澳系鐵礦石綜合性能研究與分析

張洪亮

（安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司）

0 前言

安鋼目前在用鐵料品種比較多，澳系鐵礦石[1]更是安鋼燒結(jié)原料常用礦種，以前對(duì)礦石的評(píng)價(jià)多集中在化學(xué)分析、粒度組成等方面，而對(duì)礦石基礎(chǔ)特性、礦物組成及微觀(guān)結(jié)構(gòu)、鐵礦石在燒結(jié)過(guò)程的高溫行為及燒結(jié)礦礦相研究較少。筆者重點(diǎn)研究了安鋼常用澳系鐵礦石及其單燒燒結(jié)礦的礦物組成和顯微結(jié)構(gòu)[2]，分析了其變化特征，進(jìn)而對(duì)燒結(jié)礦的性能和質(zhì)量進(jìn)行了判斷，了解了礦物組成及顯微結(jié)構(gòu)與宏觀(guān)性能的相互關(guān)系，從而改善了燒結(jié)礦質(zhì)量，促進(jìn)了高爐順行，達(dá)到了結(jié)構(gòu)降本的效果。

1 澳礦系鐵料的理化性質(zhì)

試驗(yàn)所用樣品全部取自現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)烘干制樣后送化驗(yàn)室分析，目前安鋼在用的主要澳礦系品種的理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 安鋼在用礦石化學(xué)成分 %

從表1可以看出，安鋼常用澳系鐵礦石的硅含量一般在3.5%～6.5%之間，鋁含量普遍較高，含鐵品位在57%～63%之間。燒損值均為正，說(shuō)明澳礦系大多都是含結(jié)晶水的褐鐵礦，其中國(guó)王粉、楊迪粉和超特粉的燒損都比較大，是典型的含結(jié)晶水比較多的褐鐵礦[3]。

2 礦石基礎(chǔ)特性試驗(yàn)

試驗(yàn)以在氮?dú)鈿夥障碌谋簾^(guò)程模擬實(shí)際燒結(jié)過(guò)程的燃燒帶及其以前部分，以在空氣氣氛下的焙燒過(guò)程模擬相應(yīng)的高溫氧化帶及其以后部分。試樣的同化性[4]以“同化溫度”表示，試樣的液相流動(dòng)性[5]以“流動(dòng)性指數(shù)”表示。澳礦系礦石同化溫度和流動(dòng)性指數(shù)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。燒損對(duì)澳礦系礦石同化溫度的影響如圖1所示。SiO2對(duì)澳礦系礦石液相流動(dòng)性的影響如圖2所示。

從圖1和表2可以看出，楊迪粉、超特粉和國(guó)王粉的同化溫度較低，同化性能較好，其中楊迪粉的同化溫度不到1 200 ℃，僅為1 166 ℃，這與三種礦的燒損大、結(jié)晶水含量高有直接關(guān)系；PB粉的同化溫度為1 258 ℃，居中；紐曼粉和津布巴的同化溫度稍偏高，大于1 270 ℃。礦石的同化溫度與其燒損大致呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系。

從圖2和表2可以看出，楊迪粉和超特粉的流動(dòng)性最好，國(guó)王粉次之，其他三種礦的液相流動(dòng)性一般，基本在3.3～3.6；PB粉的流動(dòng)性最差，流動(dòng)性指數(shù)僅為2.2，這是由于其硅含量只有3.5%，造成液相生成量不足導(dǎo)致流動(dòng)性差。礦石的液相流動(dòng)性與礦石中的SiO2呈正相關(guān)，隨著SiO2含量的增加，鐵精礦粉的流動(dòng)性指數(shù)有增加的趨勢(shì)，鐵精礦粉的液相流動(dòng)性逐漸變好。

3 澳礦原料礦相分析和觀(guān)察

澳礦系的礦種多為粒度不同（≤8 mm）的粉狀試樣，做含鐵原料的礦相分析前應(yīng)首先將樣品用環(huán)氧樹(shù)脂膠固結(jié)，固結(jié)后進(jìn)行三道預(yù)磨，一道拋光，制成光片，最后進(jìn)行礦相觀(guān)察。含鐵原料的礦物組成見(jiàn)表3，部分礦相如圖3所示。

