炉料结构中合理应用含MgO

摘 要 为改善铁矿石冶金性能，达到含MgO原料合理应用的目的，本文研究了含MgO烧结矿和球团矿的冶金性能，在此基础上进行了合理应用含MgO炉料结构的生产试验。研究结果表明，MgO含量增加，烧结矿的软熔带温度区间随之变宽，高碱度高MgO烧结矿不利于高炉强化冶炼，但生产含MgO球团矿具有改善其冶金性能的作用。采用高碱度低MgO烧结矿配加含MgO球团矿的炉料结构后，料柱压差降低4．82％，高炉产量提高0．6％，可有效地改善炼铁工艺生产指标。

关键词 烧结矿；球团矿；MgO；冶金性能；炉料结构

近年来，炼铁原料中外矿比例不断增加，高炉A1₂O₃负荷攀升，炉渣中的A1₂O₃含量亦随之增加，导致炉渣流动性变差，脱硫能力下降，焦比升高，操作困难等问题的出现。为适应高A1₂O₃冶炼条件，需适当调整炉渣中MgO含量^[1～2]。通常的操作方法是将含MgO熔剂直接加入高炉或添加到烧结配料中，但是前者将会引发高炉冶炼的焦比升高，而后者将影响烧结一炼铁的整个流程^[3～9]。由于两种传统的添加MgO的方式均存在缺陷，因此研究如何合理利用含MgO的炉料结构，是实现高炉精料技术的一个不可缺少的重要组成部分，对强化高炉冶炼具有重要意义。

1 含MgO烧结矿冶金性能

烧结矿是炼铁生产的主要铁矿原料，其质量好坏对高炉冶炼，尤其是软熔带的形状与位置有直接影响。本研究在烧结配料中以白云石粉的形式添加MgO，通过烧结杯试验，得到两种碱度(R＝1．36和R＝1．76)情结矿，在此基础上考察含MgO烧结矿的冶金性能。试验结果示于图1～图3。

1．1 转鼓强度

烧结矿的转鼓强度示于图1。由图可见：(1)碱度R＝1．36时，MgO含量对烧结矿的强度影响不明显；(2)R＝1．76烧结矿的转鼓指数随MgO含量的增加而降低，MgO含量由1．3％增加到3．0％时，转鼓指数DI由68％降低到62 ％。

为解明MgO对烧结矿强度影响的作用机理，对含MgO烧结矿进行了EPM A分析和X—ray衍射分析^[9]。分析可知，烧结矿中的MgO主要以弥散状态分布于铁相中，在硅酸盐粘结相中的固溶量很低。Mg² 易进入磁铁矿晶格中，占据磁铁矿晶格中Fe² 空位，形成含镁

磁铁矿(Fe，Mg)O·Fe₂O₃。碱度较高时，MgO主要与Fe₂O₃形成Fe₂MgO₄，降低了铁酸钙的生成量，从而导致烧结杯利用系数、成品率及烧结矿转鼓强度等都随烧结配料中MgO含量的增加而降低。低碱度烧结矿(R＝1．36)的粘结相以玻璃相为主，MgO对玻璃相作用不明显，因此MgO对低碱度烧结矿强度没有明显影响。

1．2 低温还原粉化性能

低温还原粉化性能是评价矿石质量的重要指标之一。在高炉上部低温区域，矿石粉化现象越严重，炉子上部的透气性就越差，且形成的粉末易与周围的物料粘结，引起高炉结瘤。本研究根据国标GB／T13242—91对烧结矿低温还原粉化指数进行测定，试验结果示于图2。

由图2可见：无论碱度高低，烧结矿的RDI_—3.15都随MgO含量的增加而变小，这表明烧结矿中添加部分MgO有利于改善烧结矿的低温还原粉化性能。MgO能够降低烧结矿低温还原粉化率的机理在于，弥散状态分布在铁相中的MgO可抑制再生赤铁矿的生成及其在还原过程中的相变，从而有脱于降低烧结矿低温还原粉化率。因此，若降低MgO在烧结配料中的添加量，应首先解决低MgO烧结矿可能出现的低温还原粉化率升高的问题，例如向烧结矿表面喷洒CaCl₂水溶液等措施^{［10，11］}。

1．3 高温软熔性能

烧结矿的高温软熔性能示于图3。由图可见：(1)随MgO含量的增加，烧结矿的软化区间变化不大(图3a)，但熔化区间(图3b)和软熔带温度区间(图3c)显著增加；(2)MgO含量由1．3％增加到3．0％时，R＝1．36烧结矿和R＝1．76烧结矿的软熔带温度区间分别增大了109℃和78℃。虽然MgO含量对低碱度烧结矿软熔带温度区间的影响更显著，但由于高碱度烧结矿在低MgO含量时(1．3％)的软熔带温度区间(tD—t10)就比较宽(约300℃)，若提高MgO添加量，使软熔带温度区间进一步加宽(可达约400℃)。因此，高碱度(R＝1．76)高MgO烧结矿的高温软熔性能较差，不利于高炉强化冶炼。

