薛偉峰  段建榮

（陜鋼集團龍鋼公司煉鐵廠）

摘要：燒結礦低溫還原粉化率每降低5%，高爐產量將會降低1.5-5%，焦比增加3 kg。燒結礦的同化作用，包括物理同化和化學同化。礦物組成和化學成分，對燒結礦的質量影響較大。改變燒結礦的化學成分，燒結礦的礦物組成進而改變了，對燒結礦的低溫還原粉化性能具有重要影響，因此，研究燒結礦化學成分具有重要的意義。本文主要從燒結礦成分與低溫還原粉化的線性相關方面進行研究。

關鍵詞：燒結礦；化學成分；低溫還原粉化；高溫還原

龍鋼公司冶金實驗室自2017年12月投運以來，對生產燒結礦進行了122次低溫還原粉化試驗，有效性試驗114次。本文對114組低溫還原粉化試驗數據和對應燒結礦化學成分進行了統計分析。目的在于研究化學成分與低溫還原粉化之間的間接關系，推導低溫還原粉化與原料、工藝、過程控制等生產操作之間的關系，為指導生產，改善質量，權衡提高燒結礦強度和降低低溫還原粉化提供理論支持。

1  低溫還原粉化的概念

在高爐煉鐵過程中，當鐵礦石進入高爐后，爐料下降到400～600℃的區間，受到來自高爐下部煤氣的還原作用，會發生不同程度的碎裂粉化。嚴重時影響高爐上部料柱的透氣性，破壞爐況順行。鐵礦石這種性能的強弱以低溫還原粉化指數(RDI)來表示，或稱低溫粉化LTB（Low Tempera-ture Break-down）。

1.1  低溫還原粉化相關指數

與低溫還原粉化有關的指數有RDI_+6.3、RDI_+3.15、RDI_-0.5、RI %四項。

RDI_+6.3為粉化強度指數，與燒結礦的強度有關，間接反映粉化強弱；

RDI_+3.15為低溫還原粉化指數，直接反映燒結礦的低溫還原粉化率；

RDI_-0.5為耐磨性指數，與燒結礦的耐磨性有關，間接反映粉化強弱；

RI %為高溫還原性指數，與燒結礦的高溫還原性有關，高溫還原程度與低溫粉化程度呈負相關。在燒結生產中不能完全追求低溫還原粉化最佳，而是在低溫還原粉化和高溫還原中尋找一對平衡值，生產出具有良好冶金性能的燒結礦。

1.2  低溫還原粉化的原因

由赤鐵礦變成磁鐵礦發生了晶格的變化，前者為三方晶系六方晶格，而后者為等軸晶系立方晶格，還原造成了晶格的扭曲，產生極大的內應力，導致鐵礦石在機械力作用下碎裂粉化。影響燒結礦低溫還原粉化性能的因素有原料種類、Fe₂O₃的結晶形態、堿度、亞鐵、機速、還原溫度及保持時間長短和鐵礦石中的其它元素的含量。

高爐用料礦石的種類主要有燒結礦、塊礦、球團礦。粉化模式不盡相同，燒結礦和塊礦為裂開式，球團礦為剝落式。粉化程度燒結礦最強烈，球團礦次之，塊礦最差。

從礦石分類說，粉化程度赤鐵礦最強烈，褐鐵礦次之，磁鐵礦最差。以赤鐵礦粉為原料的燒結礦RDI較高；以褐鐵礦粉為原料的燒結礦RDI較低；以磁鐵礦粉為原料的燒結礦RDI最低。

