優(yōu)化鞍鋼燒結(jié)礦堿度及爐料結(jié)構(gòu)的試驗研究

韓淑峰，周明順，沈峰滿，翟立委，劉 杰，張 輝

(1.鞍鋼股份有限公司 煉鐵總廠，遼寧 鞍山 114000;2.鞍鋼股份有限公司 技術(shù)中心，遼寧 鞍山 114009;3.東北大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，沈陽 110004)

作為高爐煉鐵的主要原料，燒結(jié)礦的質(zhì)量對高爐生產(chǎn)具有重要影響.燒結(jié)礦堿度是改善燒結(jié)工藝和燒結(jié)礦質(zhì)量的重要參數(shù)，而且高堿度燒結(jié)礦配加酸性球團礦及高品位塊礦是較理想的爐料結(jié)構(gòu)［1～4］.目前，鞍鋼燒結(jié)礦堿度為 1.8 ～2.0，隨著酸性爐料用量的增加，燒結(jié)礦堿度應(yīng)適當(dāng)提高.因此，本文在堿度對燒結(jié)工藝及燒結(jié)礦品位和硫含量影響的試驗研究基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)階段鞍鋼高爐的爐料種類，研究了配加不同比例的人造富礦及提高澳洲塊礦率的爐料結(jié)構(gòu)［5～7］.

1 堿度對燒結(jié)生產(chǎn)影響的試驗研究

1.1 試驗原料及工藝參數(shù)

本試驗所用原燃料化學(xué)成分如表1所示.由于目前鞍鋼4個燒結(jié)車間的配礦差異較大，因此本試驗采用了兩套不同的配礦方案(見表2)，在試驗條件下，分別進(jìn)行堿度為1.78～2.53的燒結(jié)試驗.燒結(jié)試驗參數(shù)如表3所示.

表1 原燃料化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 1 Chemical composition of raw materials(mass fraction)%

表2 變堿度燒結(jié)配料方案(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 2 Design for sintering mixture with different basicity(mass fraction)%

表3 燒結(jié)試驗參數(shù)Table 3 Technical parameters of sintering experiments

1.2 試驗結(jié)果及分析

堿度對燒結(jié)生產(chǎn)指標(biāo)的影響如圖1～圖3所示.由圖1、圖2可見，燒結(jié)礦堿度由1.78增加到2.53，方案一和方案二的轉(zhuǎn)鼓強度分別提高了10.29%和13.44%;燒結(jié)杯利用系數(shù)分別提高了0.473 t/(m2·h)和 0.194 t/(m2·h);燒結(jié)礦成品率分別提高了8.24%和3.68%;垂直燒結(jié)速度分別提高了5.67 mm/min和2.19 mm/min;10～40 mm合理的燒結(jié)礦粒級分別提高了24.09%和17.12%;小于5mm粉末分別減少了9.69%和7.28%.提高堿度對燒結(jié)生產(chǎn)指標(biāo)的改善是由于隨燒結(jié)料中CaO含量增多，生成的鐵酸鈣(CaO·Fe2O3)等熔點低、強度高的黏結(jié)相增多，燒結(jié)料層的透氣性改善，燒結(jié)生產(chǎn)率提高.燒結(jié)礦由于料層溫度低(1 300℃以下)，不易產(chǎn)生過熔，因而大塊燒結(jié)礦減少，粒度組成合理且均勻.另外，燒結(jié)礦強度好，粉化現(xiàn)象少，故粉末含量降低.

