燒結礦堿度與燒結工藝參數的關系

楊改彥,方覺,時國松

(河北聯合大學冶金與能源學院,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流、降本增效的原則,不斷加大技術革新和流程優化的力度,尤其是在爐料結構優化方面下足了功夫。高堿度燒結礦具有強度好,冶金性能優越,經濟效益可觀的特點,故其作為高爐主要入爐原料的重要地位不可動搖,但是高堿度燒結礦使用量的增加勢必會加大酸性球團礦的使用量,球團礦不論是外購還是自產,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的合適原料,低堿度燒結礦可作為首選原料。本試驗通過對R=0.06-3.0的燒結礦進行研究(其中0.06為不配石灰粉情況下燒結混合料的堿度),初步分析不同堿度燒結礦與燒結時間、燒成率、常溫抗壓強度等燒結工藝的關系,從而對高低堿度燒結礦合理搭配提供一些參考值,并且也為后續研究提供依據。

1 試驗內容

1.1 燒結礦試樣的制備

試驗中燒結試樣的制取由本實驗室自行設計開發的 Φ60mm的小型燒結杯模擬現場生產進行燒結試驗,其結構圖如圖1所示。燒結所用礦粉和焦粉均由唐鋼燒結廠提供,石灰粉為實驗室自備。原燃料化學成分分析結果如表1,表2所示。

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

圖1 小型燒結杯結構示意圖

表1 焦粉的化學成分/%

表2 原料化學成分/%

1.2 抗壓試驗

因小型燒結杯加工的產品呈圓柱體,截面直徑約40 mm,所以需用巖石切片機將外觀良好的燒結礦切成厚15±0.2mm的片狀,每一個堿度燒結礦制取10個試樣,然后再采用彈簧壓力機對每個堿度下的10個片狀燒結試樣進行抗壓試驗,再根據式(1)計算出每個燒結試樣的抗壓值,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 試驗結果及分析

燒結杯試驗結果見表3～8。

表3 燒結試驗參數(堿度0.06-3.0)

表4 R=2.4時燒結試驗參數

表5 R=1.8時燒結試驗參數

表6 R=1.3時燒結試驗參數

表7 R=1.1時燒結試驗參數

表8 R=0.7時燒結試驗參數

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,加上小型燒結杯有邊緣效應,為了減少邊緣效應也要多配碳,正常情況下,本實驗中配碳量要比實際生產中多0.5～0.8個百分比。

從表3可以看出燒結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,燒結礦為自熔性燒結礦,其粘結相是由脆性大的鈣鐵橄欖石代替了強度好的鐵橄欖石,并且在這個堿度內極易發生正硅酸鈣的相變,使體積膨脹引起粉化從而導致強度最低。R＜1.2時,隨著堿度的增加燒結礦強度是逐漸下降的,這是因為在堿度小于1的區間內燒結礦屬于低堿度燒結礦,低堿度燒結礦的粘結相主要是鐵橄欖石,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堿度的增加會使鐵橄欖石量減少所以燒結礦強度會降低。堿度在1.0～1.2的燒結礦屬于自熔性燒結礦,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,燒結礦強度呈上升趨勢,但堿度為2.8以后燒結礦強度略有降低。這是因為堿度大于1.2后燒結礦粘結相中鐵酸鈣和正硅酸鈣的數量逐漸增多,且鐵酸鈣逐漸對燒結礦強度占主要作用,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后燒結礦強度逐漸升高,到2.8時達到最高,強度為34.26MPa,堿度再增高燒結礦的強度有所回落。

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

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的燒結原料進行燒結所得數據。通過對表4～8橫向和縱向對比可以看出燒結礦的抗壓強度和燒成率均隨著燒結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燒結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,故高堿度燒結礦配碳量較多;低堿度燒結礦中液相量較少,為了達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可以總結出不論何種堿度燒結礦,可以通過適當的增大配碳量來提高燒結礦的強度和燒成率。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。縱觀表3～8數據并考慮小型燒結杯的邊緣效應,整個堿度范圍內適宜的燒結配碳量為5.3%。

3 結 論

(1)燒結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。其中最低點出現在R= 1.2時,最高點在R=2.8時。

(2)高堿度和低堿度范圍內燒結礦的燒成率較高,自熔性范圍內燒結率較低。

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

(5)整個堿度范圍內適宜的燒結配碳量為5.3%。

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

[2] 王筱留.高爐生產知識問答[M].2版.北京:冶金工業出版社,2004

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

[4] 周傳典.高爐煉鐵生產技術手冊[J].北京:冶金工業出版社,2002