王金龍,賈文君,郭蘭芬,劉曉明

(河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼生產(chǎn)制造部,河北邯鄲 056015)

燒結(jié)溫度與堿度對(duì)鐵礦粉液相流動(dòng)性影響規(guī)律研究

王金龍,賈文君,郭蘭芬,劉曉明

(河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼生產(chǎn)制造部,河北邯鄲 056015)

對(duì)邯鋼燒結(jié)近年來(lái)使用的12種鐵礦粉進(jìn)行了不同溫度和堿度條件下鐵礦粉流動(dòng)性指數(shù)變化規(guī)律試驗(yàn),結(jié)果顯示鐵礦粉的流動(dòng)性能受溫度與堿度的影響明顯,有9種鐵礦粉的流動(dòng)性指數(shù)與溫度的擬合直線方差達(dá)到0.9以上,其中沙河精粉、小巴卡粉和高堿粉等隨溫度的升高流動(dòng)性指數(shù)變化幅度過(guò)大,溫控性差,對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定性會(huì)造成一定的影響。

溫度;堿度;鐵礦粉;液相流動(dòng)性

1 引言

燒結(jié)優(yōu)化配礦技術(shù)是燒結(jié)工序乃至高爐煉鐵工序降本增效的關(guān)鍵技術(shù),也是學(xué)者和技術(shù)人員研究的重點(diǎn)方向,2000年鐵礦石基礎(chǔ)特性概念的提出[1],為企業(yè)合理使用資源、高效配礦提供了重要的分析依據(jù),其中的鐵礦粉液相流動(dòng)性不僅能夠反映出鐵礦粉在燒結(jié)過(guò)程中生成液相數(shù)量的程度,同時(shí)也可對(duì)生成液相的有效固結(jié)范圍進(jìn)行定量計(jì)算,是評(píng)價(jià)鐵礦粉燒結(jié)性能的重要指標(biāo)。然而影響鐵礦粉液相流動(dòng)性的因素有很多,如鐵礦粉的化學(xué)成分、礦物組成以及燒結(jié)的溫度和堿度等,前兩者決定了鐵礦粉的流動(dòng)性能,后兩者則可以作為調(diào)控手段來(lái)獲取燒結(jié)過(guò)程適宜的液相流動(dòng)性。而且隨著企業(yè)成本壓力的增大,燒結(jié)用鐵礦粉出現(xiàn)劣質(zhì)化,劣質(zhì)的鐵礦粉受SiO2含量和有害元素的影響在燒結(jié)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)流動(dòng)性波動(dòng)大、生產(chǎn)穩(wěn)定性降低的現(xiàn)象[2],因此,開(kāi)展燒結(jié)溫度與堿度對(duì)鐵礦粉液相流動(dòng)性能的影響研究,不僅能夠深入了解鐵礦粉的流動(dòng)特性,而且對(duì)于燒結(jié)優(yōu)化配礦結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定生產(chǎn)等均有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

2 鐵礦粉流動(dòng)性試驗(yàn)

邯鋼燒結(jié)用鐵礦粉品種多、來(lái)源廣,進(jìn)口礦粉以澳系的PB、紐曼、楊迪、國(guó)王粉為主,國(guó)內(nèi)精粉使用量少,多為邯邢精粉、高堿粉、沙河精粉等,本次試驗(yàn)選取邯鋼常用鐵礦粉共12種,其中進(jìn)口礦粉9種,國(guó)產(chǎn)精粉3種,各鐵礦粉化學(xué)成分組成見(jiàn)表1。

堿度對(duì)燒結(jié)液相的生成影響極大,為使本次試驗(yàn)更具指導(dǎo)意義,堿度的設(shè)定綜合考量了兩方面的因素,首先燒結(jié)初始液相產(chǎn)生在粘附粉與白灰的混合物中,應(yīng)當(dāng)以粘附粉的實(shí)際堿度為依據(jù);其次隨著進(jìn)口礦粉配加量的增大,燒結(jié)料中大顆粒礦石比例有增多的趨勢(shì),粘附粉的堿度也在升高;因此試驗(yàn)堿度設(shè)定為R=4.0和R=4.5兩個(gè)級(jí)別更符合實(shí)際。試驗(yàn)溫度設(shè)定為1240℃、1260℃、1280℃、1300℃四個(gè)燒結(jié)過(guò)程溫度點(diǎn),分別測(cè)定鐵礦粉在這四個(gè)溫度下的流動(dòng)能力,表2為本次試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果。

表1 邯鋼常用的鐵礦粉化學(xué)成分(%)

