張國成1,2，羅果萍1，柴軼凡1，田 碩1，郝 帥1，任強(qiáng)1
1) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院，包頭 014010 ;2) 包頭師范學(xué)院化學(xué)學(xué)院，包頭 014030)
摘 要：為了探究全進(jìn)口礦條件下褐鐵礦在燒結(jié)工藝中的合理配置，實現(xiàn)褐鐵礦的高效利用以進(jìn)一步提鐵降本，針對 S 鋼鐵公司 500 m2 大型燒結(jié)機(jī)實際原燃料條件，基于試驗用鐵礦粉的常規(guī)理化性能和高溫?zé)Y(jié)基礎(chǔ)特性開展了不同褐鐵礦配比的燒結(jié)杯試驗研究，結(jié)合 Factsage 7.1 熱力學(xué)軟件，模擬計算了不同褐鐵礦配比條件下的黏附粉含量和理論液相生成量及性能，并采用礦相顯微鏡分析了燒結(jié)礦的顯微結(jié)構(gòu)，探明了褐鐵礦與赤鐵礦和磁鐵礦的優(yōu)化搭配規(guī)律. 研究表明：澳大利亞褐鐵礦具有粒度粗、礦化能力弱，同化溫度低、黏結(jié)相強(qiáng)度差、吸液性強(qiáng)的特點，當(dāng)褐鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)由 45% 增加至 55% 時，提高磁鐵精礦 OD 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)至 15%，同時降低 OC 礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)至 10%，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和低溫還原粉化性能等指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)，這是由于一方面提高磁鐵精礦配比不僅具有增加黏附粉比例、改善液相生成數(shù)量和性能的作用，而且可以均勻液相分布，消除過熔現(xiàn)象；另一方面，增加磁鐵精礦配比可以改善燒結(jié)料球的粒度組成，減少褐鐵礦吸液量，提高燒結(jié)礦強(qiáng)度. 因此，在高褐鐵礦配比條件下，增加適宜的磁鐵精礦配比有利于穩(wěn)定燒結(jié)礦質(zhì)量，全面改善燒結(jié)礦性能.
關(guān)鍵詞：燒結(jié)工藝；褐鐵礦；合理配置；理論液相量；礦相結(jié)構(gòu)
近年來，隨著鋼鐵產(chǎn)能日趨過甚，降低煉鐵配礦成本，提高鋼鐵產(chǎn)品性能成為提升企業(yè)核心競爭力的重要舉措，而鐵前系統(tǒng)降低成本的重點則在于鐵礦粉在燒結(jié)工藝的優(yōu)化配置. 由于高品質(zhì)進(jìn)口礦價格高、產(chǎn)能逐年下降，大量配加優(yōu)質(zhì)進(jìn)口礦不符合我國鋼鐵生產(chǎn)的實際需求，因此，高比例配加廉價進(jìn)口褐鐵礦將成為降低燒結(jié)配礦成本的有效措施之一[1−2] 。眾所周知，褐鐵礦具有結(jié)晶水含量高、粒度粗、結(jié)構(gòu)疏松多孔、易融化和還原性高等特性[3−4] ，會對燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量造成影響，實現(xiàn)褐鐵礦與其他礦種的優(yōu)化搭配是確保燒結(jié)礦質(zhì)量的關(guān)鍵[5−6]。
針對褐鐵礦的燒結(jié)性能國內(nèi)外已有大量研究，黃偉青等[7] 研究了澳大利亞褐鐵礦的基礎(chǔ)特性，認(rèn)為通過增加生石灰配加量、分割制粒等技術(shù)措施，能夠使褐鐵礦配加比例達(dá)到 50% 以上；金俊等[8] 研究了高褐鐵礦配比條件下不同石灰石粉粒度對燒結(jié)礦質(zhì)量的影響，認(rèn)為高褐鐵礦配比條件下，可通過減少石灰石粉中直徑小于 1 mm 的微細(xì)顆粒的比例來改善燒結(jié)礦質(zhì)量、提高燒結(jié)生產(chǎn)效率；王躍飛等[9] 研究了高褐鐵礦配比條件下堿度、鈣質(zhì)熔劑種類等因素對燒結(jié)礦質(zhì)量的影響，認(rèn)為在高褐鐵礦配比條件下，需通過增加生石灰使用比例以及提高燒結(jié)抽風(fēng)負(fù)壓和料層厚度的措施來改善燒結(jié)礦質(zhì)量. 