表2 同化溫度和流動(dòng)性指數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

圖1 燒損對(duì)澳礦系礦石同化溫度的影響

圖2 SiO2含量對(duì)澳礦系礦石液相流動(dòng)性的影響

表3 含鐵原料的礦物組成 %

從圖3和表3可以看出，（1）國(guó)王粉、楊迪粉和超特粉主要為褐鐵礦（褐鐵礦為含水氧化鐵混合物的總稱(chēng)，主要成分是針鐵礦和纖鐵礦，同時(shí)混入細(xì)粒石英，錳的氧化物及粘土物質(zhì)，在它的成分中不僅含有吸附水，含水量可達(dá)12%～14%，還有 Si、Ca、Al、Cu、Pb、Mn、Ni、Co、P 等。褐鐵礦主要為隱晶質(zhì)的針鐵礦、纖鐵礦，通常所見(jiàn)的褐鐵礦多為鮞狀、豆?fàn)?、皮殼狀、土狀或塊狀等），含量為65%～70%。赤鐵礦為皮殼狀，包含在皮殼內(nèi)部，外部皮殼多為褐鐵礦，含10%～15%的赤鐵礦；偶見(jiàn)磁鐵礦。脈石主要為粘土類(lèi)脈石，為土狀，與褐鐵礦共生在一起；少數(shù)石英小顆粒。脈石總量約15%～20%，其中石英顆粒為3%左右。去除結(jié)晶水后鐵品位較高，在燒結(jié)過(guò)程中易于制粒，但能耗較高。（2）PB粉、紐曼粉和津布巴的主要鐵礦物為赤鐵礦和褐鐵礦、偶見(jiàn)磁鐵礦，赤鐵礦含量為55%～60%，褐鐵礦含量約30%。赤鐵礦主要為粗粒、細(xì)粒集合體，部分為針葉狀集合體。褐鐵礦為鮞狀、塊狀和土狀等。脈石主要為粘土（鐵葉綠泥石）、石英、尖晶石、輝石等，脈石含量為10%～15%。石英為粒狀，粘土脈石多與褐鐵礦共生在一起，少部分為顆粒狀。

圖3 部分礦相

4 單品種燒結(jié)礦試驗(yàn)

4.1 單燒燒結(jié)礦礦物組成

對(duì)單燒試驗(yàn)燒結(jié)礦進(jìn)行礦相[6]觀(guān)察分析，首先進(jìn)行粗磨至細(xì)磨3道磨制，磨制后進(jìn)行拋光，制成光片，在顯微鏡下進(jìn)行礦相觀(guān)察分析。單燒試驗(yàn)燒結(jié)礦的礦物組成見(jiàn)表4。

表4 單燒試驗(yàn)燒結(jié)礦的礦物組成 %

從表4可以看出，各個(gè)燒結(jié)礦中的主要礦物差別不大，紐曼單燒主要礦物為磁鐵礦、赤鐵礦和鐵酸鈣，粘結(jié)相為鐵酸鈣和玻璃相，在高溫礦塊區(qū)域含少量浮士體和硅酸二鈣，少數(shù)區(qū)域可見(jiàn)脈石和礦化了的熔劑殘余，其他礦物含量較少。

4.2 單燒燒結(jié)礦的顯微結(jié)構(gòu)

各燒結(jié)礦均屬于低溫高堿度燒結(jié)組織結(jié)構(gòu)，燒結(jié)礦中的鐵酸鈣和赤鐵礦含量較高。多數(shù)為磁鐵礦與鐵酸鈣形成的交織熔蝕結(jié)構(gòu)，一些磁鐵礦與玻璃相形成粒狀結(jié)構(gòu)，一些鐵酸鈣自身形成交織結(jié)構(gòu)，少數(shù)磁鐵礦與鐵酸鈣形成的熔蝕結(jié)構(gòu)。較多大粒原生赤鐵礦，主要為疏松狀，內(nèi)部多為玻璃相填充，一些內(nèi)部被鐵酸鈣或交織熔蝕結(jié)構(gòu)粘結(jié)，一些散粒狀赤鐵礦被鐵酸鈣粘結(jié)，少數(shù)晶粒較大的板片狀鐵酸鈣。

燒結(jié)礦中的鐵酸鈣和赤鐵礦含量較高，這是由于澳礦系礦多為褐鐵礦，在燒結(jié)過(guò)程中褐鐵礦失去結(jié)晶水，形成礦褐變赤鐵礦。在相同的配碳情況下，由于褐鐵礦分解，結(jié)晶水逸出，需要相對(duì)較高的熱量，所以相對(duì)于磁鐵礦和赤鐵礦燒結(jié)，消耗了較多的熱量，燒結(jié)過(guò)程氧化氣氛增強(qiáng)，有利于鐵酸鈣的生成。但褐變赤鐵礦內(nèi)部較為疏松，整體燒結(jié)礦塊也為疏松多孔狀。

