刘周利  白晓光  李玉柱

（内蒙古包钢钢联股份有限公司技术中心）

摘  要  本文利用烧结杯开展了FMG西部粉替代毛塔粉试验研究，对不同替代比例的烧结矿质量指标以及高温冶金性能进了系统研究。研究结果表明：FMG西部粉可以替代毛塔粉用于烧结生产，在保证烧结矿质量指标以及高温冶金性能指标稳定的前提下，建议FMG西部粉替代毛塔粉的比例控制在12%以内。

关键词  FMG  毛塔粉  替代  试验研究

包钢烧结生产使用的铁料以自产白云鄂博铁精矿为主，该铁精矿为磁铁精矿，粒度较细，SiO2含量低，且以复杂硅酸盐形式存在，同化性能和烧结性能均较差，导致烧结过程料层透气性差，烧结矿转鼓强度与国内普通烧结矿有一定差距。由于自产铁精矿SiO2含量低，为了保证烧结矿SiO2含量控制在4.9%左右，需要配加一部分高硅矿，目前使用高硅毛里塔尼亚粉矿，但是这种粉矿粒度分布不均，且成分波动大，烧结性能较差，而产自澳大利亚的FMG西部粉从性能及价格上均具备上述优势，而且P含量较其他澳矿低，对于包钢目前钢水脱磷成本的降低具有一定现实意义，而且FMG西部粉中的S等有害元素含量低，可以满足当前包钢的生产需求。通过本试验的研究，提出FMG西部粉适宜的替代比例，为包钢合理利用该矿提供数据支撑。

1  试验原料、方案及参数控制

1.1  试验原料

试验用铁料包括精矿A、精矿B、澳粉、毛塔粉、FMG西部粉矿以及钢渣；熔剂包括石灰石、生石灰、轻烧白云石，燃料为焦粉。试验原燃料的化学成分见表1。

由表1可知，FMG西部粉TFe/FeO=120.1，属于假象赤铁矿，品位60.04%，SiO2含量8.15%，Ig含量3.65%，P含量0.076%，Al2O3含量2.15%。若用FMG西部粉替代毛塔粉，FMG西部粉的SiO2含量较毛塔粉约低4.18个百分点，P含量高0.012个百分点，Al2O3含量高1.01个百分点，而且FMG西部粉烧损略高。因此，从化学成分上看，用FMG西部粉替代毛塔粉，预计烧结矿P和Al2O3的含量增加。

试验采用石灰石和生石灰调整烧结矿碱度，采用轻烧白云石调整烧结矿的MgO含量。

1.2  进口铁矿粉的粒度组成

试验用三种进口铁矿粉的粒度组成见表2。

由表2可以看出，三种进口铁矿粉中，FMG西部粉粒度较粗，毛塔粉粒度较细，澳粉居中。对于-0.5mm粒级的粘附粉，毛塔粉占比为49.0%，该粒级颗粒在烧结混合制粒过程中容易粘附在核心表面形成小球，对改善烧结过程具有重要的作用；而FMG西部粉的-0.5mm粒级占比较低，仅为17.5%，不利于混合料的制粒[1]。

1.3  试验方案

试验以稀土钢炼铁厂铁料配置为基准，用FMG西部粉分别以6%、12%、18%的比例部分或全部替代毛塔粉，同时为保证烧结矿SiO2含量达到控制水平，铁料配置中澳粉的配比要进行适当的调整。试验方案见表3。

1.4  烧结杯试验工艺参数及烧结矿参数控制

试验采用包钢技术中心炼铁研究所直径300mm烧结杯，料层厚度700mm，点火负压为4.9kPa，烧结负压9.8 kPa。

烧结矿碱度按照2.0±0.08控制，烧结矿MgO含量按照2.0%控制，烧结矿SiO2含量按照4.85%~4.9%控制。

2  进口粉矿烧结基础性能

同化性—澳粉、毛塔粉和FMG西部粉的最低同化温度分别为1210℃、1294℃和1250℃，即FMG西部粉的同化性介于澳粉和毛塔粉之间，较毛塔粉好，较澳粉差。

液相流动性—澳粉最低流动温度为1230℃，液相流动性指数FI为0.24；毛塔粉最低流动温度为1225℃，液相流动性指数FI为0.89；FMG西部粉最低流动温度为1210℃，液相流动性指数FI为1.155；因此，从液相流动性比较，由好到差的排序为：FMG西部粉>毛塔粉>澳粉。

3  试验结果及分析

3.1  烧结矿化学成分的变化

烧结矿化学成分分析结果列于表4。

3.2  烧结工艺指标的变化

烧结杯试验结果见表5。

由表4可知：四个试验点的MgO和SiO2含量与设计值在正常误差范围之内。

由表5可知，与基准点（1#）相比：

（1）成品率方面：用FMG西部粉替代毛塔粉，以6%和12%比例部分替代，烧结矿成品率无显著变化；以18%比例全部替代，烧结矿成品率显著降低。分析认为，FMG西部粉烧损较高，在烧结过程中需要消耗更多的燃料，在配加焦粉相同的条件下，导致烧结矿成品率降低。

