邯鋼非主流礦的基礎特性與互補配礦的試驗研究

賈文君 劉曉明 王金龍 郭蘭芬

(河北鋼鐵集團邯鋼公司)

邯鋼非主流礦的基礎特性與互補配礦的試驗研究

賈文君 劉曉明 王金龍 郭蘭芬

(河北鋼鐵集團邯鋼公司)

對邯鋼燒結用非主流礦的物化性能及高溫特性進行了系統研究，并針對南非精粉同化性及流動性差的問題開展了互補配礦的優化研究。結果表明，楊迪粉與南非精粉混合比例為3:1時，混合礦粉的同化性能和液相流動性明顯改善，可以達到燒結生產提質增效的要求。

非主流礦 物化性能 高溫特性 南非精粉 互補配礦

0 前言

長期以來，邯鋼燒結原料以品位高、燒結性能優良、有害元素低、成分穩定的澳礦粉(包括PB和紐曼)、巴卡粉、南非粉、邯邢精粉為主。近年來，隨著鋼鐵企業的成本急劇上升，利潤大幅度下滑，為了降低原料成本，燒結系統開始配加一些低價的褐鐵礦粉和小品種礦粉(定義為非主流礦)。隨著對褐鐵礦研究的不斷深入，邯鋼燒結中楊迪礦粉的配比不斷提高，目前已達到了35%的水平，已經上升為主流礦，而對使用非主流礦的影響還沒有做過深入研究。因此為確保非主流礦的合理應用，實現“低成本，高效益”高爐煉鐵，我們圍繞非主流礦的基礎特性及互補配礦開展了一系列的研究，主要內容包括：物化性能分析；高溫基礎性能研究；互補配礦研究。通過一系列試驗研究，為優化配礦和指導燒結操作提供了指導，保證非主流礦使用后,燒結及高爐生產技術指標的穩定。

1 燒結用非主流料的物化性能分析

1.1 化學成分

鐵礦石的化學成分中包括TFe、SiO2、MgO、Al2O3、TiO2、S、P、K2O 、Na2O 、ZnO等，鐵礦石的化學成分不僅決定燒結礦的化學成分,而且是影響鐵礦石燒結性能的一個重要因素。邯鋼燒結用的鐵礦石主要分為兩類：主流料和非主流料，主流料主要有楊迪、PB、紐曼、巴卡粉、南非粉、邯邢精粉等，非主流料主要包括南非精粉、沙河精粉、高堿粉及小巴卡粉等，邯鋼燒結用鐵礦石的化學成分見表1。

由表1可見，主流料中楊迪礦粉屬于典型的褐鐵礦,其特點是品位低、燒損大,含有大量的結晶水；其余主流料如PB粉、紐曼、巴卡、南非、邯邢精粉等，特點為品位高、有害雜質含量少。

非主流料中南非精粉、沙河精粉、高堿粉同屬磁鐵礦，三種精粉均屬于堿性精粉，CaO和MgO含量較高。這三種精粉和主流料中的邯邢精粉相比，品位偏低，部分有害雜質含量較高。南非精粉的品位為58.5%，TiO2%含量是所有礦粉中最高的，含量為2%；沙河精粉品位較高為63.32%，SiO2含量較高為4.59%；高堿粉品位最低為51.08%，成分十分復雜，其中FeO含量高達32%，SiO2、CaO和MgO含量均較高，分別為7.2%、15.08%、3.9%，有害雜質S、P、K2O、Na2O和Zn含量均較高；小巴卡粉屬于巴西赤鐵礦粉，和主流料中的巴卡粉相比，品位較低為62.5%，SiO2含量較高為5.76%。

表1 邯鋼燒結用鐵礦石的化學成分

1.2 物理性能

鐵礦石的物理性能包括粒度組成、吸水特性等。邯鋼燒結用鐵礦石的物理特性見表2：

表2 邯鋼燒結用鐵礦石的物理性能

鐵礦石粒度組成影響燒結混合料制粒性質,從而影響鐵礦石燒結性能產質量指標[1]。由表2可見,非主流料中三種精粉在制粒過程中主要起粘附粉的作用，但其粒度較主流料中的邯邢精粉粗，其中髙堿粉粒度最粗；三種精粉的中間粒子(0.63 mm～0.2 mm粒級)含量均較高，粘附粉的比例(<0.2 mm粒級)較低，不利于燒結制粒，其中南非精粉的中間粒子含量最多；小巴卡粉和主流料中的巴卡粉相比，粒度粗，但中間粒子含量低于巴卡粉。

不同礦物的吸水特性有較大差異，濕容量及吸水速率表征的是原料的吸水特性，對燒結混合制粒具有非常重要的意義。由表2可見，三種精粉中高堿粉的濕容量與邯邢精粉相當，吸水速度稍慢于邯邢精粉；沙河精粉的濕容量最大，而且吸水速度慢；南非精粉的濕容量居中，但吸水速度最快。小巴卡粉和主流料中的巴卡粉比濕容量稍大，吸水速度稍慢。

