劉慶華

(中冶北方工程技術(shù)有限公司，遼寧 大連 116000)

0 引言

隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，高爐精料方針也隨之提出，促進(jìn)了燒結(jié)、球團(tuán)等造塊工藝的發(fā)展。雖然球團(tuán)礦在強(qiáng)度和冶金性能方面比燒結(jié)礦有一定的優(yōu)勢(shì)，但是燒結(jié)工藝在處理復(fù)雜含鐵原料以及生產(chǎn)高堿度熟料方面的作用卻是目前球團(tuán)工藝無法取代的[1]，特別是在氣體燃料缺乏的地區(qū)，燒結(jié)比球團(tuán)工藝更具有優(yōu)勢(shì)。一般的情況下，選礦廠生產(chǎn)的鐵精礦粒度細(xì)，不適合燒結(jié)制粒，更適合球團(tuán)生產(chǎn)工藝。但是，球團(tuán)工藝適合處理的含鐵原料基本局限于鐵精礦，以磁鐵精礦為主，對(duì)于赤鐵礦、褐鐵礦等都不太適用。而燒結(jié)工藝卻能處理各種含鐵原料，特別是小球燒結(jié)工藝在處理鐵精礦燒結(jié)方面有著一定的優(yōu)勢(shì)。隨著鐵礦資源的利用，選礦得到的高品位赤鐵礦也將被用于鋼鐵生產(chǎn)中。這類赤鐵礦品位高，雜質(zhì)少，所以研究如何有效的利用赤鐵精礦生產(chǎn)高爐熟料，將對(duì)鋼鐵生產(chǎn)的發(fā)展具有一定的意義。

1 原料的特點(diǎn)

由于赤鐵礦不太適合球團(tuán)生產(chǎn)工藝，同時(shí)又由于本研究中所用的精礦粒度很細(xì)，也不太適合普通燒結(jié)工藝。為了解決超細(xì)赤鐵精礦的應(yīng)用難題，采用小球燒結(jié)工藝來探索超細(xì)赤鐵精礦生產(chǎn)燒結(jié)礦的可行性。試驗(yàn)中所用的試驗(yàn)原料主要化學(xué)成分和物理特性如表1、表2和表3所示。

表1 原料化學(xué)性質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

表2 赤鐵礦中鐵物相分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

表3 鐵精礦粒度組成檢測(cè)結(jié)果

由鐵精礦主要化學(xué)成分可以看出：鐵精礦品位比較高，在65.0%以上，而且雜質(zhì)少。作為燒結(jié)原料，精礦中SiO2含量比較低，只有4.01%，更適合生產(chǎn)高堿度的燒結(jié)礦。由赤鐵礦中鐵的物相分析結(jié)果可以看出，試驗(yàn)所用鐵精礦中鐵主要以赤鐵礦形式存在，此種鐵精礦不適合球團(tuán)使用，除此之外還含有一定量的褐鐵礦，這對(duì)燒結(jié)也會(huì)有一定的不利影響。從原料的粒度組成可以看出，這種鐵精礦粒度非常細(xì)，比表面積也非常大，在燒結(jié)中很少用到，這樣大的比表面積即使在球團(tuán)用精礦中也不多見。

2 研究方法

試驗(yàn)前根據(jù)設(shè)定的燒結(jié)礦堿度和燃料用量進(jìn)行配料計(jì)算，將鐵精礦和熔劑以及燃料按計(jì)算的比例進(jìn)行混合。一次混合采用人工混合方式，先在混合料中加入部分水進(jìn)行混勻，再將一次混合后的混合料裝入規(guī)格為Ф600 mm×1 200 mm的圓筒混合機(jī)中，進(jìn)行二次混合造小球，邊混合邊加水，待混合一定時(shí)間后，邊混合邊加入外配的焦粉，并滾焦粉1 min。檢測(cè)混合料的水分、粒度組成及混合料透氣性指數(shù)。

