高鐵低硅燒結(jié)礦的燒結(jié)特性研究

高鐵低硅燒結(jié)礦的燒結(jié)特性研究

1高鐵低硅燒結(jié)的技術發(fā)展現(xiàn)狀隨著我國高速鐵路開采技術的進步，對入爐礦質(zhì)量（尤其是鐵屑和硫醚含量）的要求越來越高。采用高鐵低硅爐料有利于高爐增鐵降焦,已成為煉鐵工作者的共識。根據(jù)高爐生產(chǎn)實踐,入爐鐵品位每升高1%,焦比可降低2%,產(chǎn)量提高3%,渣量減少20kg/t鐵,可使生鐵成本下降10元/t。我國高爐爐料中燒結(jié)礦約占80%,要提高入爐品位重點應提高燒結(jié)礦品位。若將全國燒結(jié)礦平均品位由56%～57%提高到58%～59%,年創(chuàng)直接經(jīng)濟效益將在25億元以上。2000年我國重點企業(yè)平均入爐鐵品位為54.88%(寶鋼為60.35%),地方骨干企業(yè)為56.12%(三明鋼廠為59.54%),比國際先進水平約低5個百分點。因此,在2000年全國煉鐵工作年會上,已將高鐵低硅燒結(jié)礦的生產(chǎn)列入“十五”發(fā)展指南。但隨著燒結(jié)礦鐵品位提高,SiO2含量降低,液相量減少,勢必影響其強度和產(chǎn)量。因此,高鐵低硅燒結(jié)礦的生產(chǎn)必須采取適宜的工藝方案和技術措施。日本是較早開展低硅燒結(jié)研究的國家,在1980年代中末期,燒結(jié)礦中SiO2含量已降至4.8%,1990年代降至4.5%～4.6%。日本低硅燒結(jié)所采取的重要技術措施:其一,是厚料層燒結(jié)。日本大多數(shù)燒結(jié)廠料層厚度為600mm,少數(shù)廠(小吳廠、水島廠、千葉廠等)達700mm。從千葉廠的情況來看,料層厚度每增加10mm,可節(jié)省焦粉0.3kg/t,節(jié)電0.06kWh/t;其二,是采用強化制粒技術,如圓盤制粒機和高速攪拌制粒(Highspeedagitatingmixer),形成局部高堿度(粘附層)的非均質(zhì)結(jié)構(gòu)。英國BSC公司ScantHorpe廠認為,SiO2低于4.8%時,CaO/Fe2O3成為影響燒結(jié)礦強度的主要因素。增加料層厚度,并將堿度提高到2.2,在SiO2含量為4.3%～4.6%時,則燒結(jié)礦強度對CaO/SiO2和CaO/Fe2O3變化的敏感性下降。芬蘭科維哈廠以磁鐵精礦為主要原料,試生產(chǎn)TFe為61%～65%的燒結(jié)礦,通過添加消石灰和增加焦粉用量改善燒結(jié)礦強度,所生產(chǎn)的燒結(jié)礦能滿足大型高爐生產(chǎn)要求。瑞典的研究也表明,高堿度和高MgO燒結(jié)礦在TFe為64.9%～65.4%,SiO21.0%～2.3%時,燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度仍能達到62%,其工廠生產(chǎn)的燒結(jié)礦SiO2已降到4.4%。比利時國立冶金研究中心以粗粒礦為核心,細粒精礦為粘附粉,在試驗室生產(chǎn)出TFe63%、SiO22.7%的燒結(jié)礦。國內(nèi)最早實施低硅燒結(jié)的寶鋼,2000年燒結(jié)礦TFe為59%、SiO24.49%、CaO/SiO21.80左右,燒結(jié)料層厚度為625mm。本文以漣鋼所用燒結(jié)原料為對象,研究在高料層條件下高鐵低硅料的燒結(jié)特性,包括鐵品位和硅含量變化、料層厚度、燃料分加及添加蛇紋石對燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的影響,并對各種條件下燒結(jié)礦的礦物組成及冶金性能進行了對比。2原材料性能和研究方法2.1原料及粒度組成燒結(jié)試驗所用原料由漣源鋼鐵集團有限公司燒結(jié)廠提供,原料種類及其化學成分列于表1,原料粒度組成見表2。由表1可見,無論進口精礦或國產(chǎn)鐵精礦,均為高鐵低硅礦。粉礦中廣東礦燒損大,鐵品位低,SiO2及有害元素含量高,海南礦及福建礦鐵低硅高,不宜多配。2.2燒結(jié)試驗方法試驗流程包括:配料、混勻及制粒、布料、點火、燒結(jié)及燒結(jié)礦處理。配料采用質(zhì)量配料法,人工混合。勻礦配比為:南非礦25%、高澳礦15%、福建礦7%、廣東礦2.49%、海南礦1.71%、漣南5%、精粉31%、巴西10%、鋼渣0.8%、軋皮2%。勻礦成分:TFe64.49%,SiO24.20%,CaO0.43%,MgO0.52%,Al2O31.63%。