2 含MgO球团矿冶金性能

尽管球团矿具有较多优点，但其还原膨胀率高，软熔温度低等缺点可导致高炉料柱透气性下降，不利于强化冶炼。为此，本文研究了含MgO球团矿的还原、膨胀、粉化等冶金性能。MgO的添加方式包括在球团配料中添加菱镁石粉，以及MgO含量较高和较低的两种精矿粉搭配使用，球团配料方案如表1所示，试验结果如图4～6所示。

2．1 低温还原粉化

球团矿的低温还原粉化性能示于图4。由图可见：(1)MgO含量低的1^#球团矿还原粉化率最高，MgO含量高的2^#球团矿还原粉化率最低；(2)高低MgO含量的精矿粉搭配使用和添加菱镁石粉，这两种提高MgO含量的方式都可显著降低球团矿的还原还原粉化率；(3)MgO含量从0．6％提高到1．8％，RDI_—3.15约从37％降低到19％，RDI_—0.5约从14％降低到10％。这是由于含MgO生球焙烧时，MgO大多数赋存于铁相中，形成镁磁铁矿(MgO·Fe₂O₃)其在还原时不易发生Fe₂O₃转变成Fe₃O₄的反应，而生成的是FeO和MgO的固溶体。因此，MgO抑制了铁矿石的晶格转变，从而降低了球团矿的低温还原粉化率。

2．2 还原性

为考察含MgO球团矿的还原性能，进行了还原性试验测定，还原条件如表2所示，试验结果如图5所示。由图5可见：(1)MgO含量低的1#球团矿还原性最差，MgO含量高的2#球团矿还原性最好；(2)高低MgO含量的精矿粉搭配使用和添加菱镁石粉，这两种提高MgO含量的方式都可以改善球团矿的还原性能；(3)MgO含量从0．6％提高到1．8％，球团矿的还原指数Ri从34％提高到42％。这是由于进入到渣相中的MgO(量比较少)生成了钙镁橄榄石，降低了难还原的铁橄榄石和钙铁橄榄石的生成量，从而改善了球团矿的环原件能。

2．3 还原膨胀性

球团矿在高炉中温区(约800～1000℃)所产生的体积膨胀会导致矿石产生裂纹与破碎，对高炉的透气性十分不利。对于球团矿还原膨胀指数，传统的检测方法是在相同还原条件下(即还原温度、还原气氛、还原时间相同)，考察球团的膨胀指数。但笔者认为，还原条件相同时，对于不同球团矿的还原度则不同，而膨胀与还原度却是密切相关的。因此，本研究是在相同还原温度和还原气氛的条件下(同表2，还原时间不同)，考察球团矿还原度为40％时的膨胀指数，试验结果如图6所示。

由图6可见：(1)随MgO含量的增加，球团矿的还原膨胀指数降低；(2)MgO含量从0．6％提高到1．8％时，球团矿的膨胀指数从24％降低到约22％。MgO能抑制球团膨胀的原因在于，Mg² 能自由置换磁铁矿晶格内的Fe² ，溶解度较大，且Mg² 离子半径(0．6×1010 m)小于Fe² 的离子半径0．74×10^—10m)，能使磁铁矿晶格常数降低，并减慢还原后Fe² 的迁移。因此，MgO含量提高可抑制球团的还原膨胀。但需要注意的是，若采用添加白云石的方法来提高球团矿MgO含量，则应考虑CaO对球团还原膨胀的影响。

3 合理应用含MgO炉料结构的工业生产试验

由以上分析可见，低MgO烧结矿和含MgO球团矿的冶金性能较好，二者的合理搭配又能保证炉渣具有适当的MgO含量。因此，在某钢铁厂进行了低MgO烧结矿配加含MgO球团矿的炉料结构工业试验。

工业试验分为两个时期：高MgO烧结矿配加普通酸性球团矿时期(定义为基准期)；低MgO烧结矿配加含MgO球团矿时期(定义为试验期)。炉料结构为60％烧结矿＋40％球团矿，基准期烧结矿与球团矿中MgO含量分别为2．2％和0．5％。试验期烧结矿与球团矿中MgO含量分别为1．9％和1．0％。其它工艺条件都基本保持不变，试验结果如图7所示。

工业试验表明，采用低MgO烧结矿配加含MgO球团矿的炉料结构后，高炉透气性明显变好。试验期压差比基准期降低了4．82％(图7a)，从而导致高炉产量升高。基准期平均月产量为8．27万t，试验期平均月产量为8．32万t，增加了0．6％(图7 b)，同时高炉生产趋于稳定。可见，合理利用含MgO的炉料结构对高炉生产至关重要。

4 结论

通过试验研究，得出以下结论：

(1)无论碱度高低，MgO含量的增加对烧结矿的冶金性能基本都产生不利影响(低温还原粉化性除、外)，使烧结矿强度低，软熔带温度区间宽，料柱透气性差，高碱度高MgO烧结矿不利于高炉强化冶炼。

(2)与普通酸性球团矿相比，含MgO球团矿的低温还原粉化率和膨胀率低，还原性能好，是一种较佳的高炉炉料。

(3)进行了合理利用含MgO炉料结构的生产试验研究。采用高碱度低MgO烧结矿配加含MgO球团矿的炉料结构后，料柱压差降低4．82％，高炉产量提高0．6％，有效地改善了炼铁工艺生产指标。