優(yōu)化配礦結(jié)構(gòu)對燒結(jié)礦冶金性能的影響

優(yōu)化配礦結(jié)構(gòu)對燒結(jié)礦冶金性能的影響白凱凱;張艾俊;左海濱;左俊杰;潘玉柱【摘要】針對永鋒鋼鐵公司燒結(jié)原料結(jié)構(gòu)，明確燒結(jié)目標(biāo),進(jìn)行燒結(jié)杯優(yōu)化配礦實驗,以達(dá)到提高燒結(jié)礦成礦率、利用系數(shù)、成品礦品位、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度以及降低其返礦率的目的.實驗運(yùn)用掃描電鏡觀察成品礦形貌顯微結(jié)構(gòu);用成品燒結(jié)礦還原實驗的檢測數(shù)據(jù)，探究優(yōu)化配礦對成品燒結(jié)礦還原性能的影響;并對比現(xiàn)場燒結(jié)配礦前、后的各項指標(biāo).實驗結(jié)果表明:在現(xiàn)場燒結(jié)配礦條件下(在將巴混配比提高6%,燃料比降低至4%,燒結(jié)負(fù)壓為11kPa)通過優(yōu)化配礦，成品燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度可達(dá)到70.93%,成品率及利用系數(shù)分別為84.44%、1.77(t/m2h),燒結(jié)礦品位為53.7%,還原度高達(dá)83.5%,可以保證高爐穩(wěn)定生產(chǎn).【期刊名稱】《有色金屬科學(xué)與工程》【年(卷)，期】2019(010)003【總頁數(shù)】5頁(P1-5)【關(guān)鍵詞】優(yōu)化配礦;成品率;轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度;還原度【作者】白凱凱漲艾俊;左海濱;左俊杰;潘玉柱【作者單位】北京科技大學(xué)鋼鐵冶金新技術(shù)國家重點實驗室，北京100083;山東萊鋼永鋒鋼鐵有限公司煉鐵廠,山東德州251100;北京科技大學(xué)鋼鐵冶金新技術(shù)國家重點實驗室，北京100083;山東萊鋼永鋒鋼鐵有限公司煉鐵廠仙東德州I251100;北京科技大學(xué)鋼鐵冶金新技術(shù)國家重點實驗室，北京100083【正文語種】中文【中圖分類】TF046.42017年，我國鋼鐵市場趨于緩和，市場需求逐步改善，促進(jìn)了鋼鐵企業(yè)進(jìn)一步達(dá)到盈利狀態(tài)；為提高噸鋼利潤，降低生產(chǎn)成本，提升行業(yè)競爭力，鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)對鐵礦石原料的要求也越來越高，同樣，鋼鐵企業(yè)的能耗量占我國總能耗的16.3%[1]，為降低原料能源消耗，優(yōu)化配礦也是最捷徑的節(jié)能方法，所以必須通過對鐵礦粉進(jìn)行配礦來改善燒結(jié)礦的各項冶金性能指標(biāo).我國主要的高爐煉鐵原料為燒結(jié)礦，因此燒結(jié)礦質(zhì)量的好壞也是高爐順行的關(guān)鍵，燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)不僅與鐵礦粉、熔劑、燃料有關(guān)，而且與鐵礦粉之間的合理搭配有關(guān)[2].生產(chǎn)實踐指出，鐵礦粉的常溫性能主要決定燒結(jié)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，而其高溫性能是燒結(jié)生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)及燒結(jié)礦性能的關(guān)鍵[3-5].永鋒鋼鐵公司為穩(wěn)定爐料結(jié)構(gòu)，降低能耗，提高產(chǎn)量及質(zhì)量水平，進(jìn)行了燒結(jié)杯試驗以調(diào)控原料結(jié)構(gòu)，達(dá)到高爐冶煉要求.本實驗主要依據(jù)永鋒鋼鐵公司原料條件，進(jìn)行優(yōu)化配礦研究.1實驗原料成分及配礦方案實驗主要以巴混（高硅）、混勻料、精粉、大混勻、Pb粉、返礦為含鐵原料，以白云石、生石灰為熔劑，以焦粉為燃料，進(jìn)行不同比例的配礦研究，原料成分結(jié)果如表1所列，配礦方案如表2所列，實驗基礎(chǔ)特性檢測指標(biāo)如表3所列.