鄧濤
（河鋼集團邯鋼公司 生產(chǎn)制造部 河北 邯鄲 056002）
摘 要：為了改善燒結(jié)礦質(zhì)量、降低煉鐵成本，河鋼邯鋼在鋼研院支持配合下，對8種常用鐵礦粉的同化性、液相流動性、黏結(jié)相強度、鐵酸鈣生成能力等高溫特性進行了研究，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)鐵礦粉高溫特性互補原理，設(shè)計了7組配礦方案并進行了燒結(jié)杯實驗，獲得了較好的燒結(jié)效果，驗證了基于鐵礦粉高溫特性的燒結(jié)優(yōu)化配礦方法的可行性，為改善燒結(jié)礦質(zhì)量及冶金性能提供了依據(jù)。
關(guān)鍵詞：鐵前和原料；鐵礦粉；高溫特性；優(yōu)化配礦
1 前言
河鋼邯鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)主要以高堿度燒結(jié)礦、酸性球團礦和塊礦為主，其中燒結(jié)礦占70%以上。長期以來，燒結(jié)配礦時，主要依據(jù)鐵礦粉的化學(xué)成分和物理性能來選擇鐵礦粉種類，隨后通過燒結(jié)杯試驗來驗證配礦結(jié)構(gòu)搭配是否合理，這種方法對指導(dǎo)燒結(jié)生產(chǎn)起到了一定作用，但對于燒結(jié)礦成礦特性、質(zhì)量指標深度研究和預(yù)測作用卻十分有限。
不同鐵礦粉具有不同的燒結(jié)特性，即使化學(xué)成分相近的礦粉，其燒結(jié)特性也可能有很大差別，其中鐵礦粉的同化性、液相流動性、黏結(jié)相強度亦是影響燒結(jié)礦成礦、質(zhì)量指標的重要因素。為了改善燒結(jié)礦質(zhì)量、降低煉鐵成本，通過對8種常用鐵礦粉高溫特性的研究來指導(dǎo)并優(yōu)化配礦方案，為改善燒結(jié)礦質(zhì)量及冶金性能提供了技術(shù)依據(jù)。
2 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)成分見表1。具體分析如下：
（1）國內(nèi)精粉中除了國內(nèi)精粉2外，其它精粉的品位均大于60%，其中國內(nèi)精粉3高達66%，國內(nèi)3種礦粉鋁硅比較低，均在0.20以下，對于控制高爐渣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；揚迪粉的品位稍低，SiO2含量較高；
（3）巴西礦粉品位高，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%。
表1 常用鐵礦粉化學(xué)成分 （%）
|
S |
TFe |
SiO2 |
CaO |
MgO |
TiO2 |
Al2O3 |
LOI |
|
|
國內(nèi)精粉1 |
0.22 |
63.76 |
3.47 |
0.33 |
5.30 |
0.03 |
0.22 |
-1.00 |
|
國內(nèi)精粉2 |
0.19 |
50.92 |
6.71 |
14.79 |
3.40 |
0.46 |
1.42 |
-2.00 |
|
國內(nèi)精粉3 |
0.18 |
66.00 |
2.80 |
0.98 |
2.18 |
0.15 |
0.54 |
-1.00 |
|
PB粉 |
0.04 |
61.39 |
3.59 |
0.08 |
0.19 |
0.09 |
2.14 |
5.00 |
|
巴西礦粉 |
0.03 |
64.24 |
2.93 |
0.13 |
0.30 |
0.11 |
1.56 |
2.30 |
|
南非粉 |
0.03 |
63.41 |
6.28 |
0.19 |
0.22 |
0.07 |
1.47 |
0.88 |
|
紐曼粉 |
0.04 |
62.41 |
4.28 |
0.08 |
0.21 |
0.09 |
2.12 |
4.00 |
|
揚迪粉 |
0.03 |
57.13 |
5.71 |
0.07 |
0.22 |
0.09 |
1.43 |
11.05 |
3 常用鐵礦粉燒結(jié)高溫特性研究
針對河鋼邯鋼燒結(jié)8種常用鐵礦粉進行了燒結(jié)高溫特性實驗測定，并依據(jù)鐵礦粉高溫特性互補原理，指導(dǎo)燒結(jié)配礦優(yōu)化。
3.1 同化特性
鐵礦粉的同化特性反映其在燒結(jié)過程中與鈣質(zhì)溶劑反應(yīng)生成液相的能力，實驗中根據(jù)同化溫度（即鐵礦粉與CaO接觸面上發(fā)生反應(yīng)而開始熔化的最低溫度）的高低來評價鐵礦粉同化性能強弱。同化溫度越低，則表明這種鐵礦粉的同化性越強，液相生成越容易，反之亦然。而過高的同化性因生成液相量較多，會影響燒結(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表2。