燒結(jié)試驗在?150mm和?250mm的燒結(jié)杯中進行,鋪底料20～25mm(1kg),布料后壓料20mm,料層厚度為500～800mm(可調(diào)),點火時間1min,點火溫度1150±50℃,點火負壓5000Pa,保溫時間1min,保溫溫度950±50℃,保溫負壓500Pa,燒結(jié)負壓10kPa。燒結(jié)結(jié)束后,取樣檢測燒結(jié)礦的落下強度(落下4次)、轉(zhuǎn)鼓強度、化學成分,并對燒結(jié)礦的礦相組成及冶金性能進行研究。3結(jié)果和分析3.1標準測試3.1.1降低利用系數(shù)、轉(zhuǎn)鼓強度以600mm料層為基準,考查焦粉配比和混合料水分對燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的影響(見圖1)。由圖可知,在固定混合料水分為6.5%時,隨焦粉配比增加,燒結(jié)礦成品率、利用系數(shù)、轉(zhuǎn)鼓強度升高。當焦粉配比由5.0%增至5.7%時,成品率由70.89%升高到80.86%,利用系數(shù)由1.453t/(m2·h)增加到1.856t/(m2·h),轉(zhuǎn)鼓強度由60.80%升高到62.93%。隨焦粉配比進一步升高,燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度及成品率繼續(xù)升高,而利用系數(shù)則稍有下降。因此,在混合料水分為6.5%時,適宜的焦粉配比為5.7%,對應的燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量指標為:成品率80.86%,利用系數(shù)1.856t/(m2·h),轉(zhuǎn)鼓強度62.93%。3.1.2燃料配比對燒結(jié)性能的影響固定焦粉配比為5.7%時,燒結(jié)混合料水分對燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的影響如圖2所示。由圖可知,隨混合料水分增加,燒結(jié)礦產(chǎn)量、利用系數(shù)及成品率均升高,固體燃耗下降。當混合料水分由6.0%升高到7.0%時,利用系數(shù)由1.570t/(m2·h)增至1.887t/(m2·h),成品率由78.13%增加到82.00%,固體燃耗則由58.14kg/t下降到54.31kg/t。綜合各項指標來看,在燃料配比為5.7%時,適宜的混合料水分為6.3%,對應的燒結(jié)指標為:轉(zhuǎn)鼓強度63.47%,利用系數(shù)1.615t/(m2·h),成品率78.13%,燒結(jié)礦FeO8.23%,固體燃耗56.87kg/t。由此可見,在選擇合理原料結(jié)構(gòu)的基礎上,完全能生產(chǎn)出強度滿足要求的燒結(jié)礦。3.2高材料層燃燒3.2.1對燒結(jié)性能的影響在焦粉配比為5.5%、混合料水分6.8%時,料層厚度對燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的影響見圖3。由圖可見,最佳料層厚度為750mm,對應的燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度為65.73%,成品率為82.69%,利用系數(shù)為1.835t/(m2·h),固體燃耗53.76kg/t。與基準料層(600mm)燒結(jié)相比,產(chǎn)量提高13.7%,轉(zhuǎn)鼓強度提高2.26個百分點,固體燃耗下降3.12kg/t。這主要是由于料層提高后,高溫保持時間延長,有利于鐵酸鈣的發(fā)育和粘結(jié)相的發(fā)展;而且料層越高,料層中下部自動蓄熱作用越強,在相同燃料配比時,料層中下部獲得的熱就越多,料層所能達到的溫度也就越高,有利于液相的形成。因此,隨料層厚度增加,燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量升高。高料層燒結(jié)有利于提高燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量及降低固體燃料消耗,同時也是強化高鐵低硅燒結(jié)的有效措施之一。3.2.2燒結(jié)礦質(zhì)量的影響在料層厚度為750mm,配加2%生石灰,不加蛇紋石,控制燒結(jié)礦堿度為1.9的條件下,二氧化硅含量對燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的影響示于圖4。