李 建 ¹ ，毛曉明 ¹ ，朱德慶 ²

( 1． 寶山鋼鐵股份有限公司 研究院，上海 201900; 2． 中南大學 資源加工與生物工程學院，湖南 長沙 410083)

摘 要: 影響燒結礦還原性和低溫還原粉化的原因眾多，單一的影響因素已由眾多研究者得出了定量的結論，但多因素交互后的綜合影響研究開展較少。本文通過配礦及工藝參數的調整，得到堿度、MgO 含量、FeO 含量差異較大的燒結礦，并對其進行還原性和低溫還原粉化檢測。在此基礎上，采用 MINITAB 分析軟件對所得數據進行處理，得到了影響八鋼燒結礦還原性和低溫還原粉化指標的回歸方程。該回歸方程的提出對八鋼燒結生產有重要的指導意義，燒結廠可以根據煉鐵的需要，通過調整配礦結構和工藝參數，得到還原性能合理的燒結礦，供高爐和歐冶爐使用。

關鍵詞: 燒結; 八鋼; 燒結礦; 還原性; 還原粉化; MINITAB

1 前 言

燒結礦作為高爐最主要的含鐵爐料，其還原性能對高爐操作和消耗均有重要影響。燒結礦的還原性能通常包括還原性和低溫還原粉化。影響礦石還原性的主要因素包括: 粒度、氣孔率、礦物組成及結構、脈石成分等。影響鐵礦石低溫還原粉化性能的因素有礦石的種類、粒度、氣孔率、Fe₂O₃ 的結晶形態、堿度、脈石成分及礦石中雜質元素的含量。

由于燒結礦的還原性能對高爐操作具有重要影響，因此眾多研究者^{［1 ～12］}對燒結礦還原性能的影響因素進行了研究和分析。

攀鋼蔣大軍^［2，3］研究表明，燒結礦中 MgO 含量由2．5%提高至 2． 7%，礦相結構與礦物組成改善，轉鼓強度提高 0． 10% 左右，低溫還原粉化率RDI _{－3．15 mm} 由66．03%降低到64．33%，但還原度由84．46%下降到84．3%。燒結礦堿度 2． 5 時，轉鼓強度、利用系數、成品率隨 FeO 的上升而提高，FeO達一定值后指標亦達最大值，具有典型的二次曲線特性; 隨 FeO 的上升，還原性變差，低溫還原粉化率改善。w( FeO) 控制在7. 24% ～8．44%，可兼顧質量、能耗、冶金性能等各種指標在最佳范圍。馬鋼鋼研所陳道棟^［4］ 等針對馬鋼凹精燒結礦開展堿度( 0．8 ～3． 4) 影響研究。其結果表明，隨著堿度升高，FeO 降低，還原性提高，低溫還原粉化指標出現峰值，堿度 2. 0 左右指標最佳。河北理工大學韓秀麗^［5］ 等研究表明，司家營燒結礦堿度從1．7 增加到1．9 時，燒結礦顯微結構由斑狀—粒狀結構過渡到交織熔蝕結構，相應的燒結礦轉鼓指數和還原性升高，低溫還原粉化性能得到改善。

河北聯合大學高艷甲^［6］ 等研究了不同堿度燒結礦冶金性能。其結果表明，酸性燒結礦的轉鼓強度高于高堿度燒結礦約3%，但其還原性指數低于高堿度燒結礦約20%。

此外，北京科技大學許滿興［7］ 研究了燒結礦冶金性能對其質量和高爐主要操作指標的影響。

認為高堿度燒結礦還原性值應高于80%。某廠生產數據表明，燒結礦的 RDI _{－3．15 mm} 增加 10%，將影響高爐產量 3% 以上，使燃料比上升 1． 5%; 寶鋼股份中央研究院李建^［8］ 、北京科技大學吳勝利^［9］對比了球團、燒結礦和塊礦在含氫煤氣下的低溫還原粉化行為，認為不同鐵礦石種類對低溫還原粉化指標影響顯著，進而造成爐內壓差等不同。

可見，對配礦結構相對穩定的燒結廠而言，影響燒結礦還原性的主要因素包括堿度、MgO 含量、FeO 含量。

寶鋼 COREX 遷建八鋼后，更名為歐冶爐，因球團資源緊缺，燒結產能富余，公司提出使用燒結礦的要求。根據以往的生產經驗，因熔融還原爐煤氣還原氣濃度高、且含有一定量的粉塵，故對爐料的低溫還原粉化和還原性指標非常敏感，粉化嚴重將導致豎爐壓差高、順行困難，嚴重影響生產順行。八鋼常規燒結礦在高濃度富氫煤氣氣氛下，低溫還原粉化嚴重，按 COREX 用礦標準，配入比例≤15%，故根據八鋼的原料條件，開展了影響八鋼燒結礦還原性的多因素實驗，并進行了量化的回歸分析。

