不同位置燒結礦礦物組成及顯微結構的研究與分析

秦華偉 周永平

（安陽鋼鐵股份有限公司）

0 前言

燒結礦是由多種礦物組成的復合體，不同的原料、不同的配礦方案、不同的燒結工藝參數控制得出的燒結礦礦物組分大不一樣，燒結礦生產過程中的各種工藝條件必然影響燒結礦的礦物組成及其微觀結構[1]， 燒結礦質量的穩定與否更是關系到高爐順行的關鍵點。在垂直方向上不同位置橫截面燒結礦的差異性也比較大,開展這方面的研究有助于我們掌握不同的燒結過程，幫助我們判斷燒結礦的性能和質量，有助于燒結礦質量的進一步改善。

1 安鋼在用原料的理化性質

試驗所用樣品全部取自現場，經烘干制樣送化驗室分析，得出的安鋼在用鐵礦石的理化性質見表1。

表1 安鋼在用鐵礦石化學成分 %

從表1可以看出，D礦、E礦燒損較大，屬于含結晶水較多的褐鐵礦，F礦、G礦屬于赤鐵礦但也有少部分的褐鐵礦，H礦屬于致密型赤鐵礦，A礦屬于磁鐵礦，C礦的MgO、Al2O3含量都較高。

2 基礎特性試驗

試驗以在氮氣氣氛下的焙燒過程模擬實際燒結過程的燃燒帶及其以前部分，以在空氣氣氛下的焙燒過程模擬相應的高溫氧化帶及其以后部分。試樣的同化性[2]以“同化溫度”表示，試樣的液相流動性以“流動性指數”表示。試驗結果見表2。

表2 試驗結果

從表2可以看出，D礦、E礦和G礦的同化溫度較低，同化性能較好，其中D礦的同化溫度不到1 200 ℃，僅1 166 ℃，這可能與三種礦的燒損大、結晶水含量高有直接關系；在液相流動性[3]方面，E礦優于D礦，分別為5.33和4.93，這可能與其硅含量相對其他礦而言要大有關。

3 燒結杯試驗

安鋼燒結的配礦[4]結構以赤鐵礦為主，配加一定比例的巴西礦或南非礦和百分之三十左右的褐鐵礦，再配加一定比例的俄羅斯高鎂或國內精粉。以赤鐵礦為主要比例，是為了滿足鐵酸鈣的生成需求；配加一定比例的致密巴西礦或南非礦，是為了形成骨架和核心的非均質體；配加褐鐵礦，既滿足了燒結要求，又降低了配礦成本；配加少量的精礦有利于提高燒結礦的致密度和強度，改善粘結條件。燒結杯試驗配比見表3，燒結礦成分見表4，燒結礦指標見表5。

表3 試驗配比 %

表4 燒結礦成分 %

表5 燒結礦指標 %

從表5可以看出，該配比下的燒結時間為37分20秒，燒結速度一般；轉鼓強度為71.2%，較好；固體燃耗為72.55%，偏高；適宜水分為8.2%。

4 礦物組成與分析

燒結完成后，將燒結完成的燒結杯試驗樣品取下，橫倒在地面上，然后分別在在燒結料柱上、中、下三個截面進行取樣，將所取樣進行破碎篩分，隨機取轉鼓樣5～6塊作為試樣，進行礦物組成的分析。由于燒結礦的礦物分布極不均勻，各礦物之間交織緊密，較為復雜，礦相分析[5]需考慮到礦物組成和礦物之間顯微組織結構分析，所以多采用目估分析法。這樣的話，礦物組成雖有一定的誤差，但卻可清晰地觀察到各礦物之間的顯微組織結構關系。各截面燒結礦的礦物組成見表6。

表6 各截面燒結礦礦物組成 %

從表6可以看出，上層燒結礦為正常的燒結礦組分，主要礦物為磁鐵礦、鐵酸鈣和赤鐵礦，其次是玻璃相和硅酸二鈣，脈石、熔劑殘余較少；中層燒結礦的主要礦物為磁鐵礦、鐵酸鈣和赤鐵礦（再生赤鐵礦較多），硅酸鹽粘結相較多；下層燒結的主要礦物為磁鐵礦和原生赤鐵礦，鐵酸鈣較少，殘余脈石和其他成分較多，玻璃相起主要粘結作用。