由表1可知，鐵品位由高到低為:地方精粉〉巴混＞Pb粉〉大混勻〉混勻.由原料基礎(chǔ)特性指標(biāo)可知，巴混、Pb粉及地方精粉同化溫度均較低，同化性能較好.表1原料成分/（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）Table1Rawmaterialcomposition/（massfraction,%）原料名稱TFeSiO2CaOMgOAI2O3PTiO2燒損巴混（高硅）61.835.880.240.101.490.0650.162.68混勻料56.534.727.041.162.310.0680.166.38地方精粉64.502.980.600.501.340.0050.700.00大混勻58.155.740.240.102.610.0530.212.61Pb粉61.683.600.220.102.040.0800.305.59返礦55.505.609.502.502.040.0200.251.80白云石0.004.1046.503.800.000.0000.0039.73生石灰0.003.6381.876.320.000.0000.009.35焦粉0.008.000.001.005.600.0000.0080.00在配礦方案中，1#為現(xiàn)場配礦比例；在現(xiàn)場配礦情況的基礎(chǔ)上，分別調(diào)整各含鐵原料比例、負(fù)壓及燃料比:其中，2#為巴混配比提高4%，負(fù)壓為11kPa；3#為巴混配比提高6%，負(fù)壓為11kPa，燃料比降低至4%；4#為Pb粉配比提高6%，負(fù)壓為12kPa；5#為巴混配比提高4%，負(fù)壓為12kPa，燃料比降低至4%.用配制好的礦粉進(jìn)行燒結(jié)杯試驗，其主要步驟為混料、裝料、點火燒結(jié)、落下篩分及轉(zhuǎn)鼓檢測.最后依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行還原檢測.配礦實驗均是進(jìn)行3組燒結(jié)杯實驗后得出的相應(yīng)優(yōu)化結(jié)果.表2實驗配礦方案/(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table2Experimentalmatchingorescheme/(massfraction,%)方案巴混混勻料精粉大混勻Pb白云石生石灰焦粉1#20.012.58.340.007.66.64.52#24.411.77.837.207.66.84.53#26.67.536.207.66.84.04#19.011.67.737.067.66.64.55#24.511.87.907.66.84.0表3實驗原料基礎(chǔ)特性Table3Basiccharacteristicsofexperimentalrawmaterial礦粉名稱同化溫度/°C流動性指數(shù)初始液相生成量/(J-g-1)巴混(高硅)1200.256.1457.02地方精粉1196.717.92135.90Pb粉1198.948.3578.442試驗結(jié)果及分析2.1優(yōu)化配礦前后成品燒結(jié)礦成分分析優(yōu)化前后的燒結(jié)礦成分分析如表4、表5所列.對比表4、表5可知，由于實驗設(shè)備的限制，燒結(jié)杯實驗中的燒結(jié)礦品位略微降低，但與1#基準(zhǔn)燒結(jié)杯實驗相比，2#、3#配礦方案的鐵品位略有降低，4#、5#配礦方案的鐵品位略微提高.提高含鐵品位，可有效降低高爐焦比及提高產(chǎn)量，研究發(fā)現(xiàn)［6］,鐵品位提高1%，可降低焦比2%,提高產(chǎn)量3%.同時，燒結(jié)礦堿度也有所變化；提高堿度，會促進(jìn)鐵酸鈣的發(fā)展，增強(qiáng)燒結(jié)礦被還原能力，可提高燒結(jié)礦質(zhì)量水平［7］.燒結(jié)過程中，堿度不僅對燒結(jié)礦的產(chǎn)量及質(zhì)量有影響，同樣也在高爐冶煉中，對高爐升溫還原過程及其爐料結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大影響［8-12］.