低温还原粉化的知识与分析
烧结矿低温还原粉化指标影响因素的研究
烧结矿低温还原粉化指标影响因素的研究郭兰芬; 王金龙; 刘晓明; 魏琼花【期刊名称】《《河南冶金》》【年(卷),期】2019(027)005【总页数】6页(P15-19,42)【关键词】烧结矿; 粉化; 因素; 研究【作者】郭兰芬; 王金龙; 刘晓明; 魏琼花【作者单位】河钢集团邯钢公司【正文语种】中文0 前言邯钢高炉入炉原料中烧结矿比例占70%～80%，烧结矿质量的好坏直接影响高炉生产的稳定顺行。
烧结矿的低温还原粉化性能(RDI)是炉料下降到400～600 ℃区间时[1]受煤气还原作用产生不同程度粉化现象的指标，粉化严重时影响高炉透气性，破坏炉况顺行，对高炉有较大影响。
有资料显示[2],烧结矿低温还原粉化指数(RDI+3.15)提高5%，高炉产量提高1.5%，焦比降低1.55%，因此改善烧结矿低温还原粉化指标对高炉生产有重大意义。
近几年，邯钢老区炼铁部的烧结矿低温还原粉化指标RDI+3.15较低，且波动较大，平均为65%，影响高炉料柱的透气性，给高炉操作带来了困难。
为了寻找影响烧结矿低温还原粉化指标的各种因素，进行了大量的数据统计分析、烧结杯试验和对烧结矿微观结构的分析，找到了提高烧结矿RDI+3.15的途径,用于指导烧结生产。
1 烧结矿化学成分与RDI的影响研究根据近几年邯钢烧结使用的原料条件情况，收集并整理了300余项烧结矿低温还原粉化指标以及对应的化学成分，用Minitab软件做烧结矿RDI与对应成分的散点图，分析其关系。
1.1 烧结矿FeO含量对RDI 的影响1.1.1 数据分析应用数据统计软件分析得出烧结矿RDI+3.15随FeO含量的变化趋势，如图1所示。
图1 RDI+3.15随FeO含量的变化趋势从图1可以看出，烧结矿的FeO含量在5.8%～10.9%时，随着FeO含量的升高，RDI+3.15呈明显增加趋势。
1.1.2 烧结矿不同FeO含量对RDI3.15影响的试验根据图1分析可知，烧结矿FeO含量是影响RDI的主要因素之一，为了确保数据分析的准确性，利用烧结杯试验研究了烧结矿FeO含量对RDI的影响，主要采取调整烧结焦粉配比来调整烧结矿中的FeO含量，试验结果见表1，焦粉配加量与RDI+3.15的关系如图2所示。
烧结矿低温还原粉化影响因素研究进展
烧结矿低温还原粉化影响因素研究进展摘要：在目前工业生产建设过程中，由于长期大量配吃落地烧结矿对炉况长期稳定顺行带来较大压力。
本文通过分析低温还原粉化率变化，结合高炉大量配加落地烧结矿后炉况变化，采取针对性措施，保证高炉长期稳定顺行。
关键词：高炉；落地烧结矿；冶金性能1落地烧结矿质量分析1.1 落地烧结矿粒度组成分析低温还原粉化是铁矿石低温还原（400～600 ℃）过程中发生碎裂粉化的特性，影响高炉上部的透气性和煤气流分布，从而影响高炉顺行和燃料消耗。
通常认为其原因是矿石中的Fe2O3 在低温还原时，赤铁矿还原成磁铁矿，由三方晶系六方晶格转变成等轴晶系立方晶格，晶格扭曲，体积膨胀产生内应力，导致矿石碎裂粉化。
影响铁矿石低温还原粉化性能的因素有矿石的种类、粒度、气孔率、Fe2O3 的结晶形态、碱度、脉石成分中杂质元素的质量分数。
某高炉检修或烧结矿产量超出高炉需要时，组织过量的烧结矿落地。
在烧结机限产或停产时，汽运将落地矿倒运至落地矿仓，再利用皮带上料系统加入高炉矿仓。
落地烧结矿入炉较直送烧结矿入炉增加了多次倒运过程，必然影响落地烧结矿的含粉率和粒度组成结构。
落地烧结矿与直送烧结矿在筛上物粒度组成上存在较大差别:落地烧结矿平均粒度较直送烧结矿偏小1～2mm。
粒度组成上，10～16mm小粒级比例增多约3%～6%，25～40mm大粒级比例降低约2%～3%，40mm以上大粒级比例降低约2%～3%。
随着落地烧结矿配比超过20%后，矿筛筛分负荷大幅增加，对入炉烧结矿含粉率影响显著增大。
1.2低温还原粉化率分析在高炉上部低温区(约500～600℃)，烧结矿受炉内高温冲击及含铁矿物组成变化产生的裂纹而粉化，直接影响上部料柱孔隙度，恶化透气性，进而影响高炉指标。
生产实践表明:烧结矿粒度为－3.15的低温还原粉化率每升高5%，高炉产量会下降1.5%，煤气中CO利用率降低0.5%，焦比升高1.55%。
落地烧结矿各项RDI指标受落地倒运影响不大，甚至出现一定程度优化。
改善烧结矿低温还原粉化研究
改善烧结矿低温还原粉化研究【摘要】本文结合国内外以及包钢有关改善烧结矿RDI指数的研究,就烧结矿碱度、烧结矿MgO含量、FeO含量、Al2O3含量以及喷洒CaCl2对烧结矿RDI指数的影响进行了全面分析.结果表明：随烧结矿的Al2O3含量升高、MgO含量降低或FeO 含量降低，烧结矿的RDI指标变差；而喷洒CaCl2溶液对改善烧结矿RDI效果明显。
【关键词】烧结矿 RDI Al2O3 CaCl2碱度1.前言烧结矿在高炉的低温区会发生低温还原粉化现象,它是烧结矿冶金性能的一项重要指标。
RDI升高或波动直接影响高炉料柱的透气性并增加炉顶吹出量。
因此,烧结矿的低温还原粉化性能受到国内外的广泛关注。