已有研究表明，褐鐵礦勢必會對燒結(jié)礦質(zhì)量造成不利影響，需要優(yōu)化燒結(jié)制度來穩(wěn)定燒結(jié)礦質(zhì)量[10−12] ，同時，優(yōu)化配礦結(jié)構(gòu)對于確保燒結(jié)礦質(zhì)量至關(guān)重要，目前針對全進(jìn)口礦燒結(jié)條件下，褐鐵礦與赤鐵礦和磁精礦合理搭配的研究尚較欠缺。為此，本研究基于進(jìn)口鐵礦粉的常規(guī)理化性能和高溫基礎(chǔ)特性，開展了高褐鐵礦配比的燒結(jié)優(yōu)化配礦研究，并結(jié)合 Factsage 7.1 熱力學(xué)軟件模擬了燒結(jié)黏附粉含量以及理論液相生成性能，研究結(jié)果對于沿海鋼鐵企業(yè)在全進(jìn)口礦燒結(jié)條件下實現(xiàn)褐鐵礦優(yōu)化配置具有重要的指導(dǎo)意義。
1 試驗原料
1.1 試驗原料理化性能
以 S 鋼鐵公司 500 m2 大型燒結(jié)機(jī)所用原燃料為試驗主要原料，含鐵原料有 7 種，主要來源澳大利亞和巴西，其中，OA、OB、OC、OD 礦產(chǎn)自澳大利亞，前三者為褐鐵礦或半褐鐵礦，OD 礦為磁鐵精礦，OE、OF、OG 礦產(chǎn)自巴西，均為赤鐵礦。 熔劑為白云石和生石灰，主要用來調(diào)整燒結(jié)礦 MgO 含量和堿度。燃料為焦粉. 原燃料化學(xué)成分見表 1，粒度組成見表 2。
根據(jù)表 1 可知：①7 種鐵礦粉的 TFe 質(zhì)量分?jǐn)?shù)除 OB 礦外均大于 60%，OD、OE 礦的 TFe 質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 65% 以上，配加 OD、OE 礦有利于燒結(jié)礦鐵品位的提高；②OD、OF 礦的 SiO2 質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 6.0%以上，主要用來平衡燒結(jié)礦 SiO2 含量；③7 種鐵礦粉的 MgO 和 CaO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均較低 ，在 0.20% 以下；④澳礦粉 OA、OC 礦結(jié)晶水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 3.0%～6.0% 之間，屬于中等水化程度的半褐鐵礦，OB 礦結(jié)晶水質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá) 10.0%，屬于褐鐵礦；巴西礦的結(jié)晶水質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在 3.0% 以下，屬于低水化程度的赤鐵礦；⑤OG 礦的有害元素 P 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%，從控制鐵水 P 含量的角度分析，應(yīng)盡量減少其配加比例；⑥7 種鐵礦粉有害元素 S 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在 0.15% 以下，可為燒結(jié)工藝超低硫排放創(chuàng)造條件，減輕末端脫硫壓力。
按照燒結(jié)制粒和鐵礦粉礦化要求，小于 0.5 mm的鐵礦粉粒度較細(xì)，易于成球，且在燒結(jié)過程中，容易和 CaO 發(fā)生礦化反應(yīng)形成鐵酸鈣和硅酸鹽液相，利于改善燒結(jié)性能。由此可知，褐鐵礦 OA、OB礦粒度較粗，礦化能力較弱，不易生成燒結(jié)液相，并且褐鐵礦分解產(chǎn)生赤鐵礦微球網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[13−14]孔隙率較高，燒結(jié)液相易于進(jìn)入網(wǎng)孔，消耗液相，降低強(qiáng)度。
1.2 試驗原料高溫性能
鐵礦粉的高溫?zé)Y(jié)基礎(chǔ)特性是評價其對燒結(jié)過程以及燒結(jié)礦冶金性能所作貢獻(xiàn)的基本指標(biāo)，對燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量以及燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)優(yōu)化有著重要影響[15] ，研究內(nèi)容一般包括最低同化溫度、液相流動性、連晶特性、黏結(jié)相強(qiáng)度和鐵酸鈣生成特性，采用《鐵礦石燒結(jié)基礎(chǔ)特性試驗裝置》進(jìn)行測試[12]。試驗用鐵礦粉需要磨成細(xì)粉狀（−0.15 mm） ，CaO 為純化學(xué)試劑，將鐵礦粉和 CaO 試劑分別制備成小餅試樣，在試驗所需的溫度、時間和氣氛條件下進(jìn)行焙燒，得出鐵礦粉高溫性能指標(biāo)。其測試結(jié)果如 圖 1 和 表 3所示。