張立恒等［13］研究了堿度對高鉻型釩鈦礦燒結(jié)過程的影響，結(jié)果表明，隨著堿度的提高，燒結(jié)礦垂直燒結(jié)速度、利用系數(shù)、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度均有所提高，但其成品率、抗磨指數(shù)均有下降；同樣，燒結(jié)礦的還原粉化指數(shù)RDI+6.3提高，而RDI-0.5和RDI-3.15指標(biāo)降低.它對于高爐而言，其軟熔區(qū)間變窄，軟熔帶下移，透氣性逐步提高，會促進(jìn)高爐順行.表4優(yōu)化前兩臺燒結(jié)機(jī)所生產(chǎn)燒結(jié)礦化學(xué)成分/(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table4Chemicalcompositionofthesinterproducedbytwosinteringmachinesbeforeoptimization/(massfraction,%)方案TFeFeOCaOSiO2MgOAl2O3MnONa2OK2OZnOPS1#55.967.609.815.832.572.230.360.0640.0410.0230.0770.0262#56.568.049.725.492.552.270.450.0630.0480.0240.0800.019表5優(yōu)化后燒結(jié)杯實驗生產(chǎn)燒結(jié)礦化學(xué)成分/(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table5Chemicalcompositionofthesinterproducedbysinterpotexperimentafteroptimization/(massfraction,%)方案TFeFeOFe2O3MgOCaOSiO2MnOPSAl2O3R1#54.39.8266.72.9711.85.670.480.0600.0251.972.082#53.412.265.72.8212.35.280.400.0550.0241.802.323#53.76.7869.12.6311.15.560.440.0480.0331.821.994#55.010.766.82.7911.05.880.350.0630.0311.881.875#56.011.367.52.9510.15.110.490.0650.0211.831.972.2優(yōu)化后的燒結(jié)礦返礦率、成品率、垂速、固體燃料及利用系數(shù)表6所列為優(yōu)化后的成品礦返礦率、成品率等冶金性能指標(biāo).由于受燒結(jié)杯實驗設(shè)備的影響，對比基準(zhǔn)實驗1可知，燒結(jié)礦返礦率均有所提高，成品率及垂速降低，固體燃料消耗整體提高(除實驗3外)，利用系數(shù)也普遍降低.但以上指標(biāo)均變化較小，均可在現(xiàn)場燒結(jié)機(jī)上進(jìn)行改善，以滿足冶煉要求.2.3優(yōu)化配礦對成品燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度的影響圖1所示為優(yōu)化配礦后不同方案的成品燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度之柱狀圖.由圖1可知，在降低燃料比的條件下，隨著巴混含量的提高，鐵品位、SiO2含量及堿度均維持在較高水平；與其他配礦方案相比、實驗3的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度最高，其值為70.93%,T>70%，達(dá)到我國優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦要求.這是由于成品燒結(jié)礦中SiO2含量對于燒結(jié)礦質(zhì)量影響較為明顯[14-15]，在燒結(jié)過程中，SiO2作為液相的主要組分，其含量較少時，液相生成量及黏結(jié)相變少，從而導(dǎo)致燒結(jié)礦強(qiáng)度下降.而隨著SiO2含量的提高，燒結(jié)過程大量的液相會黏結(jié)其周圍的鐵精粉，黏結(jié)相的增多增加燒結(jié)礦強(qiáng)度；同時實驗3中生成較多針狀鐵酸鈣也進(jìn)一步提高燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度[16].