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FeO对钒钛烧结矿产质量影响的研究
FeO对钒钛烧结矿产质量影响的研究
甘 勤1 何木光2 何 群1
（11攀枝花钢铁研究院 21攀钢炼铁厂）
摘 要 针对攀钢目前的烧结生产情况,在实验室进行了FeO对钒钛烧结矿产、质量影
响的试验研究。
结果表明,在烧结矿FeO含量4134%～8144%的范围内,随着FeO含量增
加,烧结矿转鼓强度和成品率提高,产量上升,冶金性能改善;当烧结矿FeO含量>9137%后,
烧结矿的产质量均呈下降趋势。
从目前攀钢的生产条件来看,钒钛烧结矿FeO含量的控制范
围以7124%～8144%为宜。
关键词 FeO 钒钛烧结矿 产量 质量 冶金性能
1 前 言
FeO含量是评价烧结矿质量的重要指标之
一,它直接影响到烧结矿的机械强度、还原性
等,对高炉冶炼的技术经济指标具有重大的影
响。
不同原料、工艺和设备条件下FeO对烧结
矿产、质量的影响及其适宜的控制范围,是国内
外钢铁企业长期以来十分关注的问题。
攀钢高钛型钒钛磁铁精矿虽然FeO含量很
高（>30%）,但由于混合料配碳低,烧结矿中的
FeO含量却不高,投产初期为9171%,目前在
715%左右,在国内处于较低水平。
针对攀钢钒
钛烧结矿TiO2、Al2O3、MgO含量高,SiO2含量
低的特点,攀钢曾进行过FeO对钒钛磁铁精矿
烧结影响的研究[1]。
然而,近年来随着生产的
发展,攀钢烧结条件发生了很大的变化,高品位
富矿粉配比增加、攀精矿配比减少后,烧结矿中
TiO2从11%以上降到7%～8%,MgO从310%
～410%降到215%左右,碱度从1170提高到
2145左右,料层也有较大提高,这就使得过去试
验结果的适用性受到较大的限制。
因此,在新
的生产条件下研究FeO对钒钛烧结矿产质量的
影响及其适宜的控制范围,对指导攀钢烧结生
产具有十分重要的意义。
2 原、燃料条件
试验用原料、燃料全部取自生产现场。
各
种原、燃料的化学成分见表1。
表1 原、燃料主要化学成分（%）
原料名称TFeFeOSiO2CaOAl2O3MgOV2O5TiO2PSIg
攀精矿521593317131901115412731210156912190010100165-1130
高攀精541403311921720191319021950158512189010050167-1159
澳矿62155017723180011093142011--01040010102140
混匀粉5614514157175214311961172--0108101191105
中加粉521352151412301932318501682--01095010532136
高褐粉55150<01531942102017492160<011<01101018010799113
石灰石110521511011501011010240174
生石灰1120871500152120101101019167
焦粉C固80138V2142A1617201561
14
烧结球团
SinteringandPelletizing
第34卷 第1期
2009年2月
3 试验方法
烧结试验在Á300×800mm的烧结杯中进
行。
试验配料以目前攀钢生产配料为基准:
铁
精矿为攀精矿,进口矿采用现场经常使用的澳
矿粉,再配加国内中加粉、混匀粉;烧结矿
TFe4910±015%,碱度214±0105,混合料水分
为712±011%,生石灰配比固定为710%,通过
改变焦粉配比来调整烧结矿的FeO含量。
FeO
含量的选择参照目前国内外烧结矿的成分,以
及在攀钢原料条件下可能达到的范围,确定为
415%、515%、615%、715%、815%、915%、
1015%、1115%、1215%九个试验点。
烧结矿低温还原粉化性能的测定按
GB13242-91进行,还原气体组成为CO30%+
