广西石灰粉：烧结工艺［1－2］是现代转炉炼钢高产减排的有效手段之一，经该工艺生产的烧结矿是转炉生产最主要的原料，其质量和冶金性能对转炉加强炼铁，增加产率，提升转炉炼钢系统的经济效益起着至关重要的作用［3］。要确保转炉的高效稳定运行，就必须对烧结矿质量提出更高的要求，保证还原性、强度、低温还原粉化等重要的烧结质量指标较优，任何一项出现问题，还会对烧结矿的质量形成严重影响，影响转炉顺行，从而影响经济效益。优化烧结配矿［4－5］是改善烧结矿质量的主要途径，是综合考虑其物理成份，细度组成，冶金性能等诱因，将多种金矿粉与釉料、燃料一起混和均匀，同时考虑各原料成本诱因，根据符合烧结工艺指标和烧结质量要求进行调料和烧结，以生产出满足转炉炼钢的高质量烧结矿［6－10］。
釉料配比作为加强烧结生产，明显影响烧结质量的指标，其增强能有效改善混和料的细度组成、提高料温、促进液相生成和减少固体消耗。釉料要求质量稳定、粒度较小，在烧结过程中能够充分完全分解和有利于矿化反应的发生，否则会造成CaO以游离状态残留在烧结矿中，产生也称的“白点”。富含小白点的烧结矿在储存、运输过程中，一旦与空气接触，还会与空气中的水分发生消化反应生成Ca（OH）2，进而改变形态，破坏原有矿相结构，造成烧结铜矿积膨胀，硬度增加，因而恶化烧结矿高温还原粉化性能。针对某钢厂现场烧结矿高温还原粉化率低，转炉炼钢技术经济指标不优的问题，从釉料结构优化角度研究生石灰配比对烧结的影响，阐述生石灰配比对烧结工艺指标和烧结矿冶金性能的影响规律，以确定适合的生石灰配比，以期为现场烧结提供理论基础和技术支持，为从事烧结配矿领域研究的科研工作者提供重要参考。
2实验条件及技巧
2.1实验原料及配比
实验所用原料为某钢厂现场烧结所用金矿粉，釉料为生石灰、石灰石和白云石，燃料为焦粉和褐煤。其中烧结原燃料物理成份及基准配比如表1所示。实验过程中，在保证烧结矿黏度1.9，MgO浓度为2.32%的前提下，生石灰由4.0%降低至5.5%。
2.2实验过程及技巧
本实验通过烧结杯实验来模拟该钢铁企业的现场生产情况。烧结杯实验工艺流程如图1所示。本烧结杯实验模拟现场条件，一混时间4min，二混时间3min，水份控制在7%左右，当混匀造球结束后，在圆筒混料机的顶部、中间和入口处分别取料进行细度筛分测定，要求最终打浆后的粒径分布为3mm～5mm的生球占比70～80%。
广西石灰粉：实验采用φ300mm×600mm烧结杯，打火气温1000℃，打火时间90s，打火负压8kPa，烧结负压12kPa，料层宽度600mm。烧结杯底部放置约60g的焦炭以助燃加热，以烧结废水气温达到最低点并开始下滑时定为烧结终点。以后进行落下性能测量实验，将烧结矿放在2m高处自由落下至铁板，共计3次。随即进行筛分（40mm、25mm、16mm、10mm、5mm的ISO3271标准方孔筛），以小于10mm的质量比率作为烧结矿的成品率指标。取细度10mm～25mm的烧结矿3kg放在φ1000mm×200mm的ISO标准转鼓（1／5转鼓）做转鼓实验。鼓后用6.3mm×6.3mm方孔筛筛分，以＋6.3mm的质量比率作为烧结矿的转鼓指数。烧结矿高温还原粉化性能根据中国国家标准GB／T13241－91测定，以3.15mm×3.15mm标准筛筛上重量百分率作为烧结矿的高温还原粉化指数指标（RDI＋3.15）。为确保试验数据的确切和可靠，每位方案的烧结杯试验均进行两次。
3实验结果及剖析
通过烧结杯实验，获得釉料配比分别为生石灰4.0%、4.3%（基准浓度）、4.5%、5.0%和5.5%条件下的烧结成品率、垂直烧结速率、转鼓指数和高温还原粉化指数RDI＋3.15等指标。
3.1成品率
生石灰浓度对成品率的影响如图2所示。随着生石灰浓度的降低，成品率呈现先下降后增长的趋势，生石灰浓度在4.0%至4.5%时，成品率渐渐下降，由79.41%下降到82.40%，当生石灰浓度在4.5%至5.5%时，成品率渐渐减少，由82.40%增加到81.19%。
广西石灰粉：生石灰浓度对成品率的影响
生石灰主要成份是CaO，随着生石灰浓度的增高，烧结混和料中游离CaO浓度降低，CaO与水发生消化反应，可以产生大量细度极细的消石灰胶体颗粒，消石灰比表面积比消化前减小100倍左右，可以加强打浆疗效，提升烧结混和料成球性能，改善并提升烧结原始料层透气性，降低烧结矿产量；生石灰配加量降低，烧结混和料中游离CaO增多，产生大量的消石灰颗粒，可以与混和料中其他成份能更好地接触，Ca（OH）2颗粒较细度比粗的石灰石颗粒更易与其他成份生成低熔点化合物，固相流动好，更快发生固液相反应，加速烧结过程，提升成品率。为此，生石灰浓度在4.0%至4.5%时，成品率随生石灰浓度的降低而下降。但生石灰药量过多，生球硬度反倒会变坏，在烧结面料和烧结过程中极易破碎，恶化烧结料层透气性，因而当生石灰浓度在4.5%至5.5%时，料层透气性增长，造成成品率升高。
