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許滿興燒結技術探討
燒結礦的冶金性能包括900℃還原性（RI）、500℃低溫還原粉化性能（RDI）、荷重還原軟化性能（TBS、TBE、ΔTB）和熔融滴落性能（Ts、Td、ΔT、ΔPm、S值）。這4項性能中，900℃還原性是基本性能，它不僅直接影響煤氣利用率和燃料比，同時由於還原程度的不同，還影響其還原強度（RDI）和軟熔性能。500℃低溫還原性能是反映燒結礦在高爐上部還原強度的，是高爐上部透氣性的限制性環節。在高爐冶煉進程中，高爐上部的阻力損失約佔總阻力損失的15%。燒結礦的荷重還原軟化性能是反映其在高爐爐身下部和爐腰部分軟化帶的透氣性，這部分的透氣阻力約佔高爐總阻力損失的25%。熔融滴落性能是燒結礦冶金性能最重要的部分，因為它約佔高爐總阻力損失的60%，是高爐下部透氣性的限制性環節。要保持高爐長期順行穩定，必須十分重視含鐵原料在熔融帶的透氣阻力。
燒結礦在高爐的塊狀帶、軟化帶和熔融滴落帶不同部位的性狀和透氣阻力的變化決定著高爐內不同部位的順行和穩定，因此研究和分析清楚燒結礦的冶金性能對其質量和高爐主要操作的影響是十分重要的。
900℃還原性及其影響
還原性的優劣是燒結礦質量的一項基本指標，高料層、高強度、高還原性、低碳、低FeO的三高兩低原則始終是燒結生產追求的目標。對高鹼度（R=1.9~2.3）燒結礦而言，常規要求RI＞85%，高要求RI應＞90%。鐵礦石的還原性（包括燒結礦、球團礦）取決於其礦物組成和氣孔結構，燒結礦不同礦物組成的還原性見表1。
高鹼度燒結礦的RI值若低於80%，證明燒結礦的質量出了問題，或是配碳高了、FeO高了，或是配礦的原因導致氣孔結構出了問題，應提出改進的措施。還原性不良的燒結礦由於低熔點硅酸鹽（2FeOSiO2和CaOFeOSiO2）的存在，燒結礦的軟熔性能變差，從而影響高爐軟熔帶的透氣性。還原性不良的燒結礦裝入高爐後，會明顯影響高爐上部煤氣的利用率，使高爐內間接還原比例降低，直接還原（rd）比例升高，影響高爐的燃料比和產量。據統計，入爐礦的間接還原比例降低10%，將影響高爐焦比和產量各8%~9%；在目前我國高爐燃料比的水平條件下，高爐燃料比將升高40kg/t以上；產量與高爐容積相關，也是一個龐大的數字。因此，鍊鐵工作者應十分重視燒結礦的還原性指標。
低溫還原粉化性能及其影響
燒結礦的低溫還原粉化性能是指燒結礦裝入高爐後在400℃~600℃的低溫條件下，因還原產生粉化程度的狀況。燒結礦入高爐後在低溫條件下還原產生粉化的主要原因是燒結礦骸晶狀赤鐵礦（又稱再生赤鐵礦）在低溫下還原，發生晶格轉變（在αFe2O3轉變為γFe2O3過程中由六方晶格變為立方晶格），產生極大的內應力，導致燒結礦碎裂。造成燒結礦產生低溫還原粉化的原因是多方面的，有礦種、配碳、Al2O3和TiO2含量等因素。
由高爐解剖和高爐上部取樣實測分析可知，燒結礦的低溫還原粉化是高爐上部透氣性的限制性環節，而且證明燒結礦產生低溫粉化的實際溫度並不是500℃左右，而是700℃。我國國家標準（GB/13242-91）規定，燒結礦低溫還原粉化指數以RDI+3.15的百分數為主要指標，以RDI＋6.3和RDI-0.5的百分數為參考指標。而美國和北美地區的標準規定，燒結礦的低溫還原粉化以RDI+6.3和RDI-0.5的百分數為主要指標，以RDI+3.15百分數為參考指標。唐鋼科技人員經與美國學者的分析和討論認為，美國和北美地區的標準更科學合理，因為在高爐內＜5mm的粒度會明顯影響高爐上部的透氣性，故將RDI+3.15作為主要指標是不夠合理的。
已有的生產實踐數據證明，燒結礦的RDI+3.15增加10%，將影響高爐產量逾3%，燃料比上升1.5%（在目前水平下燃料比將上升7.8kg/t）以上。因此當燒結RDI+3.15低於62%時應採取有效措施，改善燒結礦的低溫還原強度，以保持高爐的上部順行穩定。
荷重還原軟化性能及其影響
燒結礦的荷重還原軟化性能是指其裝入高爐後，隨爐料下降、溫度上升不斷被還原，到達爐身下部和爐腰部位，燒結礦表現出體積開始收縮即開始軟化（TBS）和軟化終了（TBE）的特性。高鹼度燒結礦的TBS應≥1100℃，軟化溫度區間（ΔTB= TBE －TBS）應≤150℃。燒結礦開始軟化溫度的高低取決於其礦物組成和氣孔結構強度，而開始軟化溫度的變化往往是氣孔結構強度起主導作用的結果。這就是說，軟化終了溫度往往是礦物組成起主導作用。