N270%,取-3115mm粒级的重量百分数作为
低温还原粉化指数（RDI）;中温还原性能测定按
GB13244-91进行,还原气体组成为CO30%+
N270%,取180min时的还原度为还原度指数
（RI）。
烧结矿熔滴性能测定在铁矿石软熔滴落装
置中进行。
试样在Ar2保护下升温至900℃时
改通还原气体（CO∶N2=30∶70）,流量为10L/
min。
升温速度:
<900℃为10℃/min,900～
1000℃为2℃/min,>1000℃为3～4℃/
min;荷重为110kg/cm2。
以试样收缩10%和
40%时温度为开始软化温度（Ta）和软化终了温
度（Tb）,以开始熔融（△Ps=50×918Pa）时的温
度为开始熔融温度（Ts）。
为了更好地衡量炉料
的熔滴性能,引入了熔滴性能总特性值（S）的概
念,S值越小,熔滴性能越好。
其计算式为[2]:
S=∫Td
Ts
（ΔPm-ΔPs）·dT
（1）
式中:
Ts—开始熔融温度,℃;
Td—开始滴落温度,℃;
ΔPs—开始熔融时压差,50×918Pa;
ΔPm—最大压差,Pa。
4 试验结果与分析
411 FeO对转鼓强度和成品率的影响
FeO对钒钛烧结矿转鼓指数和成品率的影
响如图1所示。
从图1中可见,FeO对钒钛烧结
矿转鼓指数和成品率有较大的影响。
FeO含量
为4134%时,烧结矿的转鼓指数和成品率均较
低,转鼓指数仅为73133%,成品率仅57104%;
此后随着FeO含量升高,烧结矿的转鼓强度和
成品率逐渐提高。
FeO含量≤8144%时提高较
快;8144%～9137%时增幅则趋于平缓;当FeO
=9137%时,转鼓强度和成品率达到最大值;当
FeO含量>9137%时,随FeO含量继续增加,烧
结矿的转鼓强度和成品率则逐渐下降。
值得注意的是,与过去的研究相比[1],本次
试验烧结矿的转鼓强度和成品率随着FeO含量
增加而提高的幅度明显减小,原因是在目前的
高碱度条件下,铁酸钙含量比过去有了较大增
加,铁酸钙已成为烧结矿强度提高的主要因素,
而FeO含量的影响相对减弱。
图1 FeO与强度、成品率的关系
岩相分析表明:
FeO含量在4134%～
5139%时,由于烧结温度不足,烧结矿矿物晶体
不能发育长大,基本上是由表面熔融后的混合
料小球之间粘接而成,主要物相钛磁铁矿和钛
赤铁矿处于连晶程度较差的半自形和它形粒状
结构,硅酸盐粘结相未能充分均匀地形成,烧结
矿宏观结构呈不规则多孔薄壁疏松状,石灰白
点较多,因而强度较差;当FeO含量为6159%～
9137%时,随着配碳提高,烧结矿FeO含量上
升,烧结热量充足,矿物晶体发育情况逐渐变
好,结晶比较完善,钛磁铁矿与钛赤铁矿形成连
晶结构,其间被铁酸盐相所包围,硅酸盐和铁酸
盐相形成的熔融致密层较多,且各种矿物分布
2009年第1期甘 勤等 FeO对钒钛烧结矿产质量影响的研究15
均匀,尤其是在FeO含量为9137%的烧结矿中
这种结构特征更为明显,故强度最好;当FeO含
量≥10157%时,由于配碳过高,烧结矿过熔,铁
矿物与铁酸盐、硅酸盐相等产生大量的熔融层,
形成大孔薄壁结构,另外由于还原性气氛增强,
烧结温度高,铁酸钙含量减少,性脆的钙钛矿增
加（见表2）,因此,烧结矿的强度变差。
表2 烧结矿的矿物组成及体积含量（%）
编号FeO钛赤铁矿钛磁铁矿铁酸钙玻璃相钙钛矿硅酸盐相磁黄铁矿游离CaO硅酸二钙
F-1413425～2628～3120～24174～50151～11013～14偶见1～21～2
F-2513924～2530～341912～22164～5015～11214～15偶见1～21～2
F-3615924～2531～351813～21173～4015～11214～15偶见1～21～2
F-471242317～2433～361715～20153～316017～11315～16偶见1～1171～2
F-581442215～233617～381615～183～311018～11515～1615011～012017～11～212
