ,且安全液相 程度低,表明其在烧结过程中易 “急熔 ”, 烧结温度 的可控性差.澳大利亚赤铁矿、南非赤铁矿以及巴 西南部赤铁矿等三者的有效液相量 、安全液相量以 及对烧结温度的敏感性均相对适宜 , 综合比较各项 熔融性指标时 ,南非赤铁矿优于巴西南部赤铁矿 、澳 大利亚赤铁矿 ;当有效液相数量为主要需求时澳大 利亚赤铁矿优于巴西南部赤铁矿 ;而当追求烧结过 程稳定性时则巴西南部赤铁矿优于澳大利亚赤铁 矿.澳大利亚半褐铁矿液相生成过程中安全液相的 数量仅次于巴西南部赤铁矿, 但需要达到烧结温度 偏高 ,而且其生成有效液相的容易程度以及温控性 均较之澳大利亚赤铁矿、南非赤铁矿和巴西南部赤 铁矿要差 ,故其熔融性劣于上述三种铁矿粉 ,而其与 澳大利亚褐铁矿相比具有低温烧结条件下难以形成 足够液相的特征, 故其熔融性也不及澳大利亚褐铁 矿.巴西南部精粉和巴西北部赤铁矿的熔化温度很 高, 液相生成困难, 故其熔融性劣于其他五种铁 矿粉 . 把握和应用铁矿粉的熔融特性, 通过优化配矿 将具有不同熔融性的铁矿粉互相搭配使用, 尽可能 形成熔融性各项指标均适宜的烧结氛围.例如:将 澳大利亚褐铁矿与巴西南部赤铁矿搭配使用, 可以 降低烧结液相的急熔性以及改善烧结过程的稳定 性;将巴西北部赤铁矿与澳大利亚褐铁矿搭配使用, 能够提高烧结液相生成量和扩大液相生成范围;将 澳大利亚半褐铁矿与南非赤铁矿搭配使用, 在确保 充足液相量的同时可以提高烧结温度的可控性等. 由此可见 ,通过基于铁矿粉熔融特性的优化配矿 ,可 以实现对铁矿粉的高效利用, 且有助于低温烧结技 术、厚料层烧结技术等“节能减排 ”型的铁矿粉烧结 工艺得以有效实施 . · 1530·