3.2垂直烧结速率
生石灰浓度对垂直烧结速率的影响如图3所示。随着生石灰浓度的降低，垂直烧结速率呈现先下降后回升的趋势。生石灰浓度在4.0%至4.3%，垂直烧结速率由19.88mm／min下降到20.58mm／min；当超过生石灰浓度4.3%时，垂直烧结速率开始增长，由4.3%时的20.58mm／min增加至5.5%的19.49mm／min。
生石灰浓度对垂直烧结速率的影响
当生石灰浓度在4.0%至4.3%时，垂直烧结速率降低是因为随着生石灰浓度的降低，遇水消化反应后的消石灰比表面积减小，可以更好地接触混和料中的其他成份，且Ca（OH）2颗粒比细度较粗的石灰石颗粒更易与其他成份生成低熔点化合物，固液相反应更快地进行，推动垂直烧结速率。但当生石灰浓度4.3%至5.5%时，垂直烧结速率渐渐回升。这是因为生石灰发生消化反应后生成消石灰Ca（OH）2，Ca（OH）2极易吸收CO2生成CaCO3，释放出水份。该反应过程发生在原始混和料带，脱下来的水份随着抽风又凝结在混和料中，降低过湿层宽度，增加垂直烧结速率。
3.3转鼓指数
生石灰浓度对转鼓指数的影响如图4所示。随着生石灰浓度的降低，转鼓指数呈现先下降后平稳再下滑的趋势，生石灰浓度在4.0%至4.3%，转鼓指数由64.79%下降到66.17%，当生石灰浓度在4.3%至5.0%时，转鼓指数维持在66.20%的水平波动，当生石灰浓度由5.0%至5.5%时，转鼓指数开始增长，由66.20%增加至64.43%。
生石灰浓度对转鼓指数的影响
配加一定量的石灰石可以提升烧结矿硬度，改善烧结矿质量，这是由于石灰石分解形成CaO，其分解后形成的CaO活性低于生石灰中CaO活性，更便于铁酸钙气相的生成，改善了偏低的透气性，有利于反应的充分进行。但当生石灰浓度4.0%时，石灰石浓度（6.76%）较高，成球性能差，矿物结晶不完全，致使硬度增长，转鼓指数较低。随着生石灰浓度由4.0%降低至4.3%时，促使了气相反应进行，使烧结过程在较低湿度下获得更多流动性好、粘结性高的固相，矿相愈发均匀，有利于转股指数的提升。继续降低生石灰疗效不太显著。并且生石灰配比过高时，烧结速渡过快，烧结过程中低温保持时间过短，影响烧结矿硬度，转股指数增长。
3.4高温还原粉化指数RDI＋3.15
生石灰浓度对高温还原粉化指数RDI＋3.15的影响如图5所示。随着生石灰浓度的降低，高温还原粉化指数RDI＋3.15渐渐上升，高温粉化性能得到显著改善，RDI＋3.15由生石灰浓度4.0%时的58.94%下降到5.5%时的67.72%。
生石灰浓度对RDI＋3.15的影响
随着生石灰浓度的降低，烧结混和料中游离CaO增多，烧结矿时铁酸钙生成量增多，硅酸盐浓度相对降低，有利于减少硅酸钙高温还原时因γ－2CaO·SiO2转变为β－2CaO·SiO2相变导致容积膨胀，因而改善烧结煤泥化的问题；CaO与Fe2O3反应生成铁酸钙，致使赤铜矿纯度增加，降低了赤铜矿还原为磁铜矿时形成地容积膨胀；同时，石灰石分解形成更多高活性的CaO，易与其他矿物发生矿化反应，生成低熔点物质，致使烧结矿中黏结相数目降低，进而抑制还原过程中容积膨胀，高温还原粉化性能得到改善，RDI＋3.15指数下降。
3.5机理剖析
为了充分探究不同生石灰浓度对烧结矿冶金性能的影响，借助SEM对烧结矿进行矿相剖析，图6是生石灰浓度分别为4.0%、4.5%和5.5%的SEM－EDS剖析结果，其中a点黑色为铁氧化物相，b点黑色为铁酸钙和复合铁酸钙相，c点红色为硅酸盐相。
广西石灰粉：当生石灰浓度4.0%时，固液相反应不充分，矿相结构不均匀。矿相中大量存在铁的氧化物，赤铜矿纯度高，在转炉高温区被还原成吸铁石铜矿积膨胀，导致高温还原粉化率高。少量分布不均匀熔蚀结构的铁酸钙在铁氧化物周围生成，使烧结矿硬度深受影响，转鼓指数低。当生石灰浓度4.5%和5.5%时，矿相结构较均匀，以斑状结构为主，CaO的增多黏结相铁建酸钙相浓度逐步降低，赤金矿浓度增加，硅酸盐浓度增加，有利于降低高温还原时赤铜矿被还原导致的容积膨胀，同时也有利于减少硅酸钙因γ－2CaO·SiO2转变为β－2CaO·SiO2相变导致容积膨胀进而造成烧结煤泥化的现象，烧结矿的高温还原粉化性能得到改善。
