褐铁矿在烧结工艺中的优化配置

工程科学学报 Chinese Journal of Engineering 褐铁矿在烧结工艺中的优化配置 张国成罗果萍柴轶凡田硕郝帅任强 Optimal allocation of limonite in sintering process ZHANG Guo-cheng.LUO Guo-ping.CHAI Yi-fan,TIAN Shuo,HAO Shuai,REN Qiang 引用本文： 张国成，罗果萍，柴轶凡，田硕，郝帅，任强.褐铁矿在烧结工艺中的优化配置.工程科学学报，2022,44(1)：39-49.doi: 10.13374j.issn2095-9389.2020.07.29.001 ZHANG Guo-cheng,LUO Guo-ping.CHAI Yi-fan,TIAN Shuo,HAO Shuai,REN Qiang.Optimal allocation of limonite in sintering process[J].Chinese Journal of Engineering,2022,44(1):39-49.doi:10.13374/j.issn2095-9389.2020.07.29.001 在线阅读View online::htps:/doi.org/10.13374.issn2095-9389.2020.07.29.001 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 高碱度烧结矿矿旷相结构分布模式及形成机理 Distribution patterns and formation mechanisms of the mineralogical structure of high basicity sinter 工程科学学报.2019,41(2：181 https:/doi.org10.13374.issn2095-9389.2019.02.004 MgO对含钛烧结矿旷矿相结构及软熔滴落性能的影响 Effects of MgO on the mineral structure and softening-melting property of Ti-containing sinter 工程科学学报.2018.40(2：184htps:/ldoi.org10.13374.issn2095-9389.2018.02.008 影响烧结工艺过程、O排放质量浓度的主要因素解析 Analysis of main factors affecting NO emissions in sintering process 工程科学学报.2017,395：693 https::/doi.org/10.13374.issn2095-9389.2017.05.007 铁矿粉液相流动性的主要液相生成特征因素解析 Major melt formation characteristic factor analysis of iron ore liquid phase fluidity during the sintering process 工程科学学报.2018,40(3：321htps:1doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.03.008 基于优化粗粒级固体燃料赋存形态的铁矿烧结过程、O,减排 To reduce NO,emission based on optimizing the existing states of coarse coke breeze during iron ore sintering process 工程科学学报.2020.42(2：163htps:doi.org/10.13374.issn2095-9389.2019.02.21.001 生物质替代焦粉铁矿石烧结过程中的碱金属迁移行为 Migration behavior of alkali metals in an iron ore sintering process with the substitution of biomass for coke breeze 工程科学学报.2021,433：376 https:doi.org/10.13374,issn2095-9389.2020.01.20.002

褐铁矿在烧结工艺中的优化配置 张国成 罗果萍 柴轶凡 田硕 郝帅 任强 Optimal allocation of limonite in sintering process ZHANG Guo-cheng, LUO Guo-ping, CHAI Yi-fan, TIAN Shuo, HAO Shuai, REN Qiang 引用本文: 张国成, 罗果萍, 柴轶凡, 田硕, 郝帅, 任强. 褐铁矿在烧结工艺中的优化配置[J]. 工程科学学报, 2022, 44(1): 39-49. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.07.29.001 ZHANG Guo-cheng, LUO Guo-ping, CHAI Yi-fan, TIAN Shuo, HAO Shuai, REN Qiang. Optimal allocation of limonite in sintering process[J]. Chinese Journal of Engineering, 2022, 44(1): 39-49. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.07.29.001 在线阅读 View online: https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.07.29.001 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 高碱度烧结矿矿相结构分布模式及形成机理 Distribution patterns and formation mechanisms of the mineralogical structure of high basicity sinter 工程科学学报. 2019, 41(2): 181 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.004 MgO对含钛烧结矿矿相结构及软熔滴落性能的影响 Effects of MgO on the mineral structure and softening-melting property of Ti-containing sinter 工程科学学报. 