表2 常用鐵礦粉最低同化溫度（℃）
|
原料名稱 |
國內(nèi)精粉1 |
國內(nèi)精粉2 |
國內(nèi)精粉3 |
PB粉 |
巴西礦粉 |
南非粉 |
紐曼粉 |
揚迪粉 |
|
同化溫度 |
1353 |
1225 |
1291 |
1215 |
1270 |
1235 |
1260 |
1225 |
從結(jié)果看，PB粉、揚迪粉、國內(nèi)精粉2、南非粉的最低同化溫度均低于1250℃，同化性較強；紐曼粉和巴西礦粉的最低同化溫度介于1260-1280℃之間，同化性適中；邯邢和國內(nèi)精粉1的最低同化溫度大于1290℃，同化性較差。
在燒結(jié)配礦時應(yīng)根據(jù)鐵礦粉同化性的差異，互補搭配使用，以確保燒結(jié)液相生成量和透氣性合適，從而提高燒結(jié)礦產(chǎn)率和強度。
3.2 液相流動性
鐵礦粉液相流動特性指鐵礦粉在燒結(jié)過程中與CaO生成的液相的流動能力，它表征了鐵礦粉燒結(jié)過程生成黏結(jié)相的“有效黏結(jié)范圍”。 一般來說，液相流動性較高時，其粘結(jié)周圍的物料的范圍較大，因此可以提高燒結(jié)礦的強度；反之，液相流動性過低時，粘結(jié)周圍物料的能力下降，導(dǎo)致燒結(jié)礦的氣孔增加，使燒結(jié)礦的強度下降。但是，粘結(jié)相的流動能力不能過大，否則對周圍物料的粘結(jié)層厚度會變薄，燒結(jié)礦易形成薄壁大孔結(jié)構(gòu)，使燒結(jié)礦整體變脆，強度降低，也使燒結(jié)礦的還原性變差。由此可見，適宜的液相流動性是保證燒結(jié)礦有效固結(jié)的基礎(chǔ)。實驗中一般用液相流動性指數(shù)來衡量鐵礦石的液相流動性。河鋼邯鋼燒結(jié)常用鐵礦粉液相流動性見表3。
表3 常用鐵礦粉液相流動性指數(shù)
|
原料名稱 |
國內(nèi)精粉1 |
國內(nèi)精粉2 |
國內(nèi)精粉3 |
PB粉 |
巴西礦粉 |
南非粉 |
紐曼粉 |
揚迪粉 |
|
液相流動性指數(shù) |
0.30 |
1.14 |
0.17 |
0.24 |
0.24 |
1.42 |
0.46 |
0.80 |
從結(jié)果看，國內(nèi)精粉3、PB粉、巴西礦粉、國內(nèi)精粉1、紐曼粉的液相流動性指數(shù)較低，均小于0.7；揚迪粉、國內(nèi)精粉2、南非粉的液相流動性指數(shù)適中，處于0.7～1.6范圍內(nèi)。
燒結(jié)配礦時，要考慮將不同液相流動性的礦粉搭配使用，保證混合料的液相流動性適宜，這對提高燒結(jié)成品率和強度具有積極意義。
3.3 黏結(jié)相自身強度
黏結(jié)相自身強度指鐵礦石在燒結(jié)生產(chǎn)過程中形成的液相對其周圍的核礦石進行固結(jié)的能力，它在很大程度上決定了燒結(jié)礦的強度，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)相的自身強度也是非常重要的因素。實驗中以小餅抗壓強度值作為該礦粉的黏結(jié)相強度，河鋼邯鋼燒結(jié)常用鐵礦粉黏結(jié)相強度見表4。
表4 常用鐵礦粉黏結(jié)相強度（N）
|
原料名稱 |
國內(nèi)精粉1 |
國內(nèi)精粉2 |
國內(nèi)精粉3 |
PB粉 |
巴西礦粉 |
南非粉 |
紐曼粉 |
揚迪粉 |
|
粘結(jié)性強度 |
4904.0 |
182.0 |
3923.4 |
2461.0 |
4257.0 |
2568.0 |
2524.0 |
1015.0 |
燒結(jié)一般要求鐵礦粉的黏結(jié)相強度＞2000N較合適。從結(jié)果看國內(nèi)精粉2、揚迪粉黏結(jié)相強度在2000N以下，國內(nèi)精粉2最低為182N，其它礦粉黏結(jié)相強度均大于2000N，巴西礦粉和國內(nèi)精粉1都在4000N以上。因此在燒結(jié)配礦時，要根據(jù)互補原則，將不同黏結(jié)相礦粉搭配使用，從而提高燒結(jié)礦強度。
4 燒結(jié)優(yōu)化配礦研究
4.1 配礦原則及方案設(shè)計
通過以上研究可知，每種鐵礦粉都有獨特燒結(jié)高溫特性。配礦結(jié)構(gòu)優(yōu)化中應(yīng)運用鐵礦粉互補特性，進行不同品種、比例鐵礦粉的搭配和組織，使混合礦各項高溫特性指標處于適宜水平，最終確保燒結(jié)礦質(zhì)量及冶金性能滿足高爐強化需求。按照以上原則，并結(jié)合各品種含鐵料資源情況，對燒結(jié)常用8種鐵礦粉設(shè)計了7組燒結(jié)優(yōu)化配礦方案（見表5）。
