包鋼低硅燒結工藝優化研究
摘要:為了提高入爐礦品位,降低高爐渣量,通過微型燒結試驗研究了包鋼低硅燒結條件下,燒結溫度、配碳量、燒結礦堿度、SiO2 含量、MgO 含量等參數對燒結礦粘結相強度的影響,并在此基礎上進行了燒結杯驗證試驗,為包鋼優化低硅燒結工藝參數提供了依據。
關鍵詞:低硅燒結,轉鼓強度,工藝優化
1 前言
低硅燒結能改善燒結礦的冶金性能,減少高爐冶煉過程中產生的渣量,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,減少渣量還有利于增加高爐的噴煤量。一般認為鐵礦石TFe 含量提高1 % ,高爐焦比降低2 % ,產量提高3 %。因而,低硅燒結能給企業帶來巨大的經濟效益。
隨著包鋼選礦技術的不斷進步,鐵精礦品位日趨提高,目前自產白云鄂博鐵精礦的SiO2 含量已降低到210 %～410 % ,為低硅燒結礦的生產及高爐采用低硅燒結礦冶煉提供了物質基礎。由于鐵礦粉中的SiO2 是燒結過程中產生足夠液相以使物料粘結的基礎,也是保證燒結礦具有較高強度的前提,所以采用低硅鐵礦粉燒結時,燒結礦質量特別是機械強度可能明顯變差[2 ] 。尤其對于白云鄂博鐵礦粉來說,由于富含CaF2 、K2O、Na2O ,在燒結過程中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中, 是玻璃質的穩定劑,有利于玻璃質的形成,也會抑制鐵酸鈣的生成。因此,在堿度一定的情況下,包鋼鐵礦粉生產的燒結礦鐵酸鈣含量遠低于普通燒結礦[3 ] ,低硅燒結礦的強度問題就更加突出。為此,我們通過微型燒結試驗研究了包鋼低硅燒結條件下,燒結溫度、配碳量、燒結礦堿度、SiO2 含量、MgO 含量等參數對燒結礦粘結相強度的影響,并在此基礎上進行了燒結杯驗證試驗,為包鋼優化低硅燒結工藝參數提供了依據。
2 微型燒結試驗
粘結相強度是指鐵礦粉在燒結過程中所形成液相對其周圍礦粉進行固結的能力。由于燒結礦是由粘結相粘結未熔含鐵礦物而形成的非均質礦物,其含鐵礦物的強度要高于粘結相強度,故粘結相自身強度就成為制約燒結礦強度的重要因素。在其他條件相同的情況下,粘結相自身強度高,燒結礦強度也高。故本文以粘結相強度為表征來研究相關燒結因素對燒結礦強度的影響。
首先采用紅外微型燒結爐[1 ]就低硅燒結溫度、堿度、SiO2 含量、MgO 含量對燒結試樣粘結相強度(燒結基礎特性) 的影響進行了四因素四水平正交試驗,試驗方案及結果列于表1 。試驗所用礦粉為包鋼燒結常用原料,其中自產精礦與澳礦配比為85∶15 ,褐鐵礦粉為高硅礦,用量較少,主要用作SiO2 含量調節,各種原料的化學成分列于表2 。試驗時,通過改變不同礦粉的配比來調整試樣的SiO2 含量,加入CaO、MgO 等化學純試劑調整試樣的堿度和MgO 含量。
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根據正交試驗結果(表1) 可知,極差越大, 對粘結相強度影響越大。各因素對包鋼低硅燒結礦粘結相強度影響的強弱順序是:燒結溫度 > 堿度> MgO 含量> SiO2 含量。根據極差分析可知,A 條件(即SiO2 ) 中最優為A1 (表1 中 Σ(1) / 12 為451 ,粘結相強度最高值) ,依此類推, 粘結相強度的最優燒結參數水平為 A1B2C1D4 ,即SiO2 含量4.0 % ,堿度2.5 ,燒結溫度1 200 ℃,MgO 含量116 %。
3 燒結杯驗證試驗
根據正交試驗結果,選擇三個具有代表性的試驗點做燒結杯驗證試驗,試驗編號分別為 1 # 、2 # 、3 # 。其中3 # 為正交試驗粘結相強度的最優水平,即低硅、高堿度、低MgO 試樣;1 # 和 2 # 分別為正交試驗中粘結相強度最低和偏低的 7 # 和13 # 試驗點,試樣粘結相強度的排列順序為3 # > 2 # > 1 # 。燒結溫度的高低用配碳量來模擬。為了進一步研究配碳量和混合料水分的影響,對每個試驗點的配碳量及混合料水分進行了微量調整。每個點做三次,獲得相應的燒結礦篩分指數和轉鼓強度。在此基礎上,結合對燒結礦樣組成、結構及礦相觀察來分析確定包鋼低硅燒結的最優工藝條件。
3.1 燒結杯試驗方法及工藝參數
燒結杯試驗所用礦粉與微型燒結試驗相同,加入生石灰、石灰石和白云石來調整試樣的堿度與MgO 含量,試驗所用原料成分見表2 。按照各試驗點的成分要求,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 的小球占到總數的70 %左右,然后測量混合料水分;將造好的混合料小球布入Á200 mm 的燒結杯中,上面放200 g 焦炭點火,點火負壓5 kPa , 燒結負壓10 kPa ,當燒結廢氣溫度降到200 ℃ 時燒結完成。取出燒結礦餅進行破碎、篩分,并檢測其篩分指數和轉鼓強度。
燒結杯試驗在包鋼煉鐵廠實驗室進行,其燒結工藝參數見表3 。