2018, 40(2): 184 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.02.008 影响烧结工艺过程NOx排放质量浓度的主要因素解析 Analysis of main factors affecting NOx emissions in sintering process 工程科学学报. 2017, 39(5): 693 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.05.007 铁矿粉液相流动性的主要液相生成特征因素解析 Major melt formation characteristic factor analysis of iron ore liquid phase fluidity during the sintering process 工程科学学报. 2018, 40(3): 321 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.03.008 基于优化粗粒级固体燃料赋存形态的铁矿烧结过程NOx减排 To reduce NOx emission based on optimizing the existing states of coarse coke breeze during iron ore sintering process 工程科学学报. 2020, 42(2): 163 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.21.001 生物质替代焦粉铁矿石烧结过程中的碱金属迁移行为 Migration behavior of alkali metals in an iron ore sintering process with the substitution of biomass for coke breeze 工程科学学报. 2021, 43(3): 376 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.01.20.002

工程科学学报.第44卷，第1期：39-49.2022年1月 Chinese Journal of Engineering,Vol.44,No.1:39-49,January 2022 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.07.29.001;http://cje.ustb.edu.cn 褐铁矿在烧结工艺中的优化配置 张国成2)四，罗果萍)区，柴轶凡)，田硕)，郝帅)，任 强) 1)内蒙古科技大学材料与治金学院.包头0140102)包头师范学院化学学院.包头014030 ☒通信作者，张国成，E-mail:644942242@qq,com;罗果萍，E-mai:luoguoping3@126.com 摘要为了探究全进口矿条件下褐铁矿在烧结工艺中的合理配置，实现褐铁矿的高效利用以进一步提铁降本，针对S钢铁 公司500m2大型烧结机实际原燃料条件，基于试验用铁矿粉的常规理化性能和高温烧结基础特性开展了不同褐铁矿配比的 烧结杯试验研究，结合Factsage7.1热力学软件.，模拟计算了不同褐铁矿配比条件下的黏附粉含量和理论液相生成量及性能， 并采用矿相显微镜分析了烧结矿的显微结构，探明了褐铁矿与赤铁矿和磁铁矿的优化搭配规律.研究表明：澳大利亚褐铁矿 具有粒度粗、矿化能力弱，同化温度低、黏结相强度差、吸液性强的特点，当褐铁矿质量分数由45%增加至55%时，提高磁铁 精矿OD矿的质量分数至15%.同时降低OC矿质量分数至10%，烧结矿转鼓强度和低温还原粉化性能等指标达到最优，这是 由于一方面提高磁铁精矿配比不仅具有增加黏附粉比例、改善液相生成数量和性能的作用，而且可以均匀液相分布，消除过 熔现象：另一方面.增加磁铁精矿配比可以改善烧结料球的粒度组成，减少褐铁矿吸液量.提高烧结矿强度.因此，在高褐铁 矿配比条件下，增加适宜的磁铁精矿配比有利于稳定烧结矿质量，全面改善烧结矿性能 关键词烧结工艺：褐铁矿：合理配置：理论液相量：矿相结构 分类号TF046 Optimal allocation of limonite in sintering process ZHANG Guo-chengLUO Guo-ping CHAI Yi-fan.TIAN Shuo,HAO Shuai,REN Qiang 1)School of Materials and Metallurgy,Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou 014010,China 2)Department of Chemistry,Baotou Teachers'College,Baotou 014030,China Corresponding author,ZHANG Guo-cheng,E-mail:644942242@qq.com;LUO Guo-ping,E-mail:luoguoping3@126.com ABSTRACT Improvements in ore blending could be realized by an optimal match of iron ores,sinters,and fuel conditions.To further increase iron grade and reduce the cost of ore blending,in view of the actual raw material and fuel conditions of the 500 m2 large-scale sintering machine of S Steel company,the conventional physical and chemical properties of the iron ore powders used and their basic characteristics under high-temperature sintering were studied using sintering cup experiments in this study.The content of the adhesion powder,the theoretical liquid phase formation,and performance with different limonite ratios were simulated and calculated using the FactSage 7.1 