鄧濤¹，劉川川¹，郝良元²

( 1． 河鋼集團(tuán)邯鋼公司生產(chǎn)制造部，河北邯鄲056015; 2． 河鋼集團(tuán)鋼研總院，河北石家莊050023)

摘要:為了改善燒結(jié)礦質(zhì)量、降低煉鐵成本，河鋼邯鋼對(duì)8 種常用鐵礦粉高溫特性進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)鐵礦粉高溫特性互補(bǔ)原理，設(shè)計(jì)了7 組配礦方案并進(jìn)行了燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)，獲得了較好的燒結(jié)效果。驗(yàn)證了基于鐵礦粉高溫特性的燒結(jié)優(yōu)化配礦方法是科學(xué)可行性的，為改善燒結(jié)礦質(zhì)量及冶金性能提供了技術(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞:鐵礦粉; 高溫特性; 燒結(jié)杯試驗(yàn); 配礦

0 引言

河鋼邯鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)主要以高堿度燒結(jié)礦、酸性球團(tuán)礦和塊礦為主，其中燒結(jié)礦占70% 以上。長(zhǎng)期以來(lái)，燒結(jié)配礦時(shí)，主要依據(jù)鐵礦粉的化學(xué)成分和物理性能來(lái)選擇鐵礦粉種類，隨后通過(guò)燒結(jié)杯試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證配礦結(jié)構(gòu)搭配是否合理，這種方法對(duì)指導(dǎo)燒結(jié)生產(chǎn)起到了一定作用，但對(duì)于燒結(jié)礦成礦特性、質(zhì)量指標(biāo)深度研究和預(yù)測(cè)作用卻十分有限。

不同鐵礦粉具有不同的燒結(jié)特性，即使化學(xué)成分相近的，其燒結(jié)特性也可能有很大差別，其中鐵礦粉的同化性、液相流動(dòng)性、黏結(jié)相強(qiáng)度、鐵酸鈣生成特性亦是影響燒結(jié)礦成礦、質(zhì)量指標(biāo)的重要因素^［1］。為了改善燒結(jié)礦質(zhì)量、降低煉鐵成本，通過(guò)對(duì)8 種常用鐵礦粉高溫特性的研究來(lái)指導(dǎo)并優(yōu)化配礦方案^［2］，為改善燒結(jié)礦質(zhì)量及冶金性能提供了技術(shù)依據(jù)。

1 常用鐵礦粉化學(xué)成分

河鋼邯鋼燒結(jié)常用鐵礦粉化學(xué)成分見(jiàn)表1。具體分析如下:

( 1) 國(guó)內(nèi)精粉中除了高堿度精粉外，其他精粉的品位均大于60%，其中本地精粉品位高達(dá)66%。國(guó)內(nèi)3 種礦粉鋁硅比較低，均在0． 20 以下，對(duì)于控制高爐渣Al₂O₃含量有益。

( 2) 澳洲礦粉為赤鐵礦、褐鐵礦混合類型，其燒損較高，為4% ～ 11． 5%。PB 粉、紐曼粉鋁硅比較高，在0． 50 ～ 0． 60 之間; 揚(yáng)迪粉的品位稍低，SiO₂含量較高。

( 3) 巴西卡粉品位高，但鋁硅比較高，為0． 53，燒損低，為2． 3%。

( 4) 南非粉品位較高，鋁硅比較適宜，燒損低于1%。

2 常用鐵礦粉燒結(jié)高溫特性

對(duì)河鋼邯鋼燒結(jié)的常用8 種鐵礦粉進(jìn)行了燒結(jié)高溫特性實(shí)驗(yàn)測(cè)定，并依據(jù)鐵礦粉高溫特性互補(bǔ)原理，指導(dǎo)燒結(jié)配礦優(yōu)化。

2． 1 同化特性

鐵礦粉的同化特性反映其在燒結(jié)過(guò)程中與鈣質(zhì)溶劑反應(yīng)生成液相的能力，實(shí)驗(yàn)中根據(jù)同化溫度( 即鐵礦粉與CaO 接觸面上發(fā)生反應(yīng)而開(kāi)始熔化的最低溫度) 的高低來(lái)評(píng)價(jià)鐵礦粉同化性能強(qiáng)弱。同化溫度越低，則表明這種鐵礦粉的同化性越強(qiáng)，液相生成越容易，反之亦然。而過(guò)高的同化性因生成液相量較多，會(huì)影響燒結(jié)料層透氣性，故要求鐵礦粉的同化性適宜。河鋼邯鋼燒結(jié)常用鐵礦粉同化溫度見(jiàn)表2。

