承鋼釩鈦磁鐵精礦燒結(jié)工藝參數(shù)的正交試驗(yàn)研究

1、第45卷第9期2010年9月鋼鐵Iron and SteelVol.45,No.9September 2010承鋼釩鈦磁鐵精礦燒結(jié)工藝參數(shù)的正交試驗(yàn)研究王文山1,孫艷芹2,任剛2,李福民2,呂慶2(1.東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院,遼寧沈陽(yáng)110004;2.河北理工大學(xué)冶金與能源學(xué)院,河北唐山063009摘要:承鋼燒結(jié)生產(chǎn)目前主要以釩鈦磁鐵精礦為含鐵物料,但其成品燒結(jié)礦強(qiáng)度低、低溫還原粉化嚴(yán)重。針對(duì)這一問(wèn)題,通過(guò)燒結(jié)杯試驗(yàn)研究了燒結(jié)礦堿度、混合料燃料配比、燒結(jié)礦MgO 含量和混合料水分等工藝參數(shù)對(duì)燒結(jié)礦機(jī)械強(qiáng)度和低溫還原粉化的影響,得出了承鋼在當(dāng)前原燃料條件下合理的燒結(jié)工藝參數(shù)為堿度2.6,燃料配比

2、4.5%,燒結(jié)礦中MgO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.0%,混合料水分7.5%。為實(shí)際生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。關(guān)鍵詞:釩鈦磁鐵精礦;燒結(jié)礦;工藝參數(shù);正交試驗(yàn);冶金性能Study on Sintering Process P arameters OrthogonalT est of Chengsteel V 2Ti MagnetiteWAN G Wen 2shan 1,SUN Yan 2qin 2,REN Gang 2,L I Fu 2min 2,L Qing 2(1.School of Materials and Metallurgy ,Northeastern University ,Shenyang 110

3、004,Liaoning ,China ;2.College of Metallurgy and Energy ,Hebei Polytechnic University ,Tangshan 063009,Hebei ,China Abstract :Vanadium 2titanium magnetite is the main material for sintering production in Chengde Iron and Steel Co.,Ltd.However ,it is a serious problem for sinter with lower strength a

4、nd bad RDI.The effect of basicity (R ,f uel ratio ,MgO and water content on RDI and mechanical strength of sinter was investigated by sintering pot test.The reasonable process parameters are as follows ,R is about 2.6,f uel ratio is 4.5%,MgO content is 4.0%,and water content is 7.5%,which will provi

5、de theoretical basis for the actual production.K ey w ords :V 2Ti 2bearing magnetite concentrate ;sinter ;process parameter ;orthogonal test ;metallurgical property作者簡(jiǎn)介:王文山(1964,男,高級(jí)工程師;E 2m ail :wangws.hbcd ;收稿日期:2009211205釩鈦磁鐵礦是重要礦產(chǎn)資源,它既是鐵礦的重要類(lèi)型,又是釩鈦資源的主要載體,世界總儲(chǔ)量470多億t ,中國(guó)儲(chǔ)量170多億t 。承德市已探明釩鈦磁鐵礦資源總量

6、達(dá)78.25億t ,約占中國(guó)儲(chǔ)量的50%。目前承德地區(qū)釩鈦磁鐵精礦產(chǎn)量達(dá)到1500萬(wàn)t/a ,承鋼使用量約為700萬(wàn)t/a 。隨著承德鋼鐵有限公司鋼鐵產(chǎn)量逐年增加,2010年鋼鐵產(chǎn)量將達(dá)到800萬(wàn)t/a ,這意味著對(duì)當(dāng)?shù)禺a(chǎn)的釩鈦磁鐵礦粉的需求量越來(lái)越大。釩鈦磁鐵精礦不易親水,導(dǎo)致其成球性差,燒結(jié)過(guò)程中料層的透氣性差,燒結(jié)礦產(chǎn)量低且成品率低。釩鈦磁鐵精礦燒結(jié)時(shí)形成的鈦赤鐵礦固溶體呈薄板狀,具有較高的氧化度,使燒結(jié)礦低溫還原粉化嚴(yán)重。此外,燒結(jié)礦中存在的鈣鈦礦導(dǎo)致燒結(jié)礦中液相少、強(qiáng)度差。因此,試驗(yàn)根據(jù)承鋼現(xiàn)有的原燃料條件,研究了堿度、燃料配比、MgO 含量、水分等工藝因素對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量的影響,其目的