software.The microstructures of sinters were also analyzed using a mineral phase microscope.The results show that Australian limonite exhibits coarse particle size,weak mineralization ability,low assimilation temperature,poor bonding phase strength, but strong liquid phase absorption.When the mass fraction of limonite is increased from 45%to 55%,the OD ore mass fraction of the magnetite concentrate is increased to 15%and the mass fraction of the OC ore is reduced to 10%,improving the sinter drum strength and RDI3.smWhen the OD ore ratio of the magnetite concentrate is increased,not only the proportion of adhesion powder is increased, improving the amount and performance of liquid phase formation,but the liquid phase distribution also becomes uniform and overmelting is eliminated.On the other hand,increasing the ratio of the OC ore can improve the particle size composition of the sinter 收稿日期：202007-29 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51664045)

褐铁矿在烧结工艺中的优化配置 张国成1,2) 苣，罗果萍1) 苣，柴轶凡1)，田    硕1)，郝    帅1)，任    强1) 1) 内蒙古科技大学材料与冶金学院，包头 014010    2) 包头师范学院化学学院，包头 014030 苣通信作者， 张国成，E-mail: 644942242@qq.com; 罗果萍，E-mail: luoguoping3@126.com 摘    要    为了探究全进口矿条件下褐铁矿在烧结工艺中的合理配置，实现褐铁矿的高效利用以进一步提铁降本，针对 S 钢铁 公司 500 m2 大型烧结机实际原燃料条件，基于试验用铁矿粉的常规理化性能和高温烧结基础特性开展了不同褐铁矿配比的 烧结杯试验研究，结合 Factsage 7.1 热力学软件，模拟计算了不同褐铁矿配比条件下的黏附粉含量和理论液相生成量及性能， 并采用矿相显微镜分析了烧结矿的显微结构，探明了褐铁矿与赤铁矿和磁铁矿的优化搭配规律. 研究表明：澳大利亚褐铁矿 具有粒度粗、矿化能力弱，同化温度低、黏结相强度差、吸液性强的特点，当褐铁矿质量分数由 45% 增加至 55% 时，提高磁铁 精矿 OD 矿的质量分数至 15%，同时降低 OC 矿质量分数至 10%，烧结矿转鼓强度和低温还原粉化性能等指标达到最优，这是 由于一方面提高磁铁精矿配比不仅具有增加黏附粉比例、改善液相生成数量和性能的作用，而且可以均匀液相分布，消除过 熔现象；另一方面，增加磁铁精矿配比可以改善烧结料球的粒度组成，减少褐铁矿吸液量，提高烧结矿强度. 因此，在高褐铁 矿配比条件下，增加适宜的磁铁精矿配比有利于稳定烧结矿质量，全面改善烧结矿性能. 关键词    烧结工艺；褐铁矿；合理配置；理论液相量；矿相结构 分类号    TF046 Optimal allocation of limonite in sintering process ZHANG Guo-cheng1,2) 苣 ，LUO Guo-ping1) 苣 ，CHAI Yi-fan1) ，TIAN Shuo1) ，HAO Shuai1) ，REN Qiang1) 1) School of Materials and Metallurgy, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010, China 2) Department of Chemistry, Baotou Teachers’ College, Baotou 014030, China 苣 Corresponding author, ZHANG Guo-cheng, E-mail: 644942242@qq.com; LUO Guo-ping, E-mail: luoguoping3@126.com ABSTRACT    Improvements in ore blending could be realized by an optimal match of iron ores, sinters, and fuel conditions. To further increase iron grade and reduce the cost of ore blending, in view of the actual raw material and fuel conditions of the 500 m2 large-scale sintering machine of S Steel company, the conventional physical and chemical properties of the iron ore powders used and their basic characteristics under high-temperature sintering were studied using sintering cup experiments in this study. The content of the adhesion powder, the theoretical liquid phase formation, and performance with different limonite ratios were simulated and calculated using the FactSage  7.1  software.  