由燒結(jié)基礎(chǔ)特性測試結(jié)果可知，澳礦的同化性溫度總體上較低，巴西礦的同化性溫度較高；澳礦 OB、OD 礦的液相流動性較好，而巴西礦 OE、OF 礦的較差；澳礦 OC、OD 礦的鐵酸鈣生成能力較強(qiáng)，巴西礦 OF、OG 礦的較弱；澳礦 OA、OB 和OC 礦的黏結(jié)相強(qiáng)度較差，而巴西礦 OE、OF 礦的較好. 分析可知，澳大利亞褐鐵礦和巴西赤鐵礦的高溫?zé)Y(jié)基礎(chǔ)特性互補(bǔ)優(yōu)勢明顯，燒結(jié)提高褐鐵礦配比的同時，應(yīng)合理搭配磁鐵精礦和巴西赤鐵礦，以實現(xiàn)其燒結(jié)特性優(yōu)勢互補(bǔ)、劣勢互抑的目的，從而獲得理想的燒結(jié)性能.
2 試驗方案及控制條件
一般而言，褐鐵礦水化程度高，結(jié)晶水分解后成品燒結(jié)礦品位高、價格低，若能保證燒結(jié)礦強(qiáng)度和低溫還原粉化（RDI+3.15 mm）等冶金性能，則可提升燒結(jié)生產(chǎn)效率并顯著降低配礦成本[16−17] 。 為了探究全進(jìn)口礦原料條件下褐鐵礦在燒結(jié)工藝的合理配置，針對 S 鋼鐵公司 500 m2 大型燒結(jié)機(jī)的實際生產(chǎn)需求，開展高褐鐵礦配比燒結(jié)杯試驗研究。依據(jù)鐵礦粉燒結(jié)基礎(chǔ)特性互補(bǔ)和燒結(jié)礦綜合冶金性能要求，結(jié)合鐵礦粉來源和地域特點，將澳礦褐鐵礦（OA+OB+OC）視為一類型礦，澳礦磁鐵精礦 OD 視為一類型礦（該礦具有高硅高品位、粒度細(xì)、燒結(jié)性能好和價格高的特點，主要用于改善褐鐵礦的燒結(jié)性能 ）。巴西赤鐵礦 （ OE+OF+OG）視為一類型礦，方案中褐鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化設(shè)計為 45%、50%、55%，磁鐵精礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化設(shè)計為 10%、15%，赤鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化設(shè)計為 35%、40%。 燒結(jié)杯具體配礦方案如表 4所示。
試驗過程中，燒結(jié)礦成分依據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場實際控制條件而設(shè)定 ， MgO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制為 1.75%，SiO2 質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在 5.2%～5.4% 之間，堿度 R 控制為 1.95。 燒結(jié)杯工藝參數(shù)如表 5 所示。
3 試驗結(jié)果及討論
3.1 混合礦黏附粉含量及理論液相生成量模擬計算
制粒是燒結(jié)成礦過程的一個重要環(huán)節(jié)，混合料在水分的作用下，細(xì)顆粒黏附在粗顆粒上或者細(xì)顆粒之間相互聚集而長大成為小球，目的是改善燒結(jié)料層透氣性，提高燒結(jié)礦產(chǎn)量. 在燒結(jié)成礦過程中，熔劑完全參與成礦，而鐵礦石成礦的粒度界限為0.5 mm，熔劑與−0.5 mm 鐵礦粉反應(yīng)形成熔融區(qū)，而+0.5 mm 的鐵礦石殘存下來成為未熔礦石。制粒小球由黏附層和核顆粒構(gòu)成，−0.5 mm 顆粒起黏附粉作用，+0.5 mm 顆粒作為核顆粒. 黏附層由細(xì)顆粒的鐵礦石、焦粉、返礦和熔劑等混合物組成[18]。
燒結(jié)礦是由熔融液相黏結(jié)未熔礦石而形成，熔融區(qū)化學(xué)成分對燒結(jié)礦液相和物相起著極為重要的作用。熔融區(qū)的化學(xué)成分可通過下式計算[18]：