但隨燒結(jié)礦堿度提高，也帶來兩方面的負(fù)面影響(見圖3):(1)品位下降.堿度由1.78增加到2.53時，方案一和方案二的燒結(jié)礦品位分別降低了1.95%和3.21%，這主要是由于配入過多的熔劑，使得全鐵品位降低.(2)硫含量升高.堿度由1.78增加到2.53時，方案一和方案二的燒結(jié)礦硫含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))分別升高了 0.035%和0.032%.其原因有:a)燒結(jié)料中CaO含量高，具有很強的吸硫作用，生成穩(wěn)定的CaS;b)由于碳酸鹽分解耗熱，高堿度燒結(jié)料層高溫區(qū)溫度降低，且燒結(jié)速度較快，高溫停留時間短，對去硫不利;脫硫率低是高堿度燒結(jié)的一個缺點.但高爐冶煉表明，CaS形態(tài)存在的硫基本直接進(jìn)入爐渣，對生鐵質(zhì)量影響不大.

由以上分析表明，提高燒結(jié)礦堿度有利于提高燒結(jié)礦強度和燒結(jié)生產(chǎn)效率，但是燒結(jié)礦品位略微降低，且硫含量增加.綜合考慮，本文認(rèn)為鞍鋼燒結(jié)礦堿度在2.05～2.20之間較好.

圖1 堿度對燒結(jié)生產(chǎn)指標(biāo)的影響Fig.1 Effects of basicity on sintering indices

圖2 堿度對燒結(jié)礦粒度組成的影響Fig.2 Effects of basicity on size distribution of sinter

圖3 堿度對燒結(jié)礦品位和S含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的影響Fig.3 Effects of basicity on TFe and S content of sinter

2 合理爐料結(jié)構(gòu)的試驗研究

合理的爐料結(jié)構(gòu)可以改善高爐透氣性，并直接影響著高爐煉鐵技術(shù)的進(jìn)步和各項經(jīng)濟指標(biāo)的提高.為優(yōu)化鞍鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)，本文主要進(jìn)行兩種爐料結(jié)構(gòu)的研究:(1)不同堿度燒結(jié)礦與酸性球團礦搭配使用的爐料結(jié)構(gòu);(2)在現(xiàn)有爐料結(jié)構(gòu)中，提高澳礦比例的爐料結(jié)構(gòu).

2.1 不同堿度燒結(jié)礦與酸性球團礦搭配

研究方案為:在保證爐渣堿度一致的前提下，改變不同堿度燒結(jié)礦和酸性球團礦的配比，比較綜合爐料的高溫軟熔性能.根據(jù)鞍鋼焦炭、噴煤等實際條件，制定綜合爐料入爐堿度為1.45.試驗所用燒結(jié)礦由燒結(jié)杯實驗得到(燒結(jié)杯試驗條件同本文2.1)，球團礦來自鞍鋼生產(chǎn)現(xiàn)場.燒結(jié)礦和球團礦的化學(xué)成分如表4所示，爐料結(jié)構(gòu)的搭配情況如表5所示，軟熔滴落試驗條件及性能指標(biāo)分別示于表6、表7和圖4、圖5.

由圖5可見，在確保入爐堿度一致的條件下，堿度為2.05和2.14的燒結(jié)礦和球團搭配時，綜合爐料的軟熔性能最好，表現(xiàn)為軟熔溫度區(qū)間窄，最大壓差低，S特性值低(高壓差區(qū)間對溫度的積分)，軟熔帶厚度薄，有利于改善高爐中下部的透氣性.燒結(jié)礦堿度過低時，熔化開始溫度TS較低，導(dǎo)致軟熔帶上沿溫度較低.燒結(jié)礦堿度較高時，為了平衡爐渣堿度，需配加較多酸性球團，由于酸性球團熔化開始溫度低，而高堿度燒結(jié)礦熔化終了溫度較高，其作用結(jié)果便是軟熔帶過厚.因此，過高或過低堿度的燒結(jié)礦都不利于優(yōu)化高爐爐料結(jié)構(gòu);為保證高爐綜合爐料具有良好的高溫軟熔性能，鞍鋼燒結(jié)礦適宜的堿度應(yīng)為2.05～2.14.