The  microstructures  of  sinters  were  also  analyzed  using  a  mineral  phase  microscope.  The  results  show  that Australian limonite exhibits coarse particle size, weak mineralization ability, low assimilation temperature, poor bonding phase strength, but strong liquid phase absorption. When the mass fraction of limonite is increased from 45% to 55%, the OD ore mass fraction of the magnetite concentrate is increased to 15% and the mass fraction of the OC ore is reduced to 10%, improving the sinter drum strength and RDI+3.15 mm. When the OD ore ratio of the magnetite concentrate is increased, not only the proportion of adhesion powder is increased, improving  the  amount  and  performance  of  liquid  phase  formation,  but  the  liquid  phase  distribution  also  becomes  uniform  and overmelting is eliminated. On the other hand, increasing the ratio of the OC ore can improve the particle size composition of the sinter 收稿日期: 2020−07−29 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51664045） 工程科学学报，第 44 卷，第 1 期：39−49，2022 年 1 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 44, No. 1: 39−49, January 2022 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.07.29.001; http://cje.ustb.edu.cn

40 工程科学学报，第44卷，第1期 mixture and reduce the amount of liquid phase absorbed by the limonite,thus increasing the strength of the sinter.Therefore,a higher ratio of magnetite concentrate under a high amount of limonite is conducive to stabilizing the sinter quality and improving the overall sinter performance. KEY WORDS sintering process;limonite;reasonable allocation;theoretical liquid phase;mineral phase structure 近年来，随着钢铁产能日趋过甚，降低炼铁配 比例以及提高烧结抽风负压和料层厚度的措施来 矿成本，提高钢铁产品性能成为提升企业核心竞 改善烧结矿质量.已有研究表明，褐铁矿势必会对 争力的重要举措，而铁前系统降低成本的重点则 烧结矿质量造成不利影响，需要优化烧结制度来 在于铁矿粉在烧结工艺的优化配置.由于高品质 稳定烧结矿质量)，同时，优化配矿结构对于确 进口矿价格高、产能逐年下降，大量配加优质进口 保烧结矿质量至关重要，目前针对全进口矿烧结 矿不符合我国钢铁生产的实际需求，因此，高比例 条件下，褐铁矿与赤铁矿和磁精矿合理搭配的研 配加廉价进口褐铁矿将成为降低烧结配矿成本的 究尚较欠缺.为此，本研究基于进口铁矿粉的常规 有效措施之一-)众所周知，褐铁矿具有结晶水 理化性能和高温基础特性，开展了高褐铁矿配比 含量高、粒度粗、结构疏松多孔、易融化和还原性 的烧结优化配矿研究，并结合Factsage7.1热力学 高等特性，会对烧结矿产、质量造成影响，实现 软件模拟了烧结黏附粉含量以及理论液相生成性 褐铁矿与其他矿种的优化搭配是确保烧结矿质量 能，研究结果对于沿海钢铁企业在全进口矿烧结 的关键5句 条件下实现褐铁矿优化配置具有重要的指导意义 针对褐铁矿的烧结性能国内外已有大量研 1试验原料 究，黄伟青等研究了澳大利亚褐铁矿的基础特 性，认为通过增加生石灰配加量、分割制粒等技术 1.1试验原料理化性能 措施，能够使褐铁矿配加比例达到50%以上；金俊 以S钢铁公司500m2大型烧结机所用原燃料 等圆研究了高褐铁矿配比条件下不同石灰石粉粒 为试验主要原料，含铁原料有7种，主要来源澳大 度对烧结矿质量的影响，认为高褐铁矿配比条件 利亚和巴西，其中，OA、OB、OC、OD矿产自澳大 下，可通过减少石灰石粉中直径小于1mm的微细 利亚，前三者为褐铁矿或半褐铁矿，OD矿为磁铁 颗粒的比例来改善烧结矿质量、提高烧结生产效 精矿，OE、OF、OG矿产自巴西，均为赤铁矿.熔剂 率；王跃飞等研究了高褐铁矿配比条件下碱度、 为白云石和生石灰，主要用来调整烧结矿MgO含 钙质熔剂种类等因素对烧结矿质量的影响，认为 量和碱度.燃料为焦粉.