含氟烧结技术进步大体上分四个阶段：前期是从烧结矿冷强度入手，提高烧结生产率解决烧结正常生产问题；第二阶段提高烧结矿软化温度，控制高炉结瘤，解决高炉多吃烧结矿问题；第三阶段是在低氟条件下，优化烧结矿化学成分，提高烧结矿综合性能；近几年则是针对低氟烧结矿粒度碎化、软融透气性欠佳两大问题，以提高烧结、炼铁综合经济指标，建立包钢高炉合理炉料结构为目的，开发新一代优质烧结矿。含氟烧结矿冷强度、成品率、生产率和冶金性能等一系列问题，表现在烧结矿矿物组成和结构及化学成分上，根源在铁精矿含有很高的氟、钾、钠及复杂的矿物组成。三十多年的经验说明，这些问题只能依靠优化原料配比，调整化学成分，改变烧结矿矿物组成和结构才能解决。优化过程是个不断认识、不断深化的过程，是个随着铁精矿质量改善，烧结也不断调整的过程；优化过程是个以满足高炉需要为目的，兼顾烧结矿质量、生产率、成本和为高炉组成合理炉料结构的综合性问题。
（一）自熔性烧结矿的生产和烧结矿强度研究
1.自熔性烧结矿生产简况
包钢烧结投产的前十年，按设计生产碱度1.0的自熔性烧结矿。生产指标十分落后，十年累计生产烧结矿400万t，固体燃耗高达150kg/t以上，烧结机利用系数仅为设计值的50%。烧结矿质量低劣、强度低、粉末多，高炉最多配用50%烧结矿，冶炼指标不如使用含氟块矿。20世纪70年代初铁精矿含氟量大幅上升，各种矛盾更加尖锐，烧结严重阻碍着炼铁生产。这期间虽然也采用了在烧结中配入消石灰和配入高硅的庞家堡粉矿，烧结矿二氧化硅高达12%～13%,仍没能扭转烧结和炼铁的被动。
自熔性烧结矿最突出的问题是强度低，表现在烧结生产过程返矿率高、成品率低、生产率低、固体燃耗高。反应在高炉生产是入炉烧结矿粉末多，使用烧结矿时，高炉吹出的灰铁比成倍增加。含氟烧结的第一个难题是烧结矿强度。
2.自熔性烧结矿的强度研究
20世纪70年代初，包钢与北京钢铁学院、钢研总院等对自熔性烧结矿强度进行了共同研究，结果简介如下。
二氧化硅对不同含氟量烧结矿强度的影响见图1,在两种配炭条件下，烧结矿转鼓指数均随着含氟的增加而降低，随着二氧化硅含量的增加而升高。另一组试验是分别在含二氧化硅不同的武钢精矿和本钢精矿中配加氟化钙的烧结试验，结果见图2.低硅的武钢精矿随着含氟量增加，烧结矿转鼓指数和落下强度明显变差。对高硅的本钢精矿，氟的影响趋势虽然相同，但影响要小得多。两个结果都说明，氟对烧结矿破坏作用很大，而二氧化硅对氟的影响有抑制作用。[next]
宏观结构观察发现，含氟自熔性烧结矿的突出特点是“薄壁多孔”，显微镜下能见到大量的微孔保留在磁铁矿晶粒之间，这种结构特征是强度低的直接原因。
为了探索“薄壁多孔”的成因，将不同氟和二氧化硅含量的烧结矿磨细、磁选，分离出胶结相进行粘度测定，结果见图3.随着氟含量的增加，胶结相粘度大幅度降低，二氧化硅的增加可使粘度升高，但影响远比氟小。据分析，粘度降低使烧结过程在高温半熔融状态下的液相阻力减小，在气流作用下形成许多通路，冷却后形成“薄壁多孔”结构。据资料介绍，体积相近的一价氟离子取代二价氧离子会破坏原硅氧四面体的电价平衡，使大体积的硅氧四面体分割为小体积，因而降低了粘度。
将含氟的自熔性烧结矿与国内同碱度烧结矿的矿物组成进行比较，含氟烧结矿矿物组成的最大特点是胶结相中枪晶石(3CaO•2SiO2•CaF)占相当大的比例，相反钙铁橄榄石和铁酸钙较低。
对人工合成的枪晶石和钙铁橄榄石进行抗压和抗磨试验，抗压强度分别是19.06N/mm2和65.93N/mm2,前者的抗磨强度也明显低于后者，这可能是含氟烧结矿强度低的另一个原因。结论是氟降低了胶结相的粘度，使烧结矿形成“薄壁多孔”结构。此外作为胶结相主要部分的枪晶石强度较低，这都是含氟烧结矿强度低的主要原因。二氧化硅可以缓解氟的影响，但不能根本解决问题，而且提高烧结矿SiO2还使烧结矿还原性降低。
（二）高碱度烧结矿的研究和生产
在以改善烧结矿熔体性质、提高烧结矿强度为目标的一系列试验中,高碱度烧结显现出良好的效果。1976～1977年，包钢与钢研总院等部门合作，开展了高碱度烧结的系统研究。
1.高碱度烧结试验研究