7、是提高燒結(jié)礦的強(qiáng)度,改善燒結(jié)礦的低溫還原粉化。1試驗(yàn)1.1試驗(yàn)原料試驗(yàn)所用原燃料由承德鋼鐵有限公司提供,其化學(xué)成分見(jiàn)表1。表1承鋼原料化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)T able 1The chemical compositions of sintering m aterial in Chengsteel%樣號(hào)名稱TFe FeO SiO 2CaO MgO Al 2O 3TiO 2V 2O 5燒損球團(tuán)返礦56.7417.244.065.282.074.483.610.420.80第9期王文山等:承鋼釩鈦磁鐵精礦燒結(jié)工藝參數(shù)的正交試驗(yàn)研究由表1可知,承鋼所用釩鈦磁鐵精礦主要包括黑山精粉和海砂。黑山精粉含鐵品位較

8、高,TiO2、Al2O3含量較高,V2O5含量最高,SiO2含量相對(duì)較低;海砂含鐵品位相對(duì)較低,TiO2、Al2O3含量與黑山精粉相近,V2O5含量較低。1.2試驗(yàn)條件模擬承鋼燒結(jié)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行了燒結(jié)杯試驗(yàn)。每次燒結(jié)試驗(yàn)原料總量為100kg,按配比用電子秤稱量后,一混采用人工加水拌勻,混合料水分為6.5%8.0%,然后在<600mm×1000mm的小型圓筒混料機(jī)內(nèi)進(jìn)行二次混勻造球,時(shí)間控制為10min。采用錐形漏斗往燒結(jié)杯(<300mm×600mm內(nèi)進(jìn)行裝料(含鋪底料410kg,10 16mm。燒結(jié)料層厚度控制為600mm,風(fēng)機(jī)風(fēng)量為14.4m3/min,

9、燒結(jié)負(fù)壓控制為120kPa。采用石油液化氣進(jìn)行燒結(jié)點(diǎn)火,點(diǎn)火溫度控制為1100,點(diǎn)火時(shí)間為1min,點(diǎn)火負(fù)壓控制為80kPa。當(dāng)廢氣溫度達(dá)到最高并開(kāi)始下降的瞬間定為燒結(jié)終點(diǎn),繼續(xù)抽風(fēng)冷卻,當(dāng)廢棄溫度達(dá)到150時(shí)停風(fēng)機(jī)并倒出燒結(jié)餅。取成品燒結(jié)礦,按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(G B80291987進(jìn)行轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn);按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(G B/ T132411991進(jìn)行低溫還原粉化性能檢測(cè)等。1.3試驗(yàn)方案本試驗(yàn)使用的配比為黑山精粉14%,海砂5%,普通精粉30%,含釩精粉27.5%,機(jī)燒返礦20%,球團(tuán)返礦3.5%。采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)確定合適的燒結(jié)工藝參數(shù)。分別選取燒結(jié)礦堿度、混合料燃料配比、燒結(jié)礦MgO含量、混合料水分4

10、個(gè)因素,各個(gè)因素又分為4個(gè)水平,按4因素4水平的16(44正交試驗(yàn)安排表進(jìn)行試驗(yàn),用極差分析法和對(duì)應(yīng)的效應(yīng)曲線圖對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析1。試驗(yàn)因數(shù)與水平的設(shè)定如表2所示。表2試驗(yàn)因數(shù)與水平的設(shè)定T able2The setting parameters of experiment因素水平燒結(jié)礦堿度 1.70 2.00 2.30 2.60混合料燃料配比/% 4.00 4.50 5.00 5.50試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。表3試驗(yàn)極差分析T able3R ange analysis of experiment項(xiàng)目因素R燃料/%MgO/%水分/%轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度T/%RDI+3.15/%影響轉(zhuǎn)鼓的最佳工藝參數(shù)組合:

