劉川川
（河鋼集團(tuán)邯鋼公司 生產(chǎn)制造部 河北 邯鄲 056002）
摘 要：對(duì)邯鋼常用8種鐵礦粉的同化性、液相流動(dòng)性、黏結(jié)相強(qiáng)度、鐵酸鈣生成能力等高溫特性進(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)化配礦方法的可行性，為邯鋼改善燒結(jié)礦質(zhì)量、降低鐵成本提供了對(duì)策。
關(guān)鍵詞：鐵前和原料；鐵礦粉；高溫特性；優(yōu)化配礦
1 前言
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，然后通過(guò)燒結(jié)杯試驗(yàn)搭配合理的配礦結(jié)構(gòu)來(lái)組織生產(chǎn)，這種方法對(duì)指導(dǎo)燒結(jié)生產(chǎn)起到一定作用，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(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。因此，邯鋼通過(guò)對(duì)常用8種鐵礦粉高溫特性的研究來(lái)指導(dǎo)并優(yōu)化配礦方案，為改善燒結(jié)礦質(zhì)量及冶金性能提供技術(shù)支撐。
2 邯鋼燒結(jié)常用鐵礦粉化學(xué)成分（表1）
表1 邯鋼鐵礦粉的化學(xué)成分 / %
Handan Iron and steel slag chemical composition
|
S |
TFe |
SiO2 |
CaO |
MgO |
TiO2 |
Al2O3 |
LOI |
|
|
淶源精粉 |
0.22 |
63.76 |
3.47 |
0.33 |
5.30 |
0.03 |
0.22 |
-1.00 |
|
高堿度精粉 |
0.19 |
50.92 |
6.71 |
14.79 |
3.40 |
0.46 |
1.42 |
-2.00 |
|
邯邢精粉 |
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 |
|
巴西卡粉 |
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(yáng)迪粉 |
0.03 |
57.13 |
5.71 |
0.07 |
0.22 |
0.09 |
1.43 |
11.05 |
（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%，其中邯邢精粉高達(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、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%。
3邯鋼用鐵礦粉的燒結(jié)高溫特性研究
針對(duì)邯鋼燒結(jié)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，并明確它們互補(bǔ)原則，從而指導(dǎo)燒結(jié)優(yōu)化配礦。
3.1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。邯鋼燒結(jié)常用鐵礦粉同化溫度如下表2：
表2 邯鋼鐵礦粉的最低同化溫度 / ℃
The lowest temperature of Handan Iron and steel slag assimilation
|
原料名稱 |
同化溫度 |
原料名稱 |
同化溫度 |
|
淶源精粉 |
1353 |
巴西卡粉 |
1270 |
|
高堿度精粉 |
1225 |
南非粉 |
1235 |
|
邯邢精粉 |
1291 |
紐曼粉 |
1260 |
|
PB粉 |
1215 |
揚(yáng)迪粉 |
1225 |
從結(jié)果看，PB粉、揚(yáng)迪粉、高堿度精粉、南非粉的最低同化溫度均低于1250℃，同化性較強(qiáng)；紐曼粉和巴西卡粉的最低同化溫度介于1260-1280℃之間，同化性適中；邯邢和淶源精粉的最低同化溫度大于1290℃，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，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(qiáng)度。
3.2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(qiáng)度；反之，液相流動(dòng)性過(guò)低時(shí)，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(qiáng)度下降。但是，粘結(jié)相得流動(dòng)能力不能過(guò)大，否則對(duì)周圍物料的粘結(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。邯鋼燒結(jié)常用鐵礦粉液相流動(dòng)性如下表3：
表3 邯鋼鐵礦粉的液相流動(dòng)性指數(shù)
Handan Iron and steel slag fluidity of liquid phase
|
原料名稱 |
液相流動(dòng)性指數(shù) |
原料名稱 |
液相流動(dòng)性指數(shù) |
|
0.30 |
巴西卡粉 |
0.24 |
|
|
高堿度精粉 |
1.14 |
南非粉 |
1.42 |
|
邯邢精粉 |
0.17 |
紐曼粉 |
0.46 |
|
PB粉 |
0.24 |
揚(yáng)迪粉 |
0.80 |
從結(jié)果看，邯邢精粉、PB粉、巴西卡粉、淶源精粉、紐曼粉、的液相流動(dòng)性指數(shù)較低，均小于0.7；揚(yáng)迪粉、高堿度精粉、南非粉的液相流動(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。
3.3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)其周圍的核礦石進(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。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，邯鋼燒結(jié)常用鐵礦粉黏結(jié)相強(qiáng)度如下表4：
表4 邯鋼鐵礦粉的黏結(jié)相強(qiáng)度 / N
Handan Iron and steel slag binder strength
|
原料名稱 |
粘結(jié)性強(qiáng)度/N |
原料名稱 |
粘結(jié)性強(qiáng)度/N |
|
4904.0 |
巴西卡粉 |
4257.0 |
|
|
高堿度精粉 |
182.0 |
南非粉 |
2568.0 |
|
邯邢精粉 |
3923.4 |
紐曼粉 |
2524.0 |
|
PB粉 |
2461.0 |
揚(yáng)迪粉 |
1015.0 |
燒結(jié)一般要求鐵礦粉的黏結(jié)相強(qiáng)度＞2000N較合適。從結(jié)果看高堿度精粉、揚(yáng)迪粉黏結(jié)相強(qiáng)度在2000N以下，高堿度精粉最低為182N，其他礦粉黏結(jié)相強(qiáng)度均大于2000N，巴西卡粉和淶源精粉都在4000N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。
3.4鐵酸鈣（SFCA）生成特性
指鐵礦石在燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程中復(fù)合鐵酸鈣的生成能力。在燒結(jié)粘結(jié)相中，復(fù)合鐵酸鈣（SFCA）粘結(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。邯鋼燒結(jié)常用鐵礦粉礦物組成如下表5：
表5 邯鋼鐵礦粉微型燒結(jié)試樣的礦物組成 / %
Handan Iron and steel slag micro sintering mineral composition of sample
|
