（冶金工程专业论文）承钢钒钛磁铁矿烧结性能研究.pdf

摘要 摘要 本课题通过系统，全面的生产工艺调查和实验室试验研究，找出原料、燃料成 分和工艺条件等对承钢烧结矿冷态机械强度的影响规律，明确碱度、m g o 和f e o 含 量对承钢钒钛烧结矿的影响规律，确定影响承钢钒钛烧结矿质量的关键因素，促进 承钢烧结工艺参数和烧结矿化学成分的优化选择。 根据承钢烧结厂的实际生产状况，烧结试验分为普通烧结试验和含钒烧结试验 两部分进行，以承钢烧结的实际配矿方案为基础，根据承钢烧结厂的实际生产条件 和可能的变化幅度确定各个变量的变化范围。通过对影响承钢钒钛磁铁烧结矿强度 的各种工艺因素进行的研究可以发现： 在固体碳配比基本相同的前提条件下，将白煤代替焦粉后有利于改善烧结矿的 冷态机械强度和低温还原粉化性能，因此承钢烧结应该采用白煤作为固体燃料。 从改善烧结矿冷态机械强度和低温还原粉化性能以及还原性能的角度出发，当 焦粉作为承钢烧结的固体燃料时，焦粉配比控制在5 左右比较适宜；当白煤作为承 钢烧结的固体燃料时，白煤配比控制在5 5 至6 之间比较适宜。 适当提高烧结矿中的f e 0 含量，烧结矿的冷态机械强度和低温还原粉化性能都 得到了比较明显的改善，承钢普通烧结矿的f e o 含量控制在9 左右比较适宜，含 钒烧结矿的f c o 含量控制在7 左右比较适宜。 承钢普通烧结配比中高炉返矿和球团返矿配比之和控制在4 0 左右比较适宜。 机上冷却可以改善烧结矿冷态机械强度和低温还原粉化性能。打水冷却会明显降低 烧结成品率，因此，含钒烧结矿不宜采用打水冷却。综合考虑烧结矿碱度对承钢烧 结过程、高炉炉料结构和高炉冶炼过程的影响，承钢烧结矿碱度以控制在1 9 左右 比较适宜。考虑到承钢高炉冶炼的需要，应将烧结矿中的m 9 0 含量控制在2 o 左 右。澳矿粉配比对烧结矿产量和质量以及高炉冶炼过程的影响，承钢应将澳矿粉在 含铁原料中的配比提高到3 0 左右，但不宜超过3 3 。在不影响生铁提钒效果的前 提条件下，普通铁精矿粉的配比可以适当提高。 图8 6 ：表2 6 ：参1 9 。 关键词：钒钛磁铁矿；烧结矿；冷态机械强度；原料成分；工艺条件 分类号：1 f 0 4 6 4 河北理一i ：大学硕士学位论文 a b s t r a c t b ys y s t e m a t i ca n df m lr e s e a r c ho nm a n u f h c t u r ep r o c e s si n v e s t i g a t i o na n dl a b e x p e r i m e n 忸，l a wo fc o m p o s i t i o no fr a wm a t 甜a la n d 向e i ，p m c e s sc o n d i t i o na l l ds oo n a 腑c t i n gc o l dm e c h a t l i c a ls t r e n g t 量1o fs i n t e ri nc h e n gs t e e lh a sb e e nf o u n d ，l a wo f b a s i c i t y ， c o n t e n to fm g oa n df e 0a f r e c t i n gv a n a d i 啪- t i 协n i 啪m a g n e t i t es m t e ri nc h e n gs t e e lh 船 b nc o n f i m l e d ，f a c t o r so fa f r e c t i t l gq l l a l i t yo fv a l l a d i 啪一t i t a l l i 咖m a g n e t i t es i m e ri i l c 1 1 e n g e lh 船b e e nm a d es u r e ，w l l i c hi sh e l p m lt om a k i n go p t i m a lc h o i c ef o rp r o c e s s 向i c t o r sa n dc h e l i l i c a lc o m p o s “i o no f s i r n e ri nc h e n gs t e e l a c c o r d i n gt o a c t i l a l p r o d u c i n gs i t i l a t i o n a ts i n t e r p l a n to fc h e n gs t e e l ，s 协t c f e x p e r i m e n t sa r ec o l n p o s c do fg e n e r a ls i m e re x p c r i m e n t 趾dv 趾a d i cs i m e re x p e r i m t ，o n t l l eb a s eo fa c t i l a lm i xm a t e r i a ls c h e m eo fs i n 嗽i nc h e n gs t c e l ，a c c o r d i n gt oa c t u a l p r o d u c i n gs i t u a t i o na n dp o s s i b l ec h a l l g er a n g e a ts i n t e rp l a n to f c h e n gs t c e l ，e v e r yv 撕a b l e h a v eb e e nm a d es u r e b yr e s e 盯c ho np r o c e s sf a c t o r so fa f f e c t i n gs 慨g t ho fv a n a d i 啪 t i t a i i i 岫撇p 皿e 吐t es i n l e r t h ef b u o w i n gh a v eb e e nf o u n d ： 0 nt l l ep r e c o n d i t i o no fs a m es o l i dc o a lr a t i o ，m eu s eo fw h i t ec o a lms t e a do f c o k ei s h e l p m it oi m p r o v i n gc o l dm e c h a l l i c a ls t r e n g t l la n dl o wt c m p c r a t l l r cr c d 删o nd e g m d a t i o f s i l i t e f ，s ow l l i t ec o a ls h o u l db e1 l s e da ss o l i d 如e li ns i n t e 血go f c h e n gs t e e l i nv i e wo fi m p m “n gc o l dm e c h a n i c a l s n n g t l l ， l o wt e m p e r a t u r er e d u c t i o n d q 删a d o na i l dr e d l l c d o np e r f b 蛐a n c eo fs i n t e r ，w h e nc o k ep o w d e ru