由表2 可以看出，高堿度精粉、PB 粉、南非粉、揚(yáng)迪粉的最低同化溫度均低于1 250 ℃，同化性較強(qiáng); 巴西卡粉和紐曼粉的最低同化溫度介于1260 ～1 280 ℃之間，同化性適中; 本地精粉1 和本地精粉2 的最低同化溫度大于1 290 ℃，同化性較差。在燒結(jié)配礦時(shí)應(yīng)根據(jù)鐵礦粉同化性的差異，互補(bǔ)搭配使用，確保燒結(jié)液相生成量和透氣性合適，從而提高燒結(jié)礦產(chǎn)率和強(qiáng)度^［3］。

2． 2 液相流動(dòng)性

鐵礦粉液相流動(dòng)特性指鐵礦粉在燒結(jié)過(guò)程中與CaO生成的液相的流動(dòng)能力，它表征了鐵礦粉燒結(jié)過(guò)程生成黏結(jié)相的“有效黏結(jié)范圍”。一般來(lái)說(shuō)，液相流動(dòng)性較高時(shí)，其黏結(jié)周?chē)奈锪系姆秶^大，因此可以提高燒結(jié)礦的強(qiáng)度; 反之，液相流動(dòng)性過(guò)低時(shí)，黏結(jié)周?chē)锪系哪芰ο陆担瑢?dǎo)致燒結(jié)礦的氣孔增加，使燒結(jié)礦的強(qiáng)度下降^［4］。但是，黏結(jié)相的流動(dòng)能力不能過(guò)大，否則對(duì)周?chē)锪系酿そY(jié)層厚度會(huì)變薄，燒結(jié)礦易形成薄壁大孔結(jié)構(gòu)，使燒結(jié)礦整體變脆，強(qiáng)度降低，也使燒結(jié)礦的還原性變差。由此可見(jiàn)，適宜的液相流動(dòng)性是保證燒結(jié)礦有效固結(jié)的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)中一般用液相流動(dòng)性指數(shù)來(lái)衡量鐵礦石的液相流動(dòng)性。河鋼邯鋼燒結(jié)常用鐵礦粉液相流動(dòng)性見(jiàn)表3。

由表3 可以看出，本地精粉1、本地精粉2、PB粉、巴西卡粉、紐曼粉的液相流動(dòng)性指數(shù)較低，均小于0． 7; 高堿度精粉、南非粉、揚(yáng)迪粉的液相流動(dòng)性指數(shù)適中，處于0． 7 ～ 1． 6 范圍內(nèi)。

燒結(jié)配礦時(shí)，要考慮將不同液相流動(dòng)性的礦粉搭配使用，保證混合料的液相流動(dòng)性適宜，這對(duì)提高燒結(jié)成品率和強(qiáng)度具有積極意義。

2． 3 黏結(jié)相自身強(qiáng)度

黏結(jié)相自身強(qiáng)度指鐵礦石在燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程中形成的液相對(duì)其周?chē)暮说V石進(jìn)行固結(jié)的能力，它在很大程度上決定了燒結(jié)礦的強(qiáng)度。足夠的黏結(jié)相雖然是燒結(jié)礦的固結(jié)基礎(chǔ)，但黏結(jié)相的自身強(qiáng)度也是非常重要的因素^［5］。實(shí)驗(yàn)中以小餅抗壓強(qiáng)度值作為該礦粉的黏結(jié)相強(qiáng)度，河鋼邯鋼燒結(jié)常用鐵礦粉黏結(jié)相強(qiáng)度見(jiàn)表4。

燒結(jié)一般要求鐵礦粉的黏結(jié)相強(qiáng)度＞ 2 000 N較合適。從檢測(cè)結(jié)果看，高堿度精粉、揚(yáng)迪粉黏結(jié)相強(qiáng)度在2 000 N 以下，高堿度精粉最低為182． 0 N，其他礦粉黏結(jié)相強(qiáng)度均大于2 000 N，本地精粉1 和巴西卡粉都在4 000 N 以上。因此，在燒結(jié)配礦時(shí)，要根據(jù)互補(bǔ)原則，將不同黏結(jié)相礦粉搭配使用，從而提高燒結(jié)礦強(qiáng)度。

2． 4 鐵酸鈣(SFCA)生成特性

鐵酸鈣生成特性指在燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程中鐵礦石生成復(fù)合鐵酸鈣的能力。在燒結(jié)黏結(jié)相中，復(fù)合鐵酸鈣黏結(jié)相是最優(yōu)的，增加其含量既有利于提高燒結(jié)礦強(qiáng)度，又能改善燒結(jié)礦還原性^［6］。河鋼邯鋼燒結(jié)常用鐵礦粉礦物組成見(jiàn)表5。

由表5 可以看出，本地精粉1 和揚(yáng)迪粉生成鐵酸鈣的能力較強(qiáng)，高堿度精粉和本地精粉2 生成鐵酸鈣的量較少，其黏結(jié)相強(qiáng)度最差。