2 燒結礦冶金性能影響實驗

為解決燒結礦在含氫煤氣中低溫還原粉化指標差的難題，筆者開展了燒結礦堿度、MgO、FeO 含量對燒結礦還原性能影響研究。燒結所用的原料全部取自八鋼，采用直徑150 mm 燒結杯全精礦燒結后，成品燒結礦進行還原性和低溫還原粉化試驗。還原性采用 GB/T13241 －91，低溫還原粉化采用如下條件，還原溫度 550 ℃，還原時間 30min，還原氣成分 CO/H₂ /CO₂ 為35/15/50。堿度、MgO、FeO 含量對燒結礦還原性的影響如表 1 所示。

由表 1 的研究結果表明，堿度、MgO 和 FeO對燒結礦還原性均有影響，有必要進一步對其進行數值量化，得出具有規律性的結果。

3 數據分析

由于涉及多因素分析，因此采用 MINITAB軟件對數據進行分析。該軟件 1972 年誕生于美國賓 夕 法 尼 亞 大 學 統 計 系，至 今 已 發 展 到MINITAB16，是一個全方位的統計軟件包，被譽為“非統計學者的統計軟件”。

以表 1 中數據為基礎，還原性為響應量，堿度、MgO、FeO 為變量進行多元回歸分析，初步分析結果如圖 1 所示。

由圖 1 分析可得出以下幾點:

( 1) 回歸方程總的顯著性檢驗結果，由于 P值 =0 ＜ α = 0． 05，說明在顯著性水平 α = 0． 05下，線性回歸方程總效果顯著。

( 2) 回歸模型顯著性的度量指標，R － Sq =87． 7%，Ｒ － Sq( 調整) = 85． 1% 來看，二者很接近，模型還可以。S =2． 90525，比較小，可接受。

( 3) 各個回歸系數進行顯著性檢驗，堿度、MgO 的 P 值都小于 α =0． 05，故這兩個因子均為顯著性因子; 自變量 FeO 的 P 值 = 0． 357 ＞ α =0． 05，效應不顯著，同時在平方和來源中也說明了自變量“FeO”的平方和是 7． 67，在整個平方和中所占比例非常小。所以，提示修正模型時，應刪除自變量“FeO”。

( 4) 進行殘差分析。四合一殘差圖中( 見圖2) ，殘差與數據順序圖( 圖 2 右下角) 正常，殘差對于觀測值順序隨機分布著; 殘差與擬合值( 圖2 右上角) 圖，未看見喇叭口形狀分布，圖正常，表明線性模型可以接受。殘差的正態概率圖( 圖2 左上角) 正常，數據點基本在一條直線上，可認為殘差服從正態分布; 同時，殘差的直方圖也顯示了殘差的正態性。

基于初步分析結果，對模型進行優化，刪除影響不是很顯著的 FeO，得到的結果如圖3 所示。

通過多元回歸分析表明，影響八鋼燒結礦還原性最主要的因素為燒結礦堿度和 MgO 含量，得到的回歸方程為:

RI =82．7 +14．5 B2 －10．1 MgO

采用同樣的方法對影響八鋼燒結礦低溫還原粉化的因素進行分析，其結果如圖 4 與圖 5 所示。發現，堿度、MgO 含量對燒結礦低溫還原粉化有顯著影響，回歸方程為:

RDI _+3．15 =41．3 +7．33 B2 +13．2 MgO

4 實際應用

根據歐冶爐已有的生產實踐，當爐料的RDI _{+3．15 mm} ＞90%時，豎爐壓差平穩，可大比例使用。根據回歸方程可知，當燒結礦堿度和 MgO均大于 2． 38 時，RDI _{+3．15 mm} 為 90． 16%。八鋼燒結廠生產高堿度高鎂燒結礦供歐冶爐使用，最高使用比例達到 50%，豎爐壓差平穩，生產順利。

由于燒結加工費用僅為球團的一半左右，此舉不僅解決了球團資源不足的難題，拓寬了熔融還原爐用礦范圍，也大大降低了歐冶爐的配礦成本。

5 結 論

在實驗室研究的基礎上，使用分析統計軟件，分析了八鋼燒結礦還原性能的主要影響因素，其結果如下:

( 1) 影響八鋼燒結礦還原性最主要的因素為堿度和 MgO 含量，其回歸方程為:

RI =82．7 +14．5 B2 －10．1 MgO

即燒結礦二元堿度提高 0．1，燒結礦還原性提高 1． 45%; 燒結礦氧化鎂提高 0． 1，燒結礦還原性降低 1． 01%。

( 2) 影響八鋼燒結礦低溫還原粉化最主要的因素為堿度和 MgO 含量，其回歸方程為:

RDI _{+3 15} =41．3 +7．33 B2 +13．2 MgO

即燒結礦二元堿度每提高 0． 1，RDI +3． 15 提高0． 73%; 燒結礦氧化鎂提高 0． 1，燒結礦 RDI _+3．15提高 1． 32%。

八鋼依據實驗結果和回歸方程，生產歐冶爐專用燒結礦，配比達到 50%，大幅度降低了其配礦成本，對增加熔融還原爐的經濟競爭力具有重要意義。

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