烧结矿中含有适量MgO可有效改善高炉炉渣性能，降低烧结矿在炉内的低温还原粉化率。根据多年生产实践，济南钢铁集团总公司第一炼铁厂（简称济钢第一炼铁厂）高炉炉渣MgO含量以9％～12％为宜，相应要求烧结矿MgO含量为1.8％～2.1％。为此，寻求烧结生产中MgO的有效配加方式使烧结矿在保证MgO含量的同时，各项指标均得以优化，从而提高高炉入炉品位，降低渣量，提高高炉利用系数，降低入炉焦比是铁前系统必须研究的重要课题之一。
    目前各烧结厂使用的含氧化镁熔剂主要有橄榄石、白云石、蛇纹石。济钢烧结系统采用的氧化镁矿源为白云石。2000年以来，将氧化镁矿源扩大到水镁石和高MgO铁精粉，并进行了一系列优化配加试验，取得了较好效果。下面对这一过程进行系统总结，以便为优化烧结熔剂结构、确定烧结矿MgO最佳配加方法提供依据。
    几种氧化镁矿源典型成分见表1～4。

表1  轻烧白云石  ％

表2  高镁石灰  ％

表3  轻烧水镁石  ％

表4  涞源高MgO精粉  ％

2  配加轻烧白云石和高镁石灰

    1993年以前,济钢烧结矿中氧化镁含量较低，济钢第一炼铁厂高炉炉渣MgO含量在6％以下,炉渣性能差。1994年,济钢在烧结系统进行了配加轻烧白云石工业试验，使高炉炉渣MgO含量达到8％以上。  
    但使用轻烧白云石成本较高,为降低成本，济钢于1999年10月在两个烧结厂使用了镁质石灰，其主要成分见表2。一般意义上的镁质石灰是以镁质灰岩烧制而成。由于济南地区优质镁质灰岩资源不足，因此济钢烧结系统使用的镁质石灰实际上是用白云石和石灰石混合烧制而成的。受资源条件、煅烧工艺、混匀工艺等多方面因素制约，不仅镁质石灰中有害组分SiO₂含量高，而且作为调节烧结矿R和氧化镁的两种主要组分CaO和MgO波动范围较大,不利于烧结生产操作，造成烧结矿R、MgO指标不能达到要求，迫不得已只能增加熔剂配加量,而这又导致烧结矿TFe指标的下降。根据2000年6月济钢第一烧结厂烧结矿质量情况分析,日均TFe最低54.78％,最高57.47％;MgO最低1.52％，最高2.2％；R最低1.7，最高1.97(R是优先保证指标，故波动较小)。
    鉴于此，自2000年9月起，在烧结系统恢复了轻烧白云石加普通石灰的熔剂结构。但是由于资源条件的先天不足，导致自产烧结石灰和轻烧白云石质量较差。2001年4月，济钢耐火材料厂轻烧白云石进厂31批,合格率为零,MgO平均32.15％,SiO₂平均2.68％，烧结石灰合格率76.44％；鲍德公司轻烧白云石进厂14批,均未达标准要求，MgO平均29.38％，SiO₂平均6.08％，烧结石灰合格率50％。熔剂质量严重影响了铁前生产稳定。

3  轻烧水镁石工业试验

　　为消除熔剂质量对烧结生产的制约，济钢在加大熔剂质量监控力度的同时，一直致力于优化熔剂结构，彻底消除因熔剂引发的系统波动。2000年6月，济钢生产部组织有关部门对水镁石资源进行了考察，对利用可行性进行了论证，在此基础上进行了工业试验，将水镁石作为一种新的氧化镁矿源首次应用于烧结生产。
    水镁石Mg(OH)₂，其化学组成为MgO 69.12％,H₂O 30.88％，Fe²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺能以类质同象混入物代替Mg²⁺，从而形成锰水镁石、铁水镁石、锌水镁石等变种。水镁石为可溶性含镁化合物在强碱性溶液中水解而成，为碱性溶液对镁质硅酸盐作用后的次生物。一般呈白色或灰白色，当Fe、Mn混入时呈绿色、黄色或褐红色。

