一.导言
低硅烧结可以改善烧结矿的冶金性能，减少高炉冶炼过程中产生的渣量，减薄软熔层，提高滴落带的透气性，从而有利于高炉顺行和降低焦比。同时，减少渣量也有利于增加高炉喷煤量。一般来说，铁矿石TFe含量增加1%，高炉焦比降低2%，产量增加3%。因此，低硅烧结可以给企业带来巨大的经济效益。
随着包钢选矿技术的不断进步，铁精矿品位日益提高。目前，自产白云鄂博铁精矿二氧化硅含量已降至210% ~ 410%，为生产低硅烧结矿及其高炉冶炼提供了物质基础。由于铁矿粉中的二氧化硅是烧结过程中产生足够液相粘结物料的基础，也是保证烧结矿高强度的前提，当使用低硅铁矿粉烧结时，烧结矿的质量，特别是机械强度会明显变差。特别是对于白云鄂博铁矿粉，由于富含CaF2、K2O和Na2O，烧结时CaF2可以吸收CaO和SiO2生成cuspidine，从而减少有效CaO形成铁酸钙的量，铁酸钙的量显著减少。K2O和Na2O主要分布在硅酸盐玻璃中，是玻璃的稳定剂，有利于玻璃的形成，也抑制铁酸钙的形成。因此，在碱度一定的情况下，包钢铁矿粉生产的烧结矿铁酸钙含量远低于普通烧结矿，低硅烧结矿的强度问题更加突出。为此，通过显微烧结试验，研究了烧结温度、碳含量、烧结矿碱度、SiO2含量和MgO含量对包钢低硅烧结条件下粘结相强度的影响，并在此基础上进行烧结杯验证试验，为优化包钢低硅烧结工艺参数提供了依据。
二、微观烧结试验
粘结相强度是指铁矿粉烧结过程中形成的液体与周围矿粉固结的能力。烧结矿是由未熔化的含铁矿物与粘结相粘结形成的非均质矿物，含铁矿物的强度高于粘结相，因此粘结相本身的强度成为制约烧结矿强度的重要因素。在其它条件相同的情况下，粘结相本身的强度高，烧结体的强度也高。因此，本文以粘结相强度为表征，研究了相关烧结因素对烧结矿强度的影响。
首先，利用红外微型烧结炉测试了低硅烧结温度、碱度、SiO2含量和MgO含量对烧结样品粘结相强度(基本烧结特性)的影响。测试方案和结果列于表1中。试验中使用的矿粉是包钢烧结的常用原料，其中自产精矿与澳矿比例为85∶15，褐铁矿粉为高硅矿，主要用于调节二氧化硅含量。各种原料的化学成分列于表2。实验中通过改变不同矿粉的配比来调节样品的SiO2含量，通过添加CaO、MgO等化学纯试剂来调节样品的碱度和MgO含量。
根据正交试验的结果(表1)，范围越大，对粘结相强度的影响越大。各因素对包钢低硅烧结矿粘结相强度的影响顺序为:烧结温度>:碱度>:MgO含量>:SiO2含量。根据极差分析可知，最佳条件A(即SiO2)为A1(表1中σ (1)/12为451，为粘结剂强度的最高值)，以此类推，粘结剂强度的最佳烧结参数水平为A1B2C1D4，即SiO2含量为4.0%，碱度为2.5，烧结温度为1200℃，MgO含量为116%。
三。烧结杯验证试验
根据正交试验结果，选取三个有代表性的试验点进行烧结杯验证试验，试验编号分别为1#、2#和3#。其中，3#是正交试验中粘结相强度的最优水平，即低硅、高碱度、低MgO的试样:1#和2#分别是正交试验中粘结相强度最低和较低的试验点7#和13#，试样粘结相强度的顺序为3# >;2 # & gt1#。烧结温度由碳的量来模拟。为了进一步研究碳含量和混合物水分的影响，对每个测试点的碳含量和混合物水分进行了微调。每个点做三次，以获得相应的烧结物筛分指数和转鼓强度。在此基础上，结合对烧结矿样的成分、结构和矿物相的观察，分析确定了包钢低硅烧结的最佳工艺条件。
(一)烧结杯试验方法和工艺参数
杯试中使用的矿粉与微烧结试验中使用的矿粉相同，并加入生石灰、石灰石和白云石来调节试样的碱度和MgO含量。试验中使用的原材料见表2。根据各测试点的成分要求，先将准备好的干料混合均匀，然后在滚筒中加水制成球，要求大于3mm的球占总数的70%左右，然后测量混合料的含水率；将准备好的混合物颗粒布成& Aacute在200mm的烧结杯中，放200g焦炭在上面点火，点火负压5kPa，烧结负压10kPa。当烧结废气温度降至200℃时，烧结完成。取出烧结矿饼进行破碎筛分，测试其筛分指数和转鼓强度。
