韓鳳光，劉佩秋
( 寶鋼股份梅山鋼鐵公司技術(shù)中心，南京210039)
摘要: 在鐵礦石燒結(jié)過程中進(jìn)行富氧，觀察富氧后燒結(jié)固體燃料消耗、成品率、利用系數(shù)、冶金性能及礦相顯微結(jié)構(gòu)等指標(biāo)的變化情況． 試驗(yàn)表明: 富氧時(shí)間為2 ～ 4 min、富氧量為5 ～ 8m3 /t 時(shí)，燒結(jié)礦的各項(xiàng)指標(biāo)較好． 在該條件下，與基準(zhǔn)燒結(jié)礦相比，成品率提高2． 12%、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度值提高0． 92%、固體燃料消耗降低1． 56 kg /t; 富氧燒結(jié)對(duì)改善燒結(jié)礦成品率的試驗(yàn)結(jié)果表明: 16 組燒結(jié)試驗(yàn)中，對(duì)燒結(jié)過程進(jìn)行富氧后，成品率提高了0． 79% ～ 2． 05%，富氧后的成品率平均高于基準(zhǔn)成品率1． 35%． 隨著富氧量的增加，成品率呈現(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì); 而隨著富氧時(shí)間的增加，成品率沒有明顯增長(zhǎng)． 同時(shí)，富氧燒結(jié)后，燒結(jié)固體燃料消耗下降0． 69 ～ 1． 41 kg /t．
關(guān)鍵詞: 富氧燒結(jié); 鐵礦石; 燒結(jié)杯試驗(yàn)
0 前言
燒結(jié)過程主要是通過利用焦粉或煤粉的燃燒產(chǎn)生熱量將鐵礦石熔化產(chǎn)生液相重新結(jié)晶成塊的過程，因此燒結(jié)過程中燃料的燃燒充分程度將影響到鐵礦粉的燒結(jié)產(chǎn)量和質(zhì)量． 在燒結(jié)過程中添加氧氣( 即，富氧燒結(jié)) 能夠改善燃料燃燒情況，使燃料更好地發(fā)揮作用．
富氧燒結(jié)是指燒結(jié)過程中在抽入的空氣中添加一定量的氧氣，以利于燒結(jié)燃料的充分燃燒和反應(yīng)的燒結(jié)過程． 在燒結(jié)過程中，固體燃料如焦粉或無煙煤粉燃燒所獲得的高溫和燃燒產(chǎn)物，為液相生成和一切物理化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行提供了所必需的熱量和氣氛條件［1 － 2］． 碳的燃燒是否充分是決定燒結(jié)礦產(chǎn)量和品質(zhì)的重要條件，也是影響其他一系列過程的重要因素．
梅鋼公司高爐制氧量存在一定的富余，為了充分利用富余的氧氣并提高燒結(jié)礦產(chǎn)量和質(zhì)量，梅鋼技術(shù)中心聯(lián)合北京科技大學(xué)和普萊克斯制氧公司進(jìn)行了富氧燒結(jié)試驗(yàn)．
1 原料條件及試驗(yàn)方法
1． 1 原料條件
試驗(yàn)過程使用梅鋼公司的燒結(jié)原燃料，所有原燃料均取自梅鋼公司燒結(jié)分廠現(xiàn)場(chǎng)． 所用的原料化學(xué)成分見表1．
1． 2 試驗(yàn)方法
試驗(yàn)在200 mm × 640 mm 燒結(jié)杯中進(jìn)行．每次試驗(yàn)前，按照配料要求將各種原料稱出后，人工翻倒8 遍，加水混勻，裝入圓筒混合機(jī)內(nèi)進(jìn)行制粒． 圓筒混合機(jī)尺寸600 mm × 1 000 mm，轉(zhuǎn)速17 r /min，充填率12%． 混料時(shí)間8 min． 取制粒后的混合料100 g，分2 份放入烘箱，烘干2 h 以上取出，測(cè)定水分．
