褐鐵礦在燒結(jié)工藝中的優(yōu)化配置

張國成，羅果萍，柴軼凡，田 碩，郝 帥，任 強

1) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院，包頭 014010 2) 包頭師范學(xué)院化學(xué)學(xué)院，包頭 014030

近年來，隨著鋼鐵產(chǎn)能日趨過甚，降低煉鐵配礦成本，提高鋼鐵產(chǎn)品性能成為提升企業(yè)核心競爭力的重要舉措，而鐵前系統(tǒng)降低成本的重點則在于鐵礦粉在燒結(jié)工藝的優(yōu)化配置.由于高品質(zhì)進口礦價格高、產(chǎn)能逐年下降，大量配加優(yōu)質(zhì)進口礦不符合我國鋼鐵生產(chǎn)的實際需求，因此，高比例配加廉價進口褐鐵礦將成為降低燒結(jié)配礦成本的有效措施之一[1?2].眾所周知，褐鐵礦具有結(jié)晶水含量高、粒度粗、結(jié)構(gòu)疏松多孔、易融化和還原性高等特性[3?4]，會對燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量造成影響，實現(xiàn)褐鐵礦與其他礦種的優(yōu)化搭配是確保燒結(jié)礦質(zhì)量的關(guān)鍵[5?6].

針對褐鐵礦的燒結(jié)性能國內(nèi)外已有大量研究，黃偉青等[7]研究了澳大利亞褐鐵礦的基礎(chǔ)特性，認為通過增加生石灰配加量、分割制粒等技術(shù)措施，能夠使褐鐵礦配加比例達到50%以上；金俊等[8]研究了高褐鐵礦配比條件下不同石灰石粉粒度對燒結(jié)礦質(zhì)量的影響，認為高褐鐵礦配比條件下，可通過減少石灰石粉中直徑小于1 mm的微細顆粒的比例來改善燒結(jié)礦質(zhì)量、提高燒結(jié)生產(chǎn)效率；王躍飛等[9]研究了高褐鐵礦配比條件下堿度、鈣質(zhì)熔劑種類等因素對燒結(jié)礦質(zhì)量的影響，認為在高褐鐵礦配比條件下，需通過增加生石灰使用比例以及提高燒結(jié)抽風負壓和料層厚度的措施來改善燒結(jié)礦質(zhì)量.已有研究表明，褐鐵礦勢必會對燒結(jié)礦質(zhì)量造成不利影響，需要優(yōu)化燒結(jié)制度來穩(wěn)定燒結(jié)礦質(zhì)量[10?12]，同時，優(yōu)化配礦結(jié)構(gòu)對于確保燒結(jié)礦質(zhì)量至關(guān)重要，目前針對全進口礦燒結(jié)條件下，褐鐵礦與赤鐵礦和磁精礦合理搭配的研究尚較欠缺.為此，本研究基于進口鐵礦粉的常規(guī)理化性能和高溫基礎(chǔ)特性，開展了高褐鐵礦配比的燒結(jié)優(yōu)化配礦研究，并結(jié)合Factsage 7.1 熱力學(xué)軟件模擬了燒結(jié)黏附粉含量以及理論液相生成性能，研究結(jié)果對于沿海鋼鐵企業(yè)在全進口礦燒結(jié)條件下實現(xiàn)褐鐵礦優(yōu)化配置具有重要的指導(dǎo)意義.

1 試驗原料

1.1 試驗原料理化性能

以S鋼鐵公司500 m2大型燒結(jié)機所用原燃料為試驗主要原料，含鐵原料有7種，主要來源澳大利亞和巴西，其中，OA、OB、OC、OD礦產(chǎn)自澳大利亞，前三者為褐鐵礦或半褐鐵礦，OD礦為磁鐵精礦，OE、OF、OG礦產(chǎn)自巴西，均為赤鐵礦.熔劑為白云石和生石灰，主要用來調(diào)整燒結(jié)礦MgO含量和堿度.燃料為焦粉.原燃料化學(xué)成分見表1，粒度組成見表2.