烧结试验在包头钢铁厂实验室进行，烧结工艺参数见表3。
㈡测试结果和分析
烧结试验的结果列于表4中。从表4可以看出:
1.与1 # ~ 3 #实验相比，在实验选取的碳(3.6% ~ 4.2%)范围内，每组样品的转鼓强度都随着碳含量的增加而增加(见图1)。这说明保持适当的碳含量有利于增加烧结液量，提高包钢低硅烧结矿转鼓强度。
2.正交试验得到的粘结相强度最好的3#样品在烧结杯试验中转鼓强度最好。1#、2#和3#试样转鼓强度顺序为3 # >: 2# >这与正交试验的粘结相强度顺序一致，验证了正交试验结果的正确性，并再次表明粘结相强度这一烧结基本特性能很好地反映实际烧结矿的转鼓强度。比较各样品的返料平衡系数，3#样品的粉化率最低。
3.比较高MgO含量的1#和2#烧结样品，在相同碳含量下，烧结矿(MgO含量≥2.8%)的转鼓指数随着碱度的降低和SiO2含量的增加而增加。主要原因是2#烧结试样中MgO的矿化度增加，试样中残余熔体量减少，含镁高熔点矿物析出减少，矿物成分减少，结构均匀化，从而提高了烧结试样的强度。因此，当MgO含量较高时，需要适当降低碱度，增加SiO2含量，以保证MgO的矿化，增加烧结液相量。为了保证低硅烧结矿的高强度，烧结矿的MgO含量不应很高。
4.在实验选取的混合料水分范围内，随着水分的增加，烧结转鼓指数呈增加趋势。因此，保持适当的混合料水分有利于混合料的制粒，提高烧结矿强度。
分析了转鼓强度最好的3#样品(R2.5，MgO1.60%，SiO24.0%，配碳3.8%)和转鼓强度差的2#样品(R1.6，MgO2.8%，SiO25.2%，配碳4.0%)的矿物相。矿物成分列于表5，烧结物的微观结构如图2和图3所示。
3号样品是低硅(SiO2 24.0%)、高碱度(2.5)、低MgO(1.60%)和低碳含量(平均3.8%)的烧结样品。而样品2是具有高硅含量(SiO2 25.2%)、低碱度(1.6)、高MgO含量(2.8%)和高碳含量(平均4.0%)的烧结样品。两个样品的烧结条件形成鲜明对比。从图2和图3可以看出，3#样品的显微结构以磁铁矿和铁酸钙组成的熔融和侵蚀交织结构为主，局部可见磁铁矿和玻璃相组成的点状结构；2#样品显微结构以磁铁矿和玻璃相组成的斑状结构为主，局部可见磁铁矿和铁酸钙组成的侵蚀结构，交织结构少见。3#样品中铁酸钙含量高达29%，而2#样品中铁酸钙含量仅为13%，玻璃相和磁铁矿含量较高。原因是样品2#中的MgO含量高(2.8%)。烧结过程中，MgO可以进入磁铁矿晶格，起到稳定磁铁矿晶格的作用，不利于磁铁矿氧化成赤铁矿，从而抑制铁酸钙的形成。其次，2#样品碱度低(1.6)，CaO含量低，不利于铁酸钙的形成，而SiO2含量高(5.2%)促进了玻璃相的形成。此外，较高的碳含量也会促进玻璃相的形成，但不利于铁酸钙的形成。可以认为，高碱度、低MgO、低碳含量是包钢低硅烧结的必要条件。本研究得到的低硅烧结最佳工艺条件为:二氧化硅含量4.0%，碱度2.5，氧化镁含量1.6%，碳含量3.8%。
四。结论
(1)微观烧结试验得到的粘结相强度顺序与烧结杯试验得到的转鼓强度顺序一致，表明粘结相强度这一烧结基本特性能很好地反映实际烧结矿的转鼓强度。包钢低硅烧结的最佳工艺条件为:SiO2含量4.0%，碱度2.5，MgO含量1.6%，碳含量3.8%。
(2)保持适当的混合料含水量有利于改善混合料的成粒性，提高烧结转鼓的强度；当MgO含量较高时，需要适当降低碱度，增加SiO2含量，以保证MgO的矿化，增加烧结液相量。
(3)烧结过程中，MgO可以进入磁铁矿晶格，可以稳定磁铁矿的晶格结构，不利于磁铁矿氧化成赤铁矿，从而抑制铁酸钙的形成。控制低MgO含量是保证低硅烧结矿强度的必要条件。
(4)高碱度和低碳含量是促进铁酸钙生成、抑制玻璃相生成、保证低硅烧结矿强度的关键。当包钢烧结矿的二氧化硅含量降至4.0%时，烧结矿的碱度应保持在2.5左右。
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