表5  几种不同氧化镁矿源的理论化学组成  ％ 

　　从表5可以看出，水镁石是最理想的氧化镁资源。2000年11月20日至12月1日,在济钢第一烧结厂进行了配加轻烧水镁石烧结工业试验。试验方案是：以轻烧水镁石替代轻烧白云石，保持烧结矿MgO含量在一定范围内,比较试验前后烧结矿各项指标，试验期轻烧水镁石单耗8.2kg/t，基准期轻烧白云石单耗24.7kg/t。
    基准期与试验期中和料配比见表6。

表6  中和料配比  ％

    基准期与试验期烧结矿化学成分及指标变化情况见表7。

表7  烧结矿成分及主要指标

    试验结果表明,配加轻烧水镁石后，烧结矿转鼓强度比基准期提高了0.56个百分点,烧结机利用系数比基准期提高了0.06t/m².h，扣除单配钢渣对品位的影响后,烧结矿TFe提高0.14个百分点,烧结矿MgO含量明显提高。经水镁石试验专家组评议认定,采用轻烧水镁石后年经济效益可达280万元以上。

4  配加涞源高MgO铁精粉工业试验

　　随着对烧结矿MgO配加方式试验研究的逐步深入，在进行配加高MgO熔剂烧结工业试验的同时，还探讨了通过改变配料结构，配加高MgO铁精粉保证烧结矿MgO含量的可行性工业试验。
    主要矿种的化学成分见表8。

表8  主要矿种化学成分  ％

　　从表8可以看出，MgO含量较高的矿精粉有金岭、鲁中、钢城矿业公司和涞源铁精粉，其中以涞源粉含MgO最高，且Al₂O₃含量最低。为此，把涞源高MgO铁精粉作为一种新的氧化镁矿源，在济钢第二烧结厂进行了工业试验。
    基准期与试验期的中和料配比、烧结矿化学成分、烧结矿转鼓指数、熔剂消耗情况对比分别列于表9～12。

表9  中和料配比　 ％

表10  烧结矿化学成分

表11  烧结矿转鼓指数 ％

表12  熔剂消耗  kg/t

    通过对试验过程的分析对比可以得出：试验期较基准期烧结矿TFe提高1.50个百分点，SiO₂下降0.6个百分点，MgO含量由1.65％上升到1.83％，轻烧白云石单耗下降3kg/t，生石灰粉下降8.7kg/t。此外，随着精粉率的提高，烧结机利用系数有所降低，含粉率升高，转鼓指数下降。
    使用高MgO涞源精粉，降低轻烧白云石单耗年节约熔剂支出273万元；降低生石灰单耗年节约熔剂支出534万元，合计年经济效益807万元。

5  结 论

5.1  烧结生产中配加白云石作为氧化镁矿源对保证烧结矿MgO含量，改善高炉炉渣性能，起到了一定作用。但随着精料水平的不断提高熔剂整体质量水平低和质量波动大这一矛盾日趋突出。对现行熔剂结构进行调整和改进已是当务之急。
5.2  在所有氧化镁矿源中，水镁石含MgO最高，含SiO₂等杂质最低。在济钢第一烧结厂进行的工业试验表明，实行轻烧水镁石＋普通熔剂石灰的熔剂方案后，烧结矿TFe、MgO、转鼓强度、烧结机利用系数都有明显提高，烧结矿SiO₂也显著降低，且烧结熔剂总量减少，年经济效益显著。
5.3  涞源铁精粉具有MgO含量高SiO₂、Al₂O₃含量低的质量特性,在济钢第二烧结厂试验使用后，烧结矿TFe和MgO升高，SiO₂降低，熔剂单耗下降。但当配加量超过一定范围后，随着精粉率的提高，烧结矿含粉率升高，转鼓指数下降，烧结机利用系数降低。试验结果表明涞源粉配比以8％～10％为宜。

5.4  在济钢目前生产条件下，烧结矿MgO的最佳配加方式是：在中和料中配加适量高MgO铁精粉，并以MgO含量高、SiO₂等杂质低、成份波动小的轻烧水镁石代替轻烧白云石作为烧结熔剂。