11、(1.70;(4.50%;(4.00%;(7.50%(7.50%91鋼鐵第45卷從表3的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度T 極差與RDI +3.15極差上分析,堿度R 兩次都出現(xiàn)為1.7時(shí)為最佳值,水分為7.5%時(shí)為最佳值,混合料中燃料用量和燒結(jié)礦MgO 含量?jī)纱纬霈F(xiàn)的最佳值不同。具體分析使用對(duì)應(yīng)的效應(yīng)曲線圖。2.1堿度對(duì)釩鈦燒結(jié)礦質(zhì)量的影響 礦的低溫還原粉化十分有利。CaO 與TiO 2結(jié)合生成鈣鈦礦的能力比CaO 與Fe 2O 3結(jié)合生成鐵酸鈣的能力要強(qiáng)很多,所以,隨著堿度的提高,鈣鈦礦的含量增加,當(dāng)TiO 2完全生成鈣鈦礦后,隨著堿度的提高,鐵酸鈣含量升高,釩鈦燒結(jié)礦的強(qiáng)度與低溫還原粉化均得到改善?？紤]到燒結(jié)過(guò)

12、程中燒結(jié)速度、成品率等均隨著堿度的升高有所改善,隨堿度升高,混合石灰粉配比增加,混合料的成球性能得到改善,提高燒結(jié)料的透氣性,從而提高燒結(jié)礦的產(chǎn)量和質(zhì)量。堿度提高后,燒結(jié)礦中鐵酸鈣的含量明顯增加,鈦赤鐵礦含量降低,減少了赤鐵礦還原到磁鐵礦產(chǎn)生的體積膨脹1。同時(shí),高堿度燒結(jié)礦的固結(jié)形式以鐵酸鈣和鈦磁鐵礦連晶為主,硅酸鹽渣相為輔。燒結(jié)礦呈大孔厚壁致密結(jié)構(gòu),強(qiáng)度好。綜合分析知,堿度為2.6時(shí)燒結(jié)礦的機(jī)械強(qiáng)度和低溫還原粉化效果都最佳。 圖1堿度對(duì)應(yīng)T 、R DI +3.15的效應(yīng)曲線圖Fig.1R elationship betw een tumbler index ,R DI +3.15and R2

13、.2燃料配比對(duì)釩鈦燒結(jié)礦質(zhì)量的影響圖2為焦粉含量對(duì)燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度T 、RDI +3.15影響的效應(yīng)曲線。釩鈦磁鐵精礦燒結(jié)時(shí),對(duì)燃料的用量十分敏感,它直接影響著燒結(jié)礦的質(zhì)量。其主要原因是釩鈦磁鐵精礦中SiO 2含量低,燒結(jié)時(shí)生成的硅酸鹽礦物少,耗熱少;釩鈦磁鐵精礦中FeO 含量高,燒結(jié)時(shí)大量被氧化而放熱。含鈦燒結(jié)礦礦物組成隨燃料用量的增減而變化,當(dāng)燃料用量偏低時(shí),燒結(jié)礦中鈦赤鐵礦含量高而玻璃質(zhì)含量少,粘結(jié)相不足,燒結(jié)礦強(qiáng)度差。隨著燃料增加,還原氣氛增強(qiáng),燒結(jié)溫度升高,燒結(jié)礦中鈦磁鐵礦和浮氏體明顯增加,硅酸鹽粘結(jié)相和鐵酸鈣增加,但鈦赤鐵礦大量減少,減弱了鈦赤鐵礦連晶作用。當(dāng)燃料超過(guò)一定量時(shí),燒結(jié)礦