通常采用增加烧结矿成品中的FeO或MgO量，或减少烧结矿中AL2O3，TiO2量来改善烧结矿的低温还原粉化性能（RDI）。
但这些措施往往达不到目的，在某些情况下反而带来反作用.西德矿石准备研究所于1985年首次提出了使用卤化物以改善烧结矿低温还原粉化性能（RDI)的新工艺，1991年武钢在实验室试验的基础上进行了烧结矿表面喷洒CaCL2的工业性试验，并开始应用于工业生产,取得显著效果。
包钢随着生产规模的不断扩大，外矿配比升高、FeO、料层、点火强度等指标的变化，烧结矿RDI迅速恶化，由前几年的10%（-3。
15mm)左右，增加到40%（-3。
15mm）左右，已严重影响到高炉的顺行高产.2。
AL2O3对烧结矿RDI的影响为研究烧结矿Al2O3含量对烧结矿RDI指数的影响，分别取备了不同Al2O3含量的各种含铁料，通过搭配分别烧制了不同Al2O3含量的烧结矿，烧结矿的Al2O3含量完全由澳矿配比的不同来调节.烧结工艺参数控制为：料层550mm,负压9800Pa,烧结矿碱度为2.0，MgO含量为2.0%。
试样烧制控制返矿内配比例为30%，并考虑返矿平衡，返矿平衡系数控制在1.0±0.05.不同Al2O3含量烧结矿的RDI指数具体数据见图1。
改善烧结矿低温还原粉化性能的措施
改善烧结矿低温还原粉化性能的措施摘要：近年来，我国的工业化进程有了很大进展，对烧结矿的应用也越来越广泛。
按照管理和技术进一步创新的思路，烧结厂进行了设备更新和技术改造，并尝试在影响生产稳定性的工艺过程的每个阶段采用新的工艺操作方法，提高了烧结矿的产量和质量，进一步满足了高炉的要求，达到了节能降耗的目的。
本文就改善烧结矿低温还原粉化性能的措施进行研究，希望通过本研究能为提升烧结厂的产量及质量提供借鉴与参考，以加快高炉生产需的提升及节能降耗目标的实现。
关键词：烧结矿；低温还原粉化；碱度引言随着高炉贯彻“精料”方针，对烧结矿质量不仅要求物化性能，同时也注重冶金性能，烧结矿还原度是基本冶金性能，低温还原粉化性是重要冶金性能，而熔滴性能是关键冶金性能。
炉身上部料柱透气性好，减轻炉身结瘤，煤气中CO利用率升高，冶炼强度好，降低焦比，生铁产量高。
1优化烧结配矿结构依据国际市场和各出货港铁矿石价格变动，分析各种铁矿粉中有效成分占比，推算各类材料的性价比，确保烧结矿中质量要求的前提，有效降低购入成本，优化矿产结构，调整配矿方法。
根据多种粉矿的性能价格比，根据铁的各种特性，并结合过往的实践经验，选择适宜工作开展的材料结构。
同时，可以开展不同配比方案的实际效果实验，分析这些配比结构的优点和不足之处，在实践中不断总结配矿方法和操作经验，从配料结构上开展优化和稳定工作，合理地复刻原料搭配实验内容，保证烧结机各项系数得到充分利用，从而改善矿产的质量，提高配料使用的性价比。
2改善烧结工艺条件在基本保证烧结过程热量的情况下，适当减少配碳量，降低烧结温度，降低冷却速度。
（1）实施低温烧结，降低骸晶状菱形赤铁矿的生成。
骸晶状菱形赤铁矿的低温还原粉化严重，RDI+3.15mm仅为53.5%。
骸晶状Fe2O3是Fe3O4在硅酸盐和铁酸盐液相区经氧化生成Fe2O3晶体，且晶体的生长自由度大，质点易扩散迁移，以及冷却速度过快结晶不完善而形成，低配碳和慢冷却，则骸晶Fe2O3减少。
烧结矿低温还原粉化影响因素研究进展
烧结矿低温还原粉化影响因素研究进展摘要：影响高炉生产稳定性的重要参数之一是烧结矿低温降尘指数。
低温还原粉现象是由于还原气体作用下将烧结矿中再生的铁、氧和铁转化为晶格，造成机械作用下的严重碎裂和粉尘。
对钢生铁成本构成的分析表明，烧结原料成本占生铁成本的44.85%至58.54%。
因此，降低用于烧结的原材料成本对于降低铁水成本至关重要，使用大量廉价矿物是实现用于烧结的低成本原材料结构的重要手段。
因此，必须和有必要分析影响烧结矿山低温除尘的因素，以促进高炉正常运转并降低结构成本。
关键词：烧结矿；RDI；影响因素；优化研究；前言烧结矿质量直接影响高炉生产的良好运行。
烧结矿低温降尘性能(RDI)是炉料下降400 ~ 600 c时不同程度粉尘的指标。
严重粉尘影响高炉的渗透性，破坏了高炉的良好运行，对高炉产生了很大影响。
数据显示，低温降尘指数(RDI+3.15)增加了5%，高炉产量增加了1.5%，结焦率下降了1.55%。
因此，提高烧结矿低温降尘指数对高炉生产具有重要意义。
一、影响烧结低温还原粉化因素的分析1.原料结构的影响烧结矿含有粗红铁矿石，即完全结晶的未还原死红铁矿石，冷却时对Fe3O4进行氧化，形成再生红铁矿石。
大部分回收的红铁矿位于烧结矿的空洞周围。
高炉修复开始时，红钻型红钻矿从Fe2O3恢复到Fe3O4，然后体积膨胀和粉化。
红铁矿石再生有两种生产模式赤铁矿-磁铁矿的还原工艺是控制磁铁矿生产的瓶颈。
随着褐煤开采比的提高，原层的渗透性得到了提高。
氧化气氛占主导地位，降低了红铁矿转变成铁矿石的可能性，减少了烧结矿山回收红铁矿的数量。
采用压力、适当用水控制和加强燃料分散管理等控制技术，减少了褐煤对烧结矿质量的不利影响。
2.FeO料层厚度的影响两个单位的RDI值随着烧结矿铁含量的增加而增加，烧结矿的Fe2O3含量随铁质含量的增加而减少，从而降低了红铁矿的延伸率。
