李 建 ¹ ，毛晓明 ¹ ，朱德庆 ²

( 1． 宝山钢铁股份有限公司 研究院，上海 201900; 2． 中南大学 资源加工与生物工程学院，湖南 长沙 410083)

摘 要: 影响烧结矿还原性和低温还原粉化的原因众多，单一的影响因素已由众多研究者得出了定量的结论，但多因素交互后的综合影响研究开展较少。本文通过配矿及工艺参数的调整，得到碱度、MgO 含量、FeO 含量差异较大的烧结矿，并对其进行还原性和低温还原粉化检测。在此基础上，采用 MINITAB 分析软件对所得数据进行处理，得到了影响八钢烧结矿还原性和低温还原粉化指标的回归方程。该回归方程的提出对八钢烧结生产有重要的指导意义，烧结厂可以根据炼铁的需要，通过调整配矿结构和工艺参数，得到还原性能合理的烧结矿，供高炉和欧冶炉使用。

关键词: 烧结; 八钢; 烧结矿; 还原性; 还原粉化; MINITAB

1 前 言

烧结矿作为高炉最主要的含铁炉料，其还原性能对高炉操作和消耗均有重要影响。烧结矿的还原性能通常包括还原性和低温还原粉化。影响矿石还原性的主要因素包括: 粒度、气孔率、矿物组成及结构、脉石成分等。影响铁矿石低温还原粉化性能的因素有矿石的种类、粒度、气孔率、Fe₂O₃ 的结晶形态、碱度、脉石成分及矿石中杂质元素的含量。

由于烧结矿的还原性能对高炉操作具有重要影响，因此众多研究者^{［1 ～12］}对烧结矿还原性能的影响因素进行了研究和分析。

攀钢蒋大军^［2，3］研究表明，烧结矿中 MgO 含量由2．5%提高至 2． 7%，矿相结构与矿物组成改善，转鼓强度提高 0． 10% 左右，低温还原粉化率RDI _{－3．15 mm} 由66．03%降低到64．33%，但还原度由84．46%下降到84．3%。烧结矿碱度 2． 5 时，转鼓强度、利用系数、成品率随 FeO 的上升而提高，FeO达一定值后指标亦达最大值，具有典型的二次曲线特性; 随 FeO 的上升，还原性变差，低温还原粉化率改善。w( FeO) 控制在7. 24% ～8．44%，可兼顾质量、能耗、冶金性能等各种指标在最佳范围。马钢钢研所陈道栋^［4］ 等针对马钢凹精烧结矿开展碱度( 0．8 ～3． 4) 影响研究。其结果表明，随着碱度升高，FeO 降低，还原性提高，低温还原粉化指标出现峰值，碱度 2. 0 左右指标最佳。河北理工大学韩秀丽^［5］ 等研究表明，司家营烧结矿碱度从1．7 增加到1．9 时，烧结矿显微结构由斑状—粒状结构过渡到交织熔蚀结构，相应的烧结矿转鼓指数和还原性升高，低温还原粉化性能得到改善。

河北联合大学高艳甲^［6］ 等研究了不同碱度烧结矿冶金性能。其结果表明，酸性烧结矿的转鼓强度高于高碱度烧结矿约3%，但其还原性指数低于高碱度烧结矿约20%。

此外，北京科技大学许满兴［7］ 研究了烧结矿冶金性能对其质量和高炉主要操作指标的影响。

认为高碱度烧结矿还原性值应高于80%。某厂生产数据表明，烧结矿的 RDI _{－3．15 mm} 增加 10%，将影响高炉产量 3% 以上，使燃料比上升 1． 5%; 宝钢股份中央研究院李建^［8］ 、北京科技大学吴胜利^［9］对比了球团、烧结矿和块矿在含氢煤气下的低温还原粉化行为，认为不同铁矿石种类对低温还原粉化指标影响显著，进而造成炉内压差等不同。