3 燒結(jié)優(yōu)化配礦研究

3． 1 配礦原則及方案設(shè)計(jì)

通過(guò)以上研究可知，每種鐵礦粉都有獨(dú)特的燒結(jié)高溫特性。配礦結(jié)構(gòu)優(yōu)化中應(yīng)運(yùn)用鐵礦粉互補(bǔ)特性，進(jìn)行不同品種、比例鐵礦粉的搭配和組織，使混合礦各項(xiàng)高溫特性指標(biāo)處于適宜水平，最終確保燒結(jié)礦質(zhì)量及冶金性能滿足高爐強(qiáng)化需求^［7］。按照以上原則，并結(jié)合各品種含鐵料資源情況，對(duì)燒結(jié)常用8 種鐵礦粉設(shè)計(jì)了7 組燒結(jié)優(yōu)化配礦方案，見(jiàn)表6。

3． 2 燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3． 2． 1 燒結(jié)技術(shù)指標(biāo)

配礦試驗(yàn)燒結(jié)過(guò)程技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表7。由表7 可知，各組方案的成品率、燒結(jié)利用系數(shù)相差不大，其中方案2 和方案7 利用系數(shù)最高，達(dá)2． 16 t·m ^－2·h ^－1。

配礦試驗(yàn)燒結(jié)礦的粒度組成及轉(zhuǎn)鼓指數(shù)見(jiàn)表8。由表8 可知，各組方案的燒結(jié)礦小粒級(jí)的比例較高，5～ 10 mm 粒級(jí)在20%左右; 各方案的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)差別不大，平均在66，方案7 轉(zhuǎn)鼓指數(shù)最高，達(dá)到70%。

3． 2． 2 燒結(jié)礦的冶金性能

配礦試驗(yàn)燒結(jié)礦的低溫還原粉化率及中溫還原性見(jiàn)表9。

由表9 可知，各方案低溫還原粉化率及中溫還原性相差不大，其中方案7 低溫還原粉化性能最好，還原度平均80． 31%，方案6 還原度最高，達(dá)84． 24%。

綜合以上分析，7 組燒結(jié)優(yōu)化配礦方案絕大多數(shù)獲得了較好的燒結(jié)礦產(chǎn)量、質(zhì)量及冶金性能指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明: 基于鐵礦粉高溫特性互補(bǔ)原理的燒結(jié)優(yōu)化配礦方案具有科學(xué)性和可行性^［8］; 合理運(yùn)用鐵礦粉高溫特性進(jìn)行燒結(jié)配礦，可以提高燒結(jié)配礦的針對(duì)性和有效性，起到“事半功倍”的效果，對(duì)提高鐵礦粉利用水平，改善燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)，強(qiáng)化高爐冶煉，降低鐵成本等有著重要的意義^［9］。

4 生產(chǎn)效果

近年來(lái)，按照上述配礦互補(bǔ)原則及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，河鋼邯鋼配礦結(jié)構(gòu)中同化性較好的澳系礦粉占比45% ～ 50%，黏結(jié)相強(qiáng)度較強(qiáng)的致密巴卡粉和南非粉配比在25% 左右，同時(shí)考慮到燒結(jié)透氣性和產(chǎn)量，國(guó)內(nèi)精粉配比控制在5% ～ 10%，以此為框架調(diào)整并優(yōu)化配礦結(jié)構(gòu)，在燒結(jié)和高爐生產(chǎn)上取得了效果良好。435 m² 燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)指標(biāo)情況見(jiàn)表10，燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)情況見(jiàn)表11，3200 m³ 高爐生產(chǎn)指標(biāo)情況見(jiàn)表12。

5 結(jié)論

( 1) 河鋼邯鋼燒結(jié)常用鐵礦粉在化學(xué)成分上存在差異，同時(shí)在同化性、液相流動(dòng)性、黏結(jié)相自身強(qiáng)度、鐵酸鈣生成特性等高溫性能方面也存在明顯差異。

( 2) 基于鐵礦粉高溫特性互補(bǔ)原理的燒結(jié)優(yōu)化配礦，是在全面掌握鐵礦粉常溫特性和高溫特性的基礎(chǔ)上，在滿足燒結(jié)礦化學(xué)成分要求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)鐵礦粉在高溫特性上互補(bǔ)搭配，提高燒結(jié)配礦針對(duì)性和有效性^［10］。對(duì)改善燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)、降低鐵成本有著重要意義。

( 3) 針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)情況，基于鐵礦粉高溫特性互補(bǔ)原則設(shè)計(jì)的配礦方案，通過(guò)燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一燒結(jié)優(yōu)化配礦技術(shù)的科學(xué)性和可行性，并有效地指導(dǎo)了實(shí)際生產(chǎn)，使燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)能夠滿足高爐強(qiáng)化需求，對(duì)高爐順行、降低燃耗有著積極意義。

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