但是，控制铁的高度降低了烧结矿的可逆性，燃料消耗的增加增加了生产铁水的成本。
烧结矿低温还原粉化指数的试验与研究
• 3）烧结矿SiO2含量对低温还原粉化率的影 响： • 有关资料表明，在900℃以上的高温下， Fe3O4可以被还原，特别是SiO2存在时， 更会加快它的还原，生成低熔点化合物铁橄 榄石，随着SiO2含量的提高，烧结矿的 FeO升高，低温还原粉化率（+3.15mm） 增大。
• 4）Al2O3对低温还原粉化率的影响： • 烧结矿中含有一定的Al2O3有利于四元系针 状交织结构的铁酸钙的形成，有利于提高烧 结矿强度。但过高有助于玻璃质的形成，使 烧结矿强度和低温还原粉化率升高。
1 国内研究现状
• 目前我国宝钢、攀钢、武钢等部分企业生产的烧结 矿低温还原粉化率较高，一般小于3.15mm达到 30~40%，接近日本平均水平（-3mm部分为 36.3%）。 • 除以上几个方面的技术措施外，国内外还进行了以 下试验与生产：烧结使用复合熔剂；熔剂分加技术； 混合料预压烧结；煤气无焰烧结；富氧点火；富氧 烧结与富氧双层烧结等。
2 选题的目的和意义
• 2.1张钢矿粉的烧结特性 • 张钢烧结常用的几种矿粉的化学成分见表2.1 • 在烧结生产中，应根据各种矿粉的含铁品位， SiO2和Al2O3的含量进行优化，使之在烧结过程中 获得合适的烧结性能。
产地 巴西 澳大利 亚 澳大利 亚 印度 中国 品种 巴西粗 粉 PB粉 烧损 1.07 5.79
前言
• 受国内铁矿石资源和开发技术经济条件的限制，国 内铁矿石产量严重不足，造成进口铁矿石数年大幅 度增长，进口依赖度将进一步增加。但是，随着优 质铁矿粉供应紧张、价格逐年上涨，质量逐步下降， 对烧结生产造成较大影响。因此，合理地利用国内 外廉价铁矿粉资源，生产高质量的烧结矿以及获得 理想的经济效益是每个钢铁企业追求的目标。 • 烧结矿低温还原粉化率（RDI）是烧结矿冶金性能 的一个重要指标，烧结矿RDI的波动，不但直接影 响到高炉料柱的透气性，造成炉况不顺，而且增加 炉顶喷吹出量。因此烧结矿低温还原粉化率直接关 系到高炉的顺行生产，对提高高炉的技术经济指标 起着举足轻重的作用。
铁矿石低温还原粉化率的测定资料
二 粉化原因及影响因素
• 根本原因 是铁矿石中的Fe2O3,,在低温下（400℃-600℃）还原 时，由赤铁矿变为磁铁矿时发生的晶格变化，前者为三方 晶系六方晶格，而后者为等轴晶系立方晶格，还原造成晶 格的扭曲，产生极大的内应力，导致铁矿石在机械力的作 用下碎裂粉化。
4
• 影响铁矿石(烧结矿及球团矿)低温还原粉化性能的因素有 矿石的种类、Fe2O3的结晶形态、人造富矿的碱度、还原温 度及铁矿石中的其他元素的含量。烧结矿物组成越复杂、 冷却速度越快，则烧结矿的低温还原粉化越严重。
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三 检测方法
• 3.2 静态法 静态法是将一定粒度范围的烧结矿置于固定床中，在 500℃左右温度下，用由CO、CO2和N2组成的还原气体进行 静态还原一定时间后，将试样冷却到100℃以下，用小转 鼓转以一定速率转动一定时间，然后筛分分级，将各级质 量与入股总质量之百分比作为评价标准。
• 静态有以下三种 (1)ISO检验方法(ISO4696—1984) (2)日本钢铁厂的检验方法 (3)中国国家标准(GB/T13242—91)检验方法
• 2.1 晶格转变 生产溶剂性烧结矿时，石灰石与矿石中的SiO2发生 作用生成硅酸钙系粘结相，它是相变物质，具有多晶转变 的特性。β -C2S在温度252℃至20℃可转变成γ -C2S，晶 体在转变过程中，发生晶格的重新排列，使密度发生变化， 致使体积增加大约10%，由于体积膨胀产生极大的内应力， 导致烧结矿粉碎。
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误差要求
2.试验次数 假如这一对低温还原强度和粉化指数之差符合以上规 定的允许误差, 则试验可以结束。否则从新进行实验。 3.最终结果表示 如果进行了两次实验，结果符合误差要求，则最终结 果取其平均值。用质量百分数表示出来，精确到小数点后 一位。
烧结矿低温还原粉化(rdi)影响因素的研究
烧结矿低温还原粉化(rdi)影响因素的研究
烧结矿低温还原粉化（Reducibility and Degradation Index, RDI）是评价烧结矿还原性能和耐高温程度的一个重要指标。
RDI指数越低，烧结矿的还原性能越好，适应高温条件下的冶炼过程。
研究表明，影响烧结矿RDI指数的因素主要包括以下几个方面：
1. 矿石成分：矿石的主要成分包括铁、硅、铝、镁、钙、钠等元素。
其中，高硅、高铝和高镁含量的矿石对烧结矿的RDI指数有不利影响。
高硅、高铝含量会导致矿石烧结时生成SiO2和Al2O3的化合物，降低了烧结矿的还原性能；高镁含量则会使矿石在烧结过程中生成富镁高温矿物，降低了矿石的低温还原性能。
2. 石化反应：在烧结矿的石化反应中，矿石中的铁氧化物与燃料反应生成还原气体，进一步促进了铁氧化物的还原。