表1 燒結(jié)用鐵礦粉、熔劑和燃料化學(xué)成分Table 1 Chemical composition of iron ore powder, flux, and fuel for sintering %

表2 鐵礦粉各粒度組成分布及占比Table 2 Distribution and proportion of each particle size composition of iron ore powder

根據(jù)表1可知：①7種鐵礦粉的TFe質(zhì)量分數(shù)除OB礦外均大于60%，OD、OE礦的TFe質(zhì)量分數(shù)在65%以上，配加OD、OE礦有利于燒結(jié)礦鐵品位的提高；②OD、OF礦的SiO2質(zhì)量分數(shù)在6.0%以上，主要用來平衡燒結(jié)礦SiO2含量；③7種鐵礦粉的MgO和CaO質(zhì)量分數(shù)均較低，在0.20% 以下；④澳礦粉OA、OC礦結(jié)晶水質(zhì)量分數(shù)在3.0%～6.0%之間，屬于中等水化程度的半褐鐵礦，OB礦結(jié)晶水質(zhì)量分數(shù)高達10.0%，屬于褐鐵礦；巴西礦的結(jié)晶水質(zhì)量分數(shù)均在3.0%以下，屬于低水化程度的赤鐵礦；⑤OG礦的有害元素P質(zhì)量分數(shù)為0.2%，從控制鐵水P含量的角度分析，應(yīng)盡量減少其配加比例；⑥7種鐵礦粉有害元素S質(zhì)量分數(shù)均在0.15%以下，可為燒結(jié)工藝超低硫排放創(chuàng)造條件，減輕末端脫硫壓力.

按照燒結(jié)制粒和鐵礦粉礦化要求，小于0.5 mm的鐵礦粉粒度較細，易于成球，且在燒結(jié)過程中，容易和CaO發(fā)生礦化反應(yīng)形成鐵酸鈣和硅酸鹽液相，利于改善燒結(jié)性能.由此可知，褐鐵礦OA、OB礦粒度較粗，礦化能力較弱，不易生成燒結(jié)液相，并且褐鐵礦分解產(chǎn)生赤鐵礦微球網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[13?14]，孔隙率較高，燒結(jié)液相易于進入網(wǎng)孔，消耗液相，降低強度.

1.2 試驗原料高溫性能

鐵礦粉的高溫燒結(jié)基礎(chǔ)特性是評價其對燒結(jié)過程以及燒結(jié)礦冶金性能所作貢獻的基本指標，對燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量以及燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)優(yōu)化有著重要影響[15]，研究內(nèi)容一般包括最低同化溫度、液相流動性、連晶特性、黏結(jié)相強度和鐵酸鈣生成特性，采用《鐵礦石燒結(jié)基礎(chǔ)特性試驗裝置》進行測試[12].試驗用鐵礦粉需要磨成細粉狀（?0.15 mm），CaO 為純化學(xué)試劑，將鐵礦粉和CaO試劑分別制備成小餅試樣，在試驗所需的溫度、時間和氣氛條件下進行焙燒，得出鐵礦粉高溫性能指標.其測試結(jié)果如圖1和表3所示.

表3 鐵礦粉液相流動性指數(shù)（R=3.0）Table 3 Liquid phase flowability index of iron ore powder （R = 3.0）

圖1 鐵礦粉燒結(jié)基礎(chǔ)特性.（a）同化性能；（b）連晶性能；（c）黏結(jié)相強度；（d）鐵酸鈣生成能力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

由燒結(jié)基礎(chǔ)特性測試結(jié)果可知，澳礦的同化性溫度總體上較低，巴西礦的同化性溫度較高；澳礦OB、OD礦的液相流動性較好，而巴西礦OE、OF礦的較差；澳礦OC、OD礦的鐵酸鈣生成能力較強，巴西礦OF、OG礦的較弱；澳礦OA、OB和OC礦的黏結(jié)相強度較差，而巴西礦OE、OF礦的較好.分析可知，澳大利亞褐鐵礦和巴西赤鐵礦的高溫燒結(jié)基礎(chǔ)特性互補優(yōu)勢明顯，燒結(jié)提高褐鐵礦配比的同時，應(yīng)合理搭配磁鐵精礦和巴西赤鐵礦，以實現(xiàn)其燒結(jié)特性優(yōu)勢互補、劣勢互抑的目的，從而獲得理想的燒結(jié)性能.