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3.2 試驗結果及分析
燒結杯試驗結果列于表4 。由表4 可知:
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(1) 對比1 # ～ 3 # 試驗, 在試驗所選配碳 (3.6 %～4.2 %) 范圍內,各組試樣的轉鼓強度均隨配碳量增加有所提高(參見圖1) 。這說明, 保持適當的配碳量對增加燒結液相量、提高包鋼低硅燒結礦的轉鼓強度是有益的。
(2) 正交試驗所得粘結相強度最優的3 # 試樣其燒結杯試驗的轉鼓強度也是最好的。1 # 、 2 # 、3 # 試樣的轉鼓強度排列順序為3 # > 2 # > 1 # ,與正交試驗粘結相強度的排列順序相一致, 驗證了正交試驗結果的正確性,再次說明粘結相強度這一燒結基礎特性能很好地反映實際燒結礦的轉鼓強度。對比各個試樣的返礦平衡系數,3 # 試樣最低,即粉化率最低。
(3) 將1 # 與2 # 兩個高MgO 燒結試樣進行對比,在配碳量相同的情況下,隨堿度降低及SiO2 含量升高,燒結礦(MgO 含量≥2.8 %) 的轉鼓指數有所提高。究其原因,主要是2 # 燒結試樣中的MgO 礦化程度提高,試樣中殘余熔劑量減少,含鎂高熔點礦物析出量降低,礦物組成減少,結構均勻化,使得燒結試樣強度提高。故而,當MgO 含量較高時,需適當降低堿度、提高 SiO2 含量,確保MgO 的礦化和燒結液相數量的增加。為了保證低硅燒結礦具有較高的強度, 燒結礦中MgO 含量不宜很高。
(4) 在試驗所選擇的混合料水分范圍內,隨水分增加,燒結礦轉鼓指數呈現增高的趨勢。由此說明,保持適宜的混合料水分有利于混合料制粒,并改善燒結礦強度。
對轉鼓強度最優的3 # 試樣( R2.5 、MgO 1.60 %、SiO2 4.0 %、配碳3.8 %) 和轉鼓強度較差的2 # 試樣(R1.6 、MgO 2.8 %、SiO2 5.2 %、配碳4.0 %) 進行了礦相分析。其礦物組成列于表 5 ,燒結礦顯微結構見圖2 和圖3 。
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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 %) 燒結試樣; 而2 # 試樣為高硅( SiO25.2 %) 、低堿度 (1.6) 、高MgO(2.8 %) 、高配碳量(平均4.0 %) 燒結試樣,兩者的燒結條件形成鮮明對照。從圖2 、圖3 可以看出,3 # 試樣的顯微結構以磁鐵礦和鐵酸鈣構成的熔蝕交織結構為主,局部可見磁鐵礦和玻璃相構成的斑狀結構;2 # 試樣的顯微結構則以磁鐵礦和玻璃相構成的斑狀結構為主,局部可見磁鐵礦和鐵酸鈣構成的熔蝕結構,交織結構少見。3 # 試樣的鐵酸鈣含量高達 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 %) ,燒結過程中MgO 可進入磁鐵礦晶格中,具有穩定磁鐵礦晶格的作用,不利于磁鐵礦氧化為赤鐵礦,因而對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 %) ,對玻璃相的形成具有促進作用。此外,較高的配碳量也會促進玻璃相的形成,而不利于鐵酸鈣的生成。由此可以認為,高堿度、低MgO、低配碳量是包鋼低硅燒結的必要條件。本研究所得低硅燒結的最佳工藝條件為: SiO2 含量4.0 %、堿度2.5 、 MgO 含量1.6 %、配碳量3.8 %。
4 結 論
1) 微型燒結試驗所得粘結相強度的排列順序與燒結杯試驗所得轉鼓強度的排列順序相一致,說明粘結相強度這一燒結基礎特性能很好地反映實際燒結礦的轉鼓強度。包鋼低硅燒結的最佳工藝條件為: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,提高燒結礦轉鼓強度;MgO 含量較高時,需適當降低堿度、提高SiO2 含量,確保MgO 的礦化和燒結液相量的增加。
3) 燒結過程中MgO 可進入磁鐵礦晶格中, 具有穩定磁鐵礦晶格結構的作用,不利于磁鐵礦氧化為赤鐵礦,因而對鐵酸鈣的生成具有抑制作用？刂戚^低的MgO 含量,是保證低硅燒結礦強度的必要條件。
4) 高堿度、低配碳是促進鐵酸鈣生成、抑制玻璃相產生、保證低硅燒結礦強度的關鍵,當包鋼燒結礦SiO2 含量降低到4.0 %時,燒結礦堿度應維持在2.5 左右。
參考文獻
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[ 3 ] 羅果萍,孫國龍,趙艷霞等1 包鋼常用鐵礦粉燒結基礎特性[J ]1 過程工程學報,2008 ,8 (1) :198 - 2041
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