高温预处理对褐铁矿块矿冶金性能的影响
张珈铭，柴轶凡，王世杰，石颜硕，罗果萍，安胜利
(内蒙古科技大学材料与冶金学院， 内蒙古 包头 014000)
天然块矿具有品位高、粒度适宜、组织结构疏松、气孔度较高等特点，应用于高炉炼铁在性能上具有一定的优势。但天然块矿湿度大、结晶水含量高、表面附着细小颗粒等问题成为阻碍块矿大规模入炉的关键，而通过高温预处理可以有效降低天然块矿内部结晶水含量，提高孔隙率。为此探索高温预处理前后褐铁矿的冶金性能，判断高温预处理后天然褐铁矿入炉的可行性。研究证明高温预处理使得褐铁矿内部结构发生改变，由紧实的致密状结构转变为贯通状板结结构，结晶水含量降低，孔隙率提高，抗压强度降低。低温还原粉化指数(I
RD
)和还原度(R
t
)是评价矿石原料入炉的重要指标，是块矿能否顺利入炉、保障高炉透气性和高炉顺行的评判依据。高温预处理对天然褐铁矿冶金性能具有有利影响，低温还原粉化过程主要降低小颗粒褐铁矿掉落比例，高温预处理后褐铁矿
I
RD
>6.30由66.12%提高至73.21%，
I
RD
>3.15由82.08%提高至86.48%，
I
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<0.50由7.97%降低至6.47%；高温预处理主要影响褐铁矿中温还原过程中还原性气体与褐铁矿接触面积，即孔隙率是影响还原度的因素之一，经高温预处理后褐铁矿平均孔隙率提高4.77个百分点，高温预处理前褐铁矿
R
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由79.58%提高到84.23%。研究结果可为高温预处理后褐铁矿入炉提供理论依据。
褐铁矿； 预处理； 结晶水； 还原度； 低温还原粉化性能
天然块矿具有品位高、粒度适宜、组织结构疏松、气孔度较高等特点，应用于高炉时在性能上具有一定的优势，酸性的天然块矿和高碱度的烧结矿由于自身的特性不同，在高炉的高温区域存在复杂的交互反应，并能够有效改善混合炉料冶金性能。炉料的合理布控是提高高炉生产和降低企业成本的有效手段，在满足企业实际生产的同时，要因势利导、因地制宜，加强基础设施建设，保障高炉稳定顺行，同时满足技术优化和控制成本需求。目前高炉配加天然块矿对降低企业生产成本和改善炉料结构起到了至关重要的作用。某钢企2 680 m
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高炉配加18%天然块矿取得较好经济效益，原料成本降低约2.38元/t；青岛特钢使用纽曼块矿仍可实现高炉稳定顺行；威钢选用纽曼块矿和吉布森块矿，2种块矿低温还原粉化指数较好(均大于80%)，还原度较高(大于65%)，满足高炉冶炼要求；包钢四号和五号高炉选配20%蒙古矿和澳矿混合块矿，对高炉各项指标影响较小；永锋钢铁高炉冶炼配加20%块矿，产量实现4 000 t/d以上，吨铁成本降低30元左右；唐钢二号高炉改变入炉炉料结构，选配20%左右天然块矿混合块矿，在该配比结构下高炉风量风压水平稳定，透气性指数较高，煤气利用率水平较高。庞焯刚等研究证明，选配18%预脱水澳矿替换传统炉料结构，可有效降低CO
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排放。
但对天然块矿而言，其湿度大、结晶水含量高、表面附着细小颗粒等，这些问题成为阻碍块矿大规模使用的关键，而通过高温预处理可以有效降低天然块矿内部结晶水含量并脱落块矿表面附着颗粒，进而提高其入炉指标。在实际生产中，针对烧结矿和球团矿入炉问题已构建了较为完善的研究系统，但对块矿的直接入炉研究较少，有效参考依据并不全面。基于此，笔者深入研究了经高温预处理后褐铁矿块矿（以下简称褐铁矿）的冶金性能，以褐铁矿低温还原粉化指数以及还原度为主要参考指标，对比了高温预处理前后褐铁矿的各项性能差异，为高温预处理后褐铁矿入炉提供行之有效的理论依据。
为探究高温预处理对天然褐铁矿冶金性能的影响，通过热重分析获得TG以及DTG曲线，利用还原炉获得高温预处理前后褐铁矿低温还原粉化指数以及还原度，所得结论如下：
1)高温预处理使天然褐铁矿内部由孔洞结构转变为贯通状结构，孔隙率提高，抗压强度下降，结晶水含量降低，满足入炉基本要求。
2)通过热重分析，高温预处理前褐铁矿在N
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气氛下失重要高于高温预处理后褐铁矿，其中褐铁矿内部结晶水析出为主要影响因素，高温预处理前失重为6.10%，高温预处理后有所降低，其失重为1.64%。
3)低温还原粉化试验中，高温预处理后褐铁矿大于3.15 mm粒径所占比例更高，即高温预处理能够提高褐铁矿低温还原粉化指数，
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>3.15为86.48%，较未经高温预处理褐铁矿提高4.40个百分点。
4)高温预处理后褐铁矿内部结构发生改变，孔隙率得以提高，使得还原性气体与褐铁矿接触面积增大，还原更加充分，还原度
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为84.23%，较未高温预处理褐铁矿提高约4.65个百分点。
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