2 試驗方案及控制條件

一般而言，褐鐵礦水化程度高，結(jié)晶水分解后成品燒結(jié)礦品位高、價格低，若能保證燒結(jié)礦強度和低溫還原粉化（RDI+3.15 mm）等冶金性能，則可提升燒結(jié)生產(chǎn)效率并顯著降低配礦成本[16?17].為了探究全進口礦原料條件下褐鐵礦在燒結(jié)工藝的合理配置，針對S鋼鐵公司500 m2大型燒結(jié)機的實際生產(chǎn)需求，開展高褐鐵礦配比燒結(jié)杯試驗研究.依據(jù)鐵礦粉燒結(jié)基礎(chǔ)特性互補和燒結(jié)礦綜合冶金性能要求，結(jié)合鐵礦粉來源和地域特點，將澳礦褐鐵礦（OA+OB+OC）視為一類型礦，澳礦磁鐵精礦OD視為一類型礦（該礦具有高硅高品位、粒度細、燒結(jié)性能好和價格高的特點，主要用于改善褐鐵礦的燒結(jié)性能）.巴西赤鐵礦（OE+OF+OG）視為一類型礦，方案中褐鐵礦的質(zhì)量分數(shù)變化設(shè)計為45%、50%、55%，磁鐵精礦的質(zhì)量分數(shù)變化設(shè)計為10%、15%，赤鐵礦的質(zhì)量分數(shù)變化設(shè)計為35%、40%.燒結(jié)杯具體配礦方案如表4所示.

表4 燒結(jié)杯配礦方案（質(zhì)量分數(shù)）Table 4 Ore blending scheme of the sintering cup（mass fraction）%

試驗過程中，燒結(jié)礦成分依據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場實際控制條件而設(shè)定，MgO質(zhì)量分數(shù)控制為1.75%，SiO2質(zhì)量分數(shù)控制在5.2%～5.4%之間，堿度R控制為1.95.燒結(jié)杯工藝參數(shù)如表5所示.

表5 燒結(jié)杯試驗設(shè)備參數(shù)及工藝控制條件Table 5 Sintering cup test equipment parameters and process control conditions

3 試驗結(jié)果及討論

3.1 混合礦黏附粉含量及理論液相生成量模擬計算

制粒是燒結(jié)成礦過程的一個重要環(huán)節(jié)，混合料在水分的作用下，細顆粒黏附在粗顆粒上或者細顆粒之間相互聚集而長大成為小球，目的是改善燒結(jié)料層透氣性，提高燒結(jié)礦產(chǎn)量.在燒結(jié)成礦過程中，熔劑完全參與成礦，而鐵礦石成礦的粒度界限為0.5 mm，熔劑與?0.5 mm 鐵礦粉反應(yīng)形成熔融區(qū)，而+0.5 mm的鐵礦石殘存下來成為未熔礦石.制粒小球由黏附層和核顆粒構(gòu)成，?0.5 mm顆粒起黏附粉作用，+0.5 mm顆粒作為核顆粒.黏附層由細顆粒的鐵礦石、焦粉、返礦和熔劑等混合物組成[18].

燒結(jié)礦是由熔融液相黏結(jié)未熔礦石而形成，熔融區(qū)化學(xué)成分對燒結(jié)礦液相和物相起著極為重要的作用.熔融區(qū)的化學(xué)成分可通過下式計算[18]：

其中，w(Q)為熔融區(qū)化學(xué)成分Q的質(zhì)量分數(shù)，%；xi為第i種鐵礦石的質(zhì)量分數(shù)，%；為第i種鐵礦石?0.5 mm粒級的質(zhì)量分數(shù)，%；wiQ為第i種鐵礦石?0.5 mm粒級中化學(xué)成分Q的質(zhì)量分數(shù)，%；wiLOI為第i種鐵礦石?0.5 mm粒級中的燒損，即在燒結(jié)過程中的鐵礦粉損失量的質(zhì)量分數(shù)，%；xj為第j種熔劑、燃料的質(zhì)量分數(shù)，%；wjQ為第j種熔劑、燃料中化學(xué)成分Q的質(zhì)量分數(shù)，%；wjLOI為第j種熔劑、燃料中的燒損，%.

根據(jù)熔融區(qū)化學(xué)成分計算公式可得不同配料結(jié)構(gòu)H-（1#-6#）黏附粉含量及成分，見表6.