石化反应速率快、程度高的矿石有利于烧结矿的低温还原粉化。
3. 矿石结构和孔隙度：矿石的结构和孔隙度直接影响了烧结矿的低温还原性能。
矿石结构紧密的矿石难以被还原气体渗透，降低了低温还原速率；而矿石孔隙度高的矿石能提供更多的还原气体扩散和反应的表面积，有利于低温还原粉化过程。
4. 矿石粒度：矿石的细度会直接影响烧结矿的低温还原性能。
过细的矿石粒度会增加矿石表面积，有利于还原气体在矿石颗粒间扩散和反应，提高了低温还原速率。
通过对以上因素的研究和分析，可以优化矿石配比和烧结工艺，提高烧结矿的低温还原粉化性能，从而提高铁矿石的冶炼效果。
低温还原粉化特性
低温还原粉化性(reduction disintegration property)铁矿石(烧结矿及球团矿)在低温还原过程中发生碎裂粉化的特性。
在高炉炼铁过程中，当铁矿石进入高炉后，炉料下降到400～600℃的区间，在这里受到来自高炉下部的煤气的还原作用，会发生不同程度的碎裂粉化。
严重时则影响高炉上部料柱的透气性，破坏炉况顺行。
铁矿石这种性能的强弱以低温还原粉化指数(RDI)来表示，或称LTB(Low Temperature Break-down)。
粉化原因及影响因素低温还原粉化的根本原因是矿石中的Fe2O3。
在低温(400～600℃)还原时，由赤铁矿变成磁铁矿发生了晶格的变化，前者为三方晶系六方晶格，而后者为等轴晶系立方晶格，还原造成了晶格的扭曲，产生极大的内应力，导致铁矿石在机械力作用下碎裂粉化。
影响铁矿石(烧结矿及球团矿)低温还原粉化性能的因素有矿石的种类、Fe2O3的结晶形态、人造富矿的碱度、还原温度及铁矿石中的其他元素的含量。
矿石的种类以赤铁矿粉为原料的烧结矿RDI，较高；以磁铁矿粉为原料的烧结矿RDI，较低。
例如：烧结原料中澳大利亚赤铁矿配加量由43.5％增加到60.6％时，烧结矿的RDI值由31.36％提高到38.08％。
德国K．格勒勃等研究表明：在烧结矿中碱度、脉石含量及机械应力相同的条件下，烧结矿中Fe。
0。
(包括原始及次生Fe2O3)含量与RDI有密切的关系，Fe2O3含量愈高，则RDI愈高。
Fe2O3的结晶形态 Fe2O3结晶形态的差异能引起RDI较大的变化。
结晶良好的天然Fe2O3，RDI一般在30％以下(按日本钢铁厂方法检验，以下同)；天然磁铁矿氧化焙烧成的Fe2O3的结晶，焙烧初期呈线状，RDI为22.4％，焙烧后期呈多晶状，RDI为10.3％；焙烧良好的球团矿，其中的Fe2O3大部分是斑状，RDI较低，酸性球团矿RDI为34.1％，自熔性球团矿为3.1％；烧结矿中的Fe2O3，如斑状结晶体RDI较低，但当磁铁矿原料高温烧结后，在降温初期Fe3O4迅速再氧化成Fe2O3，内部尚包裹着Fe3O4、硅酸盐玻璃质、CaO•Fe2O3，它的晶体外形多为菱形的骸晶状Fe2O3，具有最高的RDI。
超细氧化铁粉低温还原热力学研究
第 13 卷第 3 期
王ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ庆，等：超细氧化铁粉低温还原热力学研究
151
0 0 0 0 ∆F298 = ∆FH + 2 × ∆FFe − 3 × ∆FFe 2O 3O 4 2O3
[14]
查得， 物质 Fe2O3(s)， Fe3O4(s)，
0 时 ∆F298 分别为： 742.3， 1021.6， 228.8
图2
不同还原温度和时间下 5 µm 氧化铁粉末的还原率 Fig.2 Reduction ratio of 5 µm Fe2O3 at different temperature for different time
2008 年 6 月
Fe3O4(s)+4H2(g)→3Fe(s)+4H2O(g)
(2)
0 可采用下式计 对于 25 ℃下标准反应自由能 ∆F298
算：
0 ∆ F 298 =
∑ (∆F
0 298
) Project −
∑ (∆F
0 298
) Reactant
(3) 由热力学函数表 H2O(g)在 298 K k J/mol。 对于反应(1)而言，
Research on reduction thermodynamic of micron-nanometre ferric oxide powder at low temperature
WANG Xing-qing, ZHONG Jun-hua, HONG Xin (School of Material Science and Engineering, Shanghai University, Shanghai 200072, China) Abstract: Thermodynamic of reduction of micron-nanometre ferric oxide powder at low temperature was investigated. The powders with micron-nanometre size were obtained by high energy milling and then reduced at 280～400 ℃ with hydrogen. Oxygen in the reduced powder was determined and reduction rate was calculated. Influence of the iron oxide size and reduction temperature and time on reduction rate was found. Free energy of reductive reaction was worked out. Possibility of reduction of micron-nanometre ferric oxide powder at low temperature was analyzed and certified in consideration of thermodynamic. The results show that the free energy in standard condition of reaction from Fe2O3 to Fe3O4 is in minus value, so that the reaction will be done in a great potential force, while it is plus value when the reaction from Fe3O4 to Fe so that the reaction can not be done in standard condition. It must adjust divided pressure of the reduction gas to make the reaction free energy to be minus value for the reduction reaction to progress. The process of the reaction from Fe3O4 to Fe is a key step to control whole reduction reaction from Fe2O3 to Fe. It depends closely on temperature, gas pressure and status of ferric oxide powder in reduction reaction in uneven condition. Micron-nanometre ferric oxide powder with very high energy statue could prompt the reductive reaction from Fe3O4 to Fe to progress in a temperature lower than 400 ℃. Key words: reduction of ferric oxide powder; thermodynamic of reduction; high-energy milling; micron-nanometre iron powder
烧结矿低温还原粉化率
烧结矿低温还原粉化率
烧结矿低温还原粉化率是指在低温下将烧结矿进行还原，得到的粉状物的比例。
粉化率越高，表示烧结矿在低温还原过程中的还原性能越好，烧结矿中的铁矿石能够更充分地被还原为金属铁。
烧结矿低温还原粉化率受到多种因素的影响，包括还原反应温度、还原剂的选择、还原时间和还原条件等。
一般来说，较低的还原温度和较长的还原时间有助于提高粉化率。
此外，还原剂的选择也对粉化率有重要影响。
常用的还原剂包括焦炭、天然气、液化石油气等。
选择合适的还原剂可以提供足够的还原能力，促进烧结矿的低温还原。
烧结矿低温还原粉化率对于冶金工艺的选取和铁矿石的利用具有重要意义。
高粉化率的烧结矿可以提供更高品质的铁矿石原料，降低冶炼成本，并减少对高品位铁矿石的需求。
铁矿氧化球团气基直接低温还原粉化行为研究
铁矿氧化球团气基直接低温还原粉化行为研究黄柱成;赵立卓;易凌云;姜涛【摘要】铁矿氧化球团在还原过程中的破裂、粉化会严重影响生产的正常进行.研究了还原温度和还原气氛对氧化球团直接低温还原粉化性能及还原后球团抗压强度的影响,并以还原后球团内部的Leica DMRXP显微图片为依据,分析了球团的粉化行为.结果表明:气基直接还原温度从450℃提高到550℃,RDI +6.3和RDI+3.15下降、RDI-0 5上升,当还原温度进一步提高到600℃时,RDI+63和RDI+315开始回升、RDI-0 5开始降低；H2与H2+ CO的体积比升高1RDI +6.3和RDI+3.15上升、RDl-0.5显著下降；温度及气氛对还原球团抗压强度的影响规律与对低温还原粉化率的影响规律相反,即还原粉化率降低时抗压强度升高,还原粉化率升高时抗压强度降低.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】5页(P69-72,76)【关键词】还原气氛;还原温度;氧化球团;还原粉化;抗压强度【作者】黄柱成;赵立卓;易凌云;姜涛【作者单位】中南大学资源加工与生物工程学院;中南大学资源加工与生物工程学院;中南大学资源加工与生物工程学院;中南大学资源加工与生物工程学院【正文语种】中文非高炉炼铁是钢铁冶金新流程的前沿课题。