表2 鐵礦石液相流動(dòng)性試驗(yàn)結(jié)果

3 試驗(yàn)分析

3.1 溫度對(duì)流動(dòng)性影響分析

溫度是影響鐵礦粉燒結(jié)過(guò)程液相流動(dòng)性的一個(gè)重要因素,其作用可概括為兩方面:一是確保粘附粉中的物理化學(xué)反應(yīng)條件,并加快低熔點(diǎn)化合物的生成速度;二是提高燒結(jié)液相的過(guò)熱度,降低液相粘度[3]。對(duì)12種鐵礦粉分別進(jìn)行了溫度與流動(dòng)性指數(shù)的擬合曲線分析、溫度敏感性和堿度敏感性分析,結(jié)果見(jiàn)表3。

3.1.1 溫度與流動(dòng)性指數(shù)的擬合分析

表3列出了12種鐵礦粉溫度與流動(dòng)性指數(shù)的擬合曲線方程以及該曲線的方差,對(duì)其中擬合較好的紐曼粉和高堿粉進(jìn)行繪圖(見(jiàn)圖1),并分析表2和表3的數(shù)據(jù),可得出如下結(jié)論。

(1)鐵礦粉液相流動(dòng)性與溫度之間呈現(xiàn)出明顯的正相關(guān)關(guān)系,鐵礦粉的流動(dòng)性能隨溫度的升高而顯著提高,而其中楊迪礦粉的流動(dòng)性指數(shù)在堿度為4.0和4.5條件下均出現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),即1300℃的流動(dòng)性指數(shù)要低于1280℃下的,這可能是由于楊迪礦粉同化性強(qiáng)(同化溫度低于1200℃),極易與CaO發(fā)生反應(yīng),并且初始液相具有粘度低、易流動(dòng)的特點(diǎn),但是在1300℃下初始液相在短時(shí)間內(nèi)與未反應(yīng)礦粉形成了新的液相有關(guān);而有些礦粉的流動(dòng)性指數(shù)在溫度達(dá)到一定條件后會(huì)出現(xiàn)跳躍式增長(zhǎng),如高堿粉在堿度為4.5,溫度為1280℃時(shí)流動(dòng)性指數(shù)從5.76猛增至8.12,因此燒結(jié)溫度對(duì)鐵礦粉液相生成影響巨大,在生產(chǎn)中要對(duì)所用礦粉的液相生成性能有足夠的了解。

表3 鐵礦粉流動(dòng)性試驗(yàn)綜合分析

圖1 溫度與流動(dòng)性指數(shù)擬合曲線

(2)有9種鐵礦粉擬合曲線的方差達(dá)到0.9以上,說(shuō)明擬合值與實(shí)測(cè)值偏離程度小,可以采用擬合方程定量計(jì)算鐵礦粉在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)的流動(dòng)性指數(shù),其中南非粉和北非粉擬合曲線方差為0.84和0.75,這是由于這兩種礦粉的流動(dòng)性在一定溫度下出現(xiàn)跳躍式增長(zhǎng),而楊迪礦粉是由于其流動(dòng)性先升高后降低的特殊性,掌握了這些鐵礦粉的流動(dòng)性能后,我們可以以流動(dòng)性互補(bǔ)為原則,通過(guò)擬合方程計(jì)算配礦結(jié)構(gòu)的綜合流動(dòng)性指數(shù)是否適宜,這對(duì)優(yōu)化燒結(jié)原料結(jié)構(gòu)和降低燒結(jié)燃耗提供了一條重要的參考依據(jù)。

3.1.2 鐵礦粉溫度敏感性分析

圖2為燒結(jié)過(guò)程溫度對(duì)鐵礦石流動(dòng)性影響規(guī)律箱線圖,圖中兩條橫線為鐵礦石適宜流動(dòng)性的上下限,每個(gè)圖例的底部為1240℃的流動(dòng)性指數(shù),頂部為1300℃的流動(dòng)性指數(shù),由圖可見(jiàn):

圖2 溫度對(duì)鐵礦石流動(dòng)性影響規(guī)律圖

(1)巴卡粉、邯邢精粉、南非精粉、PB粉在整個(gè)燒結(jié)過(guò)程溫度范圍內(nèi)其流動(dòng)性指數(shù)都在適宜范圍以下,其中巴卡、邯邢、南非精粉幾乎不流,PB粉則生成液相不足、流動(dòng)性差;紐曼粉、國(guó)王粉、小巴卡、沙河精粉可以通過(guò)溫度控制而獲得適宜的流動(dòng)性;楊迪粉、南非礦粉、高堿粉、北非粉則在整個(gè)燒結(jié)溫度內(nèi)流動(dòng)性都高于適宜范圍,北非甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于適宜值,流動(dòng)性過(guò)強(qiáng)。