表6優(yōu)化后成品礦的返礦率、成品率、垂速、固體燃料及利用系數(shù)Table6Returnorerate,yield,sinteringspeed,solidfuelandproductivityofsinteredproductafteroptimization方案返礦率/%利用系數(shù)/[(t-(m2-h)-1]1#13.1986.8128.0458.702.122#16.2183.7925.5759.871.903#15.5684.4424.2054.101.774#15.0784.9326.8959.362.015#17.2982.7124.2861.261.77成品率/%垂速/(mm-min-1)固體燃耗/(kg-t-1)圖1優(yōu)化后成品礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度Fig.1Tumblerindexofsinteredproductafteroptimization2.4配礦方案對成品燒結(jié)礦顯微結(jié)構(gòu)的影響由圖2可以看出，在各配礦方案的各SEM照片中，方案1、方案2、方案4、方案5均出現(xiàn)少量的針狀或纖維狀鐵酸鈣，以及大量片狀鐵酸鈣.而方案3中出現(xiàn)大量的針狀鐵酸鈣.實驗證明，在堿度R為1.7~2.1，溫度為1275°C左右時，可大量生成針狀鐵酸鈣；且在還原過程中它最先被還原，強(qiáng)度高；可以說.鐵酸鈣針狀是還原性最好的顯微結(jié)構(gòu)［17］.圖2優(yōu)化后成品礦SEM像Fig.2SEMfigureofsinteredproductafteroptimization2.5配礦方案對成品燒結(jié)礦還原性的影響還原性是檢驗燒結(jié)礦的重要指標(biāo).在高爐內(nèi)，若提高燒結(jié)礦的還原性，可增加其間接還原的比例，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的［18］.按照國標(biāo)(GB/T13241—1991)方法［19］分別將基準(zhǔn)實驗1、實驗2、實驗3、實驗4及實驗5的燒結(jié)礦試樣破碎、并選取500g、10~2.5mm粒級試樣進(jìn)行燒結(jié)礦還原性實驗.該實驗用立式電爐還原爐，還原氣體為30%CO+70%N2，流量為15L/min.實驗開始前，在氮?dú)獗Ｗo(hù)性氣氛下將爐溫升至900C，溫度到達(dá)后放入試樣，將氣體切換為還原性氣體.試樣放置在石墨坩堝中，并連接爐體上部的天平，并由計算機(jī)實時記錄天平重量變化，并將還原180min的試樣的還原度作為實驗最終還原度.實驗結(jié)果如圖3所示.圖3優(yōu)化后成品礦的還原度Fig.3Reductiondegreefigureofsinteredproductafteroptimization從圖3中可知，基準(zhǔn)實驗1、實驗2、實驗3、實驗4及實驗5的還原度分別為74.5%、84.4%、83.5%、80.5%和81.6%.但綜合Fe。含量來看，實驗3的燒結(jié)礦FeO含量只有6.78%，而基準(zhǔn)實驗燒結(jié)礦樣品FeO含量為9.82%，其余試樣的FeO含量均超過了10%，這是由于FeO會隨著SiO2含量的升高而降低，而還原度則會隨FeO的上升逐步降低；這是因為FeO是Fe2+來換算，F(xiàn)e2+多存在于各種礦物之中，如橄欖石(2FeO?SiO2)、鈣鐵橄欖(CaO-FeO-SiO2)等，隨著FeO含量的提高橄欖石等礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高，赤鐵礦與鐵酸鈣含量會逐步減少，而礦物在還原過程的遞減順序為赤軟礦一鐵酸鈣一磁鐵礦一鈣鐵橄欖石一硅酸鐵的緣故.因此還原性會隨FeO含量的增加而降低，同時因FeO的升高，燒結(jié)礦內(nèi)部結(jié)構(gòu)會變得致密，孔隙度降低，同樣也會影響燒結(jié)礦的還原性［20］.為此、實驗3中的鐵酸鈣均以針狀形式存在，且孔隙較多，鐵氧化物與還原氣體充分反應(yīng)，易被還原.這就證明在本實驗3的條件下、其燒結(jié)礦還原性能最好；同時也說明鐵礦粉的類別、性質(zhì)以及其孔隙度等是決定燒結(jié)礦還原性的重要指標(biāo)；對于高堿度燒結(jié)礦，其鐵酸鈣的還原性較好，而對于含有鐵橄欖石及鈣鐵橄欖石的燒結(jié)礦，其還原性較差［21］.