其中，w(Q) 為熔融區(qū)化學(xué)成分Q 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%； xi為第 i 種鐵礦石的質(zhì)量分?jǐn)?shù) ，%； xi-0.5 為第 i 種鐵礦石−0.5 mm 粒級的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；xiQ為第 i 種鐵礦石−0.5 mm 粒級中化學(xué)成分 Q 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；wiLOI為第 i 種鐵礦石−0.5 mm 粒級中的燒損，即在燒結(jié)過程中的鐵礦粉損失量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%； xj 為第 j 種熔劑、燃料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；wjQ 為第 j 種熔劑、燃料中化學(xué)成分Q 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；wj LOI 為第 j 種熔劑、燃料中的燒損，%。
根據(jù)熔融區(qū)化學(xué)成分計算公式可得不同配料結(jié)構(gòu) H-（1#-6#）黏附粉含量及成分，見表 6。
表 6 計算結(jié)果為不同配料結(jié)構(gòu)的混合礦黏附粉（−0.5 mm）的化學(xué)成分，在燒結(jié)成礦過程中，黏附粉將在高溫條件下形成熔融液相區(qū)，進(jìn)而黏結(jié)周圍粉料和顆粒完成礦化過程，因此，熔融區(qū)形成的液相對燒結(jié)礦化過程有著重要影響，某種程度上，熔融區(qū)形成的液相數(shù)量和性能決定燒結(jié)礦質(zhì)量的優(yōu)劣。
為了更進(jìn)一步探明熔融區(qū)的液相性能，采用Factsage 7.1 熱力學(xué)軟件中的 Equilib 模塊計算黏附粉區(qū)域形成的液相數(shù)量、組分以及黏度等性能[19]。圖 2 為不同配料結(jié)構(gòu)黏附粉熔融區(qū)理論液相生成量隨燒結(jié)溫度的變化趨勢。表 7 為單位質(zhì)量黏附粉產(chǎn)生的理論液相量及性能。
由圖 2 可知，燒結(jié)礦理論液相量隨溫度的升高而增加，液相生成溫度起始于 1150 ℃，隨溫度的升高，黏附粉逐步形成液相，于 1450 ℃ 時全部熔化為液相。在較低的燒結(jié)溫度下，不同配礦結(jié)構(gòu)的液相生成量差別較大，但隨著燒結(jié)溫度的升高，這種差別逐漸減小，燒結(jié)溫度對不同配礦結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生液相量的影響趨勢一致。
燒結(jié)工藝中，黏附粉表征混合礦形成液相的載體，其含量多少決定形成液相的原始黏結(jié)范圍，而理論液相生成量反映混合礦可以形成的有效液相數(shù)量，其含量多少影響液相黏結(jié)周圍物料的有效范圍，據(jù)此，提出單位質(zhì)量黏附粉產(chǎn)生的液相量為黏附粉含量與理論液相生成量的乘積，主要表征混合礦中由黏附粉熔融區(qū)所產(chǎn)生的液相絕對含量。而液相中 Fe2O3 和 CaO 的質(zhì)量比，決定形成的黏結(jié)相類型，即是以復(fù)合鐵酸鈣為主的液相還是以硅酸鹽為主的渣相，一般認(rèn)為，F(xiàn)e2O3 與 CaO 的質(zhì)量比越高越有利于形成鐵酸鹽黏結(jié)相，從而提高燒結(jié)礦黏結(jié)相質(zhì)量，改善燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度。
由此分析，H-1#、H-2#和 H-4#試驗方案的單位質(zhì)量黏附粉所產(chǎn)生的液相數(shù)量較多 ，且液相中Fe2O3 和 CaO 的質(zhì)量比較高，從理論液相生成角度分析其對燒結(jié)礦質(zhì)量的影響規(guī)律，預(yù)測其燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)較優(yōu)。而 H-5#試驗方案雖然單位質(zhì)量黏附粉的液相生成量高，但液相黏度低，流動性能過好，易產(chǎn)生局部過熔現(xiàn)象，導(dǎo)致燒結(jié)礦生成薄壁大孔結(jié)構(gòu)，影響燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度；H-6#試驗方案雖然液相黏度高，但單位質(zhì)量黏附粉的液相生成量最低，液相有效固結(jié)范圍小，液相黏結(jié)周圍核礦物能力較差，不利于燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度改善。
