低碱度烧结矿生产实践及冶金性能研究.pdf

8 冶 金 能 源 ENERGY F0R METALI URGI CAL I NDUS TRY V 1 ． 3 2 No ． 3 Ma y ． 2 01 3 低 碱 度烧 结矿 生产 实践 及 冶 金 性 能研 究 左海滨 张 涛 张建 良 苗广志 班友合 1 ．北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室 ，2 ．唐山国丰钢铁有限公司技术部 摘要介绍 了国 内某钢铁公 司低碱度烧结 矿的生产情 况 ，分析 了其原料 的特点 和成矿粒度 分布，对其冶金性能进行了研究，指出了与高碱度烧结矿相比，其转鼓强度、还原性以及低 温还 原粉 化性能 下降 的原 因。 关键 词烧结矿低碱度冶金性能 Pr a c t i c e o f pr o d u c i n g l o w b a s i c i t y s i n t e r a n d s t ud y o n i t s m e t al l ur g i c a l pr o p e r t i e s Z h a n g T a o Z h a n g J i a n l i a n g Mi a o G u a n g z h i 。B a n Y o u h e 1 ．U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y B e i j i n g ， 2 ．Gu o f e n g I r o n a n d S t e e l C o ． ，L t d ． Ab s t r a c t I n t r o d u c e d t h e p r o d u c t i o n c o n d i t i o n o t t i l e l o w b a s i c i t y s i n t e r i n a d o me s t i c i r o n s t e e l e n t e r pr i s e，a n a l y z e d t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f ma t e r i a l s a n d g r a nu l a r i t y d i s t ribu t i o n o f t h e s i nt e r ，s t u di e d i t s me t all u r g i c a l p r op e r t i e s，a n d p o i n t e d o ut t h e r c a s o n wh y i t s dl u l n s t r e ng t h， I ’e du c t i o n a n d r e du c t i o n d e g r a d a t i o n p r o p e r t y we r e r e d uc e d c o mp a nng wi t h t h e h i g h b a s i c i t y s i nt e r ． Ke y wo r d s s i n t e r l o w b a s i c i t y me t a l l u r g i c a l p r o p e r t i e s 高碱度烧结矿的冶金性能十分优 良，性价比 较高 ，因此高碱度烧结矿一直是我国高炉炉料的 主要成分 ，配以部分块矿和球 团矿人炉冶炼 。 为了有效 的利用低 价低品位矿粉 ，降低 生铁成 本 ，⋯ 些钢铁企业开始考虑利用劣质低价矿粉生 产低碱度烧结矿 ，代替部分球 团矿和块矿人炉冶 炼。高炉的炉料结构仍然以高碱度烧结矿为主， 配加少量的低碱烧结矿 、块矿以及球团矿。 某公司在两 台 7 2 m 烧结机上进行 了低碱度 烧结矿的生产 ，其碱度控制在 0 ． 7 5～ 0 ． 9．生产 的低碱度烧结矿在 4 5 0 m 和 l 7 8 0 m 高炉 卜进行 冶炼实践。