可见，对配矿结构相对稳定的烧结厂而言，影响烧结矿还原性的主要因素包括碱度、MgO 含量、FeO 含量。

宝钢 COREX 迁建八钢后，更名为欧冶炉，因球团资源紧缺，烧结产能富余，公司提出使用烧结矿的要求。根据以往的生产经验，因熔融还原炉煤气还原气浓度高、且含有一定量的粉尘，故对炉料的低温还原粉化和还原性指标非常敏感，粉化严重将导致竖炉压差高、顺行困难，严重影响生产顺行。八钢常规烧结矿在高浓度富氢煤气气氛下，低温还原粉化严重，按 COREX 用矿标准，配入比例≤15%，故根据八钢的原料条件，开展了影响八钢烧结矿还原性的多因素实验，并进行了量化的回归分析。

2 烧结矿冶金性能影响实验

为解决烧结矿在含氢煤气中低温还原粉化指标差的难题，笔者开展了烧结矿碱度、MgO、FeO 含量对烧结矿还原性能影响研究。烧结所用的原料全部取自八钢，采用直径150 mm 烧结杯全精矿烧结后，成品烧结矿进行还原性和低温还原粉化试验。还原性采用 GB/T13241 －91，低温还原粉化采用如下条件，还原温度 550 ℃，还原时间 30min，还原气成分 CO/H₂ /CO₂ 为35/15/50。碱度、MgO、FeO 含量对烧结矿还原性的影响如表 1 所示。

由表 1 的研究结果表明，碱度、MgO 和 FeO对烧结矿还原性均有影响，有必要进一步对其进行数值量化，得出具有规律性的结果。

3 数据分析

由于涉及多因素分析，因此采用 MINITAB软件对数据进行分析。该软件 1972 年诞生于美国宾 夕 法 尼 亚 大 学 统 计 系，至 今 已 发 展 到MINITAB16，是一个全方位的统计软件包，被誉为“非统计学者的统计软件”。

以表 1 中数据为基础，还原性为响应量，碱度、MgO、FeO 为变量进行多元回归分析，初步分析结果如图 1 所示。

由图 1 分析可得出以下几点:

( 1) 回归方程总的显著性检验结果，由于 P值 =0 ＜ α = 0． 05，说明在显著性水平 α = 0． 05下，线性回归方程总效果显著。

( 2) 回归模型显著性的度量指标，R － Sq =87． 7%，Ｒ － Sq( 调整) = 85． 1% 来看，二者很接近，模型还可以。S =2． 90525，比较小，可接受。

( 3) 各个回归系数进行显著性检验，碱度、MgO 的 P 值都小于 α =0． 05，故这两个因子均为显著性因子; 自变量 FeO 的 P 值 = 0． 357 ＞ α =0． 05，效应不显著，同时在平方和来源中也说明了自变量“FeO”的平方和是 7． 67，在整个平方和中所占比例非常小。所以，提示修正模型时，应删除自变量“FeO”。

( 4) 进行残差分析。四合一残差图中( 见图2) ，残差与数据顺序图( 图 2 右下角) 正常，残差对于观测值顺序随机分布着; 残差与拟合值( 图2 右上角) 图，未看见喇叭口形状分布，图正常，表明线性模型可以接受。残差的正态概率图( 图2 左上角) 正常，数据点基本在一条直线上，可认为残差服从正态分布; 同时，残差的直方图也显示了残差的正态性。

基于初步分析结果，对模型进行优化，删除影响不是很显著的 FeO，得到的结果如图3 所示。

通过多元回归分析表明，影响八钢烧结矿还原性最主要的因素为烧结矿碱度和 MgO 含量，得到的回归方程为:

RI =82．7 +14．5 B2 －10．1 MgO

采用同样的方法对影响八钢烧结矿低温还原粉化的因素进行分析，其结果如图 4 与图 5 所示。发现，碱度、MgO 含量对烧结矿低温还原粉化有显著影响，回归方程为:

