矿物组成、结构及其对烧结矿质量的影响

烧结矿是烧结过程的最终产物，是许多种矿物的复合体，矿物组成非常复杂。影响烧结矿矿物组成的因素包括：燃料用量、烧结矿碱度、脉石成分和添加物种类以及操作工艺条件等。烧结矿中各矿物通过自身的强度和还原性影响烧结矿的强度和还原性。

5.5.4.1 烧结矿的矿物组成

由于原料条件和烧结工艺条件不同，烧结矿的矿物组成不尽相同，但是总是由含铁矿物及脉石矿物两大类组成的液相粘结在一起的。酸性烧结矿矿物主要为磁铁矿、赤铁矿、浮氏体、金属铁、铁橄榄石、钙铁橄榄石、玻璃体、铁酸钙、硅钙石、石英等；主要胶结物为铁橄榄石和少量的钙铁橄榄石、玻璃体等。

自熔性烧结矿矿物主要为磁铁矿、赤铁矿、浮氏体、金属铁、钙铁橄榄石、橄榄石类、铁酸钙、硅酸钙、钙铁辉石、钙铁辉石-钙镁辉石固溶体、石英、石灰等；主要胶质物为钙铁橄榄石、玻璃体等。

高碱度烧结矿的矿物主要是磁铁矿、赤铁矿、钙质浮氏体、铁酸钙和硅酸二钙等；主要胶质物为铁酸二钙。

当烧结矿脉石中含有较多的Al2O3或烧结料中Fe2O3较多时，粘结相还有铝黄长石、铁铝酸四钙、铁黄长石、钙铁榴石（3CaO·Fe2O3·3SiO2）。MgO含量较多时会出现钙镁橄榄石、镁黄长石、镁蔷薇辉石等。脉石中含有萤石时，烧结矿中则含有枪晶石。烧结含钛铁矿时会出现钙钛石（CaO·TiO2，3CaO·2TiO2）、梢石（CaO·TiO2·SiO2）。

对某一烧结矿来说，不一定全部含有上述矿物，而且数量也不相等。磁铁矿和浮氏体是各种烧结矿的主要含铁矿物，非铁矿物以硅酸盐类矿物为主。表5-6给出了武钢不同碱度烧结矿的矿物组成。

表5-6 武钢不同碱度烧结矿的矿物组成

烧结矿碱度

矿物组成，（体积）%

磁铁

矿

赤铁

矿

铁酸

一钙

铁酸

二钙

铁黄

长石

硅酸

钙

铁橄

榄石

浮氏

体

金属

铁

玻璃

质

0.8 57.5 6.2 2.7 - 13.1 - 2.73 0.18 - 17.4

1.3 48.3

2.9 14.4 - 15.3 0.92 - - 0.1 18.0

2.4 34.6 0.2 29.1 4.4 10.9 4.44 - - - 16.2

3.5 27.6 0.2 39.3 9.3 10.7 7.51 - - 0.3 7.3 5.5.

4.2 烧结矿的结构

烧结矿的结构包括宏观结构和显微结构。

烧结矿的宏观结构有微孔海绵状、粗孔蜂窝状和石头状。一般来说微孔海绵状结构的烧结矿，强度和还原性都好，是理想的宏观结构。燃料用量适中和各种操作条件都合适时，可以得到这种条件的烧结矿。当燃料用量偏高和液相数量偏多时出现粗孔蜂窝状结构，有熔融而光滑的表面，其还原性和强度都有所降低。如果燃料用量过多，造成过熔，则出现气孔很少的石头状烧结矿，强度好，但还原性很差。相同的燃料用量下，液相粘度低时形成微孔结构，粘度高时形成粗孔结构。

显微结构一般是指在显微镜下矿物组成的形状，大小和它们相互结合排列的关系。从微观上看，烧结矿具有各种不同的结晶形态和单体矿物组成。烧结矿中的矿物按其结晶程度分为自形晶、半自形晶和他形晶三种。具有极完好的结晶外形的称为自形晶；部分结晶完好的称为半自形晶；形状不规整且没有任何完好结晶面的称为他形晶。矿物的结晶程度取决于本身的结晶能力和结晶环境。烧结矿中最多的含铁矿物磁铁矿往往以自形晶或半自形晶的形态存在，这是因为磁铁矿在升温过程中较早地再结晶长大，有良好的结晶环境，并且具有较强的结晶能力。其它粘结相在冷却过程中开始结晶，并按其结晶能力的强弱以不同的自形程度充填于磁铁矿中间，来不及结晶的以玻璃体存在。矿物呈完好的结晶状态时强度好，而呈玻璃态时强度差。

