贾树仟  李建伟  彭树成  刘文强  李  杰

（津西股份冶金性能实验室）

摘  要  针对津西钢铁股份有限公司含铁物料Al2O3含量高，需在烧结生产配加MgO来平衡MgO/Al2O3，但过高的MgO含量不利于烧结矿物理性能及冶金性能。在MgO含量1.8%-3.0%，采用烧结杯实验的方法，研究MgO含量对烧结矿物理性能及冶金性能的影响，结果表明：随着MgO含量增加，烧结速度加快，固燃单耗增加，生石灰单耗降低；烧结矿转鼓指数和成品率均有一定下降，转鼓指数在MgO含量2.1%-2.3%达到最优；烧结矿低温还原粉化性能有所改善，但还原性能有变差的趋势，荷重软化性能基本不变。

关键词  MgO含量  冶金性能  转鼓指数

造渣是高炉生产的重要环节，确定适宜的MgO质量分数可以有效的改善炉渣的流动性、稳定性及冶金性能，有利于提高炉渣的脱硫能力[1-6]。一般来说，单靠矿石中含有的MgO难以满足炉渣所需的MgO。因此，通常需要在烧结造块时加入含镁熔剂[7]。范晓慧[8]等研究了MgO对高碱度烧结矿强度的影响及机理，研究表明MgO质量分数增大，液相生成温度提高，液相量减少，MgO质量分数太高将造成烧结矿液相量不足。MgO质量分数对烧结矿冶金性能是一把双刃剑，在一定程度上改善烧结矿低温还原粉化性能的同时，烧结矿还原性能下降，不利于后续的生产[9-10]。石钢、安钢、邯钢均在提高烧结矿中MgO含量做出了努力[11-13]，但随着精料水平的提高，矿粉中SiO2含量降低，在此基础上探究适宜MgO含量，对烧结工艺发展有重要意义。目前我公司现有含铁物料大多是中高Al2O3含量的进口富矿粉，为了满足高炉炼铁炉渣流动性、脱硫和脱碱（K2O+Na2O）的需求烧结生产要配加一定的MgO来平衡MgO/Al2O3的值在合理的范围（目标：炉渣MgO/Al2O3从0.65降低到低于0.5的水平，依据北科大实验经验，在常态下，烧结矿MgO含量应控制在1.6%-1.8% 不要高于2.0%；在高炉渣Al2O3不高于17% 的条件下，MgO不高于9%是合理的）。但过高的MgO含量对烧结矿冶金性能而言是一个负能量元素，故探究适宜MgO量对烧结生产以及高炉操作有重要意义。因此，烧结生产中最好将MgO控制在合理的范围内，以提高烧结成品率和转鼓强度以及优化成品矿综合冶金性能。

1  实验原料及实验方案

实验用含铁原料、燃料、熔剂均由原料料场取样并送进厂化验室单独化验，以确保实验方案化学成分的稳定。原料化学成分见表1。

根据目前津西配矿结构，在同一原燃料条件下，通过改变MgO含量进行烧结杯实验，实验方案及物料配比见表2。

烧结杯倒出后，在2m高的落下装置中进行三次落下实验，测定粒度组成并计算成品率；将>10mm的烧结矿缩分取样，采用1/5ISO标准转鼓，进行转鼓指数检验。

四分法选取不同粒度的烧结矿，破碎、混匀、缩分，筛选10-12.5mm粒度的烧结矿，按照“铁矿石低温粉化试验静态还原后使用冷转鼓的方法”（GB/T13242-91）进行测定其低温还原粉化性能；按照“铁矿石还原性的测定方法”(GB/T13241-91)测定其还原性能；荷重软化性能按照如下方法测定：试样粒度为2~3mm，荷重为1kg/cm2，料柱高度为40mm。在升温过程中，当料柱高度收缩10%时的温度为软化开始温度(T10%)，收缩40%时的温度为软化终了温度(T40%)，ΔT=T40%-T10%为软化温度区间。

2  实验结果及讨论

2.1  MgO含量对垂直烧结速度的影响

不同MgO含量对烧结速度有明显影响。由图1可以看出，随着烧结方案中MgO含量由1.8%增加至2.5%，垂直烧结速度由14.42mm/min上升到17.61mm/min，继续增加则变化不大。主要是所采用的白云石粉粒度与矿粉粒度匹配，改善了制粒，有利于改善生料柱透气性，从而有利于烧结过程的发展，加快垂直烧结速度。

同样，MgO含量对固燃单耗及白灰单耗影响显著。由图2可以看出，随着MgO含量的上升，固燃单耗上升，生石灰单耗下降。生石灰单耗下降是由于随着白云石粉的增加，其所含有的CaO，替代了部分生石灰，故白灰加入量降低。实验结果表明，MgO含量增加0.2%，固燃单耗增加约0.7kg/t，熔剂单耗降低约5kg/t。

2.2  MgO含量对烧结矿物理性能的影响

烧结矿粒度组成见表3。随着MgO含量的增加，粒度大于40mm的烧结矿整体呈下降趋势，而粒度在0-5mm的部分大幅增多，可见MgO含量对成品率的负面影响较大。

由图3可以看出，MgO含量对烧结矿转鼓指数的影响存在两面性，MgO含量在1.8%增加至2.1%时，烧结矿转鼓指数得以改善，增加1个百分点；但当MgO含量继续增加时，烧结矿转鼓指数反而开始下降，MgO在3.0%时，转鼓指数降至最低；随着MgO含量的提高，烧结矿中铁酸钙质量分数降低，磁铁矿质量分数降低，从而使烧结强度降低。