RDI _+3．15 =41．3 +7．33 B2 +13．2 MgO

4 实际应用

根据欧冶炉已有的生产实践，当炉料的RDI _{+3．15 mm} ＞90%时，竖炉压差平稳，可大比例使用。根据回归方程可知，当烧结矿碱度和 MgO均大于 2． 38 时，RDI _{+3．15 mm} 为 90． 16%。八钢烧结厂生产高碱度高镁烧结矿供欧冶炉使用，最高使用比例达到 50%，竖炉压差平稳，生产顺利。

由于烧结加工费用仅为球团的一半左右，此举不仅解决了球团资源不足的难题，拓宽了熔融还原炉用矿范围，也大大降低了欧冶炉的配矿成本。

5 结 论

在实验室研究的基础上，使用分析统计软件，分析了八钢烧结矿还原性能的主要影响因素，其结果如下:

( 1) 影响八钢烧结矿还原性最主要的因素为碱度和 MgO 含量，其回归方程为:

RI =82．7 +14．5 B2 －10．1 MgO

即烧结矿二元碱度提高 0．1，烧结矿还原性提高 1． 45%; 烧结矿氧化镁提高 0． 1，烧结矿还原性降低 1． 01%。

( 2) 影响八钢烧结矿低温还原粉化最主要的因素为碱度和 MgO 含量，其回归方程为:

RDI _{+3 15} =41．3 +7．33 B2 +13．2 MgO

即烧结矿二元碱度每提高 0． 1，RDI +3． 15 提高0． 73%; 烧结矿氧化镁提高 0． 1，烧结矿 RDI _+3．15提高 1． 32%。

八钢依据实验结果和回归方程，生产欧冶炉专用烧结矿，配比达到 50%，大幅度降低了其配矿成本，对增加熔融还原炉的经济竞争力具有重要意义。

参考文献

［1］ 全钰嘉． 中国冶金百科全书，钢铁冶金卷． 北京: 冶金工业出版社，2001，57，559．

［2］ 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( 1) : 35 －41．

［3］ 蒋大军，何木光，甘勤，等． 高碱度条件下 FeO 对烧结矿性能的影响［J］． 中国冶金，2008，18 ( 11) : 14 －21．

［4］ 陈道栋，洪灶熬． 碱度对烧结矿冶金性能的影响［J］． 烧结球团，1984，19( 5) : 28 －34．

［5］ 韩秀丽，吕水，杨光． 不同碱度司家营烧结矿矿相结构特征及其对冶金性能的影响［J］． 河北理工大学学报( 自然科学版) ，2011，33( 1) : 22 －26，36．

［6］ 高艳甲，方觉，时国松，等． 高低碱度烧结矿搭配的冶金性能研究［J］． 钢铁研究，2012，40( 3) : 4 －6．

［7］ 许满兴． 烧结矿冶金性能对其质量和高炉主要操作指标的影响［J］． 烧结球团，2014，39( 3) : 1 －6．

［8］ LI Jian，ZHU Jinming，XIONG Lin，et al． Reduction behaviors of iron ore lump and pellets with H 2 － CO gas［J］． Baosteel Technical Research 2012，6( 2) :13 －17．

［9］ WU Sheng － li，LIU Xiao － qin，ZHOU Qi，et al． Low Temperature Reduction Degradation Characteristics of Sinter，Pellet and Lump Ore［J］． Journal of Iron and Steel Research( International) ，2011，18( 8) : 20 －24．

［10］ 贺淑珍，高玲玲． 降低烧结矿低温还原粉化率的试验研究［J］． 钢铁研究，2007，35( 5) : 1 －4．

［11］ 李咸伟． 氯化物对烧结矿 RDI 影响的试验研究［J］． 宝钢技术，1998，( 1) : 19 －28．

［12］ 杨华明，邱冠周，唐爱东． CaCl₂ 对烧结矿 RDI 的影响［J］．中南工业大学学报，1998，29( 3) : 229 －232．