（2）利用系数方面：随着FMG西部粉替代毛塔粉比例的增加，烧结时间延长，从而导致烧结利用系数有降低的趋势，尤其是18%替代后，利用系数降低明显。

（3）垂速方面：随着替代比例的增加，烧结时间延长，从而导致烧结垂速有降低的趋势。

（4）固体燃耗方面：与基准点相比，6%、12%替代烧结固体燃耗没有明显变化，18%替代后配比固体燃耗增加明显。

（5）转鼓强度方面：与基准点相比，替代比例在12%以内时，烧结矿转鼓强度变化不明显。18%替代后转鼓强度最低。

3.3  烧结矿冶金性能的变化

烧结矿冶金性能试验结果见表6。

由表6可知：

与基准点相比，6%，12%替代后，烧结矿软化温度（T4、T10）有降低的趋势，软化区间变宽，熔融区间变化不明显，最大压差升高。之后，随着18%替代后，软化温度（T4、T10）有降低的趋势，软化区间变宽，低温还原粉化指数恶化，还原性改善。

3.4  烧结矿矿物组成和显微结构

3.4.1  矿物组成

烧结矿矿物组成分析结果见表7。

由表6矿相组成可知，随着FMG西部粉矿配比的增加，1#到4#铁酸钙的生成量呈明显的下降趋势，分析原因主要是由于FMG西部粉矿本身的颗粒较大，在烧结过程中难以矿化。因此，参与生成复合铁酸钙的赤铁矿含量降低。同时由于颗粒较大，在烧结过程中大部分以原生赤铁矿的形式存在，从而导致赤铁矿含量呈增加的趋势。1#、2#、3#三个方案，铁酸钙与赤铁矿的总量相当，所以，从矿相组成分析1#、2#、3#三个方案还原性和转鼓强度应该变化不大。与1#方案相比，4#方案铁酸钙与赤铁矿的总量增加6个百分点，对于烧结矿还原性以及转鼓强度将会产生一定的影响。1#的液相虽高，但相对较为均匀，对强度没有影响；3#有液相局部富集对强度会有影响；4#铁酸钙的生成量最低，容易引起烧结矿转鼓强度变差[2]。

3.4.2  显微结构

四个试验点烧结矿矿相见照片1~8。

照片说明：照片均放大320倍。在照片中，赤铁矿—磁铁矿—铁酸钙—玻璃—硅酸二钙—孔洞的颜色由浅（白）变深（黑）；赤铁矿、磁铁矿多为斑状、粒状；铁酸钙多为针状、柱状或板状；玻璃为基底；硅酸二钙多为柳叶状；孔洞多为圆形或不规则状。

1#：主要以磁铁矿和铁酸钙形成的溶蚀交织结构（照片1）为主，且结构致密，孔隙含量较低。此种结构有利于烧结矿强度的提高。

2#：主要以磁铁矿和铁酸钙形成的溶蚀交织结构（照片2）为主，局部可见磁铁矿和玻璃相及少量铁酸钙形成的杂斑状构结（照片3）。这种杂斑结构容易引起烧结矿强度变差。

3#：主要以磁铁矿和铁酸钙构成的熔蚀交织结构（照片4）和磁铁矿与赤铁矿及液相构成的杂斑状结构（照片5）为主，局部可见液相富集（照片6）。

4#：以磁铁矿和铁酸钙构成的熔蚀交织结构（照片7）与赤铁矿和玻璃相及磁铁矿形成的杂斑状结构（照片8）两种形貌特征为主，且液相发育，孔隙率高，这种结构容易引起烧结矿强度变差。铁酸钙含量较低，同时赤铁矿含量明显高于其他试验点，所以，势必会引起烧结矿低温还原粉化变差，还原性改善。这与烧结矿转鼓强度、还原性等数据相符。

4  结论

（1）从烧结工艺指标试验结果看，利用FMG西部粉矿替代毛塔粉后，替代比例在12%以内烧结矿成品率没有明显变化。烧结垂速有降低的趋势，但是变化不明显，相对应的利用系数降低；固体燃耗、转鼓强度变化不明显。当FMG粉矿配比为18%时，烧结工艺指标明显恶化，烧结矿质量指标恶化。

（2）从冶金性能看，采用6%、12%FMG西部粉矿替代毛塔粉，其烧结矿冶金性能除软化温度（T4、T10）有降低的趋势，软化区间变宽外其它指标无明显变化。18%全部替代后，低温还原粉化指数恶化，还原性改善。

综合考虑烧结工艺指标和冶金性能指标，FMG西部粉矿可以替代毛塔粉用于烧结生产。建议替代比例应该控制在12%以内。以保证烧结矿质量稳定。

5  参考文献

[1] 范晓慧.铁矿烧结优化配矿原理与技术[M].北京：冶金工业出版社，2013．

[2] 贾燕、李文兴.铁矿粉烧结生产[M].北京：冶金工业出版社，2013．