原燃料化学成分见表1， 在高褐铁矿配比条件下，需通过增加生石灰使用 粒度组成见表2 表1烧结用铁矿粉、熔剂和燃料化学成分 Table 1 Chemical composition of iron ore powder,flux,and fuel for sintering % Type of raw material and fuel Name of iron ore powder w(TFe)w(SiOz) w(CaO)w(MgO)(Al2O3) w(S) (P) LOI OA 61.20 3.70 0.03 0.10 2.50 0.056 0.045 5.0 Australian limonite OB 57.20 6.00 0.02 0.10 1.60 0.114 0.050 10.0 OC 62.30 4.40 0.05 0.10 2.50 0.094 0.006 4.0 Australian magnetite OD 65.50 7.70 0.18 0.20 0.50 concentrate 0.021 0.082 OE 65.51 1.70 0.02 0.17 1.15 0.071 0.007 2.0 Brazilian hematite Op 61.39 6.50 0.10 0.19 1.71 0.034 0.101 2.0 OG 63.05 5.00 0.10 0.11 1.30 0.130 0.201 2.7 Dolomite 1.20 30.57 20.03 1.500 0.016 43.0 Sintering flux Quicklime 2.50 82.00 4.90 1.500 0.081 10.0 Sintering fuel Coke powder w(Fcad):85.00;w(Ad):12.5;w(Vdaf):1.45;w(St,d):0.65 Note:wrepresents mass fraction,LOI represents burning loss,Fead represents fixed carbon content Ad represents ash content,Vdaf represents volatile content,St,d represents sulfur content

mixture and reduce the amount of liquid phase absorbed by the limonite, thus increasing the strength of the sinter. Therefore, a higher ratio of magnetite concentrate under a high amount of limonite is conducive to stabilizing the sinter quality and improving the overall sinter performance. KEY WORDS    sintering process；limonite；reasonable allocation；theoretical liquid phase；mineral phase structure 近年来，随着钢铁产能日趋过甚，降低炼铁配 矿成本，提高钢铁产品性能成为提升企业核心竞 争力的重要举措，而铁前系统降低成本的重点则 在于铁矿粉在烧结工艺的优化配置. 由于高品质 进口矿价格高、产能逐年下降，大量配加优质进口 矿不符合我国钢铁生产的实际需求，因此，高比例 配加廉价进口褐铁矿将成为降低烧结配矿成本的 有效措施之一[1−2] . 众所周知，褐铁矿具有结晶水 含量高、粒度粗、结构疏松多孔、易融化和还原性 高等特性[3−4] ，会对烧结矿产、质量造成影响，实现 褐铁矿与其他矿种的优化搭配是确保烧结矿质量 的关键[5−6] . 针对褐铁矿的烧结性能国内外已有大量研 究，黄伟青等[7] 研究了澳大利亚褐铁矿的基础特 性，认为通过增加生石灰配加量、分割制粒等技术 措施，能够使褐铁矿配加比例达到 50% 以上；金俊 等[8] 研究了高褐铁矿配比条件下不同石灰石粉粒 度对烧结矿质量的影响，认为高褐铁矿配比条件 下，可通过减少石灰石粉中直径小于 1 mm 的微细 颗粒的比例来改善烧结矿质量、提高烧结生产效 率；王跃飞等[9] 研究了高褐铁矿配比条件下碱度、 钙质熔剂种类等因素对烧结矿质量的影响，认为 在高褐铁矿配比条件下，需通过增加生石灰使用 比例以及提高烧结抽风负压和料层厚度的措施来 改善烧结矿质量. 已有研究表明，褐铁矿势必会对 烧结矿质量造成不利影响，需要优化烧结制度来 稳定烧结矿质量[10−12] ，同时，优化配矿结构对于确 保烧结矿质量至关重要，目前针对全进口矿烧结 条件下，褐铁矿与赤铁矿和磁精矿合理搭配的研 究尚较欠缺. 为此，本研究基于进口铁矿粉的常规 理化性能和高温基础特性，开展了高褐铁矿配比 的烧结优化配矿研究，并结合 Factsage 7.1 热力学 软件模拟了烧结黏附粉含量以及理论液相生成性 能，研究结果对于沿海钢铁企业在全进口矿烧结 条件下实现褐铁矿优化配置具有重要的指导意义. 1    试验原料 1.1    试验原料理化性能 以 S 钢铁公司 500 m2 大型烧结机所用原燃料 为试验主要原料，含铁原料有 7 种，主要来源澳大 利亚和巴西，其中，OA、OB、OC、OD 矿产自澳大 利亚，前三者为褐铁矿或半褐铁矿，OD 矿为磁铁 精矿，OE、OF、OG 矿产自巴西，均为赤铁矿. 熔剂 为白云石和生石灰，主要用来调整烧结矿 MgO 含 量和碱度. 燃料为焦粉. 原燃料化学成分见表 1， 粒度组成见表 2. 表 1 烧结用铁矿粉、熔剂和燃料化学成分 Table 1   Chemical composition of iron ore powder, flux, and fuel for sintering % Type of raw material and fuel Name of iron ore powder w(TFe) w(SiO2 ) w(CaO) w(MgO) w(Al2O3 ) w(S) w(P) LOI Australian limonite OA 61.20 3.70 0.03 0.10 2.50 0.056 0.045 5.0 OB 57.20 6.00 0.02 0.10 1.60 0.114 0.050 10.0 OC 62.30 4.40 0.05 0.10 2.50 0.094 0.006 4.0 Australian magnetite concentrate OD 65.50 7.70 0.18 0.20 0.50 0.021 0.082 — Brazilian hematite OE 65.51 1.70 0.02 0.17 1.15 0.071 0.007 2.0 OF 61.39 6.50 0.10 0.19 1.71 0.034 0.101 2.0 OG 63.05 5.00 0.10 0.11 1.30 0.130 0.201 2.7 Sintering flux Dolomite — 1.20 30.57 20.03 1.500 0.016 — 43.0 Quicklime — 2.50 82.00 4.90 1.500 0.081 — 10.0 Sintering fuel Coke powder w(Fcad): 85.00; w(Ad) : 12.5; w(Vdaf): 1.45; w(St,d): 0.65 Note: w represents mass fraction; LOI represents burning loss; Fcad represents fixed carbon content; Ad represents ash content; Vdaf represents volatile content; St,d represents sulfur content. · 40 · 工程科学学报，第 44 卷，第 1 期