14、中鈦赤鐵礦進(jìn)一步降低,鐵酸鈣含量也低,而鈣鐵礦含量顯著增加。此時(shí)硅酸鹽相沒(méi)什么變化。因此,提高碳含量對(duì)提高含鈦燒結(jié)礦強(qiáng)度并不利。根據(jù)上述分析結(jié)合圖2可知,兼顧燒結(jié)礦的強(qiáng)度和低溫還原粉化,燃料配比為4.5%較為適宜。圖2焦粉含量對(duì)應(yīng)T 、R DI +3.15的效應(yīng)曲線圖Fig.2R elationship betw een tumbler index ,R DI +3.15and content of coke f ines2.3MgO 含量對(duì)釩鈦燒結(jié)礦質(zhì)量的影響MgO 含量對(duì)燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度T 、RDI +3.15影響的效應(yīng)曲線如圖3所示。由圖可知,隨著燒結(jié)礦中MgO 含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高,燒結(jié)

15、礦RDI +3.15指標(biāo)先是小幅降低然后大幅升高,而RDI +6.3指標(biāo)升高,燒結(jié)礦的低溫還原粉化性能得到一定程度的改善。燒結(jié)礦中MgO 含量升高后,燒結(jié)礦中硅酸二鈣含量的降低和硅酸二鈣的相變受到抑制都會(huì)改善燒結(jié)礦的低溫還原粉化性能。此外,較高的鈣鎂橄欖石含量也能抑制燒結(jié)礦在還原過(guò)程中的體積膨脹,從而改善其低溫還原粉化性能。02第9期王文山等:承鋼釩鈦磁鐵精礦燒結(jié)工藝參數(shù)的正交試驗(yàn)研究 圖3MgO 含量對(duì)應(yīng)T 、R DI +3.15的效應(yīng)曲線圖Fig.3R elationship betw een tumbler index ,R DI +3.15and content of MgO爐渣MgO

16、 含量是影響爐渣冶金性能的一個(gè)十分重要的因素,從承鋼高爐冶煉的實(shí)際狀況出發(fā),適當(dāng)提高燒結(jié)礦中MgO 含量對(duì)于改善高爐冶煉過(guò)程十分有利。雖然燒結(jié)礦MgO 含量的提高會(huì)對(duì)燒結(jié)礦的質(zhì)量和產(chǎn)量造成一定的負(fù)面影響,但釩鈦磁鐵精礦燒結(jié)礦提高的主要措施是改善其低溫還原粉化性能,因此認(rèn)為燒結(jié)礦MgO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)選取4%為宜4。2.4混合料水分對(duì)釩鈦燒結(jié)礦質(zhì)量的影響混合料水分對(duì)燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度T 、RDI +3.15影響的效應(yīng)曲線如圖4所示。由圖可知,混合料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.5%時(shí),燒結(jié)礦的機(jī)械強(qiáng)度和低溫還原粉化性能都有所改善。混合料的成球性不但與原料的粒度有關(guān),而且與每個(gè)粒級(jí)的比例、顆粒表面的光滑程度均有關(guān)。含釩

17、鈦鐵礦粉比較堅(jiān)硬,表面較光滑,不親水,成球性能差,因此混合料的水分不應(yīng)過(guò)大。水分在燒結(jié)的過(guò)程中可以起到傳遞熱量的作用,但是水分太大使過(guò)濕層增厚,會(huì)導(dǎo)致焦粉用量偏大,燒結(jié)礦FeO 含量增大,且生產(chǎn)中易出現(xiàn)粘蓖條的現(xiàn)象,導(dǎo)致作業(yè)率的降低。此外,水分過(guò)大還會(huì)對(duì)燒結(jié)礦的成分及結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,造成惡性循環(huán),從而影響燒結(jié)礦的產(chǎn)量和質(zhì)量。圖4水分對(duì)應(yīng)T 、R DI +3.15的效應(yīng)曲線圖Fig.4R elationship betw een tumbler index ,R DI +3.15and w ater content3結(jié)論1釩鈦磁鐵燒結(jié)礦的機(jī)械強(qiáng)度低,低溫粉化嚴(yán)重,主要是由于釩鈦磁鐵精礦燒結(jié)時(shí)形成的鈦赤鐵礦固溶體呈薄板狀,具有較高的氧化度,從而降低燒結(jié)礦質(zhì)量。2在承鋼現(xiàn)有工藝條件下,較適宜的燒結(jié)工藝參數(shù)為