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    堿度對高鉻型釩鈦礦燒結(jié)過程的影響

    2014-11-16 02:16:02張立恒李萬禮岳宏瑞薛向欣
    有色金屬科學(xué)與工程 2014年4期
    關(guān)鍵詞:荷重利用系數(shù)透氣性

    張立恒, 李萬禮, 岳宏瑞, 薛向欣

    (東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院,沈陽 110819)

    0 引 言

    釩鈦磁鐵礦是一種復(fù)合礦產(chǎn)資源,在我國分布廣泛,儲量豐富,儲量和開采量居全國鐵礦的第3位,已探明儲量超過100億t,遠景儲量達300億t以上,主要分布在四川攀西(攀枝花-西昌)、河北承德等地區(qū).釩鈦磁鐵礦的特點為“貧、細、散、雜”,按照含有Cr2O3質(zhì)量分數(shù)的高低,可以將其劃分為普通釩鈦磁鐵礦和高鉻型釩鈦磁鐵礦[1-3].高鉻型釩鈦磁鐵礦的礦物組成比普通釩鈦磁鐵礦更復(fù)雜,原料特性更特殊.國內(nèi)某鋼鐵企業(yè)利用地緣優(yōu)勢,積極拓展鐵礦資源來源,每年從國外進口大量的高鉻型釩鈦磁鐵礦用于高爐生產(chǎn),不僅滿足了對鐵礦石原料的需求,而且開發(fā)出了高附加值的釩鉻產(chǎn)品,其成分和國內(nèi)的紅格礦區(qū)釩鈦磁鐵礦相似[4].

    堿度既影響燒結(jié)過程和燒結(jié)礦的產(chǎn)量及質(zhì)量,又影響高爐冶煉中的高爐爐料結(jié)構(gòu)和升溫還原過程,是燒結(jié)生產(chǎn)過程中最重要的控制參數(shù)之一[5-9],國內(nèi)外科研工作者已經(jīng)對其做了大量的研究[10-15],高鉻型釩鈦磁鐵礦燒結(jié)過程適宜堿度的研究還未見報道.為此,本文對高鉻型釩鈦磁鐵礦燒結(jié)堿度進行了系統(tǒng)研究,探索了獲得優(yōu)質(zhì)高鉻型釩鈦磁鐵礦的燒結(jié)堿度,為高爐冶煉高鉻型釩鈦磁鐵礦提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐,促進煉鐵前工序強化冶煉和節(jié)能降耗.

    1 實驗方法及方案

    1.1 實驗條件

    實驗的原料、燃料來源于生產(chǎn)現(xiàn)場,其化學(xué)成分列于表1,表2.

    燒結(jié)杯試驗是對某鋼鐵集團燒結(jié)廠的實際生產(chǎn)情況的模擬.各次試驗用料按試驗設(shè)計方案配料,將燒結(jié)廢氣溫度開始下降時定為燒結(jié)終點.

    表1 原料化學(xué)成分/%

    表2 燃料成分/%

    1.2 實驗方案

    燒結(jié)原料主要為高鉻型釩鈦精礦粉、冷返、槽返、印度礦粉、自溶粉、瓦斯灰、棄渣、磁選粉等.以燒結(jié)實際配礦方案為基礎(chǔ),考慮原料條件和高爐實際生產(chǎn)需要,試驗研究階段堿度變化范圍為1.5~2.3,具體試驗方案列于表3.

    表3 燒結(jié)所用鐵礦化學(xué)成分/%

    根據(jù)原料實際情況,固定碳含量,同等返礦條件,水分控制在7.5%,使用白灰調(diào)節(jié)堿度.研究堿度變化對于燒結(jié)礦質(zhì)量的影響規(guī)律.各種礦粉做到均勻分散,齊整可比.

    2 實驗結(jié)果與分析

    2.1 堿度對高鉻型釩鈦燒結(jié)礦生產(chǎn)指標(biāo)的影響

    堿度對高鉻型燒結(jié)礦利用系數(shù)、垂直燒結(jié)速度、燒結(jié)成品率的影響結(jié)果如圖1~圖3所示.

    圖1 堿度對燒結(jié)利用系數(shù)的影響

    圖2 堿度對垂直燒結(jié)速度的影響

    圖3 堿度對燒結(jié)成品率的影響

    從圖1到圖3可以看出,燒結(jié)礦堿度提高后,燒結(jié)利用系數(shù)略有升高,垂直燒結(jié)速度增加,燒結(jié)成品率隨堿度的提高呈下降趨勢.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,生產(chǎn)鐵酸鈣(CaO·Fe2O3)等低熔點、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,不易產(chǎn)生過熔,因而大塊燒結(jié)礦減少,粒度組成均勻合理.隨著燒結(jié)礦堿度的提高,也會帶來一些負面影響,一方面燒結(jié)礦品位會降低,這是因為配入了較多的溶劑,使得全鐵品位降低;另一方面硫含量升高,堿度升高,燒結(jié)料中CaO含量高,其具有較強的吸硫能力,可以生產(chǎn)穩(wěn)定的CaS,而且碳酸鹽分解吸熱,高堿度燒結(jié)料層高溫區(qū)溫度降低,燒結(jié)速度較快,高溫時間短,對去S不利.因此堿度的增加會產(chǎn)生雙方面的效果,并不是越高越好,而太低會對燒結(jié)利用系數(shù)和速度有限制,堿度控制在1.9~2.0較為適宜.