F-6913721～2238～411215～1715218～3112～11816～1715011～012015～11～2
F-71015720～213915～421014～172～215114～21017～1812013～014014～0181～2
F-81114218～2040～431714～17118～210116～2121715～19015～016013～0161～2
F-91313517～1941～441213～1617117～119117～2131813～1915017～018012～0151～2
412 FeO对烧结速度和产量的影响
由图2可知,当FeO含量为4134%～
8144%时,随FeO含量增加,虽然垂直烧结速度
下降,但由于烧结矿强度和成品率增加的幅度
较大,故利用系数呈上升趋势,FeO含量为
8144%时利用系数最高;当FeO含量为8144%
～9137%时,由于烧结矿强度和成品率增加幅
度减小,而垂直烧结速度持续下降,故烧结利用
系数开始下降;当FeO含量>9137%时,由于烧
结温度过高,烧结料层过熔,料层阻力升高,垂
直烧结速度下降加快,同时,烧结矿强度和成品
率有所降低,因此,烧结利用系数下降幅度增加。
413 FeO对烧结矿贮存性能的影响
从表3可见,随着FeO含量增加,烧结矿的
贮存粉化率降低,即贮存性能变好,这与普通高
图2 FeO与烧结速度、利用系数的关系
硅烧结矿的变化规律有所不同[3～4]。
原因是钒
钛烧结矿中生成的在冷却过程中引起相变和体
积变化的硅酸二钙（2CaO·SiO2）量较少,其贮存
粉化的原因主要是残余游离CaO吸水膨胀所
致,而游离CaO随着烧结矿FeO含量增加而减
少（见表2）。
此外,随着FeO含量增加,烧结矿
强度提高,也有利于抑制贮存过程中产生粉化。
表3 不同FeO含量烧结矿的贮存性能（<5mm）测定结果（%）
贮存天数F2（FeO5139%）F3（FeO6159%）F4（FeO7124%）F5（FeO8144%）F6（FeO9137%）F7（FeO10157%）
4113211241107019801830169
7219821652132211311751151
11412741103186315431283109
414 FeO对含硫量的影响
从表4可见,随FeO含量升高,烧结矿的含
硫量增加。
FeO含量为4134%时S为01022%,
FeO含量为7124%、13135%时S含量上升至
01033%、01058%。
因为FeO含量高,相应的烧
结料层温度也高,生成的液相量多,使烧结矿中
的硫来不及完全氧化即被液相包裹,阻碍了氧
与硫的接触;另一方面,燃料增加,带入的硫也
增加,且还原性气氛增强,不利于硫的氧化。
据
岩相分析及镜下观察:
在FeO含量≤7124%的
烧结矿中偶见磁黄铁矿,而FeO含量为8144%
的烧结矿中已有少量磁黄铁矿呈星点状分布,
16烧结球团第34卷 第1期
局部区域达到012%,FeO含量为9137%～
13135%的烧结矿中,磁黄铁矿分布更为密集,
局部可达018%（见表2）。
因此,从脱硫的角度
看,烧结矿的FeO含量应低些。
表4 不同FeO含量的烧结矿主要化学成分（%）
编号FeOSTFeCaOSiO2Al2O3MgOV2O5TiO2R
F141340102248125111985102312021210135171492139
F251390102648100121195110310921130133071492139
F361590102848175111975103311521370134061952138
F471240103348125121265109311221110133171192141
F581440103548150111925101312021100135161962138
F691370104248144121255107311521210135371452142