軟化帶的阻力損失約佔25%，這是反映爐料在爐身下部和爐腰部位順行狀況的。當燒結礦的開始軟化溫度低於950℃、軟化溫度區間＞300℃時，高爐必然會產生嚴重的懸料，因此為了保持高爐順行穩定，燒結礦應具有良好的荷重還原軟化性能。
關於荷重還原軟化性能對高爐主要操作指標的影響，意大利的皮昂比諾（Piombimo）公司4號高爐曾於1980年做過統計，含鐵原料的TBS由1285℃提高到1335℃，高爐的透氣性ΔP由5.2kPa降低到4.75kPa（下降8.7%），產量提高了16%；日本神戶公司的加古川廠和新日鐵的廣畑廠均通過改善酸性球團礦的軟熔性能有效地改善了高爐指標。
熔滴性能及其影響
熔滴性能是燒結礦冶金性能中最重要的性能，因為熔滴帶的阻力損失約佔高爐總阻力損失的60%，它是高爐下部順行的限制性環節。這也是由過去長期以高爐上部操作為主改為以高爐下部操作為主的新的高爐操作理念的原因所在。現代高爐鍊鐵要求燒結礦的開始熔滴溫度要高（Ts＞1400℃），熔滴區間要窄（ΔT＜100℃），熔滴過程的最大壓差要低（ΔPm＜180×9.8Pa）。日本新日鐵公司曾推薦燒結礦的熔滴性能總特性值S≤98kPa·℃酸性球團礦的S值≤166.6kPa·℃是適宜的。美國學者L.A.Haas等提出，熔滴性能總特性S值，似乎是一個比軟熔溫度區間（ΔT=Td－Ts）更好的指標，因為它包括了溫度區間（ΔT）和壓降大小〔ΔP＝ΔPm－ΔPs， ℃〕，並提出對高爐爐料來說，S值≤40kPa·℃是適宜的。
為了掌控和改善燒結礦的熔滴性能，鍊鐵工作者認識和理解Ts（開始熔融溫度即壓差開始陡升溫度———ΔPs達到50×9.8Pa的溫度值）和Td（開始滴落溫度）的取決條件是十分重要和必要的。在這方面，日本學者斧勝做過深入的研究，提出含鐵爐料開始熔融溫度（Ts），也就是壓差開始陡升溫度（ΔPs），取決於FeO低熔點渣的熔點。含FeO高的爐料，會較早地出現壓差開始陡升現象。而渣相中的FeO取決於爐料被還原的程度，造成含FeO高和還原性差的爐料開始熔融溫度低。
開始滴落溫度（Td）取決於渣相熔點和金屬滲碳反應。由於含FeO低和還原性優良，高鹼度燒結礦的開始熔融溫度就高，同時由於其渣相熔點高，滴落溫度也高，但是Ts提高的幅度大於Td，所以熔滴區間窄（Td-Ts=ΔT），即熔滴帶的厚度變薄，從而使得透氣阻力損失（ΔPm）降低，有利於高爐下部的順行和強化。
燒結礦在高爐內熔融帶最大壓差值取決於渣相量和渣相黏度的大小，渣相量和渣相黏度越大，最大壓差值越高。日本學者成田貴一的研究證明，在爐料結構中最大壓差值還與高鹼度燒結礦配入酸性球團礦的比例相關，當酸性球團礦配入比例為25%～50%時，最大壓差值處於最低。
我國幾種燒結礦的冶金性能分析
我國幾種燒結礦的主要化學成分和冶金性能見表2和表3。我國幾種燒結礦的品位高，SiO2含量低（酒鋼例外），FeO和八鋼的MgO含量偏高，多數MgO和Al2O3含量都不高，但近兩年來由於鐵礦資源的快速開發和降成本問題，不少企業燒結礦的成分和質量發生了一定變化。
燒結礦的還原性與它們的鹼度和FeO含量直接相關，石鋼和酒鋼兩種低鹼度燒結礦的還原度低，濟鋼兩種高鹼度燒結礦由於其含FeO高，影響了還原性。
幾種燒結礦的RDI指數很低，主要受礦種的影響。石鋼和濟鋼燒結用礦80%以上是進口礦；酒鋼燒結礦的RDI指數優良，主要是由於酒鋼礦含鹵族元素鋇（Ba）的緣故。
燒結礦的軟化性能主要與其鹼度、FeO、SiO2含量和還原性相關，總的來說這幾種燒結礦的軟化性能尚可，TBS＞1040℃，ΔTB＜185℃。
至於這幾種燒結礦的熔滴性能，酒鋼的燒結礦由於含鐵品位低、SiO2含量高、渣量大，S值特別高，因此酒鋼高爐提升冶煉水平的難度大，即要改善高爐操作指標離不開精料。八鋼的第3組燒結礦由於鹼度＞2.0，渣相黏度大，透氣阻力大，S值也較高。在正常情況下，高鹼度燒結礦的熔滴性能總是優於低鹼度燒結礦的，石鋼的兩種燒結礦對比就是很好的例子，這就是高爐爐料結構為什麼始終要堅持高鹼度燒結礦的道理所在。
信息來源：鋼鐵冶金
