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1、1基于铁矿粉同化性和流动性预测烧结矿熔滴性能的研究摘要：以往评价铁矿粉同化性、流动性的指标分别只涉及温度和面积增长率，考虑因素单一，无法很好地结合烧结矿的熔滴性能对配矿方案的可行性进行判断。本文采用可视卧式高温炉在同化性实验和流动性实验中获得了温度、时间、升温速率、面积等数据，使用了综合实验过程各种重要信息的特征数对铁矿粉同化性和流动性进行了定量描述。提取同化性实验和流动性实验中重要参数与熔滴实验中重要参数进行对照，提出了能预测烧结矿熔滴性能的熔融性能特征数(R) 。对 5 种配矿方案进行实验验证，发现 熔融性能特征数(R)的变化趋势和程度与熔滴实验中熔滴性能总特性值(S) 相近。因此， 熔融
2、性能特征数能对烧结矿的熔滴性能提供预判，为烧结配矿提供指导。关键词：同化性，流动性，熔滴实验，烧结，配矿Previous evaluation index on iron ore powder assimilability, liquidityrespectively involves only temperature and area of growth, few factorconsidered, those index cant combine with sinter melt-dropping property to judge the feasibility of the ore m
3、atching scheme. we adopted visual horizontal high temperature furnace in assimilability and liquidity experiment, the data such as temperature, time, heating rate and area were received, characteristics numbers that integratedall kinds of important information in experiment were used to measure iron
4、 ore powder assimilation and liquidity. Important parameters in assimilation and liquidity experiment were extracted, we contrasted those parameters with molten drop testparameters, the total property value of sintering basic characteristics(K) was put forward, this index has the same changing trend
5、 and degree with total property value (S)inmolten drop test. K can predict the drop properties of sinter, and provide guidance for sintering ore matchingKeywords: assimilability; fluidity; molten drop test; sintering; ore matching1 前言高炉内软熔带的形成及其位置，对炉内煤气流分布和还原过程都会产生明显的影响，因此，成品烧结矿的软熔性能显得尤为重要。目前普遍使用烧结基
6、础特性实验、烧结杯实验等手段指导配矿，通过熔滴实验对成品烧结矿的软熔性能进行检测。熔滴实验时间长，任务量大，一些钢铁企业甚至委托其他单位进行实验，由此可见研究能提前预判烧结矿熔滴性能的方法对指导配矿是很有意义。熔滴实验是在高温下进行的熔融反应过程，与铁矿粉的烧结基础特性有很大的关联，尤其是铁矿粉的同化性和流动性。铁矿粉的同化性能是指铁矿粉中铁氧化物与 CaO 的反应能力，反映了铁矿粉在烧结过程中生成液相的难易程度，对烧结矿成矿有至关重要的作用1-2。铁矿粉的流动性能是指烧结过程中铁矿粉与 CaO 反应生成液相的流动能力。烧结液相自身特性及其流动能力是影响烧结固结好坏，乃至烧结矿冶金性能优劣的重
7、要因素 3-4。为了明确烧结基础特性与熔滴实验之间的联系，降低配矿方面的工作量，本文对国外 10 种常见的铁矿粉进行了研究，以期对实际烧结生产配矿提供指导。22 同化性及流动性实验2.1 实验原理及方法本文拟定测量 5 种配矿方案的同化性和流动性，配矿方案如表 1 所示。配矿方案所涉及的 10 中矿粉的成分如表 2 所示表 1 配矿方案成分表（质量分数 %）Table 1 Composition table of ore mixing recipes (%)序号 矿粉 方案 1 方案 2 方案 3 方案 4 方案 51 巴烧粉 10.6 10.6 10.6 10.6 10.62 巴卡粉 20.
