郭兰芬 刘晓明 魏琼花 贾文君

(邯钢生产制造部)

邯钢铁精粉软化特性的研究分析

郭兰芬 刘晓明 魏琼花 贾文君

(邯钢生产制造部)

通过对球团用铁精粉的软熔收缩特性进行试验研究，并在一定的温度制度下测定了两种精粉混合状态下发生软化变形的程度，对比分析了铁矿粉高温软熔特性。研究表明：混合矿粉的软化收缩不具有加和性，其收缩程度与矿粉矿物组成及晶粒大小等因素有关，该指标可作为球团结构优化的主要指标在配矿中加以应用。

球团 精粉 软化 收缩

0 前言

邯钢球团生产中所用铁精粉品种较多，其中进口精粉成分较为稳定，国产精粉由于矿点儿多，成分波动较大，因此其常温和高温性能存在较大差别。球团矿中铁晶粒的连接主要是依靠高温环境赤铁矿晶粒发育长大互联成整体固结[1]，产生液相极少，但由于铁精粉的成分不同，有的精粉杂质较多，导致软熔特性变差，在窑内焙烧时容易使球团表面过早软化变形，造成球团焙烧不充分，而且容易造成回转窑结圈。为保持球团生产及质量的稳定，需要掌握每种精粉的高温软熔特性，尤其在目前优质铁精粉资源匮乏、矿种复杂的情况下开展该研究是非常有必要的。

球团矿在焙烧过程中，由于化学反应和晶形转变，与干燥球相比其体积都会发生相应的收缩和密实，甚至在冷却过程中由于存在应力区，会使球团内部产生裂纹，尤其在应用成分较为复杂的矿种时更为常见。通过模拟球团焙烧的温度与时间，从球团用铁精粉软化收缩特性方面，研究铁精粉在高温焙烧过程中的行为及相互作用的能力，衡量不同铁精粉在高温条件下发生软化收缩的程度，以此评价铁精粉高温软熔特性，更加有效地指导生产，达到结构优化的目的。

1 铁精粉软化收缩试验准备

1.1 试验装置

采用传统的试验方法对球团铁精粉的高温软熔性能研究所需时间长、耗材多、费用高[2]。文中所述试验是依据球团预热、焙烧制度在WSXT-01铁矿石基础特性的试验装置中进行，试验装置如图1所示。

图1 测定精粉高温软化特性试验装置

1.2 原料条件

本次试验原料选取邯钢10种球团常用铁精粉。各种铁精粉的化学成分及小于200目的粒级百分数见表1。

表1 铁精粉化学成分及粒级

从表1可以看出，五矿精粉属于赤铁矿类型，其余精粉都属于磁铁矿类型；鹏捷和高镁的品位相对较低；高镁精粉的SiO2、CaO、MgO含量较高，成分杂。另外，几种精粉粒度组成存在较大差别，尤其是和耀、鹏捷精粉粒度较粗，大于100目的粒级比例较高，而小于200目的粒级百分数只有58.80%，56.11%。由于不同矿物粒度组成差别较大，为了不影响试验研究对比结果，本试验所用铁精粉的粒级控制在100目以下。

1.3 制定升温速率

根据球团预热焙烧的温度与时间，摸索并制定铁精粉的升温制度。模拟实际生产中回转窑焙烧条件。制定升温制度为：室温到950 ℃的升温速率为20 ℃/min，在950 ℃保持10 min，继续以10 ℃/min的速率逐渐减小到5 ℃/min升温至1 350 ℃，保持10 min，观察铁精粉的变化过程。升温制度如图2所示。

图2 升温制度

2 铁精粉软化收缩的测定

铁精粉软化收缩率定义为铁精粉焙烧前后的体积差与焙烧前体积的比值。用公式表示为：

铁精粉的收缩率=(焙烧后体积—焙烧前体积)/焙烧前体积×100%

为保证试验条件一致，需使各种铁精粉的焙烧前体积相同，将试样放入压样机中，保持压力10 MPa，时间2 min，制成统一高为5 mm，直径为8 mm的圆柱体。

2.1 单种铁精粉软化收缩

根据以上制定的升温制度和试样制作过程，在相同的试验条件下对10种铁精粉在氧化气氛下预热焙烧，焙烧后测定其体积，然后按照上述公式计算单种铁精粉的收缩率。单种铁精粉所测得的收缩率见表2。

表2 单种铁精粉的收缩率

从表2可以看出，和耀的收缩率最低，只有1.66%，高镁的收缩率最高，达到27.46%，从化学成分上看，高镁是低品位矿，成分复杂，SiO2、MgO含量较高，高温时容易形成低熔点化合物而软化，所以收缩率高。智利收缩率也较高，其余精粉收缩率在6%～10%范围，收缩程度居中。但是在实际生产中，用于生产球团的铁精粉往往不止一种，那么，单种精粉的这种收缩特性对混合矿造成的影响是生产中需要关注的问题。因此，需要对混合状态下精粉的收缩特性进行进一步的研究。

2.2 混合铁精粉软化收缩试验

一般情况下，两种或两种以上的物质混合后，其物理特性大多具有加和性；那么对于文中研究的混合矿的软化收缩性能是否具有简单加和的特性，采用收缩率较高的智力和高镁粉与收缩率较低的和耀矿粉进行了试验，同时对现场正在配加的混合料结构也进行软化收缩试验。试验选择的和耀精粉比例分别为20%、40%、50%、60%、80%，具体情况见表3，现场配比见表4。

