巫山桃花山鐵礦綜合利用性能研究

張明遠 劉彪 姚前光 魏仁財 唐芳印

(重慶科技學院冶金與材料工程學院，重慶 401331)

對優(yōu)質(zhì)鐵礦石的巨大需求導致優(yōu)質(zhì)礦石資源消耗過快，因此進口優(yōu)質(zhì)鐵礦石原料價格不斷上漲［1］。2013年我國鋼鐵產(chǎn)量首次超過世界總產(chǎn)量的一半，但生產(chǎn)所需鐵礦石嚴重依賴進口。面對國際鐵礦石價格持續(xù)高漲的態(tài)勢，鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)成本不斷升高，企業(yè)市場競爭力受到很大影響［1］。企業(yè)紛紛尋求提高國內(nèi)貧礦塊礦綜合利用的方法，以求降低生產(chǎn)成本。

在此情況下，重慶鋼鐵集團計劃采用國內(nèi)非主流鐵礦部分代替進口鐵礦石，以減少冶煉成本和進口礦石物流費用?？碧綌?shù)據(jù)顯示，重慶市巫山桃花山鐵礦儲量豐富，開采成本低，鐵礦石品位最高可達56.8%。此外，其鐵礦用于重鋼生產(chǎn)，在交通運輸和價格方面頗具優(yōu)勢。

本次研究結合重鋼現(xiàn)有鐵礦石資源配置及生產(chǎn)實際情況，通過對巫山塊礦的成分分析及熱爆裂指數(shù)、低溫粉化指數(shù)、還原性、軟熔特性的實驗測試結果，觀察其冶金特性，進而掌握巫山塊礦對高爐冶煉性能的影響，最終提出入爐的依據(jù)和添加比例。

1 實驗介紹

1.1 實驗原料及設備

實驗材料:重慶巫山塊礦;澳洲塊礦;印尼塊礦;天然氣;礦石原料;木炭;瓶裝N2和CO2等。

實驗設備:煤氣發(fā)生爐;三段式天平;方孔試驗篩;還原管;還原爐;稱量裝置;轉鼓裝置;熔滴爐;升溫控制系統(tǒng);坩堝;攝像頭;顯示屏;空氣壓縮機;烘干機;干燥皿。

1.2 試驗方法

1.2.1 鐵礦石低溫還原粉化實驗

低溫還原粉化是指含鐵原料在加入高爐后的升溫過程中，在被煤氣還原產(chǎn)生鐵氧化物晶格變化的情況下，會發(fā)生不同程度的碎裂粉化，從而使含鐵爐料產(chǎn)生大量的粉化物。此性能直接影響高爐爐料順行過程及冶煉時鐵水的產(chǎn)量和質(zhì)量，嚴重時則影響高爐上部料柱的透氣性，最終影響高爐冶煉生產(chǎn)［3］。依照國家標準(GB/T10122-1998)的測定方法進行實驗和評價，高爐冶煉對含鐵爐料的還原性低溫還原粉化性能要求RDI+3.15≥70%。

1.2.2 鐵礦石熱爆裂指數(shù)測定

塊礦的熱爆裂性是指塊礦在爐內(nèi)的升溫過程中由于熱應力的作用而發(fā)生爆裂的特征，熱爆裂實驗是將塊礦放入溫度為700℃的爐膛，加熱30 min后取出，觀察塊礦的爆裂程度。通常發(fā)生熱爆裂時會產(chǎn)生過多的粉狀顆粒物，而大量的粉末有可能導致高爐煤氣流通道堵塞，造成高爐爐墻結厚、高爐作業(yè)指標變化等爐況不良現(xiàn)象，這也是不能在高爐冶煉中大量使用生礦的原因［4］。根據(jù)國家標準(GB/T10322.6-2004)的測驗方法進行實驗和評價，高爐冶煉對塊礦熱爆裂性能要求DI-6.3＜100%。

