燒結礦添加制酸副產物的燒結杯實驗

顧武安，萬 新，武鑫龍，張 可，苗育民

(1.四川大學，四川 成都 610065; 2.重慶科技學院，重慶 401331 )

目前，磷石膏和鈦石膏資源綜合利用是行業(yè)熱點之一，隨之是工業(yè)石膏制酸副產物鐵酸鈣的綜合利用，其在燒結領域的應用也備受關注。攀鋼燒結以攀西地區(qū)的釩鈦磁鐵精礦為主，由于釩鈦磁鐵精礦TiO2含量高、粒度粗的特殊性，其燒結性能差，造成燒結礦強度差、產量低、能耗高，技術經濟指標較落后，也成為高爐高產的制約環(huán)節(jié)[1,2]。為此，開展燒結礦添加制酸副產物的燒結技術研究，一方面，拓展鈦石膏應用領域，將磷石膏和紅石膏等工業(yè)石膏副產物鐵酸鈣應用于鐵礦燒結領域[3]，提高燒結鐵礦的質量及冶金性能，滿足和適應現(xiàn)代化高爐低成本、高效生產高質量鐵水的要求；另一方面，探索提高釩鈦磁鐵燒結礦產質量燒結新技術，保證高爐生產順行。

1 燒結杯實驗條件

通過燒結杯實驗模擬燒結實際生產條件和工藝，探索通過添加制酸副產物鐵酸鈣提高燒結礦的質量和產量、優(yōu)化燒結固結機理等燒結工藝參數(shù)。

1.1 燒結杯實驗設備和工藝流程

燒結杯實驗設備和工藝流程如圖1所示，其中配料和混料工序是準備燒結杯實驗的兩個關鍵步驟。

圖1 燒結杯實驗工藝流程

配料，是分析實驗原料的化學成分，測其堿度，計算燒結杯實驗的燒結礦配料方案。據(jù)此計算的結果，稱量所需實驗原料質量，完成燒結杯實驗配料。

混料，是將稱量好的各種原料進行混和。本次燒結杯實驗進行兩次混料，其中一次混料是將原料放進臥式自動攪拌機內加入適量的水開始攪拌，等原料潤濕混勻后倒出；二次混料是將潤濕混勻的一次混合料，加入圓筒混料機內，蓋好蓋子，混合3 min后取出。

1.2 配礦方案

燒結杯實驗原料化學成分如表1所示。由表1可知，所有礦粉混勻后含鐵品位為 53.54%，水分保持在8%。

表1 燒結杯實驗原料化學成分

眾所周知，鐵酸鈣在燒結過程中的液相固結機理，為了評價外配鐵酸鈣的可靠性，采用實驗制備鐵酸鈣，作為燒結杯實驗外配鐵酸鈣原料。其制備的原料為紐曼粉、活性石灰，其中紐曼粉屬赤鐵礦，屬富礦粉且燒結性能較好，紐曼粉的含鐵品位約在62.5%左右。按CaO與Fe2O3摩爾比為1∶1稱量，紐曼粉和活性石灰的比約為3:1。把稱量好的實驗樣品放入較大的剛玉坩堝，混合均勻；混合完畢后，將樣品放入馬弗爐中，爐溫由室溫升至1250 ℃，恒定在1250 ℃維持5 min，確保液相反應充分，恒溫結束后，樣品隨爐冷卻。將實驗制備的鐵酸鈣，采用密封式制樣粉碎機磨成粉，作為燒結杯實驗外配鐵酸鈣原料。

如表2所示，配礦方案有未外配鐵酸鈣方案和外配鐵酸鈣兩種方案，配比按100 kg干料進行。其中內返礦、二次高爐返、除塵灰、一次返礦粉、含釩細鋼渣、除塵灰+雜料、鐵精粉由鋼鐵企業(yè)配為混勻料，共計27.98 kg，燒結杯實驗時直接稱量即可，并對所用燒結礦粉進行系統(tǒng)分析。焦粉水含量較高，在配礦時應注意這一點。表2是進行燒結杯實驗的配料方案，通過控制混料過程中是否配入1%的鐵酸鈣進行燒結，其中在二混過程中添加鐵酸鈣為預熔鐵酸鈣與燒結鐵酸鈣混勻，其配比約為1:4，其余工況條件均保持一致。

表2 燒結杯實驗配料方案

1.3 燒結杯燒結料層參數(shù)及其點火工藝

(1)料面高度

料面高度h，h=H-H1-H2

①

①中H是燒結杯總高度；H1是鋪底料高度；H2是布料高度。

鋪底料高度H1：稱取粒度為10～20 mm的成品燒結礦5 kg作為鋪底料在杯底鋪平，出料面到燒結杯口的高度記作H1，測量并記錄H1的測量數(shù)值。

布料高度H2：稱取一定量的二次混合料，經布料器加入燒結杯中，不能壓實，自然平鋪，然后記下加入的混料質量m1，此時料面到燒結杯口的高度記作H2，測量并記錄H2的測量數(shù)值。

(2)燒結杯燒結點火

開啟液化氣與助燃風機，開始點火燒結，點火時間為2 min，并記錄燒結時間、最高廢氣溫度等燒結過程中有關參數(shù)，并檢驗轉鼓強度、抗磨指數(shù)等指標。

1.4 燒結杯燒結礦轉鼓指數(shù)和抗磨指數(shù)

由表3燒結杯實驗數(shù)據(jù)可知，無論方案1為外配鐵酸鈣還是方案2為外配鐵酸鈣方案，燒結杯實驗鋪底料都是5 kg，標準轉鼓指數(shù)檢測原料也均是15 kg。

表3 燒結杯實驗數(shù)據(jù)