1.3 綜合分析

從物化性能來看，四種非主流料的品位較同類型主流料品位偏低，部分有害雜質含量較多；一般粒度較粗，精粉類中間粒子含量較高，粘附粉的比例含量較低，不利于燒結制粒；四種精粉中沙河精粉和南非精粉的吸水特性較為特殊，所以在燒結過程中配加沙河精粉和南非精粉在制粒時加水量及制粒時間要有所區別。

2 邯鋼燒結用非主流料的高溫基礎特性分析

目前，國內大型鋼鐵企業和科研機構對鐵礦石的研究不僅停留在其常溫特性的研究，對鐵礦石的高溫性能更加重視。南非精粉、沙河精粉、高堿粉、小巴卡粉四種礦粉為邯鋼近期燒結小批量配加的非主流原料，對這幾種原料的高溫特性數據目前尚不清楚，因此對四種礦粉開展高溫基礎特性試驗研究，并與主流料進行對比分析，掌握其高溫性能的優缺點，探索減弱或消除其性能不足之處的可行性辦法，以便為優化配礦和指導燒結操作提供指導。

2.1 高溫基礎特性試驗研究[2，3]

已有的研究結果表明:鐵礦粉的同化性、液相流動性不宜過高或過低,應在一個適宜的區間,而黏結相的自身強度則應盡可能高。根據對邯鋼實際燒結生產的鐵礦粉高溫特性適宜區間的統計分析可知:鐵礦粉的適宜同化溫度區間在1 250 ℃～1 280 ℃,而液相流動性指數在2.3～3.3之間較為適宜。

為掌握燒結原料基礎特性，對近期使用的幾種非主流料進行了同化性、液相流動性和粘結相強度試驗研究，試驗是在WSXT-01微型燒結設備中進行的，邯鋼燒結用鐵礦石的高溫特性見表3。

表3 邯鋼燒結用鐵礦石的高溫特性

2.2 試驗分析

非主流料南非精粉、沙河精粉、高堿粉及小巴卡粉因成分差異大，其高溫基礎特性也存在較大差別。

2.2.1 同化性能分析

同化性表征鐵礦粉在燒結過程中生成液相的難易程度,用最低同化溫度表示。由表3可見，四種礦粉中南非精粉同化溫度最高>1 330 ℃(因設備能力有限，無法測得具體溫度),同化性能非常弱，在正常燒結溫度范圍內南非精粉難于同化，不利于液相的生成；沙河精粉同化溫度也較高，為1 310 ℃，比邯邢精粉高15 ℃左右；高堿粉和小巴卡粉的同化溫度均為1 285 ℃，同化性能較為適宜，其中髙堿粉的同化溫度比邯邢精粉低10 ℃左右，與其自身成分復雜性有關，小巴卡粉同化溫度高于巴卡粉18 ℃。

2.2.2 液相流動性分析

液相流動性是指鐵礦粉與CaO在燒結過程中反應生成的液相流動的難易程度，是燒結礦有效固結的基礎,以其流動性指數予以考察評價。已有研究結果表明: 燒結液相的流動性處于較高水平時，可擴大其粘結周圍未熔物料的范圍，從而提高燒結礦的固結強度; 然而，液相流動性也不宜過大，否則會造成粘結層厚度減薄而形成薄壁大孔結構，反而使燒結礦整體變脆，強度下降。

本試驗是在二元堿度為4.5，焙燒溫度為1 280 ℃條件下進行測定的。由于南非精粉同化溫度>1 330 ℃，極其不易與CaO反應生成鐵酸鈣，而且還含有2%的TiO2%，因此在上述實驗條件下未發生任何變化，流動性指數為0； 沙河精粉流動性指數為2.39，流動性能比較適宜；高堿粉指數為5.72，屬于強流動性礦種，這與其SiO2含量高達7.2%有關；小巴卡粉流動性指數為4.92，比巴卡粉要高很多，這同樣與小巴卡粉SiO2含量較高有關。

2.2.3 粘結相強度分析

粘結相自身強度是指鐵礦粉在燒結過程中形成的液相對其周圍的礦粉進行固結的能力。以試樣小餅試驗后的抗壓強度表示。四種非主流礦粉中南非精粉粘結相強度均較高，比邯邢精粉高100N左右；沙河精粉次之，比邯邢精粉低250N左右；高堿粉粘結相強度最低，為1 113N；小巴卡粉的粘結相強度也較低，與巴卡粉相當。

2. 3 綜合分析

根據對四種非主流料高溫基礎特性的研究可知，沙河精粉、高堿粉、小巴卡粉均具有一定的同化能力和液相流動能力，基本能夠滿足燒結過程對礦粉特性的要求，但配加高堿粉和小巴卡粉時需要采取相應措施避免其強液相流動性對燒結礦強度造成的不利影響。四種非主流礦中，南非精粉的高溫性能最差，如何有效應用還需要進一步試驗研究。

3 優化南非精粉使用效果的試驗研究[4]