F7101570104648138121245110219021210131371192140
F8111420104948156121145108219821220132171372139
F9131350105848113121255113310921440134671562140
415 FeO对低温还原粉化性能的影响
FeO对钒钛烧结矿低温还原粉化率的影响
见表5。
从表中可见,随着烧结矿FeO含量增
加,低温还原粉化率降低。
当FeO从4134%提
高到6159%、7124、8144%、9137%时,烧结矿的
低温还原粉化率由84191%分别降至65127%、
61122%、59176%、57191%,即FeO每提高1%,
低温还原粉化率降低5个百分点左右。
由于在
4134%～7124%区域随着FeO提高烧结矿强度
提高的幅度最大,还原过程中抗粉化的能力大
幅度增强,因此该区域低温还原粉化率降低最
为明显。
FeO为10157%～13135%时,随着
FeO提高RDI-3115略有上升。
随着烧结矿FeO含量上升,钛赤铁矿含量
减少,硅酸盐粘结相含量增加（见表2）。
由于骸
晶状菱形赤铁矿在还原成立方体的磁铁矿时发
生的体积膨胀是造成烧结矿低温还原粉化的主
要原因,而硅酸盐粘结相有利于吸收还原过程
中赤铁矿的还原相变应力,因此,随着FeO含量
增加,烧结矿低温还原粉化率降低。
416 FeO对还原性能的影响
FeO对钒钛烧结矿还原性能的影响见表5。
从表中可见,随着FeO含量上升,烧结矿的还原
度下降。
FeO含量在4134%～8144%时,还原
度下降幅度相对较小,FeO含量每上升1个百
分点,还原度平均下降1141个百分点左右;当
FeO>8144%时还原度下降幅度明显增加,FeO
含量每提高1个百分点,还原度平均下降2103
个百分点。
表5 不同FeO烧结矿还原性与低温还原粉化性试验结果
编号
低温还原后的粒度组成/%
>613mm613～3115mm3115～015mm<015mm
RDI-3115/%RI/%FeO/%
F1210413105661291816284191861754134
F2612218193571311715474185841445139
F3101532412501921413565127831326159
F4161422133471651316261127821617124
F5201341919461211315559176801948144
F62118820121461891110257191761829137
F72316722104441539176541297315310157
F822176221424411610166541827212611142
F923115211724510410109551137019813135
还原性的好坏主要取决于烧结矿的矿物组
成和显微结构。
矿相分析表明,钒钛烧结矿中
的FeO主要赋存在钛磁铁矿[mFeO·Fe2O3·
n（FeO·TiO2）]、钛铁矿（FeO·TiO2）、钛铁晶石
2009年第1期甘 勤等 FeO对钒钛烧结矿产质量影响的研究17
（2FeO·TiO2）、以及钛辉石和钙铁橄榄石（FeO·
CaO·SiO2）等硅酸盐类矿物中。
因此,随着FeO
含量增加,烧结矿中难还原的钛磁铁矿、硅酸盐
相、钛铁晶石增多,而容易还原的钛赤铁矿、铁
酸盐等矿物减少（见表2）。
另外,FeO含量增
加,烧结温度升高,液相量增加,烧结矿的结构
变得致密,气孔率下降,也使烧结矿的还原性
降低。
417 FeO对软熔滴落性能的影响
对部分烧结矿样进行了软熔滴落性能测
定,结果见表6。
从中可见,随着FeO含量增加,
烧结矿的软化开始温度（Ta）和熔化开始温度
（Tb）下降,软化温区（ΔTba）和熔滴温区（Tds）变
宽,滴落带变厚,最高压差（ΔPmax）上升,熔滴温
度（Td）略有降低,熔滴性能总特性值（S）增大。