表3 混合精粉不同配比的收缩率 / %

表4 三种混合精粉不同配比的收缩率 / %

从表4 可以看出，智利、高细、本地混合后实测收缩率11.44%远高于简单加和计算的收缩率8.99%，趋向智利的收缩率11.35%。

根据表3中混合精粉不同配比收缩率数据的实测值和加和值作图，横坐标为配比方案，纵坐标为收缩率，和耀与高镁不同配比收缩率图如图3所示，和耀与智利不同配比收缩率图如图4所示。

图3 和耀与高镁不同配比收缩率图

图4 和耀与智利不同配比收缩率图

从图3可以看出，和耀与高镁精粉的结构，随着高镁配比的增加，收缩率呈增加趋势，实测收缩率都低于加和值，两者差值幅度慢慢减小；方案1～方案5(高镁配比小于60%)实测收缩率缓慢的增加，方案6、方案7(高镁配比高于60%)，收缩率开始梯度增加。

从图4可以看出：和耀与智利精粉搭配，随着智利配比的增加，收缩率也是增加趋势，与上述和耀与高镁搭配相反的是，实测收缩率都高于计算加和收缩率值，两者差值幅度缓慢增加再减小；方案1～方案4(智利配比小于50%)收缩率趋势直线上升，从方案5开始(智利配比50%以上时)收缩率缓慢增加，甚至方案6、方案7(智利配比80%时与100%时)的收缩率相当，收缩率与智利配比成对数关系。

通过上述分析，和耀分别与高镁和智利搭配，收缩率都随着高镁或智利的配比增加而增加，但增加的趋势不同。和耀与高镁精粉拟合的曲线呈指数关系，和耀与智利拟合的曲线呈对数关系。

以上研究表明混合矿的收缩不是简单的单种矿粉收缩率的加和，而受自身特性影响。为解释这一现象，进一步研究精粉的微观组织结构。

3 铁精粉软化收缩后的显微结构

将研究的铁精粉收缩后的试样制成光片，在显微镜下观察，铁精粉的软化收缩后颗粒形貌如图5所示。

(a) 和耀-100X

(b) 高镁-100X

(c) 智利-100X

(d) 智利和耀各50 %-100X

(e) 高镁和耀各50 %-100X

(f) 现场配比-100X

图5 铁精粉的软化收缩后颗粒形貌从图5可以看出，智利的晶粒细小并且是铁晶须连接，和耀晶粒尺寸较大，气孔尺寸也较大，智利与和耀混合，很容易填充和耀的气孔，使混合后精粉的收缩率提高，固在智利配比低时，收缩率明显，从混合后的显微图片看出，致密度提高。而高镁与智利恰相反，高镁的铁相是以小块脉石粘结，连接成片，高镁与和耀混合后，和耀的铁晶粒和脉石颗粒阻止了高镁铁相的粘结，局部高镁的铁相连接成片后也不能填充气孔，在高镁配比低时，收缩率趋向和耀，在高镁配比高时，收缩率趋向高镁。

铁精粉高温焙烧后颗粒形貌发生明显变化，进一步对其处理，将各种精粉显微图片通过Qwin软件的图像处理，统计出各种精粉的气孔和铁相的含量，以及铁相晶粒相对单位的大小，数据见表5。

表5 铁精粉的显微结构含量及晶粒比较

注：1.所用处理图片的倍数都是100倍； 2.铁相晶粒的大小只是相对的比较，为像素点单位。

从图5和表5可以看出，和耀精粉焙烧收缩后的铁相和脉石晶粒都较大，晶粒与晶粒之间连接较弱，大都单独存在，由于晶粒尺寸较大不能填充气孔，导致收缩率最低；高镁精粉物质杂，焙烧后产生低熔点物质，铁相多呈圆形，铁相连接之间由液相粘结，气孔率低，故高镁精粉的收缩率高；智利精粉焙烧收缩后的气孔率含量低，铁相晶粒细小，铁晶须与铁晶须连接，脉石颗粒多数单独存在。

球团收缩程度直接影响成品率，生产可以针对不同的原料结构，依据收缩特性，适当调整造球时间，控制成品球尺寸，以满足球团产量的要求。

4 结论

(1)每种铁精粉特性不同，收缩率也不同，混合后铁精粉的收缩率不是单种精粉收缩率的简单加和。

(2)铁精粉焙烧后的收缩率与形成的液相、气孔率大小以及铁晶粒大小有关。

(3)收缩率指标是实现球团原料结构优化的有利补充。

[1] 陈耀铭,陈锐.烧结球团矿微观结构[M].长沙：中南大学出版社，2011:115.

[2] 朱德庆,潘建,胡晓铭,等.熔剂作用下的铁矿石高温反应性能研究[C].2005年度全国烧结球团技术交流年会.2005年.

ANALYSIS AND RESEARCH ON SOFTENING PROPERTIES OF IRON POWDER IN HAN STEEL

Guo Lanfen Liu Xiaoming Wei Qionghua Jia Wenjun

(Manufacturing department of Han steel)

In this paper, experimental study on soft melting shrink properties of iron powders for pelletizing, softening deformation of two kinds of mixed iron powders were measured under a certain temperature regime, soft melting properties at high temperature were compared and analyzed. Research shows:softening shrink properties of mixed iron powders are not summation. Shrinkage degree of iron powders are related to mineral composition and grain size. It can be used as the main index of pellet structure optimization and used in ore blending.

pelletizing iron powder softening shrink

芬，高级工程师，河北.邯郸(056015)，河北钢铁集团邯钢生产制造部；

2017—3—10