表6 不同配料結(jié)構(gòu)的黏附粉成分計算結(jié)果Table 6 Calculation results of adhesion powder composition with different ore blending structures

表6計算結(jié)果為不同配料結(jié)構(gòu)的混合礦黏附粉（?0.5 mm）的化學(xué)成分，在燒結(jié)成礦過程中，黏附粉將在高溫條件下形成熔融液相區(qū)，進而黏結(jié)周圍粉料和顆粒完成礦化過程，因此，熔融區(qū)形成的液相對燒結(jié)礦化過程有著重要影響，某種程度上，熔融區(qū)形成的液相數(shù)量和性能決定燒結(jié)礦質(zhì)量的優(yōu)劣.

為了更進一步探明熔融區(qū)的液相性能，采用Factsage 7.1熱力學(xué)軟件中的Equilib模塊計算黏附粉區(qū)域形成的液相數(shù)量、組分以及黏度等性能[19].圖2為不同配料結(jié)構(gòu)黏附粉熔融區(qū)理論液相生成量隨燒結(jié)溫度的變化趨勢.表7為單位質(zhì)量黏附粉產(chǎn)生的理論液相量及性能.

表7 單位質(zhì)量的黏附粉熔融區(qū)液相生成性能計算（1250 ℃）Table 7 Calculation results of liquid phase formation properties in the molten liquid region of per unit mass of adhesive powder （1250 ℃）

圖2 燒結(jié)過程理論液相量隨燒結(jié)溫度的變化趨勢Fig.2 Variation trend of the theoretical liquid phase with temperature in sintering process

由圖2可知，燒結(jié)礦理論液相量隨溫度的升高而增加，液相生成溫度起始于1150 ℃，隨溫度的升高，黏附粉逐步形成液相，于1450 ℃時全部熔化為液相.在較低的燒結(jié)溫度下，不同配礦結(jié)構(gòu)的液相生成量差別較大，但隨著燒結(jié)溫度的升高，這種差別逐漸減小，燒結(jié)溫度對不同配礦結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生液相量的影響趨勢一致.

燒結(jié)工藝中，黏附粉表征混合礦形成液相的載體，其含量多少決定形成液相的原始黏結(jié)范圍，而理論液相生成量反映混合礦可以形成的有效液相數(shù)量，其含量多少影響液相黏結(jié)周圍物料的有效范圍，據(jù)此，提出單位質(zhì)量黏附粉產(chǎn)生的液相量為黏附粉含量與理論液相生成量的乘積，主要表征混合礦中由黏附粉熔融區(qū)所產(chǎn)生的液相絕對含量.而液相中Fe2O3和CaO的質(zhì)量比，決定形成的黏結(jié)相類型，即是以復(fù)合鐵酸鈣為主的液相還是以硅酸鹽為主的渣相，一般認為，F(xiàn)e2O3與CaO的質(zhì)量比越高越有利于形成鐵酸鹽黏結(jié)相，從而提高燒結(jié)礦黏結(jié)相質(zhì)量，改善燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度.

由此分析，H-1#、H-2#和H-4#試驗方案的單位質(zhì)量黏附粉所產(chǎn)生的液相數(shù)量較多，且液相中Fe2O3和CaO的質(zhì)量比較高，從理論液相生成角度分析其對燒結(jié)礦質(zhì)量的影響規(guī)律，預(yù)測其燒結(jié)礦質(zhì)量指標較優(yōu).而H-5#試驗方案雖然單位質(zhì)量黏附粉的液相生成量高，但液相黏度低，流動性能過好，易產(chǎn)生局部過熔現(xiàn)象，導(dǎo)致燒結(jié)礦生成薄壁大孔結(jié)構(gòu)，影響燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度；H-6#試驗方案雖然液相黏度高，但單位質(zhì)量黏附粉的液相生成量最低，液相有效固結(jié)范圍小，液相黏結(jié)周圍核礦物能力較差，不利于燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度改善.

3.2 燒結(jié)礦質(zhì)量指標

（1）燒結(jié)礦質(zhì)量.