当FeO含量从4134%增加到7124%、9137%
时,软化开始温度分别下降18℃、33℃,熔化开
始温度分别下降10℃、18℃,软化温度区间分
别增加8℃、15℃,熔滴温度区间增加13℃、
20℃,熔滴温度降低5℃、10℃,最高压差上升
686Pa、1176Pa。
显然,随着FeO含量增加,烧
结矿的软熔滴落性能变差。
表6 烧结矿软、熔滴落性能测定结果
试样
编号
FeO
/%
软化性能/℃熔滴性能/℃滴落带/mm
TaTbΔTbaTsTdΔTdsΔPmax/PaABH
总特性
值（S）
F141341223131087132514521275684377639659
F251391218130789132014501305880397839700
F361591212130593131314501376174387739778
F471241205130095130714471406370367640823
F581441198129698130014451456664347844895
F6913711901292102129514421476860327947936
F81114211801287107129014401507056327947985
烧结矿在升温还原过程中的软熔滴落温度
主要取决于其在此过程中产生的低熔点矿物数
量。
低熔点矿物形成的温度低、数量多,烧结矿
的软熔温度就低;反之,软熔温度就高。
在软熔
过程中,烧结矿原始的FeO有两种去向[5]:
一是
被还原成金属铁;二是与脉石结合,形成低熔点
液相。
由于随着FeO含量增加,烧结矿的还原
性下降,使渣相中FeO含量升高（见表7）,FeO
与脉石结合形成的低熔点物质增加,从而导致
渣相熔点降低,软熔带增厚,透气性下降,软熔
性能变差。
表7 滴落渣中FeO与烧结矿中FeO的关系
编号F1F4F6F8
烧结矿FeO/%41347124913711142
渣中FeO/%1199316751926182
5 烧结矿适宜的FeO含量
适宜的烧结矿FeO含量必须从烧结和高炉
冶炼两方面综合考虑。
在诸多指标中,应优先
考虑烧结矿的强度、产量、固体燃耗、还原性、低
温还原粉化性,同时也要兼顾烧结矿的含硫量、
软熔滴落性能等。
从以上试验结果可知,在目前攀钢烧结条
件下,FeO<7124%时,烧结温度不足,硅酸盐粘
结相少,虽然Fe2O3含量高还原性好,但烧结矿
的强度差,粉末多,低温还原粉化率高,将会对
高炉冶炼产生不良影响;FeO>8144%时,烧结
温度偏高,还原气氛增强,FeO较多地进入硅酸
盐相,烧结矿的还原性和软熔滴落性能明显变
差,同时烧结矿含硫量增加,转鼓强度下降,固
体燃耗增高。
而FeO在7124%～8144%的范围
内,烧结矿具有较好的还原性,较高的强度和较
低的还原粉化率,其综合性能最好,燃料消耗也
较低。
因此,在目前攀钢条件下,烧结矿FeO含
量控制在7124%～8144%较适宜。
6 结 论
（1）在攀钢目前条件下,当FeO<9137%
时,烧结矿的转鼓强度、成品率和产量随着FeO
含量增加而提高;当FeO含量>9137%时,烧结
18烧结球团第34卷 第1期
矿的转鼓强度、成品率和产量随着FeO含量增
加而下降。
（2）在本试验范围内（FeO4134%～
13135%）,随着FeO含量增加,钒钛烧结矿的还
原度降低,熔滴性能变差,低温还原粉化性能、
贮存性能改善,含硫量上升。
（3）随着钒钛烧结矿FeO含量升高,钛磁铁
矿、钙钛矿含量增加,钛赤铁矿、铁酸钙、玻璃质
含量下降,矿物晶体发育情况逐渐变好,结晶比
较完善,熔融致密层增多。
但当FeO含量
>9137%时,烧结矿产生过熔现象,强度变差。
（4）在攀钢目前生产条件下,综合考虑烧结
矿的产、质量指标和冶金性能,烧结矿FeO含量
控制在7124%～8144%较为适宜。
参考文献
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