3.2 燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)
（1）燒結(jié)礦質(zhì)量。
燒結(jié)礦的質(zhì)量一般指轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、篩分指數(shù)和平均粒徑等指標(biāo)，根據(jù)實際生產(chǎn)需求，本研究中主要關(guān)注燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和低溫還原粉化指數(shù)（ RDI+3.15 mm）。燒結(jié)礦低溫還原粉化試驗采 用GB/T 13242—1991 標(biāo)準(zhǔn)。不同褐鐵礦配比燒結(jié)礦試樣的質(zhì)量指標(biāo)見圖 3。
由圖 3 可知，H-1#、H-4#和 H-5#燒結(jié)礦試樣的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和低溫還原粉化性能均較好，其共同特點是澳大利亞磁鐵精礦 OD 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 15%，OC 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10%。 可見，在褐鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高（≥45%）而赤鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低（≤40%）的情況下，適當(dāng)控制 OC 礦配比，增加磁精礦配比對于全面改善燒結(jié)礦性能具有重要意義。這是由于，一方面，在澳大利亞褐鐵礦中 OC 礦具有粒度相對較細(xì)，鐵酸鈣生成能力強(qiáng)，液相生成溫度低、生成量大的特點，在赤鐵礦配比較高的情況下，增加 OC 礦可以改善燒結(jié)制粒性能，促進(jìn)鐵酸鈣生成，提高燒結(jié)礦強(qiáng)度和冶金性能[20−22] ，但在褐鐵礦配比較高的情況下，OC 礦燒結(jié)容易產(chǎn)生細(xì)碎針狀鐵酸鈣和細(xì)碎磁鐵礦的熔蝕交織結(jié)構(gòu)，對改善燒結(jié)制粒和燒結(jié)礦性能的作用有限，需要通過配加粒度更細(xì)、礦化溫度較高的 OD 磁精礦來改善燒結(jié)制粒性能；另一方面，高褐鐵礦配比混合料粒度粗，熔劑和燃料主要集中在細(xì)粒度的黏附粉中，使黏附粉相對堿度升高，加之燃料的偏聚，液相生成溫度降低，生成量增多，產(chǎn)生過熔現(xiàn)象，使褐鐵礦吸液量增加，影響燒結(jié)礦強(qiáng)度，而提高 OD 礦配比具有增加黏附粉占比、降低黏附粉相對堿度的作用，使液相生成溫度提高，消除過熔現(xiàn)象，從而減少褐鐵礦吸液量，改善燒結(jié)礦強(qiáng)度。
（2）燒結(jié)礦熔融滴落性能。
燒結(jié)礦熔融滴落性能檢測方法如下：燒結(jié)礦試樣及焦炭粒度均為 10～12.5 mm 粒級，試驗?zāi)M高爐內(nèi)爐料的升溫速度主要分為三個階段：①0～1000 ℃ ， 10 ℃·min−1（ 100 min） ；②1000～1100 ℃ ，2 ℃·min−1（ 50 min） ；③1100 ～ 1600 ℃ ， 5 ℃·min−1（100 min）；試驗期間，溫度在 500 ℃ 以下通 4 L·min−1的 N2 氣，溫度達(dá)到 500 ℃ 以上通入 4 L·min−1 的混合煤氣，混合煤氣由體積分?jǐn)?shù)為 30% 的 CO 和 70%的 N2 組成，當(dāng)試驗溫度達(dá)到 1580 ℃ 后 30 min 試驗結(jié)束. 測試結(jié)果見表 8。