燒結(jié)礦的質(zhì)量一般指轉(zhuǎn)鼓強度、篩分指數(shù)和平均粒徑等指標，根據(jù)實際生產(chǎn)需求，本研究中主要關(guān)注燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強度和低溫還原粉化指數(shù)（RDI+3.15 mm）.燒結(jié)礦低溫還原粉化試驗采用GB/T 13242—1991標準.不同褐鐵礦配比燒結(jié)礦試樣的質(zhì)量指標見圖3.

圖3 燒結(jié)礦試樣質(zhì)量指標Fig.3 Sinter sample quality indexes

由圖3可知，H-1#、H-4#和H-5#燒結(jié)礦試樣的轉(zhuǎn)鼓強度和低溫還原粉化性能均較好，其共同特點是澳大利亞磁鐵精礦OD礦的質(zhì)量分數(shù)為15%，OC礦的質(zhì)量分數(shù)為10%.可見，在褐鐵礦質(zhì)量分數(shù)較高（≥45%）而赤鐵礦質(zhì)量分數(shù)較低（≤40%）的情況下，適當控制OC礦配比，增加磁精礦配比對于全面改善燒結(jié)礦性能具有重要意義.這是由于，一方面，在澳大利亞褐鐵礦中OC礦具有粒度相對較細，鐵酸鈣生成能力強，液相生成溫度低、生成量大的特點，在赤鐵礦配比較高的情況下，增加OC礦可以改善燒結(jié)制粒性能，促進鐵酸鈣生成，提高燒結(jié)礦強度和冶金性能[20?22]，但在褐鐵礦配比較高的情況下，OC礦燒結(jié)容易產(chǎn)生細碎針狀鐵酸鈣和細碎磁鐵礦的熔蝕交織結(jié)構(gòu)，對改善燒結(jié)制粒和燒結(jié)礦性能的作用有限，需要通過配加粒度更細、礦化溫度較高的OD磁精礦來改善燒結(jié)制粒性能；另一方面，高褐鐵礦配比混合料粒度粗，熔劑和燃料主要集中在細粒度的黏附粉中，使黏附粉相對堿度升高，加之燃料的偏聚，液相生成溫度降低，生成量增多，產(chǎn)生過熔現(xiàn)象，使褐鐵礦吸液量增加，影響燒結(jié)礦強度，而提高OD礦配比具有增加黏附粉占比、降低黏附粉相對堿度的作用，使液相生成溫度提高，消除過熔現(xiàn)象，從而減少褐鐵礦吸液量，改善燒結(jié)礦強度.

（2）燒結(jié)礦熔融滴落性能.

燒結(jié)礦熔融滴落性能檢測方法如下：燒結(jié)礦試樣及焦炭粒度均為10～12.5 mm粒級，試驗?zāi)M高爐內(nèi)爐料的升溫速度主要分為三個階段：①0～1000 ℃，10 ℃·min?1（100 min）；②1000～1100 ℃，2 ℃·min?1（50 min）；③1100 ～1600 ℃，5 ℃·min?1（100 min）；試驗期間，溫度在 500 ℃ 以下通 4 L·min?1的 N2氣，溫度達到 500 ℃ 以上通入 4 L·min?1的混合煤氣，混合煤氣由體積分數(shù)為30%的CO和70%的N2組成，當試驗溫度達到1580 ℃ 后 30 min試驗結(jié)束.測試結(jié)果見表8.

表8 燒結(jié)礦試樣熔融滴落性能Table 8 Melting and dripping properties of the sinter samples

由上表可知，H-1#、H-4#和H-5#的軟化開始溫度T4、開始熔融溫度TS和滴落溫度TD都較高，且軟熔溫度區(qū)間TD?T10中等，其軟熔性能均可滿足高爐冶煉要求.而H-2#、H-3#和H-6#的軟化開始溫度T4、開始熔融溫度TS均較低，以及H-2#、H-3#滴落溫度TD也較低，軟熔溫度區(qū)間TD?T10較小，會使高爐軟熔帶上移，厚度減薄，H-6#的TD?T10最大，達到393 ℃，會使高爐軟熔帶上移，厚度增加.從配料結(jié)構(gòu)角度分析，H-2#和H-3#的OC礦的質(zhì)量分數(shù)較高，達到了20%，而磁鐵精礦OD礦的質(zhì)量分數(shù)較低，只有10%，H-6#褐鐵礦的質(zhì)量分數(shù)達到了55%，而OD礦的質(zhì)量分數(shù)也只有10%.可見，從燒結(jié)礦冶金性能方面分析，當結(jié)晶水含量高的OB褐鐵礦的質(zhì)量分數(shù)高于25%時，磁鐵精礦OD礦的質(zhì)量分數(shù)不應(yīng)低于15%，粒度相對較細的褐鐵礦OC礦的質(zhì)量分數(shù)不應(yīng)超過10%，褐鐵礦總的質(zhì)量分數(shù)應(yīng)控制在50%以內(nèi).