轉鼓指數(shù)的檢測，抗磨指數(shù)的界定，根據(jù)國家標準進行。取粒度在25～40 mm 、16～25 mm、10～16 mm三段范圍的燒結礦，按一定比例計算分別稱量，配成標準轉鼓指數(shù)檢測原料15 kg，以m4計，放入直徑1000 mm，寬度500 mm的轉鼓內，轉鼓轉速為25 r/min，轉動8 min。然后，采用方孔篩對轉鼓檢測試樣，按粒級為6.3 mm和0.5 mm進行篩分。粒度在6.3 mm以上的燒結礦質量以m5計，m5占入鼓燒結礦質量m4的百分比稱為燒結礦的轉鼓指數(shù)。粒度在0.5 mm以下的燒結礦質量以m6計，m6占入鼓燒結礦質量m4的百分比稱為抗磨指數(shù)。

2 實驗結果與分析

2.1 燒結礦質量

2.1.1 燒結礦質量指標

添加制酸副產物燒結杯實驗的燒結礦形貌如圖2所示，添加制酸副產物燒結杯實驗的燒結礦形貌與未添加制酸副產物燒結杯實驗的燒結礦形貌大致相同，從外觀看差別不大。由表4可知，添加制酸副產物燒結杯實驗的燒結礦質量指標主要包括轉鼓指數(shù)和抗磨指數(shù)。其中未外配鐵酸鈣的燒結杯實驗燒結礦轉鼓指數(shù)為46.67%，而外配鐵酸鈣的燒結杯實驗燒結礦轉鼓指數(shù)為62.67%，明顯好于未外配鐵酸鈣的燒結杯實驗燒結礦轉鼓指數(shù)，達到國標二級品燒結礦的要求。無論是未外配鐵酸鈣的燒結杯實驗燒結礦還是外配鐵酸鈣的燒結杯實驗燒結礦，抗磨指數(shù)均為1.33%，遠遠低于國標≤7.00%的標準。由此可見，燒結杯實驗燒結礦抗磨性能優(yōu)異。

圖2 燒結礦試樣形貌圖

表4 燒結杯燒結礦物理性能/%

2.1.2 燒結杯實驗工藝

表5表示燒結杯實驗燒結工藝參數(shù)，方案1燒結準樣為沒有添加鐵酸鈣的燒結杯實驗燒結礦，方案2對比樣為添加鐵酸鈣燒結杯實驗的燒結礦。由表4和表5可知，在保持其他工況一定時，隨著方案2混合料1%鐵酸鈣的配入，轉鼓強度由44.67%大幅提高到62.67%，燒成率由方案1的90.92%提高到方案2的94.38%，利用系數(shù)由方案1的1.36提高到方案2的1.38，成品率由方案1的77.47%提高到方案2的78.95%，都略有提升。然而，燃耗由方案1的52 kg/t降至方案2的49 kg/t，返礦率由方案1的27.51%降至方案2的25.82%，均呈下降的趨勢。由此可見，方案2混合料1%鐵酸鈣的配入燒結杯實驗燒結，在一定程度上提升了燒結礦質量，高質量燒結礦冶煉有助于高爐生產順行，促進產量的增加。

表5 燒結杯實驗燒結參數(shù)

2.2 燒結礦微觀

圖3和圖4所示分別為方案1和方案2兩組燒結礦試樣放大200倍和500倍的顯微礦相圖。由圖2可見，盡管方案1和方案2兩組燒結礦試樣形貌差異不大，但對燒結杯實驗所得方案1和方案2兩組成品燒結礦兩種樣品用奧林巴斯倒置金相顯微鏡進行微觀分析發(fā)現(xiàn)，不添加鐵酸鈣所得成品燒結礦為方案1基準樣與添加鐵酸鈣所得燒結礦為方案2對比樣顯微結構有所不同。由圖3和圖4放大200倍和500倍的燒結礦礦相圖可見，方案1基準樣的礦相顯微結構呈現(xiàn)斑狀、板狀狀結構，這是由于燒結礦中自形晶程都較強的磁鐵礦斑狀晶體與較細粒的黏結相礦物粘結。方案2對比樣的礦相結構相比于方案1基準樣，明顯更緊密，呈現(xiàn)交織狀甚至針狀形態(tài)，說明對比樣的鐵酸鈣形態(tài)更優(yōu)于基準樣，從而添加鐵酸鈣進行燒結獲得的燒結礦冶金性能更優(yōu)于普通燒結礦，燒結礦質量更優(yōu)于普通燒結礦。

方案1基準樣 方案2對比樣

方案1基準樣 方案2對比樣

綜上所述，鐵酸鈣在燒結中的固結作用十分明顯[4-6]，外配鐵酸鈣進行燒結生產是可行的。

3 結論

(1)添加石膏制酸副產物鐵酸鈣燒結杯實驗表明，在保持其他工況不變的情況下，添加鐵酸鈣進行燒結杯燒結，有利于提高燒結礦的轉鼓指數(shù)、燒成率和有效利用系數(shù)，降低單位燃耗。添加制酸副產物的燒結釩鈦磁鐵礦是可行的，拓展了石膏制酸副產物鐵酸鈣應用領域。

(2)添加石膏制酸副產物鐵酸鈣燒結杯燒結礦微觀礦相分析表明，未添加石膏制酸副產物鐵酸鈣燒結礦基準樣呈斑狀、板狀結構對比樣呈交織狀、針狀結構；而添加石膏制酸副產物鐵酸鈣燒結礦對比樣結構致密，優(yōu)于基準樣燒結礦質量，其冶金性能與冷強度均優(yōu)于基準樣燒結礦。