燒結(jié)試驗(yàn)是在燒結(jié)杯試驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)室燒結(jié)杯試驗(yàn)系統(tǒng)主要有由筒形布料器、燒結(jié)杯(Ф250和Ф150燒結(jié)杯)、燒結(jié)抽風(fēng)機(jī)、點(diǎn)火器、助燃風(fēng)機(jī)等組成。燒結(jié)杯底部放有孔徑Φ6 mm的箅子，箅子上鋪有粒度為10～20 mm的鋪底料，鋪底料高度約20 mm。將混合料由筒形布料器均勻布入燒結(jié)杯中，根據(jù)設(shè)定的點(diǎn)火制度由點(diǎn)火器進(jìn)行點(diǎn)火燒結(jié)。點(diǎn)火完成后在設(shè)定的燒結(jié)負(fù)壓下進(jìn)行燒結(jié)試驗(yàn)，并記錄燒結(jié)時(shí)間。

燒結(jié)結(jié)束后，將燒結(jié)餅倒出燒結(jié)杯，并記錄燒結(jié)餅質(zhì)量。燒結(jié)餅經(jīng)破碎機(jī)破碎后，進(jìn)行燒結(jié)礦落下強(qiáng)度試驗(yàn)，燒結(jié)礦被提升至2 m高度后落下，反復(fù)落下三次后，燒結(jié)礦放入多層往復(fù)篩篩分，篩框尺寸：800 mm×500 mm ，篩孔尺寸：5 mm×5 mm、10 mm×10 mm、16 mm×16 mm、25 mm×25 mm和40 mm×40 mm 。大于5 mm粒級(jí)為成品燒結(jié)礦，小于5 mm粒級(jí)為返礦。對(duì)成品燒結(jié)礦進(jìn)行轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、抗磨指數(shù)檢測(cè)。

轉(zhuǎn)鼓檢測(cè)設(shè)備采用1/2 ISO標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)格Ф1 000 mm×250 mm，轉(zhuǎn)速為25 r/min 。按各粒級(jí)所占比例，取40～10 mm粒級(jí)燒結(jié)礦7.5 kg，裝入鼓中，轉(zhuǎn)200轉(zhuǎn)，以+6.3 mm粒級(jí)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為轉(zhuǎn)鼓指數(shù)，小于0.5 mm粒級(jí)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為抗磨指數(shù)。并取樣進(jìn)行燒結(jié)礦化學(xué)成分分析和冶金性能檢測(cè)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 混合料制粒

燒結(jié)能夠進(jìn)行，燒結(jié)混合料必須有一定的粒度組成。二混是混合料制粒的主要階段，二混的時(shí)間和二混加水量是影響混合料粒度組成的主要因素。實(shí)驗(yàn)中一次混合采用人工混合，并加入總加水量的60%～70%，混勻后裝入圓筒混合機(jī)內(nèi)進(jìn)行二次混合制粒，邊混合邊加水，待混合一定時(shí)間后，加入外配的焦粉，滾焦粉時(shí)間固定1 min。圓筒混合機(jī)轉(zhuǎn)速15 r/min。

試驗(yàn)探討混合料水分以及二次混合強(qiáng)化制粒時(shí)間對(duì)混合料粒度組成及混合料透氣性指數(shù)的影響。二混時(shí)間以二混后混合料小球粒度+3 mm粒級(jí)>80%為主要考核目標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 二混制粒造球試驗(yàn)結(jié)果

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著混合料水分的不斷增加，混合料中+3 mm粒級(jí)含量呈現(xiàn)出由逐漸提高到再逐漸降低的規(guī)律。如當(dāng)混合料水分由8.0%增加到9.0%時(shí)，+3 mm粒級(jí)由68.8%增加到92.2%。當(dāng)混合料水分由9.0%增加到11.0%時(shí)，+3 mm粒級(jí)由92.2%逐漸降到66.0%。隨著二混時(shí)間由4 min延長(zhǎng)至4.5 min和5.0 min，混合料粒度組成中+10～8 mm粒級(jí)明顯增加，透氣性指數(shù)增高。但透氣性過高時(shí)垂直燒結(jié)速度加快，會(huì)影響燒結(jié)礦質(zhì)量。綜合考慮，在保證混合料+3 mm粒級(jí)滿足≥80%情況下，二混制粒造球時(shí)間選擇4 min(其中含1 min滾焦粉時(shí)間)。

試驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)，由于鐵精礦粒度非常細(xì)，同一般粗粒燒結(jié)原料相比制粒相比，其吸水性強(qiáng)，加水量較多時(shí)才易成球，二混加水時(shí)成球效果顯著，二混加水量占總加水量的30%～40%為宜，和礦粉制粒有著較大區(qū)別?；旌狭闲螤钜郧蛐螢橹?，混合料透氣性比鐵礦粉混合料要好。

通過混合料水分試驗(yàn)和二混時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果的分析，可以確定混合料水分以9.0%～9.5%為宜，二混制粒時(shí)間4 min為宜。

3.2 燒結(jié)試驗(yàn)

3.2.1 混合料水分試驗(yàn)

試驗(yàn)是在前面混合制粒試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。試驗(yàn)中設(shè)定燒結(jié)礦堿度1.8，焦粉用量5.5%，其中內(nèi)配20%，外配80%，二混制粒造球時(shí)間4 min(含滾焦粉1 min),料層高度600 mm ,點(diǎn)火溫度1 150±50 ℃、點(diǎn)火負(fù)壓5 880 Pa，點(diǎn)火時(shí)間1 min，燒結(jié)負(fù)壓11 760 Pa。探討混合料水分對(duì)燒結(jié)指標(biāo)的影響。試驗(yàn)得到混合料水分對(duì)燒結(jié)礦成品率、燒結(jié)工藝?yán)孟禂?shù)和燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度影響規(guī)律見圖1混合料水分對(duì)燒結(jié)技術(shù)指標(biāo)的影響(a)、(b)和(c)。

(a)混合料水分與成品率

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著混合料水分由8.48%增加至10.40%時(shí)，利用系數(shù)和轉(zhuǎn)鼓指數(shù)提高，但是成品率卻在混合料水分9.0%～9.5%之間出現(xiàn)了峰值，這與前面混合料水分試驗(yàn)確定的適宜混合料水分一致，這表明制粒效果對(duì)赤鐵精礦燒結(jié)礦成品率影響更直接。通過混合料水分燒結(jié)試驗(yàn)也可以看出，在混合料水分適宜的情況，超細(xì)赤鐵精礦也可以用于燒結(jié)工藝。

3.2.2 燃料用量試驗(yàn)

混合料含碳量對(duì)燒結(jié)料層的溫度、氣氛、燒結(jié)速度、Fe0含量及轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度等燒結(jié)產(chǎn)質(zhì)量起到?jīng)Q定性作用的重要因素之一。在燒結(jié)礦中Fe0含量≤10%的情況下，盡量提高燒結(jié)礦的成品率、利用系數(shù)和轉(zhuǎn)鼓指數(shù)。

試驗(yàn)中設(shè)定燒結(jié)礦堿度1.8，焦粉內(nèi)配20%、外配80%，混合機(jī)混合制粒造球時(shí)間4 min(含滾焦粉1 min),料層高度600 mm ,點(diǎn)火溫度1 150±50 ℃、點(diǎn)火負(fù)壓5 880 Pa，點(diǎn)火時(shí)間1 min，燒結(jié)負(fù)壓11 760 Pa。探討燃料用量對(duì)燒結(jié)指標(biāo)的影響，試驗(yàn)結(jié)果如表5。