從混合礦熔融區(qū)的化學(xué)成分分析，由于褐鐵礦具有同化溫度低的特點，配加高比例的褐鐵礦可提高混合礦的同化性能，使得熔融區(qū)堿度下降（表6中H-1#、H-4#和H-5#熔融區(qū)堿度相對較低），有利于降低Fe3+/Fe2+（質(zhì)量分數(shù)比值），提高FeO含量.因此，礦物的固結(jié)強度提高，還原度受到影響，低溫還原粉化指數(shù)改善.

3.3 燒結(jié)礦礦相顯微結(jié)構(gòu)

采用礦相顯微鏡對不同褐鐵礦配比的燒結(jié)礦試樣進行分析.為了準確掌握試樣的礦相顯微結(jié)構(gòu)特征，本研究中共選取同一試樣的4個不同視域進行綜合分析評估，結(jié)果如圖4～圖9所示，圖中（a）、（b）視域選取試樣邊緣區(qū)域，（c）、（d）視域選取試樣中心區(qū)域.

圖4 H-1#燒結(jié)礦試樣礦相顯微結(jié)構(gòu)圖.（a）左邊緣視域；（b）右邊緣視域；（c）左中心視域；（d）右中心視域Fig.4 Mineral phase microstructures of the H-1# sinter sample: (a) left edge view; (b) right edge view; (c) left central view; (d) right central view

圖5 H-2#燒結(jié)礦試樣礦相顯微結(jié)構(gòu)圖.（a）左邊緣視域；（b）右邊緣視域；（c）左中心視域；（d）右中心視域Fig.5 Mineral phase microstructures of the H-2# sinter sample: (a) left edge view; (b) right edge view; (c) left central view; (d) right central view

圖8 H-5#燒結(jié)礦試樣礦相顯微結(jié)構(gòu)圖.（a）左邊緣視域；（b）右邊緣視域；（c）左中心視域；（d）右中心視域Fig.8 Mineral phase microstructures of the H-5# sinter sample: (a) left edge view; (b) right edge view; (c) left central view; (d) right central view

圖9 H-6#燒結(jié)礦試樣礦相顯微結(jié)構(gòu)圖.（a）左邊緣視域；（b）右邊緣視域；（c）左中心視域；（d）右中心視域Fig.9 Mineral phase microstructures of the H-6# sinter sample: (a) left edge view; (b) right edge view; (c) left central view; (d) right central view

H-1#燒結(jié)試樣的礦相組成類似，均以磁鐵礦和鐵酸鈣的熔蝕交織結(jié)構(gòu)為主.H-1#燒結(jié)礦試樣褐鐵礦質(zhì)量分數(shù)相對較低，為45%，礦相結(jié)構(gòu)中磁鐵礦多呈它形晶或半自形晶（圖4（a）），鐵酸鈣多呈針柱狀（圖4（c）），局部有硅酸鹽渣相和褐鐵礦分解產(chǎn)生的微球網(wǎng)狀赤鐵礦，孔隙率較低，渣相多存在于先結(jié)晶出來的鐵酸鈣縫隙中.燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)均勻性較好，強度較高.赤鐵礦含量較低，低溫還原粉化性能較好.