由圖可見,隨二氧化硅含量降低,燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度和利用系數(shù)幾乎成線性下降。但二氧化硅含量高于4.0%時,強度和產(chǎn)量的降低幅度較小;低于4.0%時,則降幅較大。這是因為當燒結(jié)礦堿度一定時,隨二氧化硅含量降低,加入的氧化鈣減少,燒結(jié)礦中產(chǎn)生的液相量也相應減少,導致燒結(jié)礦強度和產(chǎn)量降低。3.2.3焦粉配比對燒結(jié)礦的影響表3為添加1.3%蛇紋石時,料層厚度與燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的關系。由表可見,其變化規(guī)律與無蛇紋石時基本相同。隨料層厚度增加,燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度、成品率及利用系數(shù)提高,固體燃耗略有升高,但各項指標的改善程度明顯大于無蛇紋石時。這進一步證明蛇紋石有強化燒結(jié)的作用。添加蛇紋石時的最佳料層厚度為750mm,與無蛇紋石時一致。在蛇紋石添加量為1.3%,料層厚度為750mm時,燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度為67.30%,成品率82.75%,利用系數(shù)1.790t/(m2·h),固體燃耗52.78kg/t。在料層為750mm及添加1.3%蛇紋石的條件下,焦粉配比對燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的影響見表4。由表可知,在焦粉配比為5.0%～5.5%范圍內(nèi),隨配焦比升高,垂直燒結(jié)速度加快,成品率和利用系數(shù)提高,固體燃耗略有升高,燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度在焦粉配比為5.5%時趨于穩(wěn)定。當焦粉配比大于5.5%后,隨其配比增大,燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量指標變差,固體燃耗上升。綜合各項指標來看,適宜的焦粉配比為5.3%,對應的燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量指標為:轉(zhuǎn)鼓強度67.92%,成品率80.11%,利用系數(shù)1.653t/(m2·h),固體燃耗52.71kg/t,FeO含量7.69%。3.3鐵、玻璃質(zhì)和鐵酸鈣含量料層厚度對高鐵(TFe58.8%)低硅(SiO24.38%)高堿度(1.9)燒結(jié)礦的礦物組成影響很大,見表5。料層為600mm(試樣A)時,鐵酸鈣含量為24.1%,鐵橄欖石8.1%,玻璃質(zhì)6.8%;而料層提高到750mm(試樣B)時,鐵酸鈣含量增至26.7%,鐵橄欖石和玻璃質(zhì)分別降至5.5%和4.1%。相應燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度提高了2.26個百分點,固體燃耗下降3.12kg/t。料層為750mm并添加蛇紋石時(試樣C),鐵酸鈣含量提高到27.4%,鐵橄欖石和玻璃質(zhì)分別降至6.6%和4.0%。相應燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度提高4.45個百分點,固體燃耗下降3.59kg/t。添加蛇紋石的作用與文獻報道一致。3.4金融指標的測定燒結(jié)礦冶金性能測定結(jié)果見表6。由表可見,高料層燒結(jié)并添加蛇紋石時,燒結(jié)礦冶金性能得到改善,還原性指數(shù)提高1.89%～2.33%,低溫還原粉化指標稍有改善,其它指標基本接近。這是因為高料層燒結(jié)時焦粉配比減少,料層氧位升高且高溫保持時間延長,使燒結(jié)礦中鐵酸鈣含量增加(2.3～3.3個百分點)所致。4常規(guī)燒結(jié)nd(1)高料層燒結(jié)是提高燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量及降低固體燃耗的重要措施。隨料層厚度增加,燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度