张国成等：褐铁矿在烧结工艺中的优化配置 表2铁矿粉各粒度组成分布及占比 Table 2 Distribution and proportion of each particle size composition of iron ore powder Mass fraction of particle size composition/% Name of iron ore powder Average particle size/mm +8 mm 5-8 mm 3-5 mm 1-3 mm 0.5-1.0 mm -0.5 mm Sum -1 mm +1 mm OA 12.67 23.33 20.00 28.67 3.80 11.53 100 15.33 84.67 4.39 OB 20.00 16.67 17.33 35.33 6.01 4.66 100 10.67 89.33 4.76 OC 6.2017.4315.13 22.43 9.62 29.19 100 38.8161.19 3.14 OD 一 12.52 87.48 100 100 0.00 一 OE 14.0012.67 14.0028.00 10.01 21.32 10031.33 68.67 3.70 OF 8.33 13.33 16.00 32.00 5.84 24.50 100 30.34 69.66 3.28 OG 13.3314.0016.6731.33 4.98 19.69 10024.67 75.33 3.84 Note:The average particle size is calculated based on the particle content of+1 mm 根据表1可知：①7种铁矿粉的TFe质量分数 粉和CaO试剂分别制备成小饼试样，在试验所 除OB矿外均大于60%，OD、OE矿的TFe质量分 需的温度、时间和气氛条件下进行焙烧，得出铁 数在65%以上，配加OD、OE矿有利于烧结矿铁 矿粉高温性能指标.其测试结果如图1和表3 品位的提高；②OD、OF矿的SiO2质量分数在6.0% 所示。 以上，主要用来平衡烧结矿SiO2含量：③7种铁矿 由烧结基础特性测试结果可知，澳矿的同化 粉的Mg0和Ca0质量分数均较低，在0.20%以 性温度总体上较低，巴西矿的同化性温度较高：澳 下；④澳矿粉OA、OC矿结晶水质量分数在3.0%~ 矿OB、OD矿的液相流动性较好，而巴西矿OE、 6.0%之间，属于中等水化程度的半褐铁矿，OB矿 OF矿的较差；澳矿OC、OD矿的铁酸钙生成能力 结品水质量分数高达10.0%，属于褐铁矿；巴西矿 较强，巴西矿OF、OG矿的较弱：澳矿OA、OB和 的结晶水质量分数均在3.0%以下，属于低水化程 OC矿的黏结相强度较差，而巴西矿OE、OF矿的 度的赤铁矿：⑤OG矿的有害元素P质量分数为 较好.分析可知，澳大利亚褐铁矿和巴西赤铁矿的 02%,从控制铁水P含量的角度分析，应尽量减少 高温烧结基础特性互补优势明显，烧结提高褐铁 其配加比例：⑥7种铁矿粉有害元素S质量分数均 矿配比的同时，应合理搭配磁铁精矿和巴西赤铁 在0.15%以下，可为烧结工艺超低硫排放创造条 矿，以实现其烧结特性优势互补、劣势互抑的目 件，减轻末端脱硫压力 的，从而获得理想的烧结性能 按照烧结制粒和铁矿粉矿化要求，小于0.5mm 2试验方案及控制条件 的铁矿粉粒度较细，易于成球，且在烧结过程中， 容易和CaO发生矿化反应形成铁酸钙和硅酸盐液 一般而言，褐铁矿水化程度高，结晶水分解后 相，利于改善烧结性能.由此可知，褐铁矿OA、OB 成品烧结矿品位高、价格低，若能保证烧结矿强 矿粒度较粗，矿化能力较弱，不易生成烧结液相， 度和低温还原粉化(RDL+3.15mm)等治金性能，则可 并且褐铁矿分解产生赤铁矿微球网状结构3切， 提升烧结生产效率并显著降低配矿成本6刀.为 孔隙率较高，烧结液相易于进人网孔，消耗液相， 了探究全进口矿原料条件下褐铁矿在烧结工艺的 降低强度 合理配置，针对S钢铁公司500m2大型烧结机的 1.2试验原料高温性能 实际生产需求，开展高褐铁矿配比烧结杯试验研 铁矿粉的高温烧结基础特性是评价其对烧 究.依据铁矿粉烧结基础特性互补和烧结矿综合 结过程以及烧结矿冶金性能所作贡献的基本指 冶金性能要求，结合铁矿粉来源和地域特点，将 标，对烧结矿产质量以及烧结配矿结构优化有 澳矿褐铁矿(OA+OB+OC)视为一类型矿，澳矿磁 着重要影响)，研究内容一般包括最低同化温 铁精矿OD视为一类型矿（该矿具有高硅高品位、 度、液相流动性、连晶特性、黏结相强度和铁 粒度细、烧结性能好和价格高的特点，主要用于 酸钙生成特性，采用《铁矿石烧结基础特性试 改善褐铁矿的烧结性能)，巴西赤铁矿(OE+ 验装置》进行测试，试验用铁矿粉需要磨成 OF+OG)视为一类型矿，方案中褐铁矿的质量分 细粉状(0.l5mm),Ca0为纯化学试剂，将铁矿 数变化设计为45%、50%、55%，磁铁精矿的质量

根据表 1 可知：①7 种铁矿粉的 TFe 质量分数 除 OB 矿外均大于 60%，OD、OE 矿的 TFe 质量分 数在 65% 以上，配加 OD、OE 矿有利于烧结矿铁 品位的提高；②OD、OF 矿的 SiO2 质量分数在 6.0% 以上，主要用来平衡烧结矿 SiO2 含量；③7 种铁矿 粉的 MgO 和 CaO 质量分数均较低 ，在 0.20% 以 下；④澳矿粉 OA、OC 矿结晶水质量分数在 3.0%～ 6.0% 之间，属于中等水化程度的半褐铁矿，OB 矿 结晶水质量分数高达 10.0%，属于褐铁矿；巴西矿 的结晶水质量分数均在 3.0% 以下，属于低水化程 度的赤铁矿；⑤OG 矿的有害元素 P 质量分数为 0.2%，从控制铁水 P 含量的角度分析，应尽量减少 其配加比例；⑥7 种铁矿粉有害元素 S 质量分数均 在 0.15% 以下，可为烧结工艺超低硫排放创造条 件，减轻末端脱硫压力. 按照烧结制粒和铁矿粉矿化要求，小于 0.5 mm 的铁矿粉粒度较细，易于成球，且在烧结过程中， 容易和 CaO 发生矿化反应形成铁酸钙和硅酸盐液 相，利于改善烧结性能. 