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许满兴烧结技术探讨
烧结矿的冶金性能包括900℃还原性（RI）、500℃低温还原粉化性能（RDI）、荷重还原软化性能（TBS、TBE、ΔTB）和熔融滴落性能（Ts、Td、ΔT、ΔPm、S值）。这4项性能中，900℃还原性是基本性能，它不仅直接影响煤气利用率和燃料比，同时由于还原程度的不同，还影响其还原强度（RDI）和软熔性能。500℃低温还原性能是反映烧结矿在高炉上部还原强度的，是高炉上部透气性的限制性环节。在高炉冶炼进程中，高炉上部的阻力损失约占总阻力损失的15%。烧结矿的荷重还原软化性能是反映其在高炉炉身下部和炉腰部分软化带的透气性，这部分的透气阻力约占高炉总阻力损失的25%。熔融滴落性能是烧结矿冶金性能最重要的部分，因为它约占高炉总阻力损失的60%，是高炉下部透气性的限制性环节。要保持高炉长期顺行稳定，必须十分重视含铁原料在熔融带的透气阻力。
烧结矿在高炉的块状带、软化带和熔融滴落带不同部位的性状和透气阻力的变化决定着高炉内不同部位的顺行和稳定，因此研究和分析清楚烧结矿的冶金性能对其质量和高炉主要操作的影响是十分重要的。
900℃还原性及其影响
还原性的优劣是烧结矿质量的一项基本指标，高料层、高强度、高还原性、低碳、低FeO的三高两低原则始终是烧结生产追求的目标。对高碱度（R=1.9~2.3）烧结矿而言，常规要求RI＞85%，高要求RI应＞90%。铁矿石的还原性（包括烧结矿、球团矿）取决于其矿物组成和气孔结构，烧结矿不同矿物组成的还原性见表1。
高碱度烧结矿的RI值若低于80%，证明烧结矿的质量出了问题，或是配碳高了、FeO高了，或是配矿的原因导致气孔结构出了问题，应提出改进的措施。还原性不良的烧结矿由于低熔点硅酸盐（2FeOSiO2和CaOFeOSiO2）的存在，烧结矿的软熔性能变差，从而影响高炉软熔带的透气性。还原性不良的烧结矿装入高炉后，会明显影响高炉上部煤气的利用率，使高炉内间接还原比例降低，直接还原（rd）比例升高，影响高炉的燃料比和产量。据统计，入炉矿的间接还原比例降低10%，将影响高炉焦比和产量各8%~9%；在目前我国高炉燃料比的水平条件下，高炉燃料比将升高40kg/t以上；产量与高炉容积相关，也是一个庞大的数字。因此，炼铁工作者应十分重视烧结矿的还原性指标。
低温还原粉化性能及其影响
烧结矿的低温还原粉化性能是指烧结矿装入高炉后在400℃~600℃的低温条件下，因还原产生粉化程度的状况。烧结矿入高炉后在低温条件下还原产生粉化的主要原因是烧结矿骸晶状赤铁矿（又称再生赤铁矿）在低温下还原，发生晶格转变（在αFe2O3转变为γFe2O3过程中由六方晶格变为立方晶格），产生极大的内应力，导致烧结矿碎裂。造成烧结矿产生低温还原粉化的原因是多方面的，有矿种、配碳、Al2O3和TiO2含量等因素。
由高炉解剖和高炉上部取样实测分析可知，烧结矿的低温还原粉化是高炉上部透气性的限制性环节，而且证明烧结矿产生低温粉化的实际温度并不是500℃左右，而是700℃。我国国家标准（GB/13242-91）规定，烧结矿低温还原粉化指数以RDI+3.15的百分数为主要指标，以RDI＋6.3和RDI-0.5的百分数为参考指标。而美国和北美地区的标准规定，烧结矿的低温还原粉化以RDI+6.3和RDI-0.5的百分数为主要指标，以RDI+3.15百分数为参考指标。唐钢科技人员经与美国学者的分析和讨论认为，美国和北美地区的标准更科学合理，因为在高炉内＜5mm的粒度会明显影响高炉上部的透气性，故将RDI+3.15作为主要指标是不够合理的。
已有的生产实践数据证明，烧结矿的RDI+3.15增加10%，将影响高炉产量逾3%，燃料比上升1.5%（在目前水平下燃料比将上升7.8kg/t）以上。因此当烧结RDI+3.15低于62%时应采取有效措施，改善烧结矿的低温还原强度，以保持高炉的上部顺行稳定。
荷重还原软化性能及其影响
烧结矿的荷重还原软化性能是指其装入高炉后，随炉料下降、温度上升不断被还原，到达炉身下部和炉腰部位，烧结矿表现出体积开始收缩即开始软化（TBS）和软化终了（TBE）的特性。高碱度烧结矿的TBS应≥1100℃，软化温度区间（ΔTB= TBE －TBS）应≤150℃。烧结矿开始软化温度的高低取决于其矿物组成和气孔结构强度，而开始软化温度的变化往往是气孔结构强度起主导作用的结果。这就是说，软化终了温度往往是矿物组成起主导作用。