表4 燒結(jié)礦與球團礦化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 4 Chemical composition of sinters and pellet(mass fraction)%

表5 爐料結(jié)構(gòu)配比方案Table 5 Design for iron burden compositions with same basicity

表6 礦石軟熔滴落試驗條件Table 6 Experimental conditions of softening and melting test

表7 不同爐料結(jié)構(gòu)的軟熔試驗數(shù)據(jù)Table 7 Softening and melting characteristics of iron burdens

圖4 不同爐料結(jié)構(gòu)的料柱壓差Fig.4 Pressure drop of iron ore bed

圖5 不同爐料結(jié)構(gòu)的熔化特性值S和軟熔帶厚度Fig.5 Characteristic parameter‘S’and thickness of cohesive zone of iron burdens

2.2 提高澳礦比例的爐料結(jié)構(gòu)

澳洲塊礦(簡稱澳礦)是一種高品位的優(yōu)良酸性爐料，為提高澳礦在鞍鋼高爐入爐混合礦中的比例，研究了澳礦(化學(xué)成分見表8)與鞍鋼燒結(jié)礦和球團礦搭配使用時的高溫軟熔性能.試驗方案如表9所示.其中，方案1、2為鞍鋼高爐常用的爐料結(jié)構(gòu)，方案3為前一階段鞍鋼大高爐配加澳礦時的爐料結(jié)構(gòu)，方案4為目前擬提高澳礦用量的爐料結(jié)構(gòu).試驗結(jié)果如圖6所示.

表8 澳礦化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 8 Chemical compositions of Australian lump ore(mass fraction)%

表9 配加澳礦的爐料結(jié)構(gòu)方案(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 9 Burden design with Australian lump ore(mass fraction)%

圖6 綜合爐料的軟熔性能Fig.6 Softening and melting characteristics of iron burdens containing Australian lump ore

由圖6可見，配加澳礦后，爐料結(jié)構(gòu)3和4的高溫軟熔性能都明顯優(yōu)于鞍鋼常規(guī)的爐料結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)在軟熔溫度區(qū)間窄，料柱壓差低，S值低.而且，與目前使用的澳礦為8%爐料相比，當(dāng)澳礦比例提高到17%時，高溫軟熔性能得到進(jìn)一步改善，此時料柱最高壓差為7.81 kPa，S值為32.93 kPa·℃.實驗室研究發(fā)現(xiàn)，澳礦在鞍鋼高爐的應(yīng)用比例超過19%時，因爐渣Al2O3含量的增加，導(dǎo)致冶煉效果變差.因此，在鞍鋼現(xiàn)有生產(chǎn)條件下，建議將進(jìn)口澳洲塊礦比例提高至17%.

3 結(jié)論

(1)燒結(jié)礦堿度由1.78增加到2.53，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度提高，垂直燒結(jié)速度，燒結(jié)杯利用系數(shù)提高，燒結(jié)礦成品率分別提高，合理的燒結(jié)礦粒級提高，粉末減少.但是燒結(jié)礦硫含量略增，品位有所下降.綜合考慮堿度對燒結(jié)工藝和燒結(jié)礦品位及硫含量的影響，鞍鋼燒結(jié)礦堿度在2.05～2.20之間較好.

(2)在由堿度為2.05～2.14的燒結(jié)礦和酸性球團組成的綜合爐料，其軟熔性能最好，表現(xiàn)為軟熔溫度區(qū)間窄，最大壓差低，S特性值低，軟熔帶厚度薄，有利于改善高爐中下部的透氣性.

(3)在鞍鋼常規(guī)爐料結(jié)構(gòu)中配加澳洲塊礦后，綜合爐料的高溫軟熔性能得到明顯提高，表現(xiàn)在軟熔溫度區(qū)間窄，料柱壓差低，S值低.與目前使用澳礦為8%的爐料相比，當(dāng)澳礦比例提高到17%時，高溫軟熔性能得到進(jìn)一步改善.建議在鞍鋼現(xiàn)有生產(chǎn)條件下，將進(jìn)口澳洲塊礦比例提高至17%.

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