5 燒結礦微觀結構

將樣品進行4道磨制（粗磨至細磨），磨制后進行拋光，制成光片，再將制作好的試樣在顯微鏡下進行燒結礦微觀結構分析[6]，分析結果分別如圖1、圖2和圖3所示。

從圖1可以看出，該部分燒結礦為正常的低溫高堿度燒結礦，組織結構較為均勻。多數磁鐵礦與鐵酸鈣形成交織熔蝕結構，鐵酸鈣為樹枝狀和針狀；一些磁鐵礦與鐵酸鈣形成熔蝕結構，鐵酸鈣為片狀和柱狀；赤鐵礦多為為原生赤鐵礦，部分為再生赤鐵礦，并發生骸晶菱形化，形成骸晶結構；部分磁鐵礦與玻璃相形成粒狀結構。鐵酸鈣為主要粘結相，玻璃相起輔助粘結作用。

圖1 上層燒結礦礦顯微結構；反光

圖2 中層燒結礦礦顯微結構；反光

圖3 下層燒結礦礦顯微結構；反光

從圖2可以看出，該層結構礦物以磁鐵礦和鐵酸鈣為主，再生赤鐵礦和共晶組織明顯增多，顯微結構為交織熔蝕和熔蝕結構；磁鐵礦多以粒狀結構存在，中間被玻璃相填充，且在磁鐵礦的解離縫中有再生赤鐵礦存在。這可能由于該部分燒結礦在高溫狀態下冷卻下來，冷卻速度快，許多礦物來不及析出，粘結相來不及結晶，所以出現較多結晶不完善的礦物。

從圖3可以看出，該層礦物主要為赤鐵礦和磁鐵礦，粘結相較少，未熔礦石較多，發生了部分固結反應。赤鐵礦一部分為大粒原生的，經過燒結固結，晶粒變大形成連晶，結構較為致密；一部分為脫去結晶水后孔洞被玻璃相填充的褐鐵礦，結構疏松多孔；部分褐鐵礦脫去結晶水后形成較多的縫隙裂紋，由于固結反應不充分，自行愈合的較少，這種結構在該層廣泛分布。磁鐵礦多為散粒狀結構，中間分布少部分硅酸鹽粘結相。少數區域為磁鐵礦和赤鐵礦形成的斑狀結構。交織熔蝕結構和熔蝕結構較少。

6 結論

（1）D礦、E礦和G礦的同化溫度較低，同化性能較好，其中D礦的同化溫度不到1 200 ℃，僅1 166 ℃；在液相流動性方面，E礦優于D礦，分別為5.33和4.93；在燒結配礦中可以讓D礦搭配一些同化性較差的礦種。

（2）在礦物組成上，上層燒結礦主要礦物為磁鐵礦、鐵酸鈣和赤鐵礦，其次是玻璃相和硅酸二鈣，脈石、熔劑殘余較少；中層燒結礦主要礦物為磁鐵礦、鐵酸鈣和赤鐵礦（再生赤鐵礦較多），硅酸鹽粘結相較多；下層燒結主要礦物為磁鐵礦和原生赤鐵礦，鐵酸鈣較少，殘余脈石和其他成分較多，玻璃相起主要粘結作用。

（3）上層燒結礦屬于正常燒結礦，表層較脆，燒結強度不好，但是礦物組成和微觀結構與正常燒結礦幾乎在同一水平；中層燒結礦基本完成了燒結過程，各礦物結晶還不夠完善，礦物種類也較復雜；下層燒結礦多是未熔礦石，其微觀結構主要有赤鐵礦互連晶結構、磁鐵礦互連晶結構以及赤鐵礦和磁鐵礦的斑狀結構。

（4）在生產實踐中，要注意控制點火，防止燒結表面過熔化；加強臺車邊緣部分的布料，減少邊緣效益，提高成品率。

6 參文考獻

［1］劉杰，周明順，翟立委，等. 鞍鋼燒結礦的礦物組成和礦相結構研究［J］.燒結球團，2012，37（6）：1-4．

［2］尚策，周明順，沈峰滿，等．鞍鋼鐵礦石燒結基礎性能研究［J］.東北大學學報(自然科學版)，2009（8）：1139～1142.

［3］秦華偉，郭軍偉，龍防.安鋼常用鐵精礦粉液相流動性試驗研究［J］.燒結球團，2019，44（1）：14-17.

［4］許滿興，張天啟．鐵礦石優化配礦實用技術［M］．北京：冶金工業出版社，2017：5-61．

［5］秦華偉，黎應君，劉琪.安鋼燒結礦礦相研究與分析［J］.河南冶金，2016，24（3）：8-10.

［6］趙種花．鐵礦燒結礦礦相顯微圖像識別系統的研究與開發［D］．長沙：中南工業大學，2010．