    2.2 堿度對燒結(jié)礦強度的影響

    經(jīng)過轉(zhuǎn)鼓試驗測定,燒結(jié)礦堿度提高后,轉(zhuǎn)鼓指數(shù)升高,抗磨指數(shù)降低,燒結(jié)礦的冷態(tài)機械強度提高,如圖4,圖5所示.這是由于燒結(jié)礦堿度提高后,一方面燒結(jié)礦中產(chǎn)生了大量的鐵酸鈣液相,對周圍物質(zhì)的黏結(jié)能力加強;另一方面,堿度提高,燒結(jié)礦中的FeO和SiO2含量比較高,生成脈石的熔點降低,液相量增多,局部出現(xiàn)交織溶蝕結(jié)構(gòu),從而改善了燒結(jié)礦冷態(tài)機械強度.

    圖4 堿度對燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的影響

    圖5 堿度對燒結(jié)礦抗磨指數(shù)的影響

    由表4可知,燒結(jié)礦堿度提高,燒結(jié)礦的RDⅠ-0.5和RDⅠ-3.15指標(biāo)明顯降低,而RDⅠ+6.3指標(biāo)則明顯升高,改善了燒結(jié)礦還原粉化性能,提高了高爐塊狀帶的透氣性.主要原因是燒結(jié)礦堿度提高后,鐵酸鈣含量增加,赤鐵礦體積膨脹減小,而且增加了黏結(jié)相的數(shù)量,因此,適當(dāng)提高燒結(jié)礦的堿度是增加燒結(jié)礦中黏結(jié)相數(shù)量的唯一有效方法.所以堿度在可控的情況下,應(yīng)該適當(dāng)?shù)脑黾?

    表4 低溫還原粉化性能測定結(jié)果

    2.3 堿度對高鉻型燒結(jié)礦荷重軟熔性能的影響

    試樣粒度為1.5~2.5 mm,荷重為1 kg/cm2,料柱高度為40 mm.荷重軟熔試驗裝置示意圖見圖6.

    圖6 荷重軟熔試驗裝置示意圖

    由表5可知,隨著堿度從1.5上升到2.3,高鉻型釩鈦精礦燒結(jié)料的熔化溫度由1 390℃下降到1 361℃,熔點比普通燒結(jié)礦高,主要是由于產(chǎn)生了鈣鐵橄欖石和鐵酸鈣等低熔點共晶化合物.

    表5 不同堿度燒結(jié)混合料軟熔溫度測定結(jié)果

    由表6可以看出,高鉻型釩鈦燒結(jié)礦的軟化終了溫度T40%在1 200℃以上,熔融終了溫度Td也高于1 500℃,均比普通燒結(jié)礦要高,可以表明,成渣帶與軟熔帶位置較低,有利于高爐順行.

    表6 不同堿度燒結(jié)礦軟熔性能測定結(jié)果

    堿度從1.5上升到2.3,燒結(jié)礦軟化開始溫度T10%上升,軟熔區(qū)間變窄,開始軟化溫度T10%同時由1 091℃上升到1 135℃,軟化區(qū)間T40%~T10%由112℃下降到102℃,有利于高爐軟熔帶的下移,減薄軟熔帶,改善料柱的透氣性.熔滴性能的規(guī)律和軟化性能的規(guī)律相似,提高堿度之后,熔融開始溫度Ts不斷上升,滴落區(qū)間Td~Ts逐漸變窄.高堿度燒結(jié)礦具有較高的軟化溫度和熔融低落溫度,在高爐操作中,對于減薄融化層與成渣帶,提高透氣性具有重要意義.

    3 結(jié) 論

    1)隨著高鉻型釩鈦磁鐵礦燒結(jié)堿度由1.5增加到2.3,燒結(jié)成品率隨堿度的提高呈下降趨勢,垂直燒結(jié)速度提高,燒結(jié)利用系數(shù)略有升高.

    2)隨著堿度的上升,燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度提高,抗磨指數(shù)降低;燒結(jié)礦的還原粉化指數(shù)RDⅠ-0.5和RDⅠ-3.15指標(biāo)降低,而RDⅠ+6.3提高.

    3)高鉻型釩鈦燒結(jié)礦的荷重軟熔性能隨著堿度的提高,軟熔帶下移,軟熔區(qū)間變窄,透氣性提高,對于高爐順行有積極的意義.

    4)綜合考慮燒結(jié)礦堿度對燒結(jié)過程和燒結(jié)礦強度等因素的影響,高鉻型釩鈦燒結(jié)礦堿度適宜控制在1.9~2.0.

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