8、8 19.8 17.8 15.8 12.83 高硅澳粉 25 25 25 25 254 杨地粉 10 10 10 10 105 马萨杰 2.4 2.4 2.4 2.4 2.46 南非粉 4.5 4.5 4.5 4.5 4.57 秘鲁原矿 2.8 2.8 2.8 2.8 2.88 秘鲁粗粉 4.5 4.5 4.5 4.5 4.59 秘鲁球团粉 3 3 3 3 310 毅星粉 0 1 3 5 8表 2 铁矿粉的化学成分（质量分数）Table 2 Chemical composition of iron ores （%）序号 TFe SiO2 CaO MgO Al2O3 K2O Na2O ZnO1
9、62.37 5.60 0.25 0.16 1.71 0.013 0.005 0.005 2 63.68 3.05 0.24 0.17 1.73 0.012 0.008 0.011 3 59.75 0.22 0.14 9.50 0.11 1.71 0.020 0.0094 57.58 5.32 0.22 0.16 1.22 0.005 0.015 0.005 5 57.02 4.43 0.41 0.26 2.44 0.017 0.034 0.007 6 64.24 4.31 0.20 0.14 1.77 0.230 0.019 0.007 7 56.59 9.28 2.04 2.43 1.44
10、0.380 0.230 0.280 8 67.44 2.37 1.30 0.98 0.34 0.052 0.306 0.008 9 67.80 2.80 0.67 0.78 0.53 0.120 0.080 0.010 10 65.40 0.69 0.14 0.12 0.31 0.016 0.049 0.004目前企业普遍使用“最低同化温度”和“基于流动面积的粘度测定法”分别来定量描述铁矿粉流动性和烧结液相流动性能的强弱。使用“最低同化温度”表征特矿粉同化性能的方法，由于升温速率太快导致了明显的热滞后效应，从而无法准确判定最低同化温度，因此需要多次改变目标温度进行实验；使用“基于流动面积的粘度
11、测定法”表征铁矿粉烧结液相流动性能的方法，很多高品位矿粉在相应的实验温度（1280）下不会熔化，因此使用这种方法无法表征这一类矿粉流动性的强弱。此外，国内一些学者外还提出了其他评价方法 5-8，这些方法各有其考虑的出发点及优点，同时这些方法存在或忽略了过程信息或用多个指标评价流动性不方便使用的特点。基于以上情况，为了能综合全面地描述铁矿粉3同化性和流动性的强弱，本文将采用一种全新的评价方法，该方法能综合了烧结过程中的各种信息，且方便使用。本文涉及的实验设备有：可视卧式高温炉（型号：CI16-DIL，额定功率为 8 kW） 、摄像及记录系统、压片机、供气系统，装置示意图如图 1 所示。图 1 实
12、验装置示意图Fig 1 Diagram of the experiment device实验所用的 CaO 为粒度149 m 分析纯，铁矿粉粒度149 m，为了模拟熔滴实验过程中的还原性气氛环境，本实验配入了粒度149 m 的焦粉。在测定流动性实验中，考虑高碱度且液相数量约占 1/3 的烧结矿的粘结相特点，试样二元碱度定为 4.05，试样二元碱度定为 4.0。在一定压力和时间下，用压片机压制直径 8mm（5-6 ）mm （CaO 和铁矿粉）的圆柱形试样和直径 24mm4mm（铁矿粉）的圆饼形垫片。将圆柱置于垫片，放置炉中按设定升温制度(室温600 ， 15min-1；6001150，10min
13、 -1；1150以上，5min -1)及相应的实验气氛（室温1150 ，氮气，3 Lmin -1；1150 实验结束，3 Lmin -1，空气）进行焙烧，图像和数据信息由计算机系统在升温过程中采集，为了确保计算机采集系统和记录系统的稳定运行，摄像拍摄间隔设为 3 s。同化性实验以流动性实验为基准，在相同的压力和时间下，用压片机压制直径 8mm（5-6 ）mm（铁矿粉）的圆柱和直径24mm4mm（ CaO）的垫片。将圆柱置于圆片上，放置炉中按相同的升温制度，及相同的实验气氛进行焙烧，图像和数据信息由计算机系统在升温过程中采集。实验试样的示意图如图 2 所示，图 3 和图 4 分别是同化实验和流动
14、实验过程特征图。 铁 矿 粉 CaO、 铁 矿 粉 、 焦 粉 铁 矿 粉 、 焦 粉 CaO (1) 流动性实验 (2) 同化性实验图 2 实验试样示意图Fig 2 Diagram of theexperiment sample4(a) 未同化 (b) 开始同化(c) 同化增强 (d) 同化结束图 3 同化性实验过程特征图Fig 3Thecharacteristic images in assimilability test(e) 未流动 (f) 开始流动(g) 流动增强 (h) 流动结束图 3 流动性实验过程特征图Fig 3Thecharacteristic images in fluid
15、ity test2.1 配碳量的确定为了准确获得烧结基础特性和熔滴性能之间的联系，力求同化性、流动性实验和熔滴实验中的熔体成分接近。在熔滴实验中由于 CO 的还原作用，渣相主要成分是 FeO、CaO和 SiO2。在同化性、流动性实验中，在不配碳的情况下，渣相主要成分是Fe3O4、Fe 2O3、CaO 和 SiO2，向试样中添加焦粉时， C 能促使 Fe3O4 和 Fe2O3 向 FeO 甚至Fe 转变。当配碳量为 1416%时 Fe 元素在烧结矿中的主要存在形式为 FexO9。同化性和流动性实验实际上是模拟烧结过程中某一颗粒的行为和变化，因此实验中将配碳量控制在 15%时，实验中熔体成分主要为
16、 FeO、 CaO 和 SiO2，和熔滴实验熔体成分是接近的。52.2 实验结果及分析本文对同化性的定量描述将采用以实际生产温度基准的量纲为1的“同化反应特征数”10。 同化反应的起始点定义为铁矿粉试样与CaO试样接触面出现润湿角的那一时刻，设起点时刻为t 1，温度为T 同1 ；同化反应终点定义为铁矿粉试样在 CaO试样上方完全摊平且形态不再发生变化的那一时刻，设终点时刻为t 2，温度为T 同2 。考虑了实际生产中烧结温度的同化反应特征数的计算公式如下：* MERGEFORMAT (1)10nVtTH同式中：TH 为同化反应特征数，其量纲为 1；V 为同化反应的体积分数，%；t 为同化反应时间，即同化反应开始到同化反应结束所需要的时间（t 2t 1） ，s；n 为烧结温度（1290）与同化温度比较所得，每大于 10K 增加 1，不足 10K 的部分取分数，同化温度小于烧结温度取正值，大于烧结温度取负值；T 同 为