針對南非精粉同化性能及流動性差的特性，采取如下兩種措施，改善南非精粉的使用效果：一是提高堿度和溫度，探索南非精粉對堿度和溫度的敏感性；二是選取同化性及流動性好的礦粉與南非精粉混合，研究南非精粉的互補配礦的效果及規律。

3.1 南非精粉對堿度、溫度敏感性試驗

溫度和堿度是影響鐵礦粉燒結過程液相流動性的敏感因素，一般情況下，鐵礦粉的燒結液相流動性隨燒結溫度升高或堿度增大而增大，因此，本試驗采取通過提高堿度和溫度，探索南非精粉對堿度和溫度的敏感性，擬改善南非精粉的液相流動性。試驗設定南非精粉的堿度為R=4.5、5.5、6.5三個等級，分別測定其1 280 ℃、1 300 ℃、1 330 ℃下的流動性指數，南非精粉溫度、堿度敏感性試驗結果見表4：

表4 南非精粉溫度、堿度敏感性試驗結果

由表4數據可見，南非精粉在提高溫度和堿度的情況下流動性能仍然很差，說明南非精粉極難與CaO反應生成液相，南非精粉對堿度、溫度不敏感，提高溫度和堿度不能改善南非精粉的使用效果。

3.2 南非精粉的互補配礦研究

現代燒結生產不能依靠使用單種礦粉以獲得優良的技術經濟指標,需要根據鐵礦粉自身特性互補的原則進行優化配礦。南非精粉同化性能及流動性差，需要選取同化性及流動性好的礦粉與其搭配使用。主流料中楊迪礦粉具有同化溫度低，流動性強的特性，適合與南非精粉搭配使用。而且近年來，邯鋼燒結中楊迪礦粉的配比 達到35%，由于其流動性高及粘結相強度低的特性，進一步提高配比,會造成燒結礦產質量下降的問題，因此進行試驗研究確定這兩種礦粉混合比例及互補效果，對燒結生產提質增效具有重要的現實意義。

試驗采用楊迪粉與南非精粉的混合比例為1:1和3:1兩種方案，測定混合礦粉的高溫基礎特性，試驗結果見表6。

表6 楊迪礦粉與南非精粉互補特性試驗結果

由表6可見，楊迪粉與南非精粉混合比例為1:1時，混合礦粉的同化溫度1 324 ℃，雖然比南非精粉自身同化溫度有所降低，但仍然無法滿足燒結生產需求。而混合比例為3:1時，混合礦粉的同化溫度降低至1 273 ℃，并且該混合礦粉的流動性指數為3.28，處于適宜范圍；同時該混合礦粉的粘結相強度為665 N，比單種楊迪礦粉的粘結相強度有所提高。說明南非精粉與楊迪礦粉配合使用后，同化性及流動性得以改善，可以滿足生產中對燒結礦產質量的要求。

5 結論

(1)四種非主流料的品位較同等類型的主流料品位偏低，部分有害雜質含量較多，不宜于大比例使用；

(2)四種非主流料粒度組成和吸水特性存在較大差別，在制粒時需要采取相應強化措施以改善其制粒效果。

(3)四種非主流料因成分復雜，其高溫基礎特性存在較大的差異。其中南非精粉同化性和流動性最差，并且其性能對溫度和堿度的敏感性較差。

(4)楊迪粉與南非精粉比例為3:1時，混合礦粉的同化性能和流動性能指標明顯改善，可以達到燒結生產提質增效的要求。

[1] 袁曉麗. 燒結優化配礦綜合技術系統的研究[D]. 長沙:中南大學,2007 :3.

[2] 蘇步新，張建良，常健等,鐵礦粉的燒結特性及優化配礦試驗研究[J].鋼鐵,2011,46(9) :23-26.

[3] 吳勝利， 戴宇明， DauterOliveira1等, 基于鐵礦粉高溫特性互補的燒結優化配礦[J].北京科技大學學報, 2010，32(6):722-723.

[4] 閻麗娟，吳勝利，尤藝等, 各種鐵礦粉的液相流動性及其互補配礦方法的研究[J].燒結球團, 2013，38(6):2-5.

TEST RESEARCH ON BASIC SINTERING CHARACTERISTICS AND COMPLEMENTARY ORE PROPORTIONING OF NON-MAINSTREAM ORE IN HANSTEEL

Jia Wenjun Liu xiaoming Wang JinLong Guo Lanfen

(Hansteel Group of HBIS)

The physic-chemical properties and the high temperature characteristics of non-mainstream ore in Hansteel were researched, and optimization on complementary ore blending about high Assimilation temperature and low fluidity of liquid phase of South African powder were studied. The results shows that when the mixing ratio of Yandi fine ore and South African powder is 3:1,the Assimilation temperature decreased significantly and fluidity of liquid phase becomes better, both meets the requirement of sintering production .

non-mainstream ore physic-chemical properties hightemperature characteristics South African powder complementary ore proportioning

2016-8-13

*聯系人：賈文君，副高級工程師，河北. 邯鄲(056015)，河鋼集團邯鋼技術中心鐵前研究室;