摘要:為了提高入爐礦品位,降低高爐渣量,通過(guò)微型燒結(jié)試驗(yàn)研究了包鋼低硅燒結(jié)條件下,燒結(jié)溫度、配碳量、燒結(jié)礦堿度、SiO2 含量、MgO 含量等參數(shù)對(duì)燒結(jié)礦粘結(jié)相強(qiáng)度的影響,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了燒結(jié)杯驗(yàn)證試驗(yàn),為包鋼優(yōu)化低硅燒結(jié)工藝參數(shù)提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞:低硅燒結(jié),轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度,工藝優(yōu)化

1 　前言

低硅燒結(jié)能改善燒結(jié)礦的冶金性能,減少高爐冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的渣量,減薄軟熔層,提高滴落帶的透氣性,因而有利于高爐順行和降低焦比[1 ] 。同時(shí),減少渣量還有利于增加高爐的噴煤量。一般認(rèn)為鐵礦石TFe 含量提高1 % ,高爐焦比降低2 % ,產(chǎn)量提高3 %。因而,低硅燒結(jié)能給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

隨著包鋼選礦技術(shù)的不斷進(jìn)步,鐵精礦品位日趨提高,目前自產(chǎn)白云鄂博鐵精礦的SiO2 含量已降低到210 %～410 % ,為低硅燒結(jié)礦的生產(chǎn)及高爐采用低硅燒結(jié)礦冶煉提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。由于鐵礦粉中的SiO2 是燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生足夠液相以使物料粘結(jié)的基礎(chǔ),也是保證燒結(jié)礦具有較高強(qiáng)度的前提,所以采用低硅鐵礦粉燒結(jié)時(shí),燒結(jié)礦質(zhì)量特別是機(jī)械強(qiáng)度可能明顯變差[2 ] 。尤其對(duì)于白云鄂博鐵礦粉來(lái)說(shuō),由于富含CaF2 、K2O、Na2O ,在燒結(jié)過(guò)程中CaF2 可吸收 CaO 和SiO2 生成槍晶石,從而減少形成鐵酸鈣的有效CaO 數(shù)量,使鐵酸鈣的生成量顯著降低; 而K2O 和Na2O 主要分布于硅酸鹽玻璃質(zhì)中, 是玻璃質(zhì)的穩(wěn)定劑,有利于玻璃質(zhì)的形成,也會(huì)抑制鐵酸鈣的生成。因此,在堿度一定的情況下,包鋼鐵礦粉生產(chǎn)的燒結(jié)礦鐵酸鈣含量遠(yuǎn)低于普通燒結(jié)礦[3 ] ,低硅燒結(jié)礦的強(qiáng)度問(wèn)題就更加突出。為此,我們通過(guò)微型燒結(jié)試驗(yàn)研究了包鋼低硅燒結(jié)條件下,燒結(jié)溫度、配碳量、燒結(jié)礦堿度、SiO2 含量、MgO 含量等參數(shù)對(duì)燒結(jié)礦粘結(jié)相強(qiáng)度的影響,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了燒結(jié)杯驗(yàn)證試驗(yàn),為包鋼優(yōu)化低硅燒結(jié)工藝參數(shù)提供了依據(jù)。

2 　微型燒結(jié)試驗(yàn)

粘結(jié)相強(qiáng)度是指鐵礦粉在燒結(jié)過(guò)程中所形成液相對(duì)其周?chē)V粉進(jìn)行固結(jié)的能力。由于燒結(jié)礦是由粘結(jié)相粘結(jié)未熔含鐵礦物而形成的非均質(zhì)礦物,其含鐵礦物的強(qiáng)度要高于粘結(jié)相強(qiáng)度,故粘結(jié)相自身強(qiáng)度就成為制約燒結(jié)礦強(qiáng)度的重要因素。在其他條件相同的情況下,粘結(jié)相自身強(qiáng)度高,燒結(jié)礦強(qiáng)度也高。故本文以粘結(jié)相強(qiáng)度為表征來(lái)研究相關(guān)燒結(jié)因素對(duì)燒結(jié)礦強(qiáng)度的影響。

首先采用紅外微型燒結(jié)爐[1 ]就低硅燒結(jié)溫度、堿度、SiO2 含量、MgO 含量對(duì)燒結(jié)試樣粘結(jié)相強(qiáng)度(燒結(jié)基礎(chǔ)特性) 的影響進(jìn)行了四因素四水平正交試驗(yàn),試驗(yàn)方案及結(jié)果列于表1 。試驗(yàn)所用礦粉為包鋼燒結(jié)常用原料,其中自產(chǎn)精礦與澳礦配比為85∶15 ,褐鐵礦粉為高硅礦,用量較少,主要用作SiO2 含量調(diào)節(jié),各種原料的化學(xué)成分列于表2 。試驗(yàn)時(shí),通過(guò)改變不同礦粉的配比來(lái)調(diào)整試樣的SiO2 含量,加入CaO、MgO 等化學(xué)純?cè)噭┱{(diào)整試樣的堿度和MgO 含量。