1.2.3 鐵礦石減重法測鐵礦石還原度

塊礦還原性能的高低將影響高爐冶煉的進程，也直接顯示鐵礦石的高爐冶煉價值。具有良好還原性能的塊礦，能夠改善煤氣利用率，降低焦比，從而影響高爐的產(chǎn)量、質(zhì)量及消耗水平，因此塊礦還原度的測定十分必要［5］。鐵礦石還原性能測定參照國家標準GB 13244-1997進行實驗和評價，高爐冶煉對含鐵爐料的還原性能要求RI＞72%。

1.2.4 鐵礦石熔滴性能測定

礦石的熔滴性能對高爐的料柱透氣性、焦比等都有重要影響。高爐解剖研究結果表明，高爐軟熔帶的形狀與位置對于高爐的強化冶煉及降低能耗起著決定性的作用。而高爐的軟熔帶主要由礦石的軟熔性決定，軟化溫度高而滴落溫度低則礦石的軟熔帶會下移。軟熔帶適當變薄，對均勻高爐煤氣分布、促進高爐氣流順行、降低焦比具有極其重要的作用［6］。根據(jù)東北大學測定標準，高爐冶煉時要求入爐含鐵爐料的軟化溫度ΔT＜200℃。

2 實驗結果與分析

2.1 塊礦成分結果及分析

表1為實驗所用塊礦化學成分(質(zhì)量分數(shù))，圖1為塊礦全鐵含量對比圖，圖2為塊礦磷含量對比圖。

表1 實驗所用塊礦化學成分(質(zhì)量分數(shù))%

圖1 塊礦全鐵含量對比圖

通過實驗數(shù)據(jù)可以看出，巫山塊礦中的SiO2和Al2O3偏多，對高爐的增產(chǎn)降焦和爐料順行都有不利影響。巫山塊礦的硫雜質(zhì)含量與重鋼現(xiàn)在使用的塊礦基本相同，為0.034%，符合一般高爐對入爐鐵礦石硫含量小于0.15%的要求。巫山塊礦磷含量明顯偏高，屬高磷鐵礦，而磷是鋼鐵生產(chǎn)中主要的有害雜質(zhì)，在高爐冶煉中全部還原進入生鐵中會導致鋼鐵的冷脆性，對鋼鐵的韌性、焊接性能和塑性都有不利影響。高爐冶煉要求入爐的原料總體磷含量不能超過0.2%，因此根據(jù)高爐冶煉磷的平衡公式計算得知，在高爐冶煉中巫山塊礦的配入量不宜超過10%，以保證生鐵中的磷含量符合煉鋼生鐵質(zhì)量的要求。

圖2 塊礦磷含量對比圖

2.2 低溫還原粉化率的測定實驗結果及分析

表2為低溫還原粉化率實驗數(shù)據(jù)，圖3為低溫還原粉化性能對比圖。

表2 低溫還原粉化率實驗數(shù)據(jù) %

圖3 塊礦低溫還原粉化性能對比圖

對低溫還原粉化率實驗數(shù)據(jù)及圖表進行分析，可看出巫山塊礦在低溫還原粉化過程中產(chǎn)生的細小粉狀物最少，基本顆粒都在3.15 mm以上，而印尼塊礦在高爐中會產(chǎn)生較多的粉末，過多的細小粉狀物會造成高爐爐料無法順利下行。由圖3易知巫山塊礦的低溫還原粉化性能較之澳洲塊礦更好，而印尼塊礦的低溫還原粉化性能最差，因此巫山塊礦的低溫還原粉化性能更符合高爐冶煉的要求。

2.3 熱爆裂指數(shù)的測定實驗結果及分析

表3為實驗所用塊礦熱爆裂指數(shù)(質(zhì)量分數(shù))，其執(zhí)行標準為GB/T103226-2004，其中印尼塊礦的DI-6.3平均值為 3.42%，澳洲塊礦的 DI-6.3平均值為12.12%，巫山塊礦的 DI-6.3平均值為 0.38%;圖 4為塊礦熱爆裂指數(shù)對比圖。