由上表可知，H-1#、H-4#和 H-5#的軟化開始溫度 T4、開始熔融溫度 TS 和滴落溫度 TD 都較高，且軟熔溫度區(qū)間 TD−T10 中等，其軟熔性能均可滿足高爐冶煉要求. 而 H-2#、H-3#和 H-6#的軟化開始溫度 T4、開始熔融溫度 TS 均較低，以及 H-2#、H-3#滴落溫度 TD 也較低，軟熔溫度區(qū)間 TD−T10 較小，會使高爐軟熔帶上移，厚度減薄，H-6#的 TD−T10 最大，達(dá)到 393 ℃，會使高爐軟熔帶上移，厚度增加。
從配料結(jié)構(gòu)角度分析，H-2#和 H-3#的 OC 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，達(dá)到了 20%，而磁鐵精礦 OD 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，只有 10%，H-6#褐鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到了 55%，而 OD 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也只有 10%。 可見，從燒結(jié)礦冶金性能方面分析，當(dāng)結(jié)晶水含量高的 OB 褐鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于 25% 時，磁鐵精礦OD 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不應(yīng)低于 15%，粒度相對較細(xì)的褐鐵礦 OC 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不應(yīng)超過 10%，褐鐵礦總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在 50% 以內(nèi)。
從混合礦熔融區(qū)的化學(xué)成分分析，由于褐鐵礦具有同化溫度低的特點，配加高比例的褐鐵礦可提高混合礦的同化性能，使得熔融區(qū)堿度下降（ 表 6 中 H-1#、 H-4#和 H-5#熔融區(qū)堿度相對較低），有利于降低 Fe3+/Fe2+（質(zhì)量分?jǐn)?shù)比值），提高FeO 含量。 因此，礦物的固結(jié)強(qiáng)度提高，還原度受到影響，低溫還原粉化指數(shù)改善。
3.3 燒結(jié)礦礦相顯微結(jié)構(gòu)
采用礦相顯微鏡對不同褐鐵礦配比的燒結(jié)礦試樣進(jìn)行分析. 為了準(zhǔn)確掌握試樣的礦相顯微結(jié)構(gòu)特征，本研究中共選取同一試樣的 4 個不同視域進(jìn)行綜合分析評估，結(jié)果如圖 4～圖 9 所示，圖中（a）、（b）視域選取試樣邊緣區(qū)域，（c）、（d）視域選取試樣中心區(qū)域。
H-1#燒結(jié)試樣的礦相組成類似，均以磁鐵礦和鐵酸鈣的熔蝕交織結(jié)構(gòu)為主. H-1#燒結(jié)礦試樣褐鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對較低，為 45%，礦相結(jié)構(gòu)中磁鐵礦多呈它形晶或半自形晶（圖 4（a）），鐵酸鈣多呈針柱狀（圖 4（c）），局部有硅酸鹽渣相和褐鐵礦分解產(chǎn)生的微球網(wǎng)狀赤鐵礦，孔隙率較低，渣相多存在于先結(jié)晶出來的鐵酸鈣縫隙中. 燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)均勻性較好，強(qiáng)度較高. 赤鐵礦含量較低，低溫還原粉化性能較好。
H-2#燒結(jié)礦試樣褐鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 50%，礦相結(jié)構(gòu)中鐵酸鈣多為細(xì)碎針狀（圖 5（a）），磁鐵礦多呈細(xì)碎的它形晶或半自形晶，局部有未熔殘留的大顆粒赤鐵礦存在，其中裂縫較多，結(jié)構(gòu)疏松，局部有硅酸鹽渣相與鐵酸鈣伴生，出現(xiàn)了較大的圓形孔洞（圖 5（b））。