根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果(表1) 可知,極差越大, 對(duì)粘結(jié)相強(qiáng)度影響越大。各因素對(duì)包鋼低硅燒結(jié)礦粘結(jié)相強(qiáng)度影響的強(qiáng)弱順序是:燒結(jié)溫度 > 堿度> MgO 含量> SiO2 含量。根據(jù)極差分析可知,A 條件(即SiO2 ) 中最優(yōu)為A1 (表1 中 Σ(1) / 12 為451 ,粘結(jié)相強(qiáng)度最高值) ,依此類(lèi)推, 粘結(jié)相強(qiáng)度的最優(yōu)燒結(jié)參數(shù)水平為 A1B2C1D4 ,即SiO2 含量4.0 % ,堿度2.5 ,燒結(jié)溫度1 200 ℃,MgO 含量116 %。

3 　燒結(jié)杯驗(yàn)證試驗(yàn)

根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果,選擇三個(gè)具有代表性的試驗(yàn)點(diǎn)做燒結(jié)杯驗(yàn)證試驗(yàn),試驗(yàn)編號(hào)分別為 1 # 、2 # 、3 # 。其中3 # 為正交試驗(yàn)粘結(jié)相強(qiáng)度的最優(yōu)水平,即低硅、高堿度、低MgO 試樣;1 # 和 2 # 分別為正交試驗(yàn)中粘結(jié)相強(qiáng)度最低和偏低的 7 # 和13 # 試驗(yàn)點(diǎn),試樣粘結(jié)相強(qiáng)度的排列順序?yàn)? # > 2 # > 1 # 。燒結(jié)溫度的高低用配碳量來(lái)模擬。為了進(jìn)一步研究配碳量和混合料水分的影響,對(duì)每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的配碳量及混合料水分進(jìn)行了微量調(diào)整。每個(gè)點(diǎn)做三次,獲得相應(yīng)的燒結(jié)礦篩分指數(shù)和轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合對(duì)燒結(jié)礦樣組成、結(jié)構(gòu)及礦相觀察來(lái)分析確定包鋼低硅燒結(jié)的最優(yōu)工藝條件。

3.1 　燒結(jié)杯試驗(yàn)方法及工藝參數(shù)

燒結(jié)杯試驗(yàn)所用礦粉與微型燒結(jié)試驗(yàn)相同,加入生石灰、石灰石和白云石來(lái)調(diào)整試樣的堿度與MgO 含量,試驗(yàn)所用原料成分見(jiàn)表2 。按照各試驗(yàn)點(diǎn)的成分要求,先將配好的干料混勻,再加水放入滾筒中造球,要求大于3 mm 的小球占到總數(shù)的70 %左右,然后測(cè)量混合料水分;將造好的混合料小球布入Á200 mm 的燒結(jié)杯中,上面放200 g 焦炭點(diǎn)火,點(diǎn)火負(fù)壓5 kPa , 燒結(jié)負(fù)壓10 kPa ,當(dāng)燒結(jié)廢氣溫度降到200 ℃ 時(shí)燒結(jié)完成。取出燒結(jié)礦餅進(jìn)行破碎、篩分,并檢測(cè)其篩分指數(shù)和轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度。

燒結(jié)杯試驗(yàn)在包鋼煉鐵廠(chǎng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行,其燒結(jié)工藝參數(shù)見(jiàn)表3 。

3.2 　試驗(yàn)結(jié)果及分析

燒結(jié)杯試驗(yàn)結(jié)果列于表4 。由表4 可知:

(1) 對(duì)比1 # ～ 3 # 試驗(yàn), 在試驗(yàn)所選配碳 (3.6 %～4.2 %) 范圍內(nèi),各組試樣的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度均隨配碳量增加有所提高(參見(jiàn)圖1) 。這說(shuō)明, 保持適當(dāng)?shù)呐涮剂繉?duì)增加燒結(jié)液相量、提高包鋼低硅燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度是有益的。

(2) 正交試驗(yàn)所得粘結(jié)相強(qiáng)度最優(yōu)的3 # 試樣其燒結(jié)杯試驗(yàn)的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度也是最好的。1 # 、 2 # 、3 # 試樣的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度排列順序?yàn)? # > 2 # > 1 # ,與正交試驗(yàn)粘結(jié)相強(qiáng)度的排列順序相一致, 驗(yàn)證了正交試驗(yàn)結(jié)果的正確性,再次說(shuō)明粘結(jié)相強(qiáng)度這一燒結(jié)基礎(chǔ)特性能很好地反映實(shí)際燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度。對(duì)比各個(gè)試樣的返礦平衡系數(shù),3 # 試樣最低,即粉化率最低。