H-2#燒結(jié)礦試樣褐鐵礦的質(zhì)量分數(shù)為50%，礦相結(jié)構(gòu)中鐵酸鈣多為細碎針狀（圖5（a）），磁鐵礦多呈細碎的它形晶或半自形晶，局部有未熔殘留的大顆粒赤鐵礦存在，其中裂縫較多，結(jié)構(gòu)疏松，局部有硅酸鹽渣相與鐵酸鈣伴生，出現(xiàn)了較大的圓形孔洞（圖5（b））.由于該試樣OC礦的質(zhì)量分數(shù)達到20%，其粒度相對較細，鐵酸鈣生成能力較強，液相生成溫度低、生成早，滲透作用強，結(jié)晶水分解后鐵礦物呈現(xiàn)細小的微球網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，鐵酸鈣填充在網(wǎng)孔中，與磁鐵礦形成細碎的熔蝕交織結(jié)構(gòu)（圖5（c）），粗顆粒褐鐵礦分解產(chǎn)生了含有裂縫的赤鐵礦核顆粒，由于液相生成早，核顆粒中的裂縫沒來得及愈合[23].當該試樣發(fā)生低溫還原時，結(jié)構(gòu)細碎的鐵酸鈣難以抵抗赤鐵礦到磁鐵礦的晶型轉(zhuǎn)變應(yīng)力，加之有圓形孔洞和結(jié)構(gòu)疏松的核顆粒存在，其低溫還原粉化性能不佳，RDI+3.15 mm只有65.1%.

H-3#燒結(jié)礦試樣褐鐵礦的質(zhì)量分數(shù)相對較高，為55%，礦相結(jié)構(gòu)中磁鐵礦多呈它形晶或半自形晶（圖6（c）），鐵酸鈣呈現(xiàn)針狀、片狀和團聚狀，填充在磁鐵礦的間隙中，局部有褐鐵礦分解而成的粗顆粒赤鐵礦.隨著褐鐵礦配比的增加，鐵酸鈣含量增多，由針狀向片狀、團塊狀轉(zhuǎn)變（圖6（a）），硅酸鹽減少，液相生成早、生成量多，褐鐵礦吸液量增加[24?25]，黏結(jié)相強度降低，由于鐵酸鈣多以團塊狀充填在鐵礦物的間隙中，不能很好地抵抗赤鐵礦到磁鐵礦的晶型轉(zhuǎn)變應(yīng)力，其RDI+3.15 mm只有65.4%.

H-4#燒結(jié)礦試樣褐鐵礦的質(zhì)量分數(shù)相對較低，為45%，其OB礦和OC礦的質(zhì)量分數(shù)分別為30%和10%，OD礦的質(zhì)量分數(shù)較高，為15%.礦相結(jié)構(gòu)中鐵酸鈣多呈現(xiàn)針柱狀（圖7（a）），局部出現(xiàn)團塊狀，磁鐵礦多呈它形晶或半自形晶（圖7（d）），赤鐵礦含量較低，局部有硅酸鹽渣相填充在先結(jié)晶出的鐵酸鈣縫隙中，具有強化黏結(jié)相強度的作用.H-3#和H-4#的OB礦的質(zhì)量分數(shù)均為30%，但是H-4#的OC礦的質(zhì)量分數(shù)較低（10%）、OD礦的質(zhì)量分數(shù)較高（15%），其燒結(jié)礦團塊狀鐵酸鈣較少、結(jié)構(gòu)較好.可見，當褐鐵礦配比相對較低、而赤鐵礦配比較高時，鐵酸鈣多呈現(xiàn)針柱狀，燒結(jié)礦硅酸鹽渣相含量增加，鐵酸鈣、硅酸鹽和磁鐵礦具有良好的接觸強度，當發(fā)生低溫還原時，抵抗赤鐵礦到磁鐵礦的晶型轉(zhuǎn)變應(yīng)力的能力較強，低溫還原粉化性能較好.

H-5#燒結(jié)礦試樣褐鐵礦的質(zhì)量分數(shù)相對中等，為50%，其OB礦和OC礦的質(zhì)量分數(shù)分別為35%和10%，OD礦的質(zhì)量分數(shù)較高，為15%.礦相結(jié)構(gòu)中鐵酸鈣多為片柱狀（圖8（b）），硅酸鹽含量較高（圖8（d）），填充在鐵酸鈣的片層之間，起到加固黏結(jié)相的作用，部分鐵酸鈣呈現(xiàn)團塊狀，填充在磁鐵礦的空隙之間，磁鐵礦呈現(xiàn)半自形晶或它形晶（圖8（a）），晶粒較粗，赤鐵礦含量較高，粒度中等，多與磁鐵礦共晶存在.由于硅酸鹽加固鐵酸鈣，黏結(jié)相強度較高，加之鐵礦物晶粒較粗，燒結(jié)礦強度較高，低溫還原時黏結(jié)相抵抗晶型轉(zhuǎn)變應(yīng)力的能力較強，低溫還原粉化性能較好，達74.9%.