入炉炉料 中高碱度烧结矿仍维持在 国家 自然基 金 5 1 1 0 4 0 1 4， 生 物质 焦粉 一铁矿 粉预 制块 炉 料 的 还 原 和 制 备 基 础 研 究 ； 国 家 自然 科 学 基 金 5 1 1 7 4 0 2 3 ， 超厚料层减荷烧结新工艺基础研 究。 收稿 日期 2 0 1 21 2 2 0 左海滨 1 9 7 6一 ， 副教授／ 博士； 1 0 0 0 8 3 北京市海淀区。 8 0 ％ 左 右 ，低 碱 度 烧 结 矿 的配 比量 为 5 ％ ～ l 0 ％，球 团矿 和块矿 的总配 比在 1 0 ％ ～l 5 ％ 在这种炉料结构下 ，不仅高炉顺行 良好 ，铁水成 本也得到了控制 ，这说明在人炉炉料 中配加部分 低碱度烧结矿代替球团矿和块矿是可行的。从冶 金性能来看 ，低碱度烧结矿的转鼓指数 、还原性 都比高碱度烧结矿低 ，低温还原粉化性能恶化 ， 这与烧结矿 中的矿相组成有着很大的关系，而烧 结矿的矿相很大程度 决定于烧结原料中矿粉 、 燃 料 的质量 以及配 比。 l 低碱度烧结矿的原燃料条件 该公司的两台 7 2 m 烧结机生产低碱度烧结 矿所使用原 、燃料的物理成分以及干配 比在表 1 中给出。 Vo 1 ． 32 NO ． 3 Ma v ． 2 01 3 冶 金 能 源 ENERGY F OR METAL LURGI CAL I NDUS TRY 9 分析表 1 可知 ，生产低碱度烧结矿的原料主 要是低品位 、劣质矿粉 ，主要有低品澳粉 、低品 印粉 、马来西 亚粉 、自熔铁粉 等 ，干 配 比共 占 7 3 ％。含铁原料中品位较高的只有 巴西精粉 ，而 其千配 比仅为 1 1 ％。低 品位矿粉 中印粉 的干配 比最高 ，达到了3 0 ％ ，这种矿粉中的A l O 含量 很高 ，达到 l 1 ． 6 7 ％ ，属于劣质矿。这种矿粉 的 配加量不宜过高 ．因为过量的 A I ， 0 会使烧结矿 中的铝硅比升高 ，合适 的铝硅比是 S F C A 复合 铁酸钙 生成的重要条件 ，铝硅 比过 高会导致 烧结 矿 的冶金 性 能 恶化 。同 时烧 结矿 中 A 1 O ， 过高 ，也会影响炉渣的中的铝镁比，使炉渣的流 动性变差 ，造成 出渣 困难 ，给生产带 来不利影 响。尾矿粉的品位最低 ，只有 4 6 ． 7 8 ％ ，虽然其 S i O ， 含量很高 ，达到 2 5 ． 7 9 ％，但是 由于低 品高 铝印粉的配加量较大 ，尾矿粉的加人对于保证合 适的铝硅 比是有利的。低 品印粉、马来西亚粉中 的 T i O ， 含量较 高 ，这对于烧结矿 的低温还原粉 化是不利 的 ，应该控制其用量 。 熔剂方面 ，由于是生产低碱度烧结矿 ，其碱 度的预期值 在 0 ． 7 5～0 ． 9 0之 间，所 以生石灰的 配加量 由生产高碱度烧结矿时的 8 ％，降低到了 3 ％ ，在提高了混合料水分的前提下 生产低碱 度烧结矿的混合料水分为 8 ． 9 5 ％ ，生 产高碱度 烧结矿 的混合料水分为 7 ． 8 1 ％ ，没有对混合料 的造球性能造成太大的影响。而由于高铝印粉的 配 比量 比较高 ，为了保证炉渣 的流动性 合适 的镁铝 比 ，提高了混合料 中自云石 的配 比量 ， 比生产高碱度烧结矿时提高了 2 ％。 总的来讲 ， 生产低碱度烧结矿的原料特点是 品位低 、 脉石多 、 有 害微量元素 P、 S 含 量较高 、 碱金属 K、 N a 含量高 、 物料烧损大、 矿耗高 。 2 低碱度烧结矿的生产条件、成分及粒度分布 原、燃料经过混匀 、造球后 ，在 7 2 m 烧结 机上进行烧结生产 ，其工艺参数与该烧结机生产 高碱度烧结矿时的工艺参数对比见表 2 。 由于混合料 中的水分配人量增大 ，使得料层 的透气性降低 ，所以在生产低碱度烧结矿时 ，将 料层厚度 减小 1 4 0 m m，以改善其透气性 ，这也 就导致了烧结机 台时产量和利用系数的降低。 