燒結(jié)過程中，點(diǎn)火負(fù)壓8 kPa，點(diǎn)火時(shí)間90 s，點(diǎn)火溫度1 050℃ ，抽風(fēng)負(fù)壓16 kPa ，冷卻負(fù)壓8 kPa． 點(diǎn)火結(jié)束后，按試驗(yàn)參數(shù)設(shè)定，將一定流量的氧氣通入燒結(jié)杯體進(jìn)行富氧燒結(jié)． 燒結(jié)冷卻結(jié)束后，將燒結(jié)餅倒出，破碎整粒，然后進(jìn)行燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)、化學(xué)成分、冶金性能和礦相等項(xiàng)目的檢測(cè)．
1． 3 試驗(yàn)方案
試驗(yàn)前期進(jìn)行了基準(zhǔn)配碳量的摸索，確定配碳量為4． 24%． 試驗(yàn)過程按照唯一的配料比進(jìn)行，燒結(jié)配料單見表2． 富氧燒結(jié)試驗(yàn)的不同參數(shù)設(shè)定主要依據(jù)前期的試驗(yàn)結(jié)果． 具體的富氧燒結(jié)試驗(yàn)方案見表3．
2 試驗(yàn)結(jié)果
按照表3 中的方案進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)其中個(gè)別試驗(yàn)進(jìn)行了重復(fù)和驗(yàn)證試驗(yàn)． 為了獲得較佳的燒結(jié)性能，對(duì)基準(zhǔn)組試驗(yàn)進(jìn)行了反復(fù)摸索，并最終確定第0 組試驗(yàn)基準(zhǔn)方案． 基準(zhǔn)及各富氧燒結(jié)試驗(yàn)結(jié)果見表4．
表4 中的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)顯示，進(jìn)行富氧燒結(jié)后，燒結(jié)礦的指標(biāo)大體上得到了改善，尤其是燒結(jié)礦利用系數(shù)和固體燃料消耗等指標(biāo)．
3 試驗(yàn)分析
3． 1 富氧對(duì)燒結(jié)指標(biāo)的影響
在16 組燒結(jié)試驗(yàn)中，進(jìn)行富氧燒結(jié)后，燒結(jié)成品率均有不同程度的提高． 最低的提高了0． 79%，最高的提高了2． 05%． 富氧后成品率平均高于基準(zhǔn)成品率1． 35%． 隨著富氧量的增加，成品率趨于增長(zhǎng)趨勢(shì); 而隨著富氧時(shí)間的增加，成品率卻沒有明顯增長(zhǎng)，如圖1 所示
同時(shí)，進(jìn)行富氧燒結(jié)后，燒結(jié)固體燃料消耗均有所下降，最少下降了0． 69 kg /t，最多下降了1． 41 kg /t．
富氧對(duì)燒結(jié)的利用系數(shù)影響較為明顯，隨著富氧時(shí)間的延長(zhǎng)，燒結(jié)利用系數(shù)呈增加趨勢(shì)． 平均利用系數(shù)比基準(zhǔn)利用系數(shù)高0． 06 t /m2·h．
3． 2 富氧燒結(jié)對(duì)冶金性能的影響
富氧燒結(jié)試驗(yàn)燒結(jié)礦的還原性和低溫還原粉化指標(biāo)見表5．
從表5 中的試驗(yàn)結(jié)果來看，富氧燒結(jié)有利于改善燒結(jié)礦的還原性． 基準(zhǔn)樣的還原性指數(shù)ＲI 為87． 96%，而所有經(jīng)過富氧燒結(jié)后的試驗(yàn)中，ＲI 指標(biāo)最高達(dá)到91． 20%，最低為88． 21%，都超過了基準(zhǔn)組的水平． 可見，富氧燒結(jié)對(duì)改善燒結(jié)礦還原性指數(shù)有明顯的作用．