礦粉名稱 |
金屬相 |
|
黏結(jié)相 |
氣孔 |
||
|
磁鐵礦 |
赤鐵礦 |
|
鐵酸鈣 |
硅酸鹽 |
||
|
0~5 |
15~20 |
|
30~35 |
25~30 |
20~25 |
|
|
高堿度精粉 |
35~40 |
5~10 |
|
0~5 |
40~45 |
15~20 |
|
邯邢精粉 |
30~35 |
5~10 |
|
0~5 |
40~45 |
25~30 |
|
PB粉 |
30~35 |
少量 |
|
15~20 |
30~35 |
18~23 |
|
巴西卡粉 |
少量 |
20~25 |
|
20~25 |
30~35 |
18~23 |
|
南非粉 |
15~20 |
10~15 |
|
10~15 |
25~30 |
35~40 |
|
紐曼粉 |
35~40 |
少量 |
|
25~30 |
20~25 |
40~45 |
|
揚(yáng)迪粉 |
50~55 |
5~10 |
|
30~35 |
20~25 |
35~40 |
從結(jié)果看，淶源精粉、巴西卡粉和南非粉的鐵酸鈣生成能力較強(qiáng)，但南非粉氣孔率較高，其黏結(jié)相強(qiáng)度相對(duì)稍差，高堿度精粉的鐵酸鈣生成量最少，其粘結(jié)想強(qiáng)度最差。
4燒結(jié)優(yōu)化配礦研究
4.1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?zé)Y(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。按照以上原則，并結(jié)合邯鋼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）。
表6 邯鋼優(yōu)化配礦設(shè)計(jì)方案 / %
Design scheme of optimized ore blending in Handan Iron and Steel Company
|
編號(hào) |
PB粉 |
紐曼粉 |
揚(yáng)迪粉 |
巴卡粉 |
南非粉 |
邯邢精粉 |
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(shí)驗(yàn)結(jié)果
4.2.1燒結(jié)技術(shù)指標(biāo)
表7 配礦試驗(yàn)燒結(jié)過(guò)程的技術(shù)指標(biāo)
Technical index of Proportioning Test of sintering process
|
編號(hào) |
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 |
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)2.16t/m2/h。
表8 配礦試驗(yàn)燒結(jié)礦的粒度組成及轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度/%
Particle size and drum strength of sinter Proportioning Test
|
試驗(yàn) |
燒結(jié)礦粒級(jí)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 |
由表8可知，各組方案的燒結(jié)礦小粒級(jí)的比例較高，5-10mm粒級(jí)在20%左右；各方案的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度差別不大，平均在66，方案7轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度最高，達(dá)到70。
4.2.2燒結(jié)礦的冶金性能
表9 燒結(jié)礦的低溫還原粉化率及中溫還原性
Low temperature reduction, powdering rate and medium temperature reduction of sinter
|
編號(hào) |
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 |
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81.3%，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)，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[1]，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。
5生產(chǎn)效果
按照上述配礦互補(bǔ)原則及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，近年來(lái)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)度和鐵酸鈣生成能力較強(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%，每年以此為框架調(diào)整并優(yōu)化配礦結(jié)構(gòu)，在燒結(jié)和高爐生產(chǎn)上效果良好（見(jiàn)表10、表11和表12）
表10 邯鋼435m2燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)指標(biāo)情況
435m2 sintering machine production index
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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(jī)速m/min |
|
1.33 |
7.5 |
99.84 |
97.82 |
51 |
800 |
1.89 |
表11 燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)情況
The sinter quality indexes
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燒結(jié)礦成分、強(qiáng)度及粒度 |
中溫還原度% |
荷重軟化溫度（℃） |
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Tfe% |
SiO2% |
R2% |
轉(zhuǎn)鼓指數(shù)% |
平均粒度mm |
軟化開(kāi)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12 邯鋼3200m3高爐生產(chǎn)指標(biāo)情況
Production indexes of 3200m3 blast furnace in Handan Iron and Steel Co.
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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）邯鋼燒結(jié)常用鐵礦粉不僅在化學(xué)成分上存在差異，而且在同化性、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)成分要求同時(shí)，實(shí)現(xiàn)鐵礦粉在高溫特性上互補(bǔ)搭配，以提高燒結(jié)配礦針對(duì)性和有效性，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)邯鋼實(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，并有效的指導(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。
參考文獻(xiàn)
[1] 鐵礦燒結(jié)優(yōu)化配礦原理與技術(shù)，范曉慧，2013.2.