表5 優(yōu)化配礦設(shè)計方案（%）
|
編號 |
PB粉 |
紐曼粉 |
揚迪粉 |
巴卡粉 |
南非粉 |
國內(nèi)精粉3 |
淶源粉 |
高堿粉 |
鋼渣 |
氧化鐵皮 |
除塵灰 |
白云石 |
|
1 |
10.69 |
10.69 |
27.22 |
14.58 |
8.755 |
4.856 |
0 |
2.918 |
3.887 |
0.969 |
12.64 |
2.783 |
|
2 |
11.63 |
11.63 |
29.07 |
14.54 |
7.754 |
4.842 |
0 |
0 |
3.871 |
0.971 |
12.6 |
3.104 |
|
3 |
12.61 |
12.61 |
29.09 |
14.55 |
7.76 |
0 |
4.847 |
0 |
1.934 |
0.967 |
12.61 |
3.027 |
|
4 |
12.08 |
12.08 |
28.97 |
18.35 |
7.724 |
0 |
0 |
0 |
3.868 |
0.97 |
12.55 |
3.417 |
|
5 |
9.659 |
9.659 |
33.81 |
18.36 |
7.727 |
0 |
0 |
0 |
3.864 |
0.972 |
12.56 |
3.389 |
|
6 |
9.699 |
9.699 |
33.93 |
13.57 |
7.752 |
4.844 |
0 |
0 |
3.882 |
0.973 |
12.6 |
3.056 |
|
7 |
7.699 |
7.699 |
38.47 |
19.24 |
7.699 |
0 |
0 |
0 |
1.919 |
0.965 |
12.5 |
3.804 |
4.2 燒結(jié)杯實驗結(jié)果
4.2.1 燒結(jié)技術(shù)指標
配礦試驗燒結(jié)過程技術(shù)指標見表6。由表6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2.16 t·m-2·h-1。
表6 配礦試驗燒結(jié)過程的技術(shù)指標
|
編號 |
垂直燒結(jié)速度/mm·min-1 |
廢氣最高溫度/℃ |
燒損率/% |
成品率/% |
利用系數(shù)/t·m-2·h-1 |
|
1 |
24.49 |
414.00 |
19.76 |
83.82 |
1.78 |
|
2 |
28.57 |
393.00 |
21.10 |
88.98 |
2.16 |
|
3 |
28.57 |
581.00 |
20.81 |
88.30 |
2.03 |
|
4 |
28.57 |
648.00 |
20.79 |
83.23 |
2.06 |
|
5 |
25.00 |
431.00 |
19.48 |
82.69 |
1.80 |
|
6 |
28.57 |
395.00 |
21.24 |
87.24 |
2.00 |
|
7 |
31.58 |
472.00 |
21.24 |
84.07 |
2.16 |
配礦試驗燒結(jié)礦的粒度組成及轉(zhuǎn)鼓強度見表7。由表7可知，各組方案的燒結(jié)礦小粒級的比例較高，5-10mm粒級在20%左右；各方案的轉(zhuǎn)鼓強度差別不大，平均在66，方案7轉(zhuǎn)鼓強度最高，達到70。
表7 配礦試驗燒結(jié)礦的粒度組成及轉(zhuǎn)鼓強度（%）
|
試驗 |
燒結(jié)礦粒級分布/% |
轉(zhuǎn)鼓指數(shù) |
|||||
|
>40mm |
25-40mm |
16-25mm |
10-16mm |
5-10mm |
<5mm |
||
|
1 |
2.91 |
12.69 |
25.83 |
21.10 |
21.29 |
16.18 |
65.60 |
|
2 |
4.49 |
9.75 |
23.44 |
27.02 |
24.28 |
11.02 |
57.35 |
|
3 |
3.42 |
14.88 |
19.67 |
26.73 |
23.16 |
12.15 |
68.71 |
|
4 |
4.84 |
9.25 |
22.47 |
22.61 |
24.06 |
16.77 |
62.78 |
|
5 |
4.20 |
18.61 |
25.42 |
21.22 |
19.79 |
10.77 |
69.27 |
|
6 |
2.32 |
8.12 |
23.93 |
27.48 |
25.38 |
12.76 |
69.36 |
|
7 |