(2)巴卡粉、邯邢精粉、南非精粉、楊迪粉在整個(gè)燒結(jié)過(guò)程的溫度范圍內(nèi)流動(dòng)性指數(shù)變化不大,在生產(chǎn)中對(duì)燒結(jié)溫度要求不高,溫控性好、生產(chǎn)穩(wěn)定性高;小巴卡、沙河精粉、高堿粉、北非粉流動(dòng)性變化幅度過(guò)大,對(duì)于燒結(jié)生產(chǎn)會(huì)造成一定困難,溫控性差,生產(chǎn)穩(wěn)定性低。

3.2 堿度對(duì)鐵礦粉流動(dòng)性影響分析

圖3為燒結(jié)堿度對(duì)鐵礦粉流動(dòng)性影響規(guī)律圖,由圖可見(jiàn):

(1)堿度提高,意味著CaO的加入量增加,CaO與含鐵礦物的接觸面積增大,有利于改善生成低熔點(diǎn)液相的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件,由試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn),堿度對(duì)鐵礦粉流動(dòng)性指數(shù)影響明顯,同種鐵礦粉在同一溫度條件下隨著堿度的升高流動(dòng)性指數(shù)明顯提高。

圖3 堿度對(duì)鐵礦石流動(dòng)性影響規(guī)律圖

(2)巴卡粉、南非精粉和北非粉對(duì)堿度不敏感;沙河精粉、南非礦粉和高堿粉則在堿度變化后流動(dòng)性指數(shù)產(chǎn)生了較大的波動(dòng),對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定不利;其余鐵礦粉的溫度敏感性居中。

4 結(jié)論

(1)溫度與堿度是影響鐵礦粉液相流動(dòng)性能的重要因素,生產(chǎn)中應(yīng)嚴(yán)格控制這兩個(gè)要素,以保證燒結(jié)生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

(2)有9種鐵礦粉擬合曲線的方差達(dá)到0.9以上,說(shuō)明擬合值與實(shí)測(cè)值偏離程度小,可以采用擬合方程定量計(jì)算鐵礦粉在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)的流動(dòng)性指數(shù)。

(3)沙河精粉、小巴卡粉和高堿粉等隨溫度的升高流動(dòng)性指數(shù)變化幅度過(guò)大,對(duì)于生產(chǎn)會(huì)造成一定影響,溫控性差、生產(chǎn)穩(wěn)定性低;沙河精粉和高堿粉等隨堿度變化流動(dòng)性指數(shù)出現(xiàn)較大波動(dòng),對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)不利。

[1] 吳勝利.鐵礦石的燒結(jié)基礎(chǔ)特性之新概念[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào),2002,24(3):254-257.

[2] 吳勝利.鐵礦粉燒結(jié)優(yōu)化配礦技術(shù)的研究進(jìn)展[C]//中國(guó)金屬學(xué)會(huì).第十屆中國(guó)鋼鐵年會(huì)論文集.北京:冶金工業(yè)出版社,2015.

[3] 閻麗娟,吳勝利,尤 藝,等.各種鐵礦粉的液相流動(dòng)性及其互補(bǔ)配礦方法的研究[J].燒結(jié)球團(tuán),2013,38(6):1 -5.

Study on the Rule of Iron Ore Powder’s Liquid Phase Fluidity Influenced by Sintering Temperature and Basicity

WANG Jinlong,JIA Wenjun,GUO Lanfen,LIU Xiaoming
(Manufacturing Department,Handan Iron and Steel Company, Hebei Iron and Steel Group,Handan 056015,Hebei,China)

Variation tests about iron ore powder’s liquid phase fluidity index of 12 kinds of iron ore powder of Hansteel used in recent years have been done.The results showed that iron ore powder’s liquid phase fluidity was influenced obviously by sintering temperature and basicity.Fitting straight line variance of fluidity index and temperature of 9 kinds of iron ore powder achieved over 0.9 and the fluidity indexes of Shahe powder、Baca powder and Gaojian powder were changed largely with temperature increasing which influenced temperature control and producing stability.

temperature,basicity,iron ore powder,liquid phase fluidity

TF045

A

1001-5108(2017)03-0018-04

王金龍,高級(jí)工程師,主要從事鐵前工藝研究工作。