表5 焦粉用量試驗(yàn)結(jié)果

隨著焦粉量由5.0%增加到5.3%和5.5%，燒結(jié)垂直速度、成品率、利用系數(shù)和轉(zhuǎn)鼓指數(shù)提高，成品率略有提高，但是當(dāng)燃料用量增加到5.8%時(shí)，燒結(jié)礦強(qiáng)度指標(biāo)和燒結(jié)工藝技術(shù)指標(biāo)均有所下降，因此1.8堿度時(shí)焦粉用量以5.5%為宜。

3.2.3 燒結(jié)礦堿度試驗(yàn)

適當(dāng)?shù)臒Y(jié)礦堿度，可改善燒結(jié)礦的機(jī)械強(qiáng)度和冶金性能，從而提高燒結(jié)礦的質(zhì)量。特別是對(duì)于硅含量較低的赤鐵礦燒結(jié)而言，提高燒結(jié)礦堿度，可以增加粘結(jié)相，提高燒結(jié)礦的強(qiáng)度。考核燒結(jié)工藝的成品率、利用系數(shù)、燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)和抗磨指數(shù)等指標(biāo)，時(shí)間結(jié)果如表6所示。

表6 堿度燒結(jié)試驗(yàn)結(jié)果

由燒結(jié)堿度條件試驗(yàn)可以看出，燒結(jié)礦由1.8提高到2.2，燒結(jié)礦的成品率和利用系數(shù)沒有明顯的變化趨勢(shì)。燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和抗磨指數(shù)隨著堿度的提高有所改善，這表明燒結(jié)礦強(qiáng)度隨著堿度提高得到了提高。但是隨著堿度的提高，適宜的焦粉用量增加。如2.0堿度時(shí)焦粉量由5.5%提高到5.8%，2.2堿度時(shí)焦粉量由5.8%提高到6.0%。通過燒結(jié)堿度試驗(yàn)可以看出，1.8堿度時(shí)適宜的焦粉用量為5.5%，2.0堿度時(shí)適宜的焦粉用量為5.8%，2.2堿度時(shí)適宜的焦粉用量為6.0%?？偟膩砜?，在燒結(jié)工藝制度適宜的情況下，超細(xì)赤鐵精礦的燒結(jié)礦強(qiáng)度和燒結(jié)技術(shù)指標(biāo)均比較好。

3.3 冶金性能檢測(cè)

對(duì)不同堿度條件的燒結(jié)礦進(jìn)行冶金性能進(jìn)行檢測(cè)，探討超細(xì)赤鐵精礦的燒結(jié)礦在高爐冶煉中的行為。對(duì)1.8堿度、2.0堿度和2.2堿度的燒結(jié)礦分別進(jìn)行還原度、低溫還原粉化和荷重還原軟化—熔滴性能檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果如表7所示。

表7 燒結(jié)礦冶金性能檢測(cè)結(jié)果

由燒結(jié)礦冶金性能檢測(cè)結(jié)果可以看出，三種堿度燒結(jié)礦的還原度非常高；除1.8堿度的燒結(jié)礦外，2.0堿度和2.2堿度的燒結(jié)礦低溫還原粉化性能也比較好；除1.8堿度的燒結(jié)礦的軟化區(qū)間比較寬外，2.0堿度和2.2堿度燒結(jié)礦的軟熔性能比較好?？偟膩砜矗?xì)赤鐵精礦在堿度合適的情況下可以生產(chǎn)出冶金性能較好的燒結(jié)礦。

4 結(jié)語

通過對(duì)超細(xì)赤鐵精礦燒結(jié)試驗(yàn)的研究，在混合料水分適宜的情況下，超細(xì)赤鐵精礦通過圓筒混料機(jī)可以得到適合燒結(jié)的混合料粒度組成，但二混加水比例比較高。在堿度適宜的情況下，可以生產(chǎn)出強(qiáng)度指標(biāo)和冶金性能均較好的燒結(jié)礦，且燒結(jié)工藝技術(shù)指標(biāo)也比較好。所以對(duì)于超細(xì)的赤鐵精礦，可以通過探索應(yīng)用于小球燒結(jié)工藝來生產(chǎn)高堿度燒結(jié)礦。