燒結(jié)礦添加制酸副產(chǎn)物的燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)

顧武安，萬(wàn) 新，武鑫龍，張 可，苗育民

(1.四川大學(xué)，四川 成都 610065; 2.重慶科技學(xué)院，重慶 401331 )

目前，磷石膏和鈦石膏資源綜合利用是行業(yè)熱點(diǎn)之一，隨之是工業(yè)石膏制酸副產(chǎn)物鐵酸鈣的綜合利用，其在燒結(jié)領(lǐng)域的應(yīng)用也備受關(guān)注。攀鋼燒結(jié)以攀西地區(qū)的釩鈦磁鐵精礦為主，由于釩鈦磁鐵精礦TiO2含量高、粒度粗的特殊性，其燒結(jié)性能差，造成燒結(jié)礦強(qiáng)度差、產(chǎn)量低、能耗高，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較落后，也成為高爐高產(chǎn)的制約環(huán)節(jié)[1,2]。為此，開(kāi)展燒結(jié)礦添加制酸副產(chǎn)物的燒結(jié)技術(shù)研究，一方面，拓展鈦石膏應(yīng)用領(lǐng)域，將磷石膏和紅石膏等工業(yè)石膏副產(chǎn)物鐵酸鈣應(yīng)用于鐵礦燒結(jié)領(lǐng)域[3]，提高燒結(jié)鐵礦的質(zhì)量及冶金性能，滿足和適應(yīng)現(xiàn)代化高爐低成本、高效生產(chǎn)高質(zhì)量鐵水的要求；另一方面，探索提高釩鈦磁鐵燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量燒結(jié)新技術(shù)，保證高爐生產(chǎn)順行。

1 燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)條件

通過(guò)燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)?zāi)M燒結(jié)實(shí)際生產(chǎn)條件和工藝，探索通過(guò)添加制酸副產(chǎn)物鐵酸鈣提高燒結(jié)礦的質(zhì)量和產(chǎn)量、優(yōu)化燒結(jié)固結(jié)機(jī)理等燒結(jié)工藝參數(shù)。

1.1 燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)設(shè)備和工藝流程

燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)設(shè)備和工藝流程如圖1所示，其中配料和混料工序是準(zhǔn)備燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)關(guān)鍵步驟。

圖1 燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)工藝流程

配料，是分析實(shí)驗(yàn)原料的化學(xué)成分，測(cè)其堿度，計(jì)算燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)的燒結(jié)礦配料方案。據(jù)此計(jì)算的結(jié)果，稱量所需實(shí)驗(yàn)原料質(zhì)量，完成燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)配料。

混料，是將稱量好的各種原料進(jìn)行混和。本次燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)進(jìn)行兩次混料，其中一次混料是將原料放進(jìn)臥式自動(dòng)攪拌機(jī)內(nèi)加入適量的水開(kāi)始攪拌，等原料潤(rùn)濕混勻后倒出；二次混料是將潤(rùn)濕混勻的一次混合料，加入圓筒混料機(jī)內(nèi)，蓋好蓋子，混合3 min后取出。

1.2 配礦方案

燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)原料化學(xué)成分如表1所示。由表1可知，所有礦粉混勻后含鐵品位為 53.54%，水分保持在8%。

表1 燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)原料化學(xué)成分

眾所周知，鐵酸鈣在燒結(jié)過(guò)程中的液相固結(jié)機(jī)理，為了評(píng)價(jià)外配鐵酸鈣的可靠性，采用實(shí)驗(yàn)制備鐵酸鈣，作為燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)外配鐵酸鈣原料。其制備的原料為紐曼粉、活性石灰，其中紐曼粉屬赤鐵礦，屬富礦粉且燒結(jié)性能較好，紐曼粉的含鐵品位約在62.5%左右。按CaO與Fe2O3摩爾比為1∶1稱量，紐曼粉和活性石灰的比約為3:1。把稱量好的實(shí)驗(yàn)樣品放入較大的剛玉坩堝，混合均勻；混合完畢后，將樣品放入馬弗爐中，爐溫由室溫升至1250 ℃，恒定在1250 ℃維持5 min，確保液相反應(yīng)充分，恒溫結(jié)束后，樣品隨爐冷卻。將實(shí)驗(yàn)制備的鐵酸鈣，采用密封式制樣粉碎機(jī)磨成粉，作為燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)外配鐵酸鈣原料。