3.19 |
10.35 |
23.68 |
23.97 |
22.88 |
15.93 |
70.00 |
4.2.2 燒結(jié)礦的冶金性能
配礦試驗燒結(jié)礦的低溫還原粉化率及中溫還原性見表8。由表8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81.3%，方案6還原度最高，達84.24%。
表8 燒結(jié)礦的低溫還原粉化率及中溫還原性
|
編號 |
RDI+6.3/% |
RDI+3.15/% |
RDI-0.5/% |
還原度/% |
|
1 |
36.93 |
68.68 |
6.82 |
81.07 |
|
2 |
43.77 |
70.93 |
5.91 |
79.08 |
|
3 |
35.53 |
67.44 |
6.94 |
83.36 |
|
4 |
39.46 |
69.92 |
6.79 |
82.54 |
|
5 |
41.60 |
74.91 |
5.59 |
78.75 |
|
6 |
40.44 |
70.19 |
7.02 |
84.24 |
|
7 |
42.51 |
74.64 |
5.39 |
80.31 |
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，結(jié)果表明基于鐵礦粉高溫特性互補原理的燒結(jié)優(yōu)化配礦方案具有科學(xué)性和可行性[1]，合理運用鐵礦粉高溫特性進行燒結(jié)配礦，可以提高燒結(jié)配礦的針對性和有效性，起到“事半功倍”的效果，對提高鐵礦粉利用水平，改善燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量指標，強化高爐冶煉，降低鐵成本等有著重要的意義。
5 生產(chǎn)效果
近年來，按照上述配礦互補原則及實驗結(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)相強度較好的致密巴西礦粉和南非粉配比在25%左右，同時考慮到燒結(jié)透氣性和產(chǎn)量，國內(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。435m2燒結(jié)機生產(chǎn)指標情況見表9，燒結(jié)礦質(zhì)量指標情況見表10，3200m3高爐生產(chǎn)指標情況見表11。
表9 435m2燒結(jié)機生產(chǎn)指標情況
|
利用系數(shù)t/m3.h |
返礦率% |
品位穩(wěn)定率% |
堿度穩(wěn)定率% |
固體燃耗kg/t |
料層厚度mm |
機速m/min |
|
1.33 |
7.5 |
99.84 |
97.82 |
51 |
800 |
1.89 |
表10 燒結(jié)礦質(zhì)量指標情況
|
燒結(jié)礦成分、強度及粒度 |
中溫還原度% |
荷重軟化溫度（℃） |
||||||
|
TFe% |
SiO2% |
R2% |
轉(zhuǎn)鼓指數(shù)% |
平均粒度mm |
軟化開始10% |
軟化結(jié)束40% |
軟化區(qū)間10-40% |
|
|
57.1 |
5.19 |
1.86 |
81.09 |
22.47 |
89.13 |
1092.4 |
1230.2 |
137.8 |
表11 3200m3高爐生產(chǎn)指標情況
|
燒結(jié)礦比例% |
利用系數(shù)t/m3.d |
焦比kg/t |
煤比kg/t |
燃料比kg/t |
煤氣利用率% |
|
78% |
2.47 |
330 |
140 |
510 |
50.8 |
6 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，同時在同化性、液相流動性、黏結(jié)相自身強度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)成分要求同時，實現(xiàn)鐵礦粉在高溫特性上互補搭配，以提高燒結(jié)配礦針對性和有效性，對改善燒結(jié)礦質(zhì)量指標、降低鐵成本有著重要意義；
（3）針對實際生產(chǎn)情況，基于鐵礦粉高溫特性互補原則設(shè)計的配礦方案，通過燒結(jié)杯實驗驗證了這一燒結(jié)優(yōu)化配礦技術(shù)的科學(xué)性和可行性，并有效的指導(dǎo)了實際生產(chǎn)，使燒結(jié)礦質(zhì)量指標能夠滿足高爐強化需求，對高爐順行、降低燃耗有著積極意義。
參考文獻
[1] 鐵礦燒結(jié)優(yōu)化配礦原理與技術(shù)，范曉慧，2013.2.