由此可知，褐铁矿 OA、OB 矿粒度较粗，矿化能力较弱，不易生成烧结液相， 并且褐铁矿分解产生赤铁矿微球网状结构[13−14] ， 孔隙率较高，烧结液相易于进入网孔，消耗液相， 降低强度. 1.2    试验原料高温性能 铁矿粉的高温烧结基础特性是评价其对烧 结过程以及烧结矿冶金性能所作贡献的基本指 标，对烧结矿产质量以及烧结配矿结构优化有 着重要影响[15] ，研究内容一般包括最低同化温 度、液相流动性、连晶特性、黏结相强度和铁 酸钙生成特性，采用《铁矿石烧结基础特性试 验装置》进行测试[12] . 试验用铁矿粉需要磨成 细粉状（−0.15 mm） ，CaO 为纯化学试剂，将铁矿 粉和 CaO 试剂分别制备成小饼试样，在试验所 需的温度、时间和气氛条件下进行焙烧，得出铁 矿粉高温性能指标 . 其测试结果如 图 1 和 表 3 所示. 由烧结基础特性测试结果可知，澳矿的同化 性温度总体上较低，巴西矿的同化性温度较高；澳 矿 OB、OD 矿的液相流动性较好，而巴西矿 OE、 OF 矿的较差；澳矿 OC、OD 矿的铁酸钙生成能力 较强，巴西矿 OF、OG 矿的较弱；澳矿 OA、OB 和 OC 矿的黏结相强度较差，而巴西矿 OE、OF 矿的 较好. 分析可知，澳大利亚褐铁矿和巴西赤铁矿的 高温烧结基础特性互补优势明显，烧结提高褐铁 矿配比的同时，应合理搭配磁铁精矿和巴西赤铁 矿，以实现其烧结特性优势互补、劣势互抑的目 的，从而获得理想的烧结性能. 2    试验方案及控制条件 一般而言，褐铁矿水化程度高，结晶水分解后 成品烧结矿品位高、价格低，若能保证烧结矿强 度和低温还原粉化（RDI+3.15 mm）等冶金性能，则可 提升烧结生产效率并显著降低配矿成本[16−17] . 为 了探究全进口矿原料条件下褐铁矿在烧结工艺的 合理配置，针对 S 钢铁公司 500 m2 大型烧结机的 实际生产需求，开展高褐铁矿配比烧结杯试验研 究. 依据铁矿粉烧结基础特性互补和烧结矿综合 冶金性能要求，结合铁矿粉来源和地域特点，将 澳矿褐铁矿（OA+OB+OC）视为一类型矿，澳矿磁 铁精矿 OD 视为一类型矿（该矿具有高硅高品位、 粒度细、烧结性能好和价格高的特点，主要用于 改善褐铁矿的烧结性能 ） . 巴西赤铁矿 （ OE+ OF+OG）视为一类型矿，方案中褐铁矿的质量分 数变化设计为 45%、50%、55%，磁铁精矿的质量 表 2 铁矿粉各粒度组成分布及占比 Table 2 Distribution and proportion of each particle size composition of iron ore powder Name of iron ore powder Mass fraction of particle size composition/ % Average particle size/ mm +8 mm 5–8 mm 3–5 mm 1–3 mm 0.5–1.0 mm −0.5 mm Sum −1 mm +1 mm OA 12.67 23.33 20.00 28.67 3.80 11.53 100 15.33 84.67 4.39 OB 20.00 16.67 17.33 35.33 6.01 4.66 100 10.67 89.33 4.76 OC 6.20 17.43 15.13 22.43 9.62 29.19 100 38.81 61.19 3.14 OD — — — — 12.52 87.48 100 100 0.00 — OE 14.00 12.67 14.00 28.00 10.01 21.32 100 31.33 68.67 3.70 OF 8.33 13.33 16.00 32.00 5.84 24.50 100 30.34 69.66 3.28 OG 13.33 14.00 16.67 31.33 4.98 19.69 100 24.67 75.33 3.84 Note: The average particle size is calculated based on the particle content of +1 mm. 张国成等： 褐铁矿在烧结工艺中的优化配置 · 41 ·

42 工程科学学报，第44卷.第1期 1280 (a) 1260 1240 1220 209 1200 0.7 1180 0.5 ☑A OA OB OC OD OE OF (I OA OB OC OD OE OF Iron ore powder Iron ore powder 2 1.6 (c) (d) 0864 1.0 12 0.6 8 OA OB OC OD OE OF OG OA OB OC OD OE OF OG Iron ore powder Iron ore powder 图1铁矿粉烧结基础特性.(a)同化性能：(b)连晶性能：(c)黏结相强度：(d)铁酸钙生成能力 Fig.I Basic sintering characteristics of iron ore powder:(a)assimilation performance;(b)continuous crystal performance;(c)bonding phase performance;(d)calcium ferrite generating capacity 表3铁矿粉液相流动性指数(R=3.0) 分数变化设计为10%、15%，赤铁矿的质量分数变 Table3 Liquid phase flowability index of iron ore powder(R=3.0) 化设计为35%、40%.烧结杯具体配矿方案如表4 Name of iron ore powder OA OB OC OD OE OF OG 所示 Sintering temperature 试验过程中，烧结矿成分依据生产现场实际 conditions/℃ 1280124012801240128012801240 Liquid phase flowability 控制条件而设定，Mg0质量分数控制为1.75%， 1.643.914.882.065.254.643.00 index(FI) Si02质量分数控制在5.2%~5.4%之间，碱度R控 Note:R represents binary basicity 制为1.95.