H-6#燒結(jié)礦試樣褐鐵礦的質(zhì)量分數(shù)相對較高為55%，其OA、OB和OC礦的質(zhì)量分數(shù)分別為10%、35%和10%，OD礦的質(zhì)量分數(shù)較低為10%.OB礦粒度較粗，直徑大于5 mm的鐵礦粉顆粒質(zhì)量占比大于36%，結(jié)晶水含量較高，分解溫度較低[26?28]，分解產(chǎn)物赤鐵礦中的裂縫較易愈合，對強度影響較小；OA礦粒度介于OB和OC礦之間，1～5 mm粒級質(zhì)量占比達到48%以上，使燒結(jié)礦中細顆粒赤鐵礦含量升高、富集加重.由于褐鐵礦配比較高且OD礦配比較低，液相生成溫度低，鐵酸鈣多以團塊狀填充于細顆粒的磁鐵礦空隙之間（圖9（b）），孔隙率較高.在低溫還原過程中，由于赤鐵礦含量和孔隙率較高，加之赤鐵礦顆粒的聚集和團塊狀鐵酸鈣的存在，其低溫還原粉化性能不佳，RDI+3.15 mm只有 64.2%.

通過對比分析可知，不同燒結(jié)礦試樣的礦相結(jié)構(gòu)具有顯著的區(qū)別，配加質(zhì)量分數(shù)為15%的磁鐵精礦不僅具有強化制粒和提高液相生成溫度的作用，而且優(yōu)化了鐵酸鈣的形貌，使其呈現(xiàn)針狀結(jié)構(gòu)，并與磁鐵礦熔蝕交織，從而全面改善了燒結(jié)礦性能.因此，將粗粒度褐鐵礦與細粒度磁鐵精礦合理搭配使用，是提高燒結(jié)礦品位、降低燒結(jié)礦成本、確保燒結(jié)礦冶金性能的有效措施[29?30].

4 結(jié)論

（1）與巴西赤鐵礦比較，澳大利亞褐鐵礦具有粒度粗（?0.5 mm鐵礦粉顆粒少）、制粒性能差、礦化能力弱和同化溫度低的特點，燒結(jié)過程中褐鐵礦分解產(chǎn)生赤鐵礦微球網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，容易發(fā)生吸液現(xiàn)象，使得燒結(jié)體多孔而結(jié)構(gòu)不均，從而導(dǎo)致其固結(jié)強度變差.

（2）燒結(jié)過程形成的液相數(shù)量和質(zhì)量對燒結(jié)礦性能有重要影響，混合料中單位質(zhì)量黏附粉產(chǎn)生的液相量越高，則燒結(jié)液相量越多，可促進液相對周圍核礦物的有效黏結(jié)；液相中Fe2O3與CaO的質(zhì)量比越高，則越容易形成鐵酸鈣黏結(jié)相，有利于改善燒結(jié)礦質(zhì)量.H-1#、H-2#和H-4#配礦結(jié)構(gòu)，單位質(zhì)量黏附粉理論液相生成量和液相中Fe2O3與CaO的質(zhì)量比均較高，燒結(jié)礦試樣的轉(zhuǎn)鼓強度也較優(yōu)，表明理論模擬結(jié)果和燒結(jié)試驗結(jié)果吻合性良好.

（3）當褐鐵礦的質(zhì)量分數(shù)不超過50%時，控制粒度相對較細的OC礦的質(zhì)量分數(shù)不超過10%，同時，增加磁鐵精礦的質(zhì)量分數(shù)至15%，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度、低溫還原粉化指數(shù)以及熔融滴落等冶金性能均達到最優(yōu)，由于增加混合料中磁鐵精礦的配比，不僅可以改善燒結(jié)成球制粒性能，減少褐鐵礦燒結(jié)吸液量，而且可以提升熔融區(qū)形成的液相數(shù)量和性能，因此有助于全面改善燒結(jié)礦質(zhì)量.