生产低碱度烧结矿 ，主要是代替部分球团矿 和块矿人炉冶炼 ，但是低碱度烧结矿的成分、粒 度分布与球 团矿和块矿不具备可 比性 ；烧结矿的 强度通过用转鼓指数表示 ，球 团矿的强度用抗压 强度表示 ，二者也不具 备可 比性。因此将其成 分 、粒度分布以及转鼓指数与高碱度烧结矿做 比 较。即在高、低碱度烧结矿的 T F e 、粒度分布以 及冶金性能差别不大的情况下 ，使用低碱度烧结 矿代替部分球团矿和块矿人炉冶炼 ，相当于加入 了具备高碱度烧结矿 品位 和冶金性能 的酸性 炉 料 ，对高炉的冶炼过程影响不大． ． 表 2 7 2 m 烧结机生产两种类型烧结矿的工艺参数对比 1 0 冶 金 能 源 ENERGY F OR METAL LURGI CAL I NDUS TRY Vo 1 ． 32 No ． 3 Ma v ． 2 01 3 表 3给出了该烧结机生产的低碱度烧结矿和 高碱度烧结矿 的成分 。可 以看出，低碱度烧结矿 的品位要 比高碱度烧结矿低 3 ． 0 3 ％ 。这是 由于 前者的混合料中大量使用低品位矿粉的缘故。前 者的 A I ， O 含量 比后者高出一倍多．低品位印粉 中较高 的铝含 量是导致 这种现象 的主要原 因。 F e O的含量 ，前者 比后者要高 出 3 ％，这与前者 混合料中含量较高的 Mg O、A 1 O ，以及配碳量都 有关系 。前者成分 中较高 的 T i O 含量 ，是 由 于含钛量较高的低品印粉 、尾矿粉以及 自熔铁粉 的配加量较大导致的。通过控制混合料中碱性熔 剂的配人量 ，使 得前者 成矿 的二元碱 度 R 为 0 ． 7 9 ，符合对其 二元碱度 的预期 值 0 ． 7 5 0 ． 9 0 ； 二者成分中有害元素 S的含量基本持平 。 两种烧结矿的粒度分布 见表 4 相对于高碱 度烧结矿 ，低碱度烧结矿粒度分布有所变化 大 粒度级的成矿明显增加 ，粒径大于 4 0 mm的烧结 矿平均升高将近 6 ％；小粒度级 0～ 5 m m的变化 不大 ；5～1 0 m m和 1 01 6 m m粒度级均减少 5 ％ 左右 ；1 6 2 5 m m和 2 5 4 0 mm粒度级所 占的比 例都有小幅度的提高 ；1 0 2 5 mm粒度级的成矿 比例略有下降。与高碱度烧结矿相比，低碱度烧 结矿小粒度级成矿减少 ，大粒度级成矿增加。 表 3 低碱度烧结矿和高碱度烧结矿的成分对比 ％ 3 低碱度烧结矿的冶金性能分析 3 ． 1 转鼓指数 经过转鼓试验测定 ，低碱度烧结矿的转鼓指 数为 6 7 ． 5 4 ％ ，而高碱 度烧结 矿 的转 鼓指数 为 7 7 ． 0 6 ％ ，二者相差将近 l 0个百分点。其原因是 多 方 面的 1 有 研 究 表 明 ，生 成 铁 酸钙 最 适 宜 的 二 元碱度在 1 ． 8～ 2 ． 2之 间 ，而实验中低碱度烧 结矿的二元碱度仅 为 0 ． 7 9 ，烧结过程 中产生大 量 的硅酸盐液相 ，而且生成 S F C A所必须的 C a O 含量不足 ，导致 S F C A生成量较少，而铁酸钙是 保证烧结矿转鼓强度至关重要的因素。 2 由于低碱度烧结矿的 F e O和 S i O ，的含 量 比较 高 ，导致 成矿 中含 有 大量 的铁 橄 榄 石 2 F e O S i O 。铁 橄 榄 石 拥 有 较 好 的强 度 ，这 是低碱度烧结矿 的强度在 S F C A严重不足的情况 下仍能得以保证的重要原因。 3 低 碱度烧结矿 中 Mg O含量相对较 高。 当碱度在 0 ． 4～ 0 ． 9 、Mg O在 4 ％左右时会使脉石 的熔点降低 J ，生成 的液相量增多 ，对周 围物 质的粘结能力加强 ，这对于改善烧结矿的冷强度 有一定的效果。 3 ． 2还 原性 表 5给出了该公司使用的低碱度烧结矿 、高 碱度烧结矿 、块矿 以及球 团矿 的 R I 还原性指 数 。经 试 验 测 定，低 碱 度 烧 结 矿 的 尺 ，为 7 8 ． 4 2 ％，而高碱度烧结矿 的 R ， 为 8 3 ． o 4 ％ ，二 者相差将近 5个百分点，这主要是由于前者成矿 中铁酸钙 的量 比较少，而生成量较大的铁橄榄石 还原性很 差。