烧结杯工艺参数如表5所示 表4烧结杯配矿方案（质量分数） Table 4 Ore blending scheme of the sintering cup(mass fraction) Configuration scheme of iron ore powder Limonite Hematite Sintering fuel Experimental scheme No. OA OB OC OD OE OF OG (OA+OB+OC) (OE+OF+OG) Coke powder H-1# o 3 10 o 10 45 名 4.0 H-2# 25 20 o 25 10 5 50 0 4.0 H.3# 30 20 10 20 35 4.0 H-4# 5 30 10 15 25 10 45 40 4.0 H.5# 5 35 10 15 20 o 50 35 4.0 H-6# 10 35 10 10 25 5 5 55 35 4.0 表5 烧结杯试验设备参数及工艺控制条件 Table 5 Sintering cup test equipment parameters and process control conditions Experimental equipment parameters Value Process parameters for blending and mixing granulation of the sinter Value Material thickness/mm 700 Mixing time/min 10 Sintering cup diameter/mm 325 Mass fraction of coke powder in the mixture/% 4.0 Ignition negative pressure/Pa 6000 Mass fraction ofof the returned sinter/% 30 Mixer diameter/mm 800 Mass fraction of mixture moisture/% 7-8 Ignition temperature/C 850 Granulation time/min 15

分数变化设计为 10%、15%，赤铁矿的质量分数变 化设计为 35%、40%. 烧结杯具体配矿方案如表 4 所示. 试验过程中，烧结矿成分依据生产现场实际 控制条件而设定 ， MgO 质量分数控制 为 1.75%， SiO2 质量分数控制在 5.2%～5.4% 之间，碱度 R 控 制为 1.95. 烧结杯工艺参数如表 5 所示. 表 3    铁矿粉液相流动性指数（R=3.0） Table 3    Liquid phase flowability index of iron ore powder （R = 3.0） Name of iron ore powder OA OB OC OD OE OF OG Sintering temperature conditions/ ℃ 1280 1240 1280 1240 1280 1280 1240 Liquid phase flowability index (FI) 1.64 3.91 4.88 2.06 5.25 4.64 3.00 Note: R represents binary basicity. 表 4 烧结杯配矿方案（质量分数） Table 4  Ore blending scheme of the sintering cup（mass fraction） % Experimental scheme No. Configuration scheme of iron ore powder Limonite Hematite Sintering fuel OA OB OC OD OE OF OG (OA+OB+OC) (OE+OF+OG) Coke powder H-1# 10 25 10 15 20 10 10 45 40 4.0 H-2# 5 25 20 10 25 10 5 50 40 4.0 H-3# 5 30 20 10 20 5 10 55 35 4.0 H-4# 5 30 10 15 25 10 5 45 40 4.0 H-5# 5 35 10 15 20 5 10 50 35 4.0 H-6# 10 35 10 10 25 5 5 55 35 4.0 表 5 烧结杯试验设备参数及工艺控制条件 Table 5 Sintering cup test equipment parameters and process control conditions Experimental equipment parameters Value Process parameters for blending and mixing granulation of the sinter Value Material thickness/mm 700 Mixing time/min 10 Sintering cup diameter/mm 325 Mass fraction of coke powder in the mixture/% 4.0 Ignition negative pressure/Pa 6000 Mass fraction of of the returned sinter/% 30 Mixer diameter/mm 800 Mass fraction of mixture moisture/% 7−8 Ignition temperature/℃ 850 Granulation time/min 15 OA OB OC OD OE OF OG 1180 1200 1220 1240 1260 1280 Minimum assimilation temperature/ ℃ (a) 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 Continuous crystal strength/kN (b) 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 Iron ore powder OA OB OC OD OE OF OG Iron ore powder OA OB OC OD OE OF OG Iron ore powder OA OB OC OD OE OF OG Iron ore powder Bonding phase strength/kN (c) 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Calcium ferrite content (volume fraction)/ % (d) 图 1    铁矿粉烧结基础特性. （a）同化性能；（b）连晶性能；（c）黏结相强度；（d）铁酸钙生成能力 Fig.1     Basic  sintering  characteristics  of  iron  ore  powder:  (a)  assimilation  performance;  (b)  continuous  crystal  performance;  (c)  bonding  phase performance; (d) calcium ferrite generating capacity · 42 · 工程科学学报，第 44 卷，第 1 期