如表2所示，配礦方案有未外配鐵酸鈣方案和外配鐵酸鈣兩種方案，配比按100 kg干料進(jìn)行。其中內(nèi)返礦、二次高爐返、除塵灰、一次返礦粉、含釩細(xì)鋼渣、除塵灰+雜料、鐵精粉由鋼鐵企業(yè)配為混勻料，共計(jì)27.98 kg，燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)時(shí)直接稱量即可，并對(duì)所用燒結(jié)礦粉進(jìn)行系統(tǒng)分析。焦粉水含量較高，在配礦時(shí)應(yīng)注意這一點(diǎn)。表2是進(jìn)行燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)的配料方案，通過(guò)控制混料過(guò)程中是否配入1%的鐵酸鈣進(jìn)行燒結(jié)，其中在二混過(guò)程中添加鐵酸鈣為預(yù)熔鐵酸鈣與燒結(jié)鐵酸鈣混勻，其配比約為1:4，其余工況條件均保持一致。

表2 燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)配料方案

1.3 燒結(jié)杯燒結(jié)料層參數(shù)及其點(diǎn)火工藝

(1)料面高度

料面高度h，h=H-H1-H2

①

①中H是燒結(jié)杯總高度；H1是鋪底料高度；H2是布料高度。

鋪底料高度H1：稱取粒度為10～20 mm的成品燒結(jié)礦5 kg作為鋪底料在杯底鋪平，出料面到燒結(jié)杯口的高度記作H1，測(cè)量并記錄H1的測(cè)量數(shù)值。

布料高度H2：稱取一定量的二次混合料，經(jīng)布料器加入燒結(jié)杯中，不能壓實(shí)，自然平鋪，然后記下加入的混料質(zhì)量m1，此時(shí)料面到燒結(jié)杯口的高度記作H2，測(cè)量并記錄H2的測(cè)量數(shù)值。

(2)燒結(jié)杯燒結(jié)點(diǎn)火

開(kāi)啟液化氣與助燃風(fēng)機(jī)，開(kāi)始點(diǎn)火燒結(jié)，點(diǎn)火時(shí)間為2 min，并記錄燒結(jié)時(shí)間、最高廢氣溫度等燒結(jié)過(guò)程中有關(guān)參數(shù)，并檢驗(yàn)轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、抗磨指數(shù)等指標(biāo)。

1.4 燒結(jié)杯燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)和抗磨指數(shù)

由表3燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，無(wú)論方案1為外配鐵酸鈣還是方案2為外配鐵酸鈣方案，燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)鋪底料都是5 kg，標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)鼓指數(shù)檢測(cè)原料也均是15 kg。

表3 燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的檢測(cè)，抗磨指數(shù)的界定，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。取粒度在25～40 mm 、16～25 mm、10～16 mm三段范圍的燒結(jié)礦，按一定比例計(jì)算分別稱量，配成標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)鼓指數(shù)檢測(cè)原料15 kg，以m4計(jì)，放入直徑1000 mm，寬度500 mm的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為25 r/min，轉(zhuǎn)動(dòng)8 min。然后，采用方孔篩對(duì)轉(zhuǎn)鼓檢測(cè)試樣，按粒級(jí)為6.3 mm和0.5 mm進(jìn)行篩分。粒度在6.3 mm以上的燒結(jié)礦質(zhì)量以m5計(jì)，m5占入鼓燒結(jié)礦質(zhì)量m4的百分比稱為燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)。粒度在0.5 mm以下的燒結(jié)礦質(zhì)量以m6計(jì)，m6占入鼓燒結(jié)礦質(zhì)量m4的百分比稱為抗磨指數(shù)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 燒結(jié)礦質(zhì)量

2.1.1 燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)

添加制酸副產(chǎn)物燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)的燒結(jié)礦形貌如圖2所示，添加制酸副產(chǎn)物燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)的燒結(jié)礦形貌與未添加制酸副產(chǎn)物燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)的燒結(jié)礦形貌大致相同，從外觀看差別不大。由表4可知，添加制酸副產(chǎn)物燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)的燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)主要包括轉(zhuǎn)鼓指數(shù)和抗磨指數(shù)。其中未外配鐵酸鈣的燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)為46.67%，而外配鐵酸鈣的燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)為62.67%，明顯好于未外配鐵酸鈣的燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)，達(dá)到國(guó)標(biāo)二級(jí)品燒結(jié)礦的要求。無(wú)論是未外配鐵酸鈣的燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)燒結(jié)礦還是外配鐵酸鈣的燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)燒結(jié)礦，抗磨指數(shù)均為1.33%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)標(biāo)≤7.00%的標(biāo)準(zhǔn)。由此可見(jiàn)，燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)燒結(jié)礦抗磨性能優(yōu)異。