5 生產(chǎn)實(shí)踐

5.1 生產(chǎn)燒結(jié)配比

按照安鋼優(yōu)化配礦[7]的要求和原則，以礦石的理化性質(zhì)為出發(fā)點(diǎn)，以礦石的基礎(chǔ)特性搭配為基本，進(jìn)行優(yōu)化配礦試驗(yàn)的生產(chǎn)實(shí)踐，指導(dǎo)3#燒結(jié)機(jī)的生產(chǎn)配礦，燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)見(jiàn)表5，其中澳礦為楊迪粉、國(guó)王粉和PB粉，另再配加國(guó)內(nèi)酸精和俄羅斯鎂精、巴西粉等。燒結(jié)礦成分見(jiàn)表6。

表5 燒結(jié)礦配比 %

表6 燒結(jié)礦化學(xué)成分 %

5.2 燒結(jié)礦冶金性能

燒結(jié)礦的低溫還原粉化指標(biāo)和軟融滴落性能分別見(jiàn)表7和表8。

表7 燒結(jié)礦的還原和粉化指標(biāo) %

表8 燒結(jié)礦的熔滴性能

從表7可以看出，生產(chǎn)燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)為80.37%，還原性指標(biāo)為89.37%，低溫還原粉化指數(shù)RDI+3.1570.77%，燒結(jié)礦的各項(xiàng)指標(biāo)均較好，可滿(mǎn)足高爐生產(chǎn)需要。

從表8可以看出，按照優(yōu)化配比燒結(jié)出的燒結(jié)礦，開(kāi)始熔化溫度Ts較高，為1 288 ℃;滴落溫度Td為1 487 ℃，較好；熔化溫度區(qū)間溫度（Td—Ts）為199 ℃，相對(duì)適宜。由此可見(jiàn)，其熔滴性能較好。

6 結(jié)論

澳礦系鐵料及其單品種燒結(jié)的礦相研究與分析偏重基礎(chǔ)性研究，工作量大研究周期長(zhǎng)，但對(duì)燒結(jié)配礦的指導(dǎo)意義大，依據(jù)不同鐵原料燒結(jié)礦礦物組成和結(jié)構(gòu)上的互補(bǔ)性，為配礦和燒結(jié)工藝操作參數(shù)控制提供技術(shù)指導(dǎo)，更好的掌握澳礦系的鐵礦粉變化特征幫助我們判斷燒結(jié)礦的性能和質(zhì)量，了解礦物組成及顯微結(jié)構(gòu)與宏觀(guān)性能的相互關(guān)系，進(jìn)一步改善燒結(jié)礦質(zhì)量、促進(jìn)高爐順行和實(shí)施結(jié)構(gòu)降本。

（1）澳礦系含鐵原料其化學(xué)成分、冶金性能及粒度相近，依據(jù)基礎(chǔ)研究的結(jié)果，在穩(wěn)定燒結(jié)礦質(zhì)量的前提下可以進(jìn)行礦種之間的替代，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)礦配礦的降本。

（2） 原礦礦相分析表明：國(guó)王粉、楊迪粉和超特粉主要為褐鐵礦，含量為65%～70%。赤鐵礦為皮殼狀，偶見(jiàn)磁鐵礦。PB粉、紐曼粉和津布巴主要鐵礦物為赤鐵礦和褐鐵礦、偶見(jiàn)磁鐵礦，赤鐵礦含量為55%～60%，褐鐵礦含量約30%左右。

（3）在礦物組成方面，安鋼常用澳系鐵礦石單燒燒結(jié)礦中主要礦物差別不大，主要礦物為磁鐵礦、赤鐵礦和鐵酸鈣，粘結(jié)相為鐵酸鈣和玻璃相，燒結(jié)礦中鐵酸鈣和赤鐵礦含量較高，這是由于澳礦系礦多為褐鐵礦，燒結(jié)過(guò)程中褐鐵礦失去結(jié)晶水，形成礦褐變赤鐵礦。

（4）在礦相顯微結(jié)構(gòu)方面，安鋼常用澳系鐵礦石單燒燒結(jié)礦均屬于低溫高堿度燒結(jié)組織結(jié)構(gòu)。多數(shù)為磁鐵礦與鐵酸鈣形成的交織熔蝕結(jié)構(gòu)；其次為磁鐵礦與鐵酸鈣形成熔蝕結(jié)構(gòu)；較多大粒原生赤鐵礦，主要為疏松狀。

（5）結(jié)合澳礦系含鐵原料基礎(chǔ)特性研究、原料礦相分析以及單燒燒結(jié)礦礦相研究，進(jìn)行了生產(chǎn)實(shí)踐的優(yōu)化與指導(dǎo)，結(jié)果表明燒結(jié)礦冶金性能指標(biāo)較好。

（6）建立符合本高爐系統(tǒng)的配礦標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)礦石的基礎(chǔ)特性要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室研究和建立檔案庫(kù)，可進(jìn)一步優(yōu)化配礦思路和拓展降本空間。