烧结矿氧化亚铁与二氧化硅的关系铁矿粉种类主要化学成分及基础特性

由表5可见，烧结料层的温度不同，会造成成品烧结矿的铁酸钙SiO2含量有较大的变化，同理由 于烧结料层的透气性不同，会造成燃料燃烧的状态不同，形成燃烧带的气氛和温度不同，从而影响 SiO2 在黏结相中分布的不同，说明掌控烧结矿的质量，不仅要通过配矿，合理控制烧结混合料的 SiO2含量，还要通过配C和制粒等工艺技术，把握好SiO2在黏结相的分布。
矿名 卡拉加斯粉 巴西新粉 CVRD标准粉 MBR粉 里奥多西粉 同化温度 液相流动性指数 黏结相强度 CF生成能力 固相连晶强度
LAT(℃) 1288 1378 1335 1335 1310 1323
FI(倍) 0.188 1.412 1.750 0.141 0.044 0.556
SBP(N/cm2) 862 270 100 128.9 470 441
赤铁矿 褐铁矿 磁铁矿
硬且易碎
易还原 易还原 易还原
同化温度 高 同化温度 高
疏松
坚硬致密
注：磁铁矿的化学分子式也可以FeO· Fe2O3表达，理论FeO含量为31%
我国的铁矿石是以磁铁矿为主的国家，97.5%的原矿经过再磨再选，矿粉的粒 度细，适合用作球团的原料，不适合作烧结的原料，但我国却有大量的磁铁矿粉用 作烧结的原料。我国仅有品位在 55%左右可以直接入炉的富矿占储量的 2.5%。全国 11大矿区的铁矿粉由于地质条件和成矿机理的不同，在烧结特性方面存在着较大的 差异，我国几个矿区铁矿粉的烧结基础特性列于表2。磁铁矿与赤铁矿和褐铁矿粉用 于烧结的一个重要差别，不仅在于烧结基础特性的差别，还在于 FeO含量的差别， 钱士刚、黄天正等学者把FeO（成品矿）/FeO（原矿）的比值称为“烧结过程宏观 气氛评定指数（ P）” ［ 2］， P 值的大小一定程度影响成品矿的 FeO含量，因此 P 值是烧结配矿掌控成品矿 FeO含量的一个重要参数，烧结配矿应掌握P值＜1的范围， 以获得烧结产质量的优化组合［3］。
表2 我国几种磁铁矿粉的烧结基础特性〔4〕
地区及矿名 同化温度 LAT(℃) 东北 华北 齐大山精粉 迁安矿粉 尖山精粉 袁家村精粉 戴繁粉 包头精粉 鄂精粉 大磁精粉 液 相 流 动 性 指 黏结相强度 数 FI(倍) SBP(N/cm2)
CF生成能力 SFCA(%) － － 5 8 5 5 － －
南美的巴西矿和非洲的南非矿以赤铁矿为主，其矿粉的基本特点是含铁品位高， SiO2 低，Al2O3低，含S，P等有害杂质少，多数属于优质赤铁矿粉，南非矿含KO2碱金属 偏高，巴西矿（依塔比拉例外）和南非矿均具有良好的烧结性能，它们的烧结基础特性列 于表3。 表3 巴西、南非赤铁矿粉的烧结基础特性〔5〕
SFCA(%) 4.0 6.7 12.0 2.5 6.9 13.2
CCS(N/cm2) 696 254 100 264 59
澳大利亚的杨迪矿、罗布河矿、麦克和西安吉拉斯等矿都是水化程度不同的褐铁矿，它们的含铁品位 稍低，P和Al2O3含量有低有高，组织疏松、堆密度低、烧结性能有不同的差异，能按不同比例与高品位、 低硅低铝的赤铁矿搭配烧成质量较高的烧结成品矿，也可与一定比例的磁铁矿粉混合烧成一定质量的烧 结矿。它们的烧结基础特性列于表4。
固相连晶强 度
西北 中南
1329 1358 1335 1325 1320 1330 1130 1322
0.299 0.792 0.23 0.18 0.70 2.10 0.803 0.455
220 813 150 203 168 857 － 320
CCS(N/cm2) 345 490 475 149 400 304 － 300
烧结工艺参数对SiO2在成品矿的矿物组成也有影响，这主要是配C（直接影响烧结层成矿带的温度）和混合料
透气性的影响，温度和透气性对SiO2在黏结相中的分布有重要影响，温度对SiO2含量在铁酸钙中的分布变化列 于表5 烧结温度(℃) SiO2（％） 表5 不同烧结温度下SiO2含量在铁酸钙（SFCA）中的分布变化 1220 4.7 1260 5.4 1285 5.7 1315 5.9 1340 6.07 1360 6.38
