楊改彥,方覺,時國松

(河北聯(lián)合大學(xué)冶金與能源學(xué)院,河北 唐山063009)

0 引 言

隨著鐵礦石以及原燃料價格的增加,各大鋼企都本著開源節(jié)流、降本增效的原則,不斷加大技術(shù)革新和流程優(yōu)化的力度,尤其是在爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面下足了功夫。高堿度燒結(jié)礦具有強度好,冶金性能優(yōu)越,經(jīng)濟(jì)效益可觀的特點,故其作為高爐主要入爐原料的重要地位不可動搖,但是高堿度燒結(jié)礦使用量的增加勢必會加大酸性球團(tuán)礦的使用量,球團(tuán)礦不論是外購還是自產(chǎn),成本都不低,這與各大鋼企的整體利益相悖。為了找到一種替代酸性球團(tuán)的合適原料,低堿度燒結(jié)礦可作為首選原料。本試驗通過對R=0.06-3.0的燒結(jié)礦進(jìn)行研究(其中0.06為不配石灰粉情況下燒結(jié)混合料的堿度),初步分析不同堿度燒結(jié)礦與燒結(jié)時間、燒成率、常溫抗壓強度等燒結(jié)工藝的關(guān)系,從而對高低堿度燒結(jié)礦合理搭配提供一些參考值,并且也為后續(xù)研究提供依據(jù)。

1 試驗內(nèi)容

1.1 燒結(jié)礦試樣的制備

試驗中燒結(jié)試樣的制取由本實驗室自行設(shè)計開發(fā)的 Φ60mm的小型燒結(jié)杯模擬現(xiàn)場生產(chǎn)進(jìn)行燒結(jié)試驗,其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。燒結(jié)所用礦粉和焦粉均由唐鋼燒結(jié)廠提供,石灰粉為實驗室自備。原燃料化學(xué)成分分析結(jié)果如表1,表2所示。

根據(jù)唐鋼所用礦粉使用情況,實驗中燒結(jié)原料的配礦方案是:20%冀東精粉+35%進(jìn)口礦粉A+ 45%進(jìn)口礦粉 B。實驗中每杯燒結(jié)杯所裝混合料210g、鋪底料15g、點火木炭20g、總重為245g。燒結(jié)過程中的鼓風(fēng)量為 1.6 m3?h-1,燒結(jié)溫度為1070℃。

圖1 小型燒結(jié)杯結(jié)構(gòu)示意圖

表1 焦粉的化學(xué)成分/%

表2 原料化學(xué)成分/%

1.2 抗壓試驗

因小型燒結(jié)杯加工的產(chǎn)品呈圓柱體,截面直徑約40 mm,所以需用巖石切片機將外觀良好的燒結(jié)礦切成厚15±0.2mm的片狀,每一個堿度燒結(jié)礦制取10個試樣,然后再采用彈簧壓力機對每個堿度下的10個片狀燒結(jié)試樣進(jìn)行抗壓試驗,再根據(jù)式(1)計算出每個燒結(jié)試樣的抗壓值,然后對10個試樣求平均值作為此堿度下燒結(jié)礦的抗壓值。。

式中:P—抗壓值,MPa;

F—壓力值,N;

S—橫截面積,mm2。

2 試驗結(jié)果及分析

燒結(jié)杯試驗結(jié)果見表3～8。

表3 燒結(jié)試驗參數(shù)(堿度0.06-3.0)

表4 R=2.4時燒結(jié)試驗參數(shù)

表5 R=1.8時燒結(jié)試驗參數(shù)

表6 R=1.3時燒結(jié)試驗參數(shù)

表7 R=1.1時燒結(jié)試驗參數(shù)

表8 R=0.7時燒結(jié)試驗參數(shù)

這里要說明的是因為本次試驗熔劑全部使用的是石灰,所以配碳量相對高一些,加上小型燒結(jié)杯有邊緣效應(yīng),為了減少邊緣效應(yīng)也要多配碳,正常情況下,本實驗中配碳量要比實際生產(chǎn)中多0.5～0.8個百分比。