软化带的阻力损失约占25%，这是反映炉料在炉身下部和炉腰部位顺行状况的。当烧结矿的开始软化温度低于950℃、软化温度区间＞300℃时，高炉必然会产生严重的悬料，因此为了保持高炉顺行稳定，烧结矿应具有良好的荷重还原软化性能。
关于荷重还原软化性能对高炉主要操作指标的影响，意大利的皮昂比诺（Piombimo）公司4号高炉曾于1980年做过统计，含铁原料的TBS由1285℃提高到1335℃，高炉的透气性ΔP由5.2kPa降低到4.75kPa（下降8.7%），产量提高了16%；日本神户公司的加古川厂和新日铁的广畑厂均通过改善酸性球团矿的软熔性能有效地改善了高炉指标。
熔滴性能及其影响
熔滴性能是烧结矿冶金性能中最重要的性能，因为熔滴带的阻力损失约占高炉总阻力损失的60%，它是高炉下部顺行的限制性环节。这也是由过去长期以高炉上部操作为主改为以高炉下部操作为主的新的高炉操作理念的原因所在。现代高炉炼铁要求烧结矿的开始熔滴温度要高（Ts＞1400℃），熔滴区间要窄（ΔT＜100℃），熔滴过程的最大压差要低（ΔPm＜180×9.8Pa）。日本新日铁公司曾推荐烧结矿的熔滴性能总特性值S≤98kPa·℃酸性球团矿的S值≤166.6kPa·℃是适宜的。美国学者L.A.Haas等提出，熔滴性能总特性S值，似乎是一个比软熔温度区间（ΔT=Td－Ts）更好的指标，因为它包括了温度区间（ΔT）和压降大小〔ΔP＝ΔPm－ΔPs， ℃〕，并提出对高炉炉料来说，S值≤40kPa·℃是适宜的。
为了掌控和改善烧结矿的熔滴性能，炼铁工作者认识和理解Ts（开始熔融温度即压差开始陡升温度———ΔPs达到50×9.8Pa的温度值）和Td（开始滴落温度）的取决条件是十分重要和必要的。在这方面，日本学者斧胜做过深入的研究，提出含铁炉料开始熔融温度（Ts），也就是压差开始陡升温度（ΔPs），取决于FeO低熔点渣的熔点。含FeO高的炉料，会较早地出现压差开始陡升现象。而渣相中的FeO取决于炉料被还原的程度，造成含FeO高和还原性差的炉料开始熔融温度低。
开始滴落温度（Td）取决于渣相熔点和金属渗碳反应。由于含FeO低和还原性优良，高碱度烧结矿的开始熔融温度就高，同时由于其渣相熔点高，滴落温度也高，但是Ts提高的幅度大于Td，所以熔滴区间窄（Td-Ts=ΔT），即熔滴带的厚度变薄，从而使得透气阻力损失（ΔPm）降低，有利于高炉下部的顺行和强化。
烧结矿在高炉内熔融带最大压差值取决于渣相量和渣相黏度的大小，渣相量和渣相黏度越大，最大压差值越高。日本学者成田贵一的研究证明，在炉料结构中最大压差值还与高碱度烧结矿配入酸性球团矿的比例相关，当酸性球团矿配入比例为25%～50%时，最大压差值处于最低。
我国几种烧结矿的冶金性能分析
我国几种烧结矿的主要化学成分和冶金性能见表2和表3。我国几种烧结矿的品位高，SiO2含量低（酒钢例外），FeO和八钢的MgO含量偏高，多数MgO和Al2O3含量都不高，但近两年来由于铁矿资源的快速开发和降成本问题，不少企业烧结矿的成分和质量发生了一定变化。
烧结矿的还原性与它们的碱度和FeO含量直接相关，石钢和酒钢两种低碱度烧结矿的还原度低，济钢两种高碱度烧结矿由于其含FeO高，影响了还原性。
几种烧结矿的RDI指数很低，主要受矿种的影响。石钢和济钢烧结用矿80%以上是进口矿；酒钢烧结矿的RDI指数优良，主要是由于酒钢矿含卤族元素钡（Ba）的缘故。
烧结矿的软化性能主要与其碱度、FeO、SiO2含量和还原性相关，总的来说这几种烧结矿的软化性能尚可，TBS＞1040℃，ΔTB＜185℃。
至于这几种烧结矿的熔滴性能，酒钢的烧结矿由于含铁品位低、SiO2含量高、渣量大，S值特别高，因此酒钢高炉提升冶炼水平的难度大，即要改善高炉操作指标离不开精料。八钢的第3组烧结矿由于碱度＞2.0，渣相黏度大，透气阻力大，S值也较高。在正常情况下，高碱度烧结矿的熔滴性能总是优于低碱度烧结矿的，石钢的两种烧结矿对比就是很好的例子，这就是高炉炉料结构为什么始终要坚持高碱度烧结矿的道理所在。
信息来源：钢铁冶金
