使用高铁矿的影响分析及对策探讨(4)

4. 高Al2O3矿对烧结影响及优化方向

4.1. 高Al2O3对烧结矿冶金性能的影响

图2是对2016年湛钢1#烧结机生产烧结矿的几个指标汇总。从图中可看出，烧结矿中的Al2O3含量是控制在1.6%～1.8%范围内波动，对烧结矿的成品率、低温还原粉化(RDI ? 2.8 mm)以及转鼓强度(TI + 6.3 mm)无明显的线性影响规律。说明在目前生产实绩范围内的Al2O3含量相比较于烧结矿其他成分指标，如碱度、SiO2含量、MgO含量等，对烧结矿性能的影响作用较不突出。

Figure 2. Summary of performance indexes of 1# sintering in 2016图2. 2016年1#烧结机生产指标实绩汇总

Table 1. Main blast furnace slag components of some typical overseas plants表1. 国外典型高炉炉渣的主要成分高炉 (Al2O3)/% (MgO)/% 炉渣碱度光阳高炉 16 5 1.18浦项高炉 15.5 3.3 1.2霍戈文高炉 17.4 10.2 1.15印度Durgapur高炉 20.1 9.5 1.1

结合现场生产实绩和高Al2O3烧结矿类文献的研究结果[3][4][5][6][7]，Al2O3是烧结矿中不可缺少的成分，其主要存在于黄长石、铁酸钙和硅酸盐渣相中，一定量的 Al2O3有利于四元系针状交织结构的复合铁酸钙(SFCA)的形成，可提高烧结矿强度。同时由于 Al2O3和 Fe2O3的晶格常数相近，能广泛溶于Fe2O3中，促进 Fe2O3的生成，故在一定范围内增加 Al2O3含量可明显提升铝固溶复合铁酸钙CaO·SiO2-CaO·3(Fe、Al)2O3，降低磁铁矿相，改善烧结矿的还原性能。但是 Al2O3含量太高时，在赤铁矿中固溶量增加，促使 Fe2O3再结晶连晶，由粒状向骸晶状、片状发展，则在低温还原过程中，晶体结构变化产生的膨胀应力由较为分散变得相对集中，促使膨胀激烈化，故使烧结矿强度和低温还原粉化率性能变坏，影响烧结生产率。

4.2. 高Al2O3烧结矿质量优化方向

由上分析，高 Al2O3含量主要影响到烧结矿的冷强度低温还原粉化率和强度，宝钢股份大院是通过对烧结台面喷洒CaCl2溶液改善烧结矿低温还原粉化，但在湛钢顾及到CaCl2溶液对生产系统有腐蚀作用且氯化物排放严重污染环境[8]，现结合湛钢实际生产中指标波动及各因素间的相互影响关系(见图3)，高Al2O3烧结生产时可考虑从以下几个方向改善烧结矿质量：

1) 根据高炉炉料结构适当提高烧结矿碱度。结合后期高炉炉料优化分析，需适当提高烧结矿碱度。碱度提高，烧结矿中铁酸钙和复合铁酸钙相增多，骸晶Fe2O3下降，改善烧结矿强度和低温还原粉化；

Figure 3. Summary of sinter quality indexes produced by 1# sintering in 2016图3. 2016年1#烧结机生产烧结矿质量指标实绩汇总

2) 适当提高烧结矿的MgO含量。MgO提高后，更多Mg2+固溶于磁铁矿促进难还原的磁铁矿稳定存在，减少再生赤铁矿生成量，降低低温还原粉化率。同时也会生成较多难还原的钙镁橄榄石等矿物，这些矿物与磁铁矿、铁酸钙形成熔蚀交织结构，使烧结矿更致密，有利于强度的提高，但更难还原；

3) 适当提高烧结矿的FeO含量。相关研究均表明[4][6]，烧结矿中一定范围内的FeO含量对RDI ? 2.8 mm值由明显的负相关影响。FeO高，表明还原气氛强，抑制再生赤铁矿的生成，有利于粘结相中发展抗粉化性高的亚铁盐等。但过高的FeO含量同样存在着降低烧结矿还原性的问题。

5. 高Al2O3矿对高炉冶炼的影响及应对措施

5.1. 高Al2O3对高炉生产过程的影响

5.1.1. 高Al2O3对高炉终渣性能的影响

氧化物Al2O3熔点高2050℃，根据图4的Al2O3-CaO和Al2O3-SiO2二元相图可知，Al2O3单独与CaO或SiO2结合的化合物熔点高(＞1545℃)。但在高炉冶炼中，根据图5的渣系四元相图Al2O3-CaO-SiO2-MgO可知，Al2O3会同时与CaO、SiO2、MgO等多种成分结合，在一定条件下可生成低熔点(＜1500℃)的物质，形成流动性良好的炉渣。从图4也可发现，渣中过低或过高的Al2O3范围内炉渣熔化温度均有所上升。

图6给出了渣中Al2O3含量在5%～30%波动时的Al2O3-CaO-SiO2-MgO四元渣系等温相图，图中粗实线为1500℃熔点的等温曲线。从图中可看出，低熔化温度区域在Al2O3低于15%时随Al2O3含量的增加而扩展，在Al2O3高于20%后随Al2O3含量的增加而明显缩小，因而一定条件下适当提高Al2O3含量是有利于造渣的，但不宜高于20%。

再通过分析图7的1500℃条件下Al2O3-CaO-SiO2三元渣系等粘度相图可见，在同为1.0的碱度时A点15% Al2O3渣系粘度比B点20% Al2O3渣系低0.15 Pa·s；在固定20% Al2O3改变碱度时，C点1.2碱度渣系粘度比B点1.0碱度渣系粘度低2.5 Pa·s。从粘度线间距可看出，Al2O3含量在低于15%时，炉渣稳定性随Al2O3含量增加而增强；在高于20%时，炉渣稳定性随Al2O3含量增加而变差。

文章来源：《烧结球团》 网址: http://www.sjqtzz.cn/qikandaodu/2021/0314/429.html