從表3可以看出燒結(jié)礦的常溫抗壓強度隨著堿度的增大是先降低到一最小值然后再升高到一峰值,后又有所回落的一個趨勢。明顯分界點為R=1.2時,此時的常溫抗壓強度SP僅為8.89MPa,最大值是在堿度為2.8時,SP=34.26MPa。R=1.2時,燒結(jié)礦為自熔性燒結(jié)礦,其粘結(jié)相是由脆性大的鈣鐵橄欖石代替了強度好的鐵橄欖石,并且在這個堿度內(nèi)極易發(fā)生正硅酸鈣的相變,使體積膨脹引起粉化從而導(dǎo)致強度最低。R＜1.2時,隨著堿度的增加燒結(jié)礦強度是逐漸下降的,這是因為在堿度小于1的區(qū)間內(nèi)燒結(jié)礦屬于低堿度燒結(jié)礦,低堿度燒結(jié)礦的粘結(jié)相主要是鐵橄欖石,鐵橄欖石強度很好,且在堿度低時含量多,所以在低堿度范圍內(nèi)堿度的增加會使鐵橄欖石量減少所以燒結(jié)礦強度會降低。堿度在1.0～1.2的燒結(jié)礦屬于自熔性燒結(jié)礦,此時強度好的鐵橄欖石逐漸被脆性大的鈣鐵橄欖石代替,并且此時正硅酸鈣的量也開始增加,并逐漸對燒結(jié)礦強度起主要影響作用。因此隨堿度增加正硅酸鈣增多,強度降低,到堿度為1.2時強度最低。R＞1.2時,隨著堿度的增加,燒結(jié)礦強度呈上升趨勢,但堿度為2.8以后燒結(jié)礦強度略有降低。這是因為堿度大于1.2后燒結(jié)礦粘結(jié)相中鐵酸鈣和正硅酸鈣的數(shù)量逐漸增多,且鐵酸鈣逐漸對燒結(jié)礦強度占主要作用,鐵酸鈣是強度和還原性都很好的一種粘結(jié)相,但堿度過高也會生成強度差一些的鐵酸二鈣,所以堿度大于1.2后燒結(jié)礦強度逐漸升高,到2.8時達(dá)到最高,強度為34.26MPa,堿度再增高燒結(jié)礦的強度有所回落。

從表3及表4～8可以看出燒結(jié)礦的燒成率在低堿度和高堿度范圍內(nèi)較好,自熔性堿度范圍內(nèi)的較差。燒結(jié)時間和配碳量與燒結(jié)礦堿度沒有明顯的關(guān)系。

表4～8是對選出的幾個代表性堿度0.7,1.1,1.3,1.8,2.4的燒結(jié)原料進(jìn)行燒結(jié)所得數(shù)據(jù)。通過對表4～8橫向和縱向?qū)Ρ瓤梢钥闯鰺Y(jié)礦的抗壓強度和燒成率均隨著燒結(jié)配碳量的增加而升高。

通過表3～8知在超高堿度和超低堿度范圍內(nèi)燒結(jié)原料的配碳量相對高些,主要是因本實驗熔劑全為石灰粉,石灰分解吸熱,故高堿度燒結(jié)礦配碳量較多;低堿度燒結(jié)礦中液相量較少,為了達(dá)到適合的強度和燒成率也必須加大配碳量,故低堿度配碳也較多。

綜合表3～8可以總結(jié)出不論何種堿度燒結(jié)礦,可以通過適當(dāng)?shù)脑龃笈涮剂縼硖岣邿Y(jié)礦的強度和燒成率。表4～8中顯示出R=2.4時適宜的配碳量為5.23;R=1.8時適宜的配碳量為4.5;R=1.3時適宜配碳量為4.42;R=1.1時適宜配碳量4.42;R=0.7時適宜配碳量為4.58?？v觀表3～8數(shù)據(jù)并考慮小型燒結(jié)杯的邊緣效應(yīng),整個堿度范圍內(nèi)適宜的燒結(jié)配碳量為5.3%。

3 結(jié) 論

(1)燒結(jié)礦常溫抗壓強度隨著堿度的增加呈先降低后升高然后又回落的趨勢。其中最低點出現(xiàn)在R= 1.2時,最高點在R=2.8時。

(2)高堿度和低堿度范圍內(nèi)燒結(jié)礦的燒成率較高,自熔性范圍內(nèi)燒結(jié)率較低。

(3)在本實驗燒結(jié)配碳量下,燒結(jié)礦的燒成率和常溫抗壓強度均隨配碳量的增加而升高。(4)燒結(jié)時間和燒結(jié)礦堿度沒有明顯的關(guān)系。

(5)整個堿度范圍內(nèi)適宜的燒結(jié)配碳量為5.3%。

[1] 李炳煥,郎建峰.燒結(jié)礦出現(xiàn)強度-堿度低凹區(qū)的機理研究[J].礦產(chǎn)綜合利用,2002(6):28～31.

[2] 王筱留.高爐生產(chǎn)知識問答[M].2版.北京:冶金工業(yè)出版社,2004

[3] 王筱留.鋼鐵冶金學(xué)(煉鐵部分)[M].2版.北京:冶金工業(yè)出版社,2000

[4] 周傳典.高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊[J].北京:冶金工業(yè)出版社,2002