(3) 將1 # 與2 # 兩個(gè)高M(jìn)gO 燒結(jié)試樣進(jìn)行對(duì)比,在配碳量相同的情況下,隨堿度降低及SiO2 含量升高,燒結(jié)礦(MgO 含量≥2.8 %) 的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)有所提高。究其原因,主要是2 # 燒結(jié)試樣中的MgO 礦化程度提高,試樣中殘余熔劑量減少,含鎂高熔點(diǎn)礦物析出量降低,礦物組成減少,結(jié)構(gòu)均勻化,使得燒結(jié)試樣強(qiáng)度提高。故而,當(dāng)MgO 含量較高時(shí),需適當(dāng)降低堿度、提高 SiO2 含量,確保MgO 的礦化和燒結(jié)液相數(shù)量的增加。為了保證低硅燒結(jié)礦具有較高的強(qiáng)度, 燒結(jié)礦中MgO 含量不宜很高。

(4) 在試驗(yàn)所選擇的混合料水分范圍內(nèi),隨水分增加,燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)呈現(xiàn)增高的趨勢(shì)。由此說(shuō)明,保持適宜的混合料水分有利于混合料制粒,并改善燒結(jié)礦強(qiáng)度。

對(duì)轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度最優(yōu)的3 # 試樣( R2.5 、MgO 1.60 %、SiO2 4.0 %、配碳3.8 %) 和轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度較差的2 # 試樣(R1.6 、MgO 2.8 %、SiO2 5.2 %、配碳4.0 %) 進(jìn)行了礦相分析。其礦物組成列于表 5 ,燒結(jié)礦顯微結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2 和圖3 。

3 # 試樣為低硅(SiO24.0 %) 、高堿度(2.5) 、低MgO(1.60 %) 、低配碳量(平均3.8 %) 燒結(jié)試樣; 而2 # 試樣為高硅( SiO25.2 %) 、低堿度 (1.6) 、高M(jìn)gO(2.8 %) 、高配碳量(平均4.0 %) 燒結(jié)試樣,兩者的燒結(jié)條件形成鮮明對(duì)照。從圖2 、圖3 可以看出,3 # 試樣的顯微結(jié)構(gòu)以磁鐵礦和鐵酸鈣構(gòu)成的熔蝕交織結(jié)構(gòu)為主,局部可見(jiàn)磁鐵礦和玻璃相構(gòu)成的斑狀結(jié)構(gòu);2 # 試樣的顯微結(jié)構(gòu)則以磁鐵礦和玻璃相構(gòu)成的斑狀結(jié)構(gòu)為主,局部可見(jiàn)磁鐵礦和鐵酸鈣構(gòu)成的熔蝕結(jié)構(gòu),交織結(jié)構(gòu)少見(jiàn)。3 # 試樣的鐵酸鈣含量高達(dá) 29 % ,而2 # 試樣的鐵酸鈣含量只有13 % ,且玻璃相和磁鐵礦含量均較多。究其原因,2 # 試樣中MgO 含量較高(為2.8 %) ,燒結(jié)過(guò)程中MgO 可進(jìn)入磁鐵礦晶格中,具有穩(wěn)定磁鐵礦晶格的作用,不利于磁鐵礦氧化為赤鐵礦,因而對(duì)鐵酸鈣的生成具有抑制作用;其次,2 # 試樣堿度較低 (為1.6) ,CaO 含量較少,亦不利于鐵酸鈣的生成,而SiO2 含量較高(為5.2 %) ,對(duì)玻璃相的形成具有促進(jìn)作用。此外,較高的配碳量也會(huì)促進(jìn)玻璃相的形成,而不利于鐵酸鈣的生成。由此可以認(rèn)為,高堿度、低MgO、低配碳量是包鋼低硅燒結(jié)的必要條件。本研究所得低硅燒結(jié)的最佳工藝條件為: SiO2 含量4.0 %、堿度2.5 、 MgO 含量1.6 %、配碳量3.8 %。

4 　結(jié)　論

1) 微型燒結(jié)試驗(yàn)所得粘結(jié)相強(qiáng)度的排列順序與燒結(jié)杯試驗(yàn)所得轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度的排列順序相一致,說(shuō)明粘結(jié)相強(qiáng)度這一燒結(jié)基礎(chǔ)特性能很好地反映實(shí)際燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度。包鋼低硅燒結(jié)的最佳工藝條件為:SiO2 含量4.0 %、堿度2.5 、 MgO 含量1.6 %、配碳量3.8 %。

2) 保持適宜的混合料水分,有利于改善混合料制粒,提高燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度;MgO 含量較高時(shí),需適當(dāng)降低堿度、提高SiO2 含量,確保MgO 的礦化和燒結(jié)液相量的增加。

3) 燒結(jié)過(guò)程中MgO 可進(jìn)入磁鐵礦晶格中, 具有穩(wěn)定磁鐵礦晶格結(jié)構(gòu)的作用,不利于磁鐵礦氧化為赤鐵礦,因而對(duì)鐵酸鈣的生成具有抑制作用�？刂戚^低的MgO 含量,是保證低硅燒結(jié)礦強(qiáng)度的必要條件。

4) 高堿度、低配碳是促進(jìn)鐵酸鈣生成、抑制玻璃相產(chǎn)生、保證低硅燒結(jié)礦強(qiáng)度的關(guān)鍵,當(dāng)包鋼燒結(jié)礦SiO2 含量降低到4.0 %時(shí),燒結(jié)礦堿度應(yīng)維持在2.5 左右。

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