由于該試樣 OC 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到 20%，其粒度相對較細(xì)，鐵酸鈣生成能力較強(qiáng)，液相生成溫度低、生成早，滲透作用強(qiáng)，結(jié)晶水分解后鐵礦物呈現(xiàn)細(xì)小的微球網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，鐵酸鈣填充在網(wǎng)孔中，與磁鐵礦形成細(xì)碎的熔蝕交織結(jié)構(gòu)（圖 5（c）），粗顆粒褐鐵礦分解產(chǎn)生了含有裂縫的赤鐵礦核顆粒，由于液相生成早，核顆粒中的裂縫沒來得及愈合[23] 。當(dāng)該試樣發(fā)生低溫還原時，結(jié)構(gòu)細(xì)碎的鐵酸鈣難以抵抗赤鐵礦到磁鐵礦的晶型轉(zhuǎn)變應(yīng)力，加之有圓形孔洞和結(jié)構(gòu)疏松的核顆粒存在，其低溫還原粉化性能不佳，RDI+3.15 mm 只有65.1%。
H-3#燒結(jié)礦試樣褐鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對較高，為 55%，礦相結(jié)構(gòu)中磁鐵礦多呈它形晶或半自形晶（圖 6（c）），鐵酸鈣呈現(xiàn)針狀、片狀和團(tuán)聚狀，填充在磁鐵礦的間隙中，局部有褐鐵礦分解而成的粗顆粒赤鐵礦。隨著褐鐵礦配比的增加，鐵酸鈣含量增多，由針狀向片狀、團(tuán)塊狀轉(zhuǎn)變（圖 6（a）），硅酸鹽減少，液相生成早、生成量多，褐鐵礦吸液量增加[24−25] ，黏結(jié)相強(qiáng)度降低，由于鐵酸鈣多以團(tuán)塊狀充填在鐵礦物的間隙中，不能很好地抵抗赤鐵礦到磁鐵礦的晶型轉(zhuǎn)變應(yīng)力，其 RDI+3.15 mm 只有 65.4%。
H-4#燒結(jié)礦試樣褐鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對較低 ，為 45%，其 OB 礦和 OC 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為30% 和 10%，OD 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，為 15%。礦相結(jié)構(gòu)中鐵酸鈣多呈現(xiàn)針柱狀（圖 7（a）），局部出現(xiàn)團(tuán)塊狀，磁鐵礦多呈它形晶或半自形晶（圖 7（d）），赤鐵礦含量較低，局部有硅酸鹽渣相填充在先結(jié)晶出的鐵酸鈣縫隙中，具有強(qiáng)化黏結(jié)相強(qiáng)度的作用. H-3#和 H-4#的 OB 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為 30%，但是 H-4#的 OC 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低（10%）、OD 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高（15%），其燒結(jié)礦團(tuán)塊狀鐵酸鈣較少、結(jié)構(gòu)較好?？梢?，當(dāng)褐鐵礦配比相對較低、而赤鐵礦配比較高時，鐵酸鈣多呈現(xiàn)針柱狀，燒結(jié)礦硅酸鹽渣相含量增加，鐵酸鈣、硅酸鹽和磁鐵礦具有良好的接觸強(qiáng)度，當(dāng)發(fā)生低溫還原時，抵抗赤鐵礦到磁鐵礦的晶型轉(zhuǎn)變應(yīng)力的能力較強(qiáng)，低溫還原粉化性能較好。
H-5#燒結(jié)礦試樣褐鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對中等 ，為 50%，其 OB 礦和 OC 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為35% 和 10%，OD 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，為 15%。礦相結(jié)構(gòu)中鐵酸鈣多為片柱狀（圖 8（b）），硅酸鹽含量較高（圖 8（d）），填充在鐵酸鈣的片層之間，起到加固黏結(jié)相的作用，部分鐵酸鈣呈現(xiàn)團(tuán)塊狀，填充在磁鐵礦的空隙之間，磁鐵礦呈現(xiàn)半自形晶或它形晶（圖 8（a）），晶粒較粗，赤鐵礦含量較高，粒度中等，多與磁鐵礦共晶存在。由于硅酸鹽加固鐵酸鈣，黏結(jié)相強(qiáng)度較高，加之鐵礦物晶粒較粗，燒結(jié)礦強(qiáng)度較高，低溫還原時黏結(jié)相抵抗晶型轉(zhuǎn)變應(yīng)力的能力較強(qiáng)，低溫還原粉化性能較好，達(dá) 74.9%。