燒結礦的粉化程度與燒結礦中原生Fe₂O₃和次生Fe₂O₃密切相關。結晶良好的天然Fe₂O₃，RDI一般在30%以下；天然磁鐵礦氧化焙燒成的Fe₂O₃的結晶，焙燒初期呈線狀，RDI為22.4%，焙燒后期呈多晶狀，RDI為10.3%；焙燒良好的球團礦，其中的Fe₂O₃大部分是斑狀，RDI較低，酸性球團礦RDI為34.1%，自熔性球團礦為3.1%；燒結礦中的Fe₂O₃，如斑狀結晶體RDI較低，但當磁鐵礦原料高溫燒結后，在降溫初期Fe₃O₄迅速再氧化成Fe₂O₃，內部尚包裹著Fe₃O₄、硅酸鹽玻璃質、CaO·Fe₂O₃，它的晶體外形多為菱形的骸晶狀Fe₂O₃，具有最高的RDI。

燒結礦的粉化程度與還原溫度和還原時間。燒結礦和球團礦的RDI隨著還原溫度變化而變化。一般在400～600℃有一個峰值，溫度低于或高于此值，RDI都降低，因為在此溫度范圍內αFe₂O₃很快還原為γFe2O3，低于此溫度生成的γFe₂O₃很少；高于此溫度，αFe₂O₃很快還原為FexO，使粉化減輕。此外，在400～600℃溫度范圍內，碳素析出反應劇烈(2CO=CO₂+C)，促使粉化更加嚴重。用H₂氣體作還原劑時，燒結礦的RDI較低。礦石的RDI還隨著還原時間延長而增加，但30～40min后增加速度開始緩慢。燒結過程的兩個粉化階段，燒結過程粉化階段和燒結完畢冷卻階段。其中燒結完畢冷卻階段為影響粉化的主要原因。所以適當提高機速，燒結終點滯后有利于降低低溫還原粉化率。

2  化學成分與低溫還原粉化關系的研究方法

本文利用線性相關方法，從化學成分角度對114組數據進行統計，分析燒結礦化學成分與燒結礦低溫還原粉化之間的關系。

相關分析一般通過散點圖來研究，如果變量在二維坐標中構成的數據點分布在一條直線的周圍，那么就說明變量間存在線性相關關系。

線性相關是最常用的一種，即當一個連續變量發生變動時，另一個連續變量相應地呈現線性關系變動，用皮爾遜（Pearson）相關系數R來度量。

皮爾遜相關系數R就是反映連續變量之間線性相關強度的一個度量指標，它的取值范圍限于【-1,1】。R的正負號可以反映相關的方向，當R>0時表示線性正相關，當R<0時表示線性負相關。R的大小可以反映相關的程度，R=0表示兩個變量之間不存在線性關系。

2.1  低溫還原粉化率與各成分之間的關系

2.2  化學成分與R之間的對應關系

從上表統計看，FeO、SiO₂、CaO、MgO、P 、R、MnO、Zn、K₂O與燒結礦低溫還原粉化率RDI_+3.15呈正相關；Al₂O₃、S、TiO₂、Na₂O與燒結礦低溫還原粉化率RDI_+3.15呈負相關。燒結礦化學成分對低溫還原粉化率RDI+3.15影響關系由大到小排列，正相關排列為CaO、FeO、R、P、MgO、Zn、SiO₂、MnO、堿金屬，負相關排列為S、TiO₂、Al₂O₃ 

3  結束語

燒結礦中的化學成分對低溫還原粉化RDI_+3.15都有一定的影響。燒結礦中CaO、FeO、MgO等含量高，則燒結礦RDI_+3.15高； Al₂O₃、TiO₂等含量高，則燒結礦RDI_+3.15低。燒結礦堿度（R）的升高，液相的增加，抑制了次生赤鐵礦的生成，使得RDI_+3.15升高。

參考文獻

[1]  劉然.化學成分對燒結礦低溫還原粉化影響的研究現狀. 華北理工大學冶金與能源學院

[2]  樊堯桂.改善燒結礦低溫還原粉化性能實踐.南方金屬2017.10

[3]  時越.不同堿度的燒結礦試驗研究金屬世界.2008

[4]  馬金芳.燒結礦低溫還原粉化性能對高爐生產的影響.全國大高爐煉鐵學術年會2014

[5]  胡林.Al2O3、SiO2對鐵礦燒結的影響及其機理的研究．中南大學2011