最初的试验工作是在小型烧结杯使用含氟高达3.0%～3.5%的铁精矿进行的。当碱度由1.5提高到2.0时，烧结矿转鼓指数(+5mm)由70.1%提高到81.1%,台时产量由46.2t提高为57.6t,当料层由220mm增加到280mm时，台时产量提高为74.4t,在当时这是很明显的效果。之后进行了更系统的试验，效果与最初的试验一致。选定了适宜的碱度为2.0左右，与自熔性烧结相比，烧结成品率、利用系数和烧结矿转鼓指数都有明显提高。
在最初试验之后进行的工业试验，尽管当时设备状况很差，但仍然取得了显著效果，与自熔性烧结相比，烧结矿强度大幅度提高，氧化亚铁含量下降10%,烧结机利用系数明显改善。与结工业试验同步的3号高炉冶炼试验取得了降低焦比17%，增加产量39.4%的好成绩。[next]
2.高碱度烧结矿的特性研究
钢研总院对含氟高碱度烧结矿的特性进行了深入研究。随着碱度升高，最初是枪晶石含量升高，玻璃质减少，碱度为1.5之后枪晶石保持不变，而代之以铁酸钙迅速增加。碱度为1.8以上总渣量增加一倍。研究者对不同碱度烧结矿分离出的胶结相进行了强度测定，结果见图4胶结相抗压强度和烧结矿转鼓指数对应良好，强度在碱度1.5时出现拐点。分析认为1.5是枪晶石的自由碱度，氧化钙只有在满足枪晶石生成之后才能大量生成铁酸钙。
对烧结矿的结构观察发现，碱度为1.5以上时，烧结矿的宏观结构由“ 薄壁多孔”变为“厚壁大孔”。微观结构观察，磁铁矿变为粒度较小的他形晶，并与铁酸钙形成交织、熔融结构，铁酸钙还与枪晶石形成交织条状结构。分析认为，由于氧化钙含量增加，胶结相在高温下粘度大幅增加，因而形成“厚壁大孔”结构。研究结果揭示了高碱度改善含氟烧结矿强度的机理，说明高碱度是解决含氟烧结矿强度问题的最有效途径。
不同碱度的含氟烧结矿的冶金性能测定结果。与自熔性相比，高碱度烧结矿还原性明显提高，低温粉化指数改善，软化温度也有提高，是一种冶金性能更好的烧结矿。
3.高碱度烧结矿的生产和意义
经过充分的试验工作，1977年高碱度烧结矿正式用于生产。考虑到高炉碱度平衡，烧结矿碱度选定1.8～2.0.这个碱度一直维持到近两年才稍有降低。高碱度烧结矿的研究和生产具有十分重要的意义：
(1)高碱度烧结工艺不仅解决了烧结矿强度问题，而且基本解决了困扰包钢十年之久的烧结制约炼铁生产发展的“瓶颈”问题，对包钢生产发展起了转折性的推动作用。
(2)高碱度烧结矿不仅冷强度高，而且生产率高，燃耗低，还可明显改善还原性、低温粉化等冶金性能，是一种综合性能好的高炉炉料。这些优越性具有普遍意义，在国内起了推动作用。
(3)包钢在国内率先使用了高碱度烧结矿配加酸性球团矿的炉料结构，并取得了好效果，在国内有较大影响，对合理炉料结构的研究和推广起到了示范和推动作用。[next]
（三）高碱度高镁烧结矿的开发和应用
20世纪80年代之前，高炉结瘤一直是炼铁生产发展的一个难题。炉瘤攻关结果认为，炉料中过高的钾、钠在高炉内循环富集是形成炉瘤的重要原因，而烧结矿软融温度低是结瘤的直接原因。80年代初提出了高镁烧结矿改善软熔性的方案。
1、高碱度高镁烧结矿的冶金性能研究
下面是几组高碱度高镁烧结矿冶金性能测试结果：图5是在烧结矿含氟2%左右，氧化镁含量与烧结矿冶金性能的关系；图6是在烧结矿含氟1.35%和0.75%条件下得到的软融性能测定的结果；图7是在含氟0.75%的烧结矿经过浸碱处理，相当于高炉内烧结矿钾、钠富集8～10倍后测得的软化温度T10.和压差陡升温度Ts.虽然图中两次试验时间相差十年，设备、方法也不尽相同，但规律大体一致。在不同温度的还原试验中，普通烧结矿在高温下还原受阻，耐高碱度高镁烧结矿在高温下还原性升高。两组试验软化温度T10均随氧化镁含量增加而升高，氧化镁含量为3%左右为最高值，比低镁烧结矿约升高30～60℃,高氟时提高较多。图7和图6相比，浸碱后的烧结矿也遵循上述规律，但温度水平约降低30℃.压差陡升和滴落开始温度Ts和T10都随氧化镁增加而缓慢上升。软化区间(T40～T4)和熔滴区间(TD～Ts)在氧化镁含量为2.7%～3.4%间出现较小值。研究认为，含氟烧结矿适宜的氧化镁含量应在3%左右，低氟条件下可适当降低。
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