H-6#燒結(jié)礦試樣褐鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對較高為 55%，其 OA、 OB 和 OC 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10%、35% 和 10%，OD 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低為 10%。OB 礦粒度較粗，直徑大于 5 mm 的鐵礦粉顆粒質(zhì)量占比大于 36%，結(jié)晶水含量較高，分解溫度較低[26−28] ，分解產(chǎn)物赤鐵礦中的裂縫較易愈合，對強(qiáng)度影響較??；OA 礦粒度介于 OB 和 OC 礦之間，1～5 mm 粒級質(zhì)量占比達(dá)到 48% 以上，使燒結(jié)礦中細(xì)顆粒赤鐵礦含量升高、富集加重. 由于褐鐵礦配比較高且 OD 礦配比較低，液相生成溫度低，鐵酸鈣多以團(tuán)塊狀填充于細(xì)顆粒的磁鐵礦空隙之間（圖 9（b）），孔隙率較高. 在低溫還原過程中，由于赤鐵礦含量和孔隙率較高，加之赤鐵礦顆粒的聚集和團(tuán)塊狀鐵酸鈣的存在，其低溫還原粉化性 能不佳，RDI+3.15 mm 只有 64.2%。
通過對比分析可知，不同燒結(jié)礦試樣的礦相結(jié)構(gòu)具有顯著的區(qū)別，配加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 15% 的磁鐵精礦不僅具有強(qiáng)化制粒和提高液相生成溫度的作用，而且優(yōu)化了鐵酸鈣的形貌，使其呈現(xiàn)針狀結(jié)構(gòu)，并與磁鐵礦熔蝕交織，從而全面改善了燒結(jié)礦性能. 因此，將粗粒度褐鐵礦與細(xì)粒度磁鐵精礦合理搭配使用，是提高燒結(jié)礦品位、降低燒結(jié)礦成本、確保燒結(jié)礦冶金性能的有效措施[29−30]。
4 結(jié)論
（1）與巴西赤鐵礦比較，澳大利亞褐鐵礦具有粒度粗（−0.5 mm 鐵礦粉顆粒少）、制粒性能差、礦化能力弱和同化溫度低的特點，燒結(jié)過程中褐鐵礦分解產(chǎn)生赤鐵礦微球網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，容易發(fā)生吸液現(xiàn)象，使得燒結(jié)體多孔而結(jié)構(gòu)不均，從而導(dǎo)致其固結(jié)強(qiáng)度變差。
（2）燒結(jié)過程形成的液相數(shù)量和質(zhì)量對燒結(jié)礦性能有重要影響，混合料中單位質(zhì)量黏附粉產(chǎn)生的液相量越高，則燒結(jié)液相量越多，可促進(jìn)液相對周圍核礦物的有效黏結(jié)；液相中 Fe2O3 與 CaO的質(zhì)量比越高，則越容易形成鐵酸鈣黏結(jié)相，有利于改善燒結(jié)礦質(zhì)量. H-1#、H-2#和 H-4#配礦結(jié)構(gòu)，單位質(zhì)量黏附粉理論液相生成量和液相中 Fe2O3 與 CaO 的質(zhì)量比均較高，燒結(jié)礦試樣的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度也較優(yōu)，表明理論模擬結(jié)果和燒結(jié)試驗結(jié)果吻合性良好。
（3）當(dāng)褐鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過 50% 時，控制粒度相對較細(xì)的 OC 礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過 10%，同時，增加磁鐵精礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)至 15%，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、低溫還原粉化指數(shù)以及熔融滴落等冶金性能均達(dá)到最優(yōu)，由于增加混合料中磁鐵精礦的配比，不僅可以改善燒結(jié)成球制粒性能，減少褐鐵礦燒結(jié)吸液量，而且可以提升熔融區(qū)形成的液相數(shù)量和性能，因此有助于全面改善燒結(jié)礦質(zhì)量。
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