为应对不断增长的钢铁需求和减排二氧化碳的有关要求，需要不断强化高炉的高利用系数和低还原剂比操作技术。为实现这一目标，必须提高主要原料烧结矿的强度和还原性。但是，近年来铁矿石品质逐渐恶化，需要确立应对铁矿石性能变化的高品质烧结矿生产技术。本文总结了JFE钢铁高品质烧结矿生产技术的变迁，提出了今后的研究方向。

在烧结矿的生产工艺中，一般是将铁矿石和副原料（石灰石）、焦粉、返矿（高炉不能使用的5mm以下的烧结矿粉）混合制成颗粒，然后装入烧结机生产块状物。烧结矿结构的主体是由Fe₂O₃、CaO、SiO₂和Al₂O₃等脉石构成的多元系铁酸钙（以下称SFCA：Silico-Ferrite of Calcium and Aluminum）和渣的基质。在提高烧结矿的强度方面，从矿物结构控制角度，提高高强度原矿赤铁矿（一次赤铁矿）的残留和促进高强度SFCA的生成是有效措施。另一方面，从气孔控制角度，降低与粉化密切的直径1-5mm的气孔是有效提高强度方法。在提高还原性（RI）方面，提高高还原性的一次赤铁矿残留和促进高还原性SFCA的生成有助于还原性。同时，保证作为还原气体通路的直径500μm以下的气孔的存在非常重要。

表1是JFE钢铁烧结技术的变迁历程。大量使用致密质赤铁矿时，常规方法是将全部原料进行均匀混合制粒（A）。从20世纪80年开始，为了在烧结工艺中大量使用高铁分球团料（PF），开发了混合制粒烧结矿工艺（HPS：Hybrid Pelletized Sinter）（B），并引入到福山厂5#烧结机。其后，为了应对澳大利亚产豆状矿使用量的增加，开发了（C）石灰石、焦粉包覆技术，并依次引入到仓敷厂、福山厂和千叶厂的烧结机。该项技术是防止在烧结过程中由于豆状矿的多孔质化而引起熔融同化和熔液流动性降低。其后，开发了城市煤气烧成技术（D）。在该项技术中，目标是低温的烧结化反应，促进强度和还原性优越的原矿残留和SFCA组织形成，以保证微细气孔为特征。

HPS烧结技术的目标是借鉴球团生产操作中的外部热量形成结合结构，其特征是强化铁矿石的制粒和外部包覆作为热源的焦粉，部分生成铁酸钙熔液，可以实现高还原性的一次赤铁矿主体的扩散结合结构，图1是工艺流程。为了强化制粒，采用了圆盘式制球机，在后段引入了包覆焦粉用的转鼓式搅拌机。在福山厂5#烧结机，将PF配比率增加到50%-55%，获得高RI：70%-75%，低RDI：35%-40%的块矿，燃料比从43kg/t降至37kg/t。福山厂5#高炉使用HPS工艺生成的烧结矿，在矿比固定条件下，高炉还原剂比降低了约12kg/t。

图2是采用石灰石、焦粉包覆制粒技术时准颗粒和烧结矿组织结构情况。包覆石灰石的目的是抑制多孔质的铁矿石颗粒与石灰石熔融同化，通过改善熔液流动性来改善透气性。通过具有高还原性的一次赤铁矿的残留，借助高强度SFCA黏结作用，以达到高还原性和高收得率。外部包覆焦粉的目的是通过改善燃烧性实现低热量烧结，实现一次赤铁矿的微细气孔大量残留，提高还原性。在铁矿石颗粒物表面，包覆焦粉和石灰石制粒，形成的准颗粒以向外侧偏析为特征。外部包覆石灰石和焦粉，抑制了还原性差的磁铁矿的生成，通过促进一次赤铁矿和SFCA生成，提高化学反应速度常数。由于保证了微细气孔，有效扩散系数也增加，提高了还原性。用Rist模型分析工业高炉使用效果，高炉还原剂比可降低7kg/t。

4.1氢系气体燃料喷吹技术

燃料喷吹技术目的是通过喷吹气体控制烧结加热模式，实现低温烧结。在烧结过程点火后，从烧结料床上方喷吹少量的城市煤气或富氧。图3是实验室试验的点火后600s的烧结料层内温度分布的比较。在常规烧结过程中，虽然存在1400℃以上的更高温区域，但1200℃以上的温度区域狭窄；在喷吹城市煤气（LNG  0.4 vol.%）条件下，尽管最高温度降低，但1200℃以上的高温保持时间延长了。这是由于城市煤气中主要成分甲烷气体在下降到焦粉燃烧位置前的低温带（650-750℃）开始燃烧，使得燃烧场向烧结料床上方扩大的结果。图4是采用该方法获得的烧结矿中气孔直径的分布情况。直径1μm以下的气孔残留要比常规方法多。这是因为由于最高温度降低，铁矿石本身的致密化被抑制，一次赤铁矿中的微细气孔更多地残留下来。微细气孔的增加有助于提供还原性。在京滨厂1#烧结机的实际操作中，烧结矿还原性改善了4%。

4.2气体燃料和氧并用喷吹技术

为了进一步改善碳氢化合物气体的使用技术，开发了城市煤气和富氧组合使用的技术。将城市煤气和氧气组合喷吹，由于富氧，焦粉燃烧位置进一步移向烧结料床下层一侧。另一方面，气氛氧浓度上升，城市煤气的燃烧速度加快，与常规方法相比，城市煤气燃烧位置向上方移动。其结果，与单纯喷吹城市煤气技术相比，进一步延长高温保持时间的燃烧控制成为可能。图5是常规方法（T1）、喷吹城市煤气（T2）和城市煤气+富氧（T4）三种情况下矿物组织的X射线衍射定量检测结果。铁酸钙系结构全部作为CF显示。在T4中，赤铁矿和CF组织增加，磁铁矿和非晶态渣减少。赤铁矿结构增加的原因是随着氧浓度的增加，赤铁矿的还原反应和热解离反应被抑制，赤铁矿稳定了。此外，CF组织的增加认为是随着赤铁矿的稳定化，以其为主要成分的CF大量生成的结果。将该项技术用于工业烧结机，在产量一定的条件下，烧结矿强度改善了1.2%。

为了生产高品质烧结矿，JFE钢铁开发了各种烧结预处理技术，实现了低温烧结。到目前为止，铁矿石的趋势是致密质赤铁矿→豆状矿→马拉曼巴矿→高品位微粉矿（球团料、浓缩料），但今后是怎样的矿石性状很难预测。随着细粉原料和低品位矿石的开发应用，需要确立应对不同资源条件的原料处理技术。基于Al₂O₃、SiO₂对烧结矿结构形成的影响，以及副原料中MgO等的影响，有必要开发为提高强度和还原性的预处理技术和烧成技术。烧结矿是半熔融组织，未熔融部分和熔融部分的功能有很大的差异。其中，未熔融部分在很大程序上依存于铁矿石原矿的性状，很难积极地改变性状，但关于熔融相生成的SFCA，期待通过成分设计和气氛控制等措施以实现控制其结构和生成行为。