铁矿粉种类主要化学成分及基础特性与科学合理配矿
许满兴 （北京科技大学）
wk.baidu.com
摘要 本文阐述了烧结配矿的目标，铁矿粉种类及基础特 性、主要化学成分、碱度和烧结工艺技术对成品矿质量的影响， 论述了烧结配好矿的正确理念，在讨论的基础上得出科学合理 配好矿的四点结论性意见 关键词 铁矿粉种类 烧结基础特性 科学合理配 好矿
表6 不同烧结温度下Al2O3含量在铁酸钙（SFCA）中的分布变化
烧 结 温 度 （℃）
1220
1260 0.7
1285 0.8
1315 0.15
1340 0.18
1360 1.51
Al2O3 （ % ） 0.5
3.3 MgO和FeO含量的作用和影响
MgO也是高熔点物质，其熔点为2799℃，它在烧结过程中是不可能被熔化的，但它与FeO无限 固溶，生成镁浮氏体，且随 MgO在浮氏体内固溶量的增加，其固溶体的软化和熔化温度升高， MgO和FeO均有改善液相流动性的作用〔9〕，配磁铁矿粉烧结，当MgO含量高时，生成的镁浮氏 体，开始软化温度、熔化温度高，软熔温度区间也较窄，故MgO在特定条件下能改善成品矿的软 熔性能。MgO在与磁铁矿接触过程中，易与Fe3O4生成镁磁铁矿（Fe3O4· MgO），阻碍与Fe3O4被氧 化成F2O3，使烧结过程生成铁酸钙的相的量减少，从而影响烧结矿的冷强度和还原性。
表4 澳大利亚褐铁矿粉的烧结基础特性〔5〕
矿名 杨迪粉 罗布河粉 麦克粉 西安吉拉斯粉 HI HI HI 哈默斯利粉 纽曼粉 同化温度 液相流动性指数 黏结相强度 CF生成能力 固相连晶强度
LAT(℃) 1135 1174 1217 1238 1233 1323 1135 1247 1233
FI(倍) 3.127 0.985 1.767 0.372 0.40 0.498 3.127 0.444 0.6
2. 铁矿粉种类特征及其对配矿的影响
众所周知，烧结常用的铁矿粉有赤铁矿、褐铁矿和磁铁矿三种，这三种矿的不同特 性列于表1。
表1铁矿粉不同矿种的烧结特性
矿种 化学分 子式 Fe2o3 nFe2O3 mH2O Fe3O4 含铁 量 ％ 55~57 40~60 45~70 密度 t/m3 4.9~5.3 3.0~5.0 5.2 有害杂质含 量% S,P等低 S,P等低 Al2O3高 S、P高 强度 还原性 同化性 液相流动性 (倍) 低 良好 差 黏结相强 度N/ cm2 良好 低 差
3. 铁矿粉的主要化学成分对配矿的作用和影响
铁矿粉的化学成分主要含 SiO2， Al2O3 ， CaO，MgO，FeO、 CaO/SiO2，化学成分的差异将会导致其在 烧结过程中熔化温度不同，影响液相的生成和流动性，对烧结的成品矿产生不同的结果；同时由于铁矿粉水 化程度会影响烧结过程中液相的状态；烧结混合料的碱度是影响烧结过程液相生成状态的基本因素，因为 CaO配入的量变是影响同化反应和形成低熔点化合物的基础，也是烧结过程形成不同矿物组成的基础，因此 碱度是影响烧结过程液相生成状态的主要影响因素。
3.2 Al2O3含量的作用和影响
Al2O3元素是烧结矿黏结相不可缺少的组分，因为在常态下，高碱度烧结矿 的铁酸钙的化学分子式为： 5CaO· 2SiO2 · 9(Al· Fe)2O3 ，适当的 Al2O3 含量在烧结 中应为Al2O3/ SiO2=0.1~0.2〔8〕，Al2O3元素属高熔点物质，其熔点为2042℃， 在烧结条件下，它不能单一被熔化的，对硅铝铁酸盐（ SFCA）的形成有促进 作用，多余的Al2O3会在玻璃相析出，影响成品烧结矿的冷强度和 RDI指数。正 因为 Al2O3具有以上这些特性在配矿时，单一的高品位、低 SiO2，低 Al2O3的赤 铁矿粉并不能形成高质量的成品烧结矿，它应该与 Al2O3含量稍高的褐铁矿搭 配，会形成质量较高且成本较低的成品烧结矿。对于水化程度相同的褐铁矿 而言， Al2O3含量低的同化温度低，液相流动性指数值高，为使得到较高的黏 结相强度，需要与同化温度高的赤铁矿或磁铁矿粉合理搭配。与SiO2相同，烧 结过程和透气性对 Al2O3在黏结相中的分布有重要影响，其随温度的不同在铁 酸钙相中的分布列于表6。