低碱度烧 结矿 的 T i O 含量 较高 ， 而 r i o 能够促进 赤铁矿 的生成 J ，这也在一定 程度上改善了其还原性 ，因此低碱度烧结矿的还 原性并不很低。两种块矿 的 均 比低碱度烧 结 矿低 ， 而球团矿的 尺 ， 最低 ，仅为 5 7 ． 4 5 ％ ，这 说 表 5 各种矿的还原性指数 R I ％ Vo I _ 3 2 NO ． 3 Ma v ． 2 01 3 冶 金能 源 ENERCY F OR METAL LURCI CAL I NDUS TRY 明低碱度烧结矿的还原性要优于块矿和球团矿。 3 ． 3 低温还原粉化特性 低碱度烧结矿的低温还原粉化特性与高碱度 烧结矿 、球团矿 以及块矿 的比较见表 6 。低碱度 烧结矿 的低温还原强度指数 R D I 、低 温还 原粉化指数 R D I 。 都 比其它矿石要低 ，而 其低温还原磨损指数 R D I 比除澳矿之外 的其余铁矿石均高。低温还原粉化性能的恶化与 低碱度烧结矿中含量较高的 A 1 ， O 有着密切的关 系 。赤铁 矿 在 4 5 0～5 5 0 c iC时 ，由 a F e ， O 还 原 成 3 , F e O 发生的晶格改变是造成烧结矿低温还原 粉化的主要原因 。虽然理论上 A 1 O 可以抑制 再生赤铁矿 的生成 ，但是 A 1 O 会使烧结矿液相 粘度增加 ，导致未还原以及残余 的赤铁矿含量增 加 ，使烧结矿 的低温 还原粉 化性 能恶化。T i O 能够促进赤铁矿的生成 ，而低碱度烧结矿中较高 的 F i O ， 含量 ，也 是 导致 低 碱 度 烧 结 矿 低温 还 原 粉化 特性 变差 的原 因之 一 。 表 6 几种铁矿石的低温还原粉化性能％ 4 结 论 1 低碱 度烧 结矿 的生产 过程中，应 该注 意高铝原料的配人量 ，因为 A 1 O ，的含量不论是 对烧结矿的冷态强度还是高温冶金性能，都有很 大的影响。应该避免为了单纯的追求降低成本而 加大高铝矿粉的使用 ，这会影响高炉的顺行。 2 由于烧结矿碱度的限制 ，烧结过程 中 生成大量的铁酸钙是不可能的。F e O含量增多的 同时，F e O 的含量减少 ，对于改善烧结矿的低 温 还原粉 化 特 性 是 有 利 的。F e O 与 S i O ， 形 成 的 铁橄榄石有利 于改善烧结矿的强度 ，但是由于铁 橄榄石的还原性不好 ，F e O的含量也不宜过高。 3 相 比于高碱度烧结矿 ，低碱 度烧结矿 的大粒度级成矿增加 ，转鼓指数明显降低；其还 原性要优于球团矿和块矿 ，但是其低温还原粉化 性能恶化严重。综合 考虑低碱度烧结矿 的特点 ， 建议增大低碱度烧结矿的人炉粒级 ，小粒级的成 矿做返矿返 回烧结 ，以降低由于其低温还原粉化 性能不 良对高炉冶炼造成的影响。 4 高碱度烧结矿仍 然是我 国炉料发 展 的 主要趋势，但是实践证明 ，在炉料 中配人 5 ％ ～ 1 0 ％ 的低 碱 度 烧 结 矿 代 替 块 矿 和 球 团矿 是 丁 行 的，这既可以降低炼铁成本 ，又可以实现低 品位 矿 的有效 利用 。 参考文献 [ 1 ]徐矩良．我国高炉合理炉料结构探讨 [ J ] ．炼铁 ， 2 O o 4 ，2 3 4 2 52 6 ． [ 2 ]陈有升 ，罗 秀传 ，张 中中等 ．影响烧 结矿转鼓 强度 的因素研究 [ J ] ．柳 钢科技 ，2 O l O ， 1 1 7 ． [ 3 ]杨华明，邱冠周 ． T i O 影响烧结矿低温还原粉化率 R D I 的机 制 [ J ] ．矿产综 合利 用 ，1 9 8 8 ， 1 1 2一 l 5 4 ]周取定 ，孑 L 令坛 ．铁 矿 石造 块 理 论及 工艺f M] ． 北 京冶金工业 出版社 ，1 9 8 9 ． [ 5 ]郭兴敏 ．烧结过程铁酸钙生成及其矿物学 [ M] ．北 京 冶金工业出版社 ，1 9 9 9 ． [ 6 ]周取定 ，孔 令 坛 ．铁矿 石 造 块理 论 及 工 艺 [ M] ． 北京 冶金工业 出版社 ，1 9 8 9 ． 万雪编 辑