随着生产工艺条件的变化，不同烧结矿在显微结构上也有明显的差异。由铁矿物和粘结相组成的常见显微结构列于表5-7。

表5-7 烧结矿的常见显微结构

5.5.4.3影响烧结矿矿物组成和显微结构的因素

影响烧结矿矿物组成和显微结构的因素包括燃料和熔剂用量、烧结原料的矿物组成以及烧结操作工艺条件。

1）燃料用量

烧结料中的配碳量决定烧结温度、烧结速度和气氛条件，对烧结矿物组成影响很大。

烧结非熔剂性赤铁矿时，当配碳量过少（3%～4%）则不能保证赤铁矿充分还原和分解，磁铁矿结晶程度差，燃烧层液相数量少，只有少量铁橄榄石和钙铁橄榄石不均匀地分布在磁铁矿和石英接触处，不起粘结作用，粘结相主要是玻璃质，孔洞多，强度差，但还原性好。在正常燃料用料下，烧结矿矿物主要是磁铁矿和铁橄榄石，还有少量浮士体，磁铁矿结晶程度提高，粘结相主要是铁橄榄石，孔洞少，烧结矿强度提高。当燃料消耗量过多少时（7%），烧结温度升高，还原气氛增加，生成大量的浮氏体和铁橄榄石，磁铁矿减少，可能出现金属铁，烧结矿因过熔，造成大孔薄壁或气孔度少的烧结矿，使强度和还原性都变坏。

生产熔剂性烧结矿时，随着含碳量增加，磁铁矿结晶程度提高，生成大粒结晶，粘结相主要是钙铁橄榄石代替玻璃质，孔洞少，烧结矿强度提高，还原性有所下降。但用碳量过多时，浮氏体和钙铁橄榄石增加，磁铁矿减少，易生成过熔烧结矿。同时，高温下易生成正硅酸钙，在冷却时发生晶型转变，使烧结矿粉化，强度和还原性都变坏。图5-20给出了国内某钢厂熔剂性烧结矿矿物组成与烧结料含碳量之间的关系。

燃料用量对烧结矿结构的影响是：含碳量低时，烧结矿的微孔结构发达，随着含碳量的增加，烧结矿逐渐发展成为薄壁结构，而且沿料层高度也有变化，上部微孔多，下部则大孔薄壁多。

1-正硅酸钙；2-钙铁橄榄石；3-玻璃质；4-铁酸钙；5-赤铁矿；6-磁铁矿

图5-20 含碳量与熔剂性烧结矿矿物组成的关系

2）烧结矿碱度

在燃料用量一定的条件下，烧结矿的最终矿物组成主要取决于碱度。

a）低碱度烧结矿

与高碱度烧结矿搭配使用的低碱度烧结矿，其碱度值一般选择在0.8～1.0之间。该碱度的烧结矿中铁矿物主要为磁铁矿、少量赤铁矿，粘结相为钙铁橄榄石、铁黄长石、钙铁辉石、硅灰石和玻璃质等硅酸盐，一般不含铁酸钙，总粘结相量为25%～30%，强度好于自熔性烧结矿，但还原性能较差。在高、低碱度烧结矿搭配冶炼时，由于其配比高而影响冶炼效果。

酸性球团烧结矿的碱度值一般在0.3～0.5之间，克服了普通酸性烧结矿还原性能差、垂直烧结速度慢、燃料消耗高等问题。两种酸性烧结矿的矿物组成见表5-8。

表5-8 两种酸性烧结矿矿物组成

普通酸性烧结矿为典型的熔融型结构。磁铁矿多为自形晶、半自形晶、颗粒粗大，还有部分骸晶状赤铁矿。铁矿物被玻璃质、橄榄石胶结，形成斑状结构。浮氏体与硅酸盐矿物形成共晶结构。

酸性球团烧结矿外观呈葡萄状块、单体球和熔结块。固结方式为铁矿物再结晶固结和渣相固结。单球与葡萄状球具有明显的带状构造（即外部带、过渡带和中心带）。磁铁矿、赤铁矿多为再结晶长大固结，颗粒为细粒扩散型结构。部分铁矿物与硅酸盐渣相胶结成粒状结构。介于球团矿与烧结矿两种微观结构之间。

表5-9 自熔性烧结矿的矿物组成