表3 塊礦熱爆裂指數(shù)(質(zhì)量分數(shù))%

圖4 塊礦熱爆裂指數(shù)對比圖

通過對數(shù)據(jù)進行分析后，很明顯巫山塊礦的爆裂性能較之澳大利亞塊礦和印尼塊礦都要好。而巫山塊礦產(chǎn)生的小于6.3的顆粒僅僅為0.38%，產(chǎn)生的細小粉狀物極少，不會發(fā)生因塊礦的熱爆裂產(chǎn)生較多粉狀顆粒物而引起的煤氣流通道堵塞、爐墻結厚等爐況不良現(xiàn)象，因此巫山塊礦在熱爆裂性上完全符合高爐冶煉要求，甚至超過一些優(yōu)質(zhì)的塊礦。

2.4 減重法測鐵礦石還原度的實驗結果及分析

用減重法測鐵礦石還原度，表4為實驗所用塊礦還原度實驗數(shù)據(jù)，圖5為還原度對比圖。

表4 塊礦還原度實驗數(shù)據(jù)

圖5 塊礦還原度對比圖

傳統(tǒng)理論認為塊礦的還原度一般較低，從而對高爐降低焦比和提高煤氣利用率有不利影響。但是從以上數(shù)據(jù)可以看出各塊礦還原度差別不大，其中印尼塊礦的還原度最高，達到了75.7%，而巫山塊礦也有72.5%的還原度。說明了巫山塊礦的低溫還原強度較好，不會對高爐上部的透氣性帶來明顯的負面影響，符合高爐冶煉要求。

2.5 熔滴性能的測定實驗結果及分析

表5為塊礦軟化性能和熔滴性能，圖6為軟化溫度區(qū)間和熔滴溫度對比圖。

表5 塊礦的軟化性能和熔滴性能 ℃

圖6 塊礦軟化溫度區(qū)間和熔滴溫度對比圖

從表4可以看出各塊礦開始軟化溫度相差不大;從圖6可以看出塊礦的軟化溫度均低于200℃，故都符合高爐冶煉的要求，且巫山塊礦的軟化區(qū)間低于印尼塊礦。因此不難看出，巫山塊礦的軟化性能可以達到高爐冶煉對入爐塊礦軟熔性能的要求。

3 結語

從巫山塊礦的物相角度分析，巫山塊礦的全鐵含量較進口礦偏低，脈石中的Al2O3和SiO2偏高，且巫山塊礦屬高磷鐵礦，結合重鋼目前的生產(chǎn)結構，為了使生鐵的磷含量達到質(zhì)量要求，且不影響其他生產(chǎn)指標，巫山塊礦的配入量應不超過10%。

從低溫冶金性能角度分析，巫山塊礦的RDI+3.15為 98.2%，巫山塊礦的 DI-6.3為 0.38%，因此巫山塊礦的低溫冶金性能符合高爐冶煉要求。

從高溫冶金性能角度分析，巫山塊礦的RI為72.5%，巫山塊礦的軟化溫度低200℃，因此巫山塊礦的高溫冶金性能符合入爐要求。

［1］來成龍，唐培華.國際鋼鐵行業(yè)分析報告［J］.中國冶金，2006(1):48-50.

［2］王維興.中國高爐煉鐵技術進展［J］.中國冶金，2005(2):8-13.

［3］楊金福，王愛萍.海南塊礦在濟鋼高爐的應用［J］.南方金屬，2009(3):39-42.

［4］楊素青，袁銘杰，盧錫友，等.韶鋼高爐試用巴西塊礦的生產(chǎn)實踐［J］.煉鐵技術通訊，2011(4):14-18.

［5］張明遠，袁曉麗.冶金工程實驗教程［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2012:114-171.

［6］趙秀華.提高2 000 m3高爐塊礦配比的研究及應用［J］.柳鋼科技，2011(6):12-16.