3.5．碱度（配加CaO的量）的作用和影响。
试验研究和生成实践均证明，烧结过程酸性铁矿粉由于CaO的配入，降低了SiO2、Al2O3等脉石 矿物的熔点，得以生成低熔点化合物，故含CaO的生石灰和石灰石称为熔剂，烧结过程低熔点化 合物是形成黏结相的基础，随碱度的提高，也即随CaO配入量的增加，改善了铁矿粉与CaO的接 触条件，形成CaO与酸性脉石的同化反应加速进行，使生成铁酸钙黏结相的比例提高,烧结矿的质 量得到改善，故碱度是烧香矿质量的基础。
SiO2在烧结过程中的状态，很大程度上还与CaO的配入量相关，当CaO/SiO2处在最佳碱度範围（1.9—2.4）
内，烧结配矿SiO2取4.8%～5.3%是对烧结产质量最佳的［7］，当SiO2含量＞5.6%后，烧结指标会逐渐变差。 铁矿粉的质量可以从SiO2的含量在烧结过程中生成黏结相的状态反应出来，SiO2对SFCA的形态有决定性的影响 ［8］，当SiO2＜3%时，只能生成片状的铁酸半钙，只有当SiO2含量＞3%后，SFCA才开始由片状向针状发展。
SBP(N/cm2) 245 333 255 314 300 588 245 288 490
SFCA(%) 75 553 24.5 － 49.0 － 75.0 43.5 37.5
CCS(N/cm2) 508 872 343 353 365 450 508 144 325
由表2~表4可见，用于烧结生产的国内外三种主要矿种有着不同的特征和烧结基础特性，按它们.的特性 合理搭配，才能烧出产质量优良的成品烧结矿。
1.烧结配好矿的目的和目标 2.铁矿粉种类特征及其对配矿的影响 3 铁矿粉的主要化学成分对配矿的作用和影响 4.科学合理配矿的理念和原则
本文主要内容:
1. 烧结配好矿的目的和目标
搞好烧结生产，要把好五道关。第一道关便是科学合理配好矿，然后才是配 好料，制好粒，布好料和点好火四道关。不仅如此，配矿还影响烧结的强度、产质量和 成本。烧结配好矿的目的在于（1）要有高的产量和强度；（2）良好的成品矿化学成分； （3）优良的冶金性能；（4）低能耗和低成本。 目前，不少企业的配矿还停留在探索性的，凭经验配矿；近几年不少企业配矿追求低 成本，把低成本与高效益对立起来，或者把低成本与低能耗对立起来；还有企业配矿追求 产量，不讲究质量，特别不重视成品矿的冶金性能的理念和方法。 怎样才能科学合理配好矿呢？这就是本文要讨论的问题：认识和分析清楚铁矿粉种类 的特性及其对配矿的影响；铁矿粉主要化学成分的特征及其对配矿的影响；铁矿粉烧结基 础特性对配矿的影响；还有烧结工艺技术对配矿的影响。烧结配好矿需建立和遵循一套完 整的科学理论和原则〔1〕。
3.4 铁矿粉水化程度对成矿过程的影响
铁矿粉的水化程度即含结晶水含量的高低，铁矿粉的烧损（LOI）值大即水化 程度高，称为高水化程度的褐铁矿，通常褐铁矿的同化温度比较低，例如表4中的罗布河和杨迪 粉，它们的 LAT分别为 1135℃和 1174℃，而同为褐铁矿的 HI（P），其 LAT竟达到 1323℃。有的褐 铁矿粉由于升温过程中结晶水的分解，在液相中可能残留一部分气孔，阻碍液相流动而造成黏结 相的形成温度升高，这就形成个别水化程度高的褐铁矿粉熔融温度高的原因。
3.1 SiO2含量的作用和影响
铁矿粉的酸性脉石 SiO2 是烧结生成液相的主要组分，铁矿粉的 SiO2 含量越高烧结过程生成的液相越多，
SiO2 的熔化温度为1713℃，它与CaO 和铁氧化物反应时，生成液相的温度会显著降低（1205～1208℃），由
于SiO2为网络结构，其含量高时有可能使液相黏度升高，降低液相流动性〔6〕。在烧结过程中，合理的黏结 相及其强度常常离不开 SiO2与FeO的配合，为了满足成品烧结矿强度的需要，当SiO2≤4.8%时，应适当提高FeO 至≥7.0%的水平；当SiO2≥5.6%时，FeO的水平可控制到低于7%的水平。