成品率随着MgO含量增加下降较为明显，但当超过一定值，成品率稳定在约83%。MgO含量由1.8%增加至2.1%，成品率下降约8个百分点。

2.3  MgO含量对烧结矿冶金性能的影响

由图4可见，随着MgO的增加，烧结矿低温还原粉化性能得到有效改善，而且在高炉内一定的MgO含量有利于改善炉渣的流动性和提高脱硫能力。烧结方案中MgO含量由1.8%增加至2.1%，RDI+3.15增加了8%，MgO配比继续增加，RDI+3.15仍有一定上升，但逐渐趋于平缓。MgO含量的增加，固溶体中Mg2+增加，抑制了磁铁矿中的骸晶状赤铁矿生成。

由图5可以看出，随着MgO配加量增加，烧结矿的还原性能略有下降，基本稳定在约86.5%。MgO是高熔点物质，其熔点为2799℃，需要很高的温度，在烧结过程中是很难被熔化的，而且在与磁铁矿接触过程中，易与Fe3O4生成镁磁铁矿（Fe3O4·MgO）阻碍Fe3O4被氧化成Fe2O3，使烧结过程生成铁酸钙相的量减少，从而影响烧结矿的还原性能。

由图6可以看出，五组实验烧结矿的软化开始温度均在1200℃以上，软化区间也均较窄，随着MgO配加量增加，软化开始温度差距不大，软化区间有所变窄。整体均符合高炉冶炼需求。

综上所述，MgO含量对含Al2O3较高的物料烧结有较大影响。首先，会导致成品率转鼓指数的下降，影响烧结产率；然后对烧结矿冶金性能也有着显著影响，有利于改善烧结矿低温还原粉化性能；但对烧结矿还原性能而言是一个负面影响因素，MgO含量每增加0.2%，RI降低约1%；对软化性能影响不大。

3  生产实践

目前我公司现有含铁物料大多是中高Al2O3含量的进口富矿粉，为了满足高炉炼铁炉渣流动性、脱硫和脱碱（K2O+Na2O）的需求，通过上述烧结杯测算方案，将MgO控制在2.1%和2.4%（炉渣MgO/Al2O3控制在0.6的水平）两个方案分别在六月份和八月份进行烧结大生产并对烧结各项经济指标(全月平均值)进行跟踪对比见表4。

通过对两个月生产经济指标(全月平均值)跟踪对比可看出：随着MgO含量的增加(2.1-2.37)，成品烧结矿转鼓指数升高，0-5mm粒级增多，烧结矿低温还原粉化性能RDI+3.15提高，还原性能RI降低，固体燃耗升高，利用系数降低，与烧结实验研究相符。

4  结论

（1）随着MgO含量的增加，烧结速度有所提高，固燃单耗增加，生石灰单耗下降，成品率转鼓指数均有所下降。特别是在MgO2.5时，烧结速度较MgO1.8增加了3mm/min；在MgO2.1时，固燃单耗增加了3kg/t而生石灰单耗在MgO3.0下降了30kg/t，成品率在MgO1.8增加至MgO2.1时，下降了约8%，转鼓指数存在两面性，MgO2.1转鼓指数达到最高，继续增长则有下降的趋势。

（2）随着MgO含量的增加，烧结矿低温还原粉化性能有所改善，相较于MgO1.8增加了约6个百分点；但还原性能下降了约3个百分点，会导致高炉内间接还原降低，直接还原升高，影响高炉的燃料比和产量；对荷重软化性能影响较弱，基本符合高炉冶炼要求。

5  参考文献

[1] 张玉柱，耿明山，项利，等.MgO含量和碱度对高炉渣的黏度的影响[N].材料与冶金学报，2005(04):253-255. 

[2] Li T，Sun C，Liu X，et al. The effects of MgO and Al2O3 behaviours on softening–melting properties of high basicity sinter[J]. Ironmaking & Steelmaking，2017，45(2):1-9.Effect of Al2O3 and MgO addition on melting behavior of sinter.

[3] 蒋大军，林千谷，何木光，等.MgO对烧结矿与高炉渣冶炼性能及工艺参数影响的试验[J].中国冶金，2010，20(01):35-41.

[4] 何环宇，王庆祥，曾小宁.MgO含量对高炉炉渣粘度的影响[N].钢铁研究学报，2006(06):11-13+21.

[5] 张丙怀，刁岳川，廖东海，等.富三氧化二铝高炉炉渣的流动性[N].钢铁研究学报，2005(04):14-16+25.

[6] 刘云彩.MgO对炉渣黏度的影响[J]. 中国冶金，2016，26(01):2-5.

[7] 李神子，潘向阳，龙跃.我国烧结矿中MgO含量变化现状及发展趋势[J]. 河北冶金，2019(8).

[8] 范晓慧，李文琦，甘敏等.MgO对高碱度烧结矿强度的影响及机理[N].中南大学学报(自然科学版)， 2012(09):6-11.

[9] 姜鑫，吴钢生，魏国，等.MgO对烧结工艺及烧结矿冶金性能的影响[J]. 钢铁，2006(03):11-14+38.

[10] 客海滨，张玉柱，王丽丽，等.不同MgO含量对烧结矿质量的影响[J]. 河南冶金，2007，15(1):8-10.

[11] 左静宇，白雄飞.石钢提高烧结矿中MgO含量探讨[J]. 河北冶金，2013(05):5-7.

[12] 周春江，刘其敏.邯钢提高烧结矿中MgO含量的实践[J]. 烧结球团(6):37-40.

[13] 魏群，苏永洪，南祥民.提高烧结矿中MgO含量的措施及效果分析[J]. 河南冶金， 2005(05):32-34.