低溫還原粉化ＲDI 指數(shù)總體低于基準(zhǔn)組． 這是因?yàn)楦谎鯚Y(jié)過程中，燒結(jié)料層氧位較高，氧化氣氛較強(qiáng)，燒結(jié)礦中所保留的原生赤鐵礦和再氧化產(chǎn)生的赤鐵礦較多，燒結(jié)礦中的磁鐵礦減少的緣故所致． 眾所周知，在500 ℃還原條件下，現(xiàn)有α-Fe2O3經(jīng)過γ-α-Fe2O3，再還原為Fe3O4，此過程發(fā)生相變，體積膨脹25%，最終導(dǎo)致ＲDI 指標(biāo)下降［3］．
3． 3 富氧燒結(jié)對(duì)燒結(jié)礦微觀結(jié)構(gòu)的影響
選擇基準(zhǔn)試驗(yàn)組及第13 至第15 組作為一個(gè)系列，進(jìn)行礦相觀察分析． 將樣品經(jīng)過粉碎、篩分，選擇一定粒度且具有代表性的燒結(jié)礦進(jìn)行煮膠制樣，最后分別經(jīng)過初磨、細(xì)磨和拋光，制得可以在礦相顯微鏡下觀察的樣品． 燒結(jié)礦礦相檢測(cè)方法主要采用目估法． 經(jīng)過礦相觀察，4個(gè)樣品的燒結(jié)礦礦物組成見表6．
由表6 可以看出，燒結(jié)礦的主要礦物為磁鐵礦，其次為赤鐵礦和鐵酸鈣．
隨著燒結(jié)礦富氧量的增加，燒結(jié)礦中赤鐵礦含量增多，磁鐵礦含量減少． 燒結(jié)礦經(jīng)過富氧后，燒結(jié)氣氛呈一定的氧化性． 與此同時(shí)，富氧后燒結(jié)礦的磁鐵礦數(shù)量有所減少． 經(jīng)過富氧后，燒結(jié)礦的鐵酸鈣含量增加，而玻璃相的含量沒有明顯增加．礦物組成中，富氧后的燒結(jié)礦鐵酸鈣晶粒較大，同時(shí)赤鐵礦和鐵酸鈣的含量也較多，燒結(jié)礦的強(qiáng)度和還原性改善得到保證［4］． 富氧前后的礦相結(jié)構(gòu)如圖2 所示． 圖2 中，H 為赤鐵礦，M 為磁鐵礦，V 為玻璃相，F(xiàn) 為鐵酸鈣，P 為熔劑殘余．
4 效益估算
根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，將第7 組試驗(yàn)，即富氧時(shí)間為4 min、富氧量為8 m3 /t 的燒結(jié)礦作為效益估算的前提條件． 氧氣按照0． 21 元/m3 計(jì)算，則燒結(jié)礦氧氣消耗量為1． 68 元/t．第7 組試驗(yàn)中，由于成品率提高約2%，燒結(jié)利用系數(shù)提高了2． 4%，同時(shí)還減少了返礦量，降低了燒結(jié)礦的成本． 如果燒結(jié)工序的成本按照80元/t 計(jì)算，則可節(jié)約加工費(fèi)1． 92 元/t． 與此同時(shí)，固體燃耗降低1． 5 kg /t，無煙煤按照600 元/t 計(jì)算，則燒結(jié)礦的直接效益約為1． 14 元/t．噸礦直接經(jīng)濟(jì)效益= 因成品率提高而節(jié)省的加工費(fèi)+ 使用富氧后降低燃耗費(fèi)用－ 氧氣成本=1． 92 元+ 1． 92 元－ 1． 68 元= 1． 14 元．
5 結(jié)論
( 1) 對(duì)燒結(jié)進(jìn)行富氧后，燒結(jié)礦成品率提高，燒結(jié)礦的還原性有所改善，但低溫還原粉化情況有所惡化．
( 2) 富氧時(shí)間為2 ～ 4 min、富氧量為5 ～ 8m3 /t 時(shí)，燒結(jié)礦各項(xiàng)指標(biāo)表現(xiàn)較好．
( 3) 隨著燒結(jié)富氧量的增加，燒結(jié)礦中赤鐵礦和鐵酸鈣含量增多，交織熔蝕結(jié)構(gòu)增加，有利于提高燒結(jié)礦的強(qiáng)度和還原性．
( 4) 在優(yōu)化的富氧條件下，富氧燒結(jié)具有一定的效益． 根據(jù)理論計(jì)算，富氧后燒結(jié)礦的直接效益大約為1． 14 元/t．
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