以煤制气为还原气的竖炉直接还原炼铁新工艺是天然气和焦煤资源不足的中国实现节能减排、低碳高效炼铁的重要途径［1-3］。
低温还原粉化是影响竖炉直接还原顺行的重要原因，其主要影响因素有原料的种类、化学组成、碱度及还原制度等［4］。
H.P.Pimenta等［5］通过对铁矿石低温还原粉化行为的研究，得出低温还原过程中气体成分的改变对炉料的显微结构及粉化性能影响显著的结论。
李福民等［6］认为，还原温度是影响粉化行为的主要因素;在相同还原温度下，炉料的低温还原粉化率随煤气中H2含量的增加而增加。
刘振等［7］得出了还原气体中CO含量的下降和H2含量的上升使还原粉化率明显下降的结论。
对烧结矿低温还原粉化及非氯环保型抑制剂的探讨 刘宏伟
对烧结矿低温还原粉化及非氯环保型抑制剂的探讨刘宏伟摘要：近年来，我国铁矿资源的市场需求量在逐渐增加，受供不应求机制影响，铁矿石供应数量与市场价格成反比，即数量越来越少，价格在逐渐升高。
本文分析了铁矿石在不同温度下发生的反应特征，探究非氯环保型抑制剂在这一环节中的抑制效果。
关键词：烧结矿；低温还原粉化；抑制剂前言：非氯环保型抑制剂受不同配置比例影响，所发挥的抑制效果不尽相同，合理配置下的抑制剂会有效改变烧结矿生结构，同时，会相应增加烧结矿的应用价值，提高烧结矿实用性。
本文对此展开分析，有利于提高铁矿资源利用率，有利于减少环境污染，无论是实践意义还是现实意义均十分显著。
1烧结矿低温还原粉化基本介绍1.1影响因素及原因低温还原程度受影响的因素主要有脉石成分、氧化铝、氧化镁、二氧化硅、氧化亚铁。
其中，氧化铝量增加后，低温还原程度也会相应增加，相关学者对此持一直看法；氧化镁适当增加数量不同学者对此持两种对立观点；二氧化硅目前不能得到具体结论，在影响方面还需深入探究[1]。
这一现象在500℃左右最为明显，但对于现象发生的具体原因尚未得出一致结论，有的学者认为是还原反应导致，还有的学者认为是析碳反应导致。
1.2有效抑制措施抑制低温还原粉化过程中，常利用外喷抑制剂法来实现，以此完成反应抑制活动。
首先，根据需要增加碱度。
由于烧结矿矿物结构单一，并且熔体表面存在较大张力，适当提高碱度能够优化烧结效果，并且还会对低温还原粉化有效改善。
然后，适当降低烧结温度。
将烧结温度控制在1200℃左右，这不仅能够降低反应应力，而且还会减少滋铁矿数量，进而会不同程度的抑制还原粉化现象。
最后，加强料层厚度。
这不仅会降低燃料消耗，而且还会相应增加燃烧强度，还原粉化指数会相应降低[2]。
2非氯环保型低温还原粉化抑制剂的研发2.1抑制剂研究基本现状现如今，抑制剂主要以氯化物为基本研究对象，相关学者以此展开具体分析，相关学者得出这样的研究结论，即氯化物浓度高低对抑制效果具有直接影响。
铁矿石低温还原粉化率的测定
实验条件
1 还原气体流量 在整个实验期间，还原气体的标准流量为15±1L/min
2 还原气体成分 CO 20%±0.5%，CO2 20%±0.5%，N2 60±0.5%%
3 实验温度 500±10℃
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实验仪器、设备
1 还原实验仪器、设备
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实验仪器、设备
2 转鼓实验仪器、设备
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实验步骤
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误差要求
1.允许误差 ①入得鼓大试于样1.量0%m，0和即转鼓后筛分分级总出量（m1+m2+m3）之差不
m0 (m1 m2 m3) 100%＜1.0% m0
若试样损失量大于1.5%时作废。
②若采用双试样,则
两次强度指数差值 RDL6.3 1.4%(绝对值) 两次粉化指数差值 RDL0.5 0.8%(绝对值)
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• 2.2 内应力 烧结矿是多种矿物的集合体，冷却过程中，由于不
同矿物的冷缩系数不同而产生的应力，往往在烧结矿中强 度较低的部位产生裂纹。温度较低时，烧结矿性脆，还原 过程产生的内应力引起应变，烧结矿耐不住这种应变，边 产生新的裂纹，并使原有的裂纹扩张，致使烧结矿粉碎。
还原过程中内应力主要是由于铁矿石逐级还原时体 积膨胀引起的。赤铁矿逐级还原时体积的变化如下：
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实验原理
• 还原粉化指数：表示还原后的铁矿石通过转鼓后的指数。 分别用筛分得到的6.3mm，3.15mm，0.5mm的物料质量和试 样转鼓前的总质量之比，用百分数表示。