圖4所示為轉(zhuǎn)鼓指數(shù)大于68%的燒結(jié)礦低溫還原粉化實驗結(jié)果.其中實驗3的RDI+6.3和RDI+3.5分別達(dá)到了69.3%和86%.藍(lán)榮宗，王靜松等［22］認(rèn)為，在富氧高爐中，燒結(jié)礦低溫還原分化率高于傳統(tǒng)高爐，所以對于低溫還原粉化率較低的燒結(jié)礦，可在后續(xù)研究過程中應(yīng)用于富氧高爐中.以綜合成礦率、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、還原性能和低溫還原粉化性能等指標(biāo)衡量，實驗3的燒結(jié)礦之冶金性能最好.圖4優(yōu)化后成品礦的低溫還原粉化率Fig.4Lowtemperaturereductiondegradationofsinteredproductafteroptimization3結(jié)論1）在永鋒鋼鐵公司所擁有的原料條件下，可適當(dāng)提高巴混含量的同時降低燃料比，以降低原料成本，獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益.因此，可以在原有配礦原料基礎(chǔ)上提高巴混比例6%，降低燃料比至4%，負(fù)壓設(shè)定為11kPa，此配礦方案可用于指導(dǎo)生產(chǎn)實踐.2）通過實驗研究可知，實驗方案3的FeO含量為6.78%、成品率為84.44%、利用系數(shù)為1.77（t/m2h）、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度為70.93%、還原度為83.5%、低溫還原粉化率RDI+6.3和RDI+3.5分別為69.3%和86%，是目前條件下該公司較優(yōu)的配料方案；它可作為永鋒鋼鐵公司燒結(jié)配礦的生產(chǎn)指導(dǎo)方案在生產(chǎn)中應(yīng)用.參考文獻(xiàn)：【相關(guān)文獻(xiàn)】蒼大強(qiáng).國內(nèi)外冶金工業(yè)源頭節(jié)能減排的新方法、新技術(shù)[J].有色金屬科學(xué)與工程，2015,6(6):1-6.劉振林，溫洪霞，馮根生，等.濟(jì)鋼常用鐵礦石燒結(jié)基礎(chǔ)特性的研究[J].鋼鐵，2004,39(7):7-11.武軼，吳勝利，杜建新.馬鋼常用鐵礦石的燒結(jié)基礎(chǔ)特性研究[J].鋼鐵研究，2008,36(4):5-8.石鳳麗，郭卓團(tuán)，安勝利，等.蒙古礦及配礦后的燒結(jié)基礎(chǔ)特性實驗研究[J].內(nèi)蒙古科技大學(xué)學(xué)報，2012,31(3):205-208.劉東輝，呂慶，孫艷芹，等.鐵礦粉基礎(chǔ)特性對燒結(jié)礦性能的影響[J].鋼鐵研究學(xué)報，2013,25(11):29-34.張漢泉.燒結(jié)球團(tuán)理論與工藝[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2015:213.陳子羅，張建良.燒結(jié)礦適宜的SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)和堿度[J].鋼鐵,2016,51(12):8-14.杜鶴桂.高爐冶煉釩鈦磁鐵礦原理[M].北京:科學(xué)出版社，1996.王筱留.鋼鐵冶金學(xué)煉鐵部分[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1995.周取定，孔令壇.鐵礦石造塊理論及工藝[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1992.王喜慶.釩鈦磁鐵礦高爐冶煉[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1994.唐賢榮，張青岑.燒結(jié)理論與H7[M].長沙:中南工業(yè)大學(xué)出版社，1992.[13]張立恒，李萬禮，岳宏瑞，等.堿度對高鉻型釩鈦礦燒結(jié)過程的影響[J].有色金屬科學(xué)與工程，2014,5(4):18-22.ZHAOY,WUK,SHENW,etal.Guidingsinteringorematchingbasedo