圖2 燒結(jié)礦試樣形貌圖

表4 燒結(jié)杯燒結(jié)礦物理性能/%

2.1.2 燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)工藝

表5表示燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)燒結(jié)工藝參數(shù)，方案1燒結(jié)準(zhǔn)樣為沒(méi)有添加鐵酸鈣的燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)燒結(jié)礦，方案2對(duì)比樣為添加鐵酸鈣燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)的燒結(jié)礦。由表4和表5可知，在保持其他工況一定時(shí)，隨著方案2混合料1%鐵酸鈣的配入，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度由44.67%大幅提高到62.67%，燒成率由方案1的90.92%提高到方案2的94.38%，利用系數(shù)由方案1的1.36提高到方案2的1.38，成品率由方案1的77.47%提高到方案2的78.95%，都略有提升。然而，燃耗由方案1的52 kg/t降至方案2的49 kg/t，返礦率由方案1的27.51%降至方案2的25.82%，均呈下降的趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，方案2混合料1%鐵酸鈣的配入燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)燒結(jié)，在一定程度上提升了燒結(jié)礦質(zhì)量，高質(zhì)量燒結(jié)礦冶煉有助于高爐生產(chǎn)順行，促進(jìn)產(chǎn)量的增加。

表5 燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)燒結(jié)參數(shù)

2.2 燒結(jié)礦微觀

圖3和圖4所示分別為方案1和方案2兩組燒結(jié)礦試樣放大200倍和500倍的顯微礦相圖。由圖2可見(jiàn)，盡管方案1和方案2兩組燒結(jié)礦試樣形貌差異不大，但對(duì)燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)所得方案1和方案2兩組成品燒結(jié)礦兩種樣品用奧林巴斯倒置金相顯微鏡進(jìn)行微觀分析發(fā)現(xiàn)，不添加鐵酸鈣所得成品燒結(jié)礦為方案1基準(zhǔn)樣與添加鐵酸鈣所得燒結(jié)礦為方案2對(duì)比樣顯微結(jié)構(gòu)有所不同。由圖3和圖4放大200倍和500倍的燒結(jié)礦礦相圖可見(jiàn)，方案1基準(zhǔn)樣的礦相顯微結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)斑狀、板狀狀結(jié)構(gòu)，這是由于燒結(jié)礦中自形晶程都較強(qiáng)的磁鐵礦斑狀晶體與較細(xì)粒的黏結(jié)相礦物粘結(jié)。方案2對(duì)比樣的礦相結(jié)構(gòu)相比于方案1基準(zhǔn)樣，明顯更緊密，呈現(xiàn)交織狀甚至針狀形態(tài)，說(shuō)明對(duì)比樣的鐵酸鈣形態(tài)更優(yōu)于基準(zhǔn)樣，從而添加鐵酸鈣進(jìn)行燒結(jié)獲得的燒結(jié)礦冶金性能更優(yōu)于普通燒結(jié)礦，燒結(jié)礦質(zhì)量更優(yōu)于普通燒結(jié)礦。

方案1基準(zhǔn)樣 方案2對(duì)比樣

方案1基準(zhǔn)樣 方案2對(duì)比樣

綜上所述，鐵酸鈣在燒結(jié)中的固結(jié)作用十分明顯[4-6]，外配鐵酸鈣進(jìn)行燒結(jié)生產(chǎn)是可行的。

3 結(jié)論

(1)添加石膏制酸副產(chǎn)物鐵酸鈣燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)表明，在保持其他工況不變的情況下，添加鐵酸鈣進(jìn)行燒結(jié)杯燒結(jié)，有利于提高燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、燒成率和有效利用系數(shù)，降低單位燃耗。添加制酸副產(chǎn)物的燒結(jié)釩鈦磁鐵礦是可行的，拓展了石膏制酸副產(chǎn)物鐵酸鈣應(yīng)用領(lǐng)域。

(2)添加石膏制酸副產(chǎn)物鐵酸鈣燒結(jié)杯燒結(jié)礦微觀礦相分析表明，未添加石膏制酸副產(chǎn)物鐵酸鈣燒結(jié)礦基準(zhǔn)樣呈斑狀、板狀結(jié)構(gòu)對(duì)比樣呈交織狀、針狀結(jié)構(gòu)；而添加石膏制酸副產(chǎn)物鐵酸鈣燒結(jié)礦對(duì)比樣結(jié)構(gòu)致密，優(yōu)于基準(zhǔn)樣燒結(jié)礦質(zhì)量，其冶金性能與冷強(qiáng)度均優(yōu)于基準(zhǔn)樣燒結(jié)礦。