• 在固定床中，500℃下，用CO 20%，CO2 20%，N2 60%组成 的还原气体进行还原，还原60min后，将试样冷却到100℃ 以下，用小转鼓转300转。再用规格为6.3mm，3.15mm及 0.5mm的方孔筛进行筛分，用还原粉化表示铁矿石的粉化 程度。
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低温还原粉化性(reduction disintegration property)铁矿石(烧结矿及球团矿)在低温还原过程中发生碎裂粉化的特性。
在高炉炼铁过程中，当铁矿石进入高炉后，炉料下降到400～600℃的区间，在这里受到来自高炉下部的煤气的还原作用，会发生不同程度的碎裂粉化。
严重时则影响高炉上部料柱的透气性，破坏炉况顺行。
铁矿石这种性能的强弱以低温还原粉化指数(RDI)来表示，或称LTB(Low Temperature Break-down)。
粉化原因及影响因素低温还原粉化的根本原因是矿石中的Fe2O3。
在低温(400～600℃)还原时，由赤铁矿变成磁铁矿发生了晶格的变化，前者为三方晶系六方晶格，而后者为等轴晶系立方晶格，还原造成了晶格的扭曲，产生极大的内应力，导致铁矿石在机械力作用下碎裂粉化。
影响铁矿石(烧结矿及球团矿)低温还原粉化性能的因素有矿石的种类、Fe2O3的结晶形态、人造富矿的碱度、还原温度及铁矿石中的其他元素的含量。
矿石的种类以赤铁矿粉为原料的烧结矿RDI，较高；以磁铁矿粉为原料的烧结矿RDI，较低。
例如：烧结原料中澳大利亚赤铁矿配加量由43.5％增加到60.6％时，烧结矿的RDI值由31.36％提高到38.08％。
德国K．格勒勃等研究表明：在烧结矿中碱度、脉石含量及机械应力相同的条件下，烧结矿中Fe。
0。
(包括原始及次生Fe2O3)含量与RDI有密切的关系，Fe2O3含量愈高，则RDI愈高。
Fe2O3的结晶形态Fe2O3结晶形态的差异能引起RDI较大的变化。
结晶良好的天然Fe2O3，RDI一般在30％以下(按日本钢铁厂方法检验，以下同)；天然磁铁矿氧化焙烧成的Fe2O3的结晶，焙烧初期呈线状，RDI为22.4％，焙烧后期呈多晶状，RDI为10.3％；焙烧良好的球团矿，其中的Fe2O3大部分是斑状，RDI较低，酸性球团矿RDI为34.1％，自熔性球团矿为3.1％；烧结矿中的Fe2O3，如斑状结晶体RDI较低，但当磁铁矿原料高温烧结后，在降温初期Fe3O4迅速再氧化成Fe2O3，内部尚包裹着Fe3O4、硅酸盐玻璃质、CaO•Fe2O3，它的晶体外形多为菱形的骸晶状Fe2O3，具有最高的RDI。
由于矿物内外还原速度和膨胀情况的不同，导致所生成的烧结矿产生许多裂纹，造成更大的碎裂粉化。
烧结矿的碱度烧结矿的RDI一般随着烧结矿碱度提高而降低，因为烧结矿碱度提高，烧结矿中Fe2O3含量下降，因之RDI也降低，由于烧结矿本身的强度随着烧结矿碱度而变化，一般在碱度1.5时出现强度衰弱区，因而也导致在该碱度条件下烧结矿的RDI出现低值。
还原温度和还原时间烧结矿和球团矿的RDI随着还原温度变化而变化。
一般在400～600℃有一个峰值，温度低于或高于此值，RDI都降低，因为在此温度范围内αFe2O3很快还原为γFe2O3，低于此温度生成的γFe2O3很少；高于此温度，Fe2O3很快还原为Fe x O，使粉化减轻。
此外，在400～600℃温度范围内，碳素析出反应剧烈(2CO=CO2+C)，促使粉化更加严重。
用H2气体作还原剂时，烧结矿的RDI较低。
矿石的RDI还随着还原时间延长而增加，但30～40mln后增加速度开始缓慢。
(图1)烧结矿中脉石成分烧结矿的一些脉石成分如CaO、MgO、Al2O3。
、FeO、TiO2对烧结矿的RDI，都有一定的影响。
烧结矿中CaO、MgO、FeO含量高，则烧结矿RDI低；Al2O3、TiO2高则RDI升高。
研究表明：赤铁矿转变为磁铁矿的相变温度(T HM)对于次生赤铁矿的形成起重要作用。
凡某种成分能提高T HM，则有助于次生赤铁矿的生成；凡能降低T HM的成分，则不利于次生赤铁矿生成。
CaO、MgO能降低T HM，减少次生赤铁矿生成，降低烧结矿RDI；TiO2刚好相反，它使RDI升高。
Al2O3可使烧结矿液相黏度增加，未还原的和残余的赤铁矿含量增加，烧结矿的RDl上升。
烧结矿中FeO高，烧结温度高，烧结矿中残余赤铁矿降低，RDI降低。
此外，碱金属对RDI有很不利的影响。
检验方法铁矿石低温还原粉化性的强弱已有国际标准化组织(ISO)制订的“铁矿石-低温粉化试验-静态还原后使用冷转鼓的方法”以及各国制订的方法进行检验，这些方法大同小异，可分为静态检验和动态检验法。
静态检验法静态检验法主要有以下3种：(1)ISO检验方法。
(ISO4696—1984)检验设备与测定铁矿石还原性的设备相同。
试样粒度为10～12.5mm、质量为500g。
在还原煤气成分为CO20％，CO220％，H22％及N258％，允许杂质含量O2<0.1％、H2O<0.2％，流量为20IL／min，温度为500℃±10℃的条件下还原60min，在N2气中冷却。
