金属化烧结矿金属化烧结矿形成过程

研究金属化烧结矿的显微结构表明，金属铁颗粒位于浮士体，硅酸盐化合物的中间和剩余炭粒周围。 1967~1970年间在Mucuca等实验室里进行250次以上烧结以制取金属化烧结矿。烧结金属化烧结矿的某些重要指标与混合料固体燃料用量的规律性如下图：

曾经确定，在烧结条件下烧结料的金属化是从含炭7~8%的开始的。随着燃料用量增多，烧结矿的金属化率相应增加。在20及30%的含炭条件下，烧结矿的金属化率分别为40~60%及60~80%。

但是，应该注意到，随着固体燃料用量增多， 烧结废气CO含量增大， 甚至会造成抽风管道发生煤气爆炸的危险， 故一般要求固体燃料用量不超过25~30%，其计算的烧结矿金属化率接近40%。此外，随着烧结矿金属化率的提高，烧结过程的脱硫条件剧烈变坏，如下图所示。

烧结矿解决l精矿粉的利用问题，而且自熔性烧结矿能减少石灰石入炉，还原性又好，对降低高炉燃料消耗，作出重要贡献，与天然块矿比较，烧结矿用量每增加10%，可节约高炉燃料2%，所以烧结矿生产是当代冶金工业的重大技术突破。

烧结矿也有不足之处，首先，它靠局部烧熔矿粉产生液体，将矿粉粘结起来，因此烧结温度较高，要达到1300℃以上，这样，消耗的燃料较高。由于燃料在混合料中燃烧，且温度较高，容易生成氧化铁。混合料在烧结过程中必须有空气通过，才能保持混合料中的燃料燃烧。如果混合料中的精矿粉过细，料层透不过空气，烧结矿质量和烧结机产量都会降低，这是烧结生产一大障碍。

金属化烧结矿就是部分含铁原料被还原成金属铁的烧结矿。它是在烧结混合料中加入比普遍烧结大得多的固体燃料用量，改善烧结料层的还原条件制得的。当固体燃料用量很高时，气相中CO的液度将大大增加，与此同时，抽入料层内的空气中的水汽与炽热的燃烧碳粒相互作用放出H₂，CO，H₂和固体碳本身都是铁氧化物的还原剂，而且在金属化烧结矿中有4~6%的过剩的碳存在、这就保证了烧结矿冷却过程中有利于还原反应的继续进行，而不会使金属铁再被大量氧化。

在普通的烧结台车上制取金属化烧结矿是完全可能的。从生产工艺的各个环节到烧结台车不必改变，仅在操作上要求尽可能高的料层和足够厚的铺底料，防止烧结炉篦。

高炉使用金属化烧结矿的效果是显著的，平均每增加10%的金属化烧结矿高炉焦比下降5~6%，生产率增加5%，但是目前与普通烧结矿比较，金属化烧结的生产率下降了50%，致使这一工艺尚需进一步研究和改善。

从烧结矿中搞金属化既然不经济，人们只好转而在球团矿中试验。球团矿基本由精矿粉构成，气孔微细、均匀，很容易与还原气体发生反应，而焙烧球团矿用的是煤气或重油，气氛容易控制，因些效率很高。实践表明，金属化球团矿中的铁，92~96%都已经还原成金属铁。这种球团矿，可以代替废钢，用于电炉或转炉；用于高炉，几乎使高炉变成化铁炉。下表是用同一种精矿粉生产的烧结矿和球团矿，从中可以看出它们的区别。

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显微结构对烧结矿的性质有很大的影响，容易开裂就是一个很重要的因素。在扫描电子显微镜下观察烧结矿的新鲜断面，发现未同化的赤铁矿颗粒上存在有裂纹。而对天然赤铁矿加热并随之用水骤冷的实验表明，赤铁矿不会产生裂纹。由此可见，赤铁矿颗粒上的裂纹是氧化和还原引起的相变而产生的。对于熔剂性烧结矿来说，粘结相裂纹相对较少，但酸性烧结矿就比较多。

在约850℃用CO或H₂对铁矿烧结矿进行还原时的试验结果表明，在赤铁矿还原为班铁矿时，由于形成孔隙和裂纹，总伴随着视在体积的明显增大。当赤铁矿晶粒塑性较低时，低温还原过程的体积增加更为严重。在550℃时裂纹数最多。次生赤铁矿顺粒一般不容易开裂，因为它们的体积比残存赤铁矿小得多 。2100433B

烧结矿的显微结构基本上由未熔矿物、粘结相、孔隙和裂纹等组成。熔剂性烧结矿的枯结相有好几种矿物，但主要是铁酸钙、磁铁矿、次生的和再氧化的赤铁矿以及硅酸盐。

未熔矿物在烧结过程中是发生了变化的。将原来的矿物结构与烧结矿中未熔颗粒进行比较，可以看出有如下变化：

1.烧结矿中矿石颗粒孔隙变大；

2.烧结矿中矿石颗粒的反射率提高。

在烧结过程中，赤铁矿晶粒重结晶和晶体聚合是可能的。

随着烧结生产技术的发展，烧结燃耗降低，从而增大了烧结矿中未熔相的比例，如日本钢厂生产的烧结矿含有的未熔相，所以研究烧结矿中未熔相颗粒的性质具有重要意义 。

熔剂性烧结矿(fluxed sinter)是指碱度高于高炉炉渣碱度的烧结矿，其碱度一般在1.2～1.5之间。当高炉单独使用熔剂性烧结矿冶炼时，完全取消生熔剂入炉，可使高炉焦比降低，产量上升 。