把还原后的试样全部装入小转鼓(φ130mm×200mm)内进行检验，该转鼓内有两个高20mm的挡板，以30r／min的速度旋转10min，将转后的试样进行筛分，以+6.3mm，+3.15mm，-0.5mm级的质量与还原后入转鼓的试样总质量之百分比作为评价标准。
分别以RDI+6.3，RDI+3.15以及RDI-0.5表示还原粉化指数。
(2)日本钢铁厂的检验方法。
先将试样在还原性检验装置(见铁矿石还原性)中进行还原试验。
试样粒度：矿石、烧结矿为19～22.4mm，球团矿为10～12.5mm，质量500g，在还原煤气成分为CO30％、N270％，流量为15L／min，温度为500℃的条件下还原30min。
然后把还原后的试样装入标准转鼓(φ130mm×200mm)，以30r／min速度转动30min后对试样进行筛分，以小于3mm粒级的质量与还原后入转鼓前试样总质量之比的百分数作为低温还原粉化率，以RDI(<3mm)表示。
(3)中国国家标准(GB／T13242—91)检验方法所使用的装置及工艺参数，与铁矿石还原性检测方法基本相同。
但还原温度为500℃±10℃，还原时间为60min，还原气体成分为CO20％，CO220％，N260％；H2的浓度<0.2％或2.O％。
还原后试样通入N2冷却，然后全部装入小转鼓(φ130mm×200mm)内，以30r／min的转速转动10min，将转鼓后的试样进行筛分，以+6.3mm、+3.15mm、-0.5mm粒级的质量与还原后入鼓的试样总质量之比的百分数作为还原粉化指数。
在评定时以RDI+3.15作为考核指标，RDI+6.3和RDI-0.5只作为参考指标。
动态检验方法动态检验法主要有以下3种：(1)国际标准化组织检验方法(ISO／DP4697)，使用标准转鼓(φ130mm×200mm)，内设4个挡板(高20mm，厚2mm)；(图2)试样粒度10～12.5mm，质量500g，在还原气体成分为CO20％、CO220％、H22％及N258％，允许杂质含量为O2<0.1％、H2O<0.2％，流量20L／min，温度为500℃的条件下，以10r／min的转速回转，还原60min后，以N2气冷却。
将还原后的试样进行筛分，评价标准与静态法相同。
(2)德国奥特弗莱森(Othfresen)研究协会检验方法。
使用非标准转鼓(φ150mm×500mm)，内有4个挡板(高20mm)，．转鼓速度10r／mln。
试样粒度：烧结矿12.5～16mm，矿石和球团矿10～12.5mm；还原气体成分为CO24％、CO216％、N260％，流量15L／min，其他作业参数和粉化指数表示法，与ISO／DP4697相同。
(3)前苏联国家标准检验方法(ROCT19575—84)。
使用非标准转鼓(φ145mm×500mm)，内有4个挡板(高20mm)，置于长1100mm，内径240mm的电炉内，转鼓转速10r／min。
试样粒度10～15mm，质量500g，还原气体成分为CO5％及N265％，允许杂质含量为H20.5％、O20．1％和H2O0．2％，流量15L/min。
采用升温加热制度：开始以15℃／min升温至600℃，共40min，以后以1．43℃／min升温至800℃，共2h20min。
以小于10mm、5～0.5mm和小于0．5mm粒级的质量分别与试样总质量之百分比作为还原强度指数、还原粉化指数及还原磨损指数。
静态与动态检验方法的比较静态法在设备上可与还原性检验方法使用同一装置，转鼓检验在常温条件下进行，工作条件好，容易密封；在操作上还原反应管温度分布均匀，温度测量点更接近实际，试验结果稳定误差较小。
动态法的优点是还原与转鼓在同一装置内完成，操作简单。
两种方法的检验结果具有密切相关关系，然而不论静态或动态法的检验结果只具有相对意义，与高炉内实际取样的结果有定性的相关关系，但绝对值相差甚大。
1980年中国包头钢铁公司55m3高炉炉身取样表明：太原钢铁公司烧结矿的低温还原粉化率(<3mm)为9.89％，包头钢铁公司烧结矿为8.41％，而按日本钢铁厂检验方法检验所得R1w值分别为27.1％及21.9％。
升温法所得的还原粉化率比通行的恒温法更接近于生产实际。
对高炉冶炼的影响日本广烟厂3号高炉1968年曾统计烧结矿RD，对高炉作业指标的影响(图3)。
德国蒂森(Thyssen)公司8号高炉以低温还原粉化率高的球团矿(RDI+6.343％，RDI-0.538.1％)代替烧结矿，生铁产量下降25％，燃料消耗自520kg／t增加到584kg／t。
法国索尔梅(SOLMER)福斯厂(FOS•SurMer)2490m3高炉生产实践证明：当炉料中RDI上升7.2％，高炉炉墙边缘ηCO下降0.018；焦比上升4kg。
各厂对入高炉铁矿石的低温还原粉化率都有相应的规定。
多数厂规定烧结矿RDI-3.0<35％或RDI+6.3>65％，RDI-0.5<15％。
降低铁矿石低温还原粉化率的方法有：改变烧结原料配比以降低赤铁矿比例及降低含Al2O3、TiO2、K2O+Na2O高的原料；提高烧结矿的碱度及MgO含量；实现低温烧结工艺防止骸晶状菱形赤铁矿的生成；使用卤化物处理烧结矿及球团矿等。