s e da ss o l i d 向e lo f s i n t e r i n gi nc h e n gs t e e l ，c o k er a t i os h o l l l db ec o n 打o l l e da ta _ b o u t5 ：w h c n 、v h i t ec o a l u s e da s ，s h o l l l db ec o n 打o l l e db e t v 旧e n5 5 a n d6 w i t hp r o p e ri n c r c a s eo fc t e n to f f e oi l ls 抽t e r ，c o l dm e c h a n i c a ls 仃e n g 【t l la n dl o wt c 卿e r a t l l r er e d u c t i o nd e 卿d a t i o no f s i r i t e rl l a sb e e ni m p r o v e do b “o u s l y ，c o n t e mo f f e 0i i lg c n e 阳ls i m e ro f c h e n gs t e e ls h o l l l d b ec o n 在o l l e da ta b o u t9 v a n a d i cs i n t e rs h o i l l db ec o n t r o l l e da ta b o u t7 s l l l i lo f 删oo fb fr e t i i mf i n e sa n dr a t i oo fp e n e tr e t 啪si l lg e n e r a ls i m e rs h o u l db e c o n n d u e da ta _ b o t l t4 0 c o l dm e c h a i l i c a ls t r e n g 曲锄dl o wt e m p e r a t u r er e d u c t i o n d e g r a d a t i o no fs i n t e rc a i lb ci i i l p r o v e di no n m a c h i n cc o o l i n gp r o c e s s y i e l dm t eo fs i n t e r i so b v i o u s l yr c d u c e dmb l o 诵n gw a t e r c o o l i n gp f o c e s s ；s ob l o w i l l g 、a t e r - c o o l i n gi sn o t s i l i t a b l ef b fv 羽l a d i cs i n t e r c o m p r c h e 璐i 、，e l yc o n s i d 曲ge f r e c to fb a s i c i t yo fs i n t e ro n p r o c e s so fs i l l t e d r 喀，b fc h a r g i n gs t m c t u r ca n dp r o c e s so fs m e l t i n go fb fi nc h 蚰gs t e e l ， b 船i c 畸o fs i n t e ri nc h c n gs t e e ls h o u l d b ec o n 们l l e da t8 b o u t1 9 c o n s i d 甜n gt 1 1 en e e do f b fs m e l t i l l gi nc h e n gs t e e l ，c o n t e n to f m g oi ns i n t e rs h o u l db ec o n n d l l e da ta b o m2 0 c o m p 豫 l c n s i v e l yc o n s i d e r i n ge f r e c to fa u s t r ；d i a n 蛀n eo r e 谢oo np r o d u c t i 、r i t ) ra n d q u a l 时o fs i m e ra n db fs m e l t i n gp r o c e s s ，r a t i oo fa l l s n m i a f i n co r ci nf b r r o u sr a w m a t e r i a ls h o u l db ei n c r e a s e dt oa b o u t3 0 ，b u ts h o u l dl o wt l l a n3 3 o nd r e c 仰d i t i o no f w i t h o l l ia f f b c t i n ge f l 色c to f a b s t r a c t i n gv 雠a d j u m ，r a i i oo f g 蚰e r a l 蛀n e 瑚g n c t i t ec o n c e n 劬l t ec a | lb e p m p e r l yi n c r e e d f i g u r e8 6 ；t a b l e2 6 ；r e f b r e n c e1 9 k e y w o r d s ：v 柚a d i u m t i t a m 啪m 删i t e ；s i n 衄；c o l dm e c h a n i c a ls t r e n 舀h ；c o m p o s 试o n o f r a w m a t 耐a l ；p r o c e s s c o i l d i t i o n c h i n 船eb o o i 【sc a t a l o g ：t f 0 4 6 4 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 河北理工大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 签名：k 立当日期：旦生年里月兰日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河北理工大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复 制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 签名： 也j 。生导师签名：叁日期：旦 年生月翌日 引言 引言 承德钢铁公司是我省唯一使用钒钛磁铁矿作为主要炼铁原料的钢铁企业，但目 前在烧结生产中存在烧结矿冷强度差、粒度偏小，含粉率高，高炉槽下返矿量大的 问题，严重制约了高炉的顺行和炼铁系统成本的降低。通过研究发现，钒钛磁铁矿 属难选难烧矿石，精矿粒度粗，制粒性能差，呈比较规则的圆球状，这种精矿混匀 制粒后小球热稳定性比较差，抗冲击能力比较弱，从而造成烧结料层透气性差，料 层薄，垂直烧结速度慢，烧结矿成品率仅为5 0 5 5 ，导致烧结矿产量低。另 外，矿石初始熔点高，生成液相量少，烧结过程中产生的钙钛矿较多，而铁酸钙较 少。造成钒钛烧结矿强度差、硬度大。 本课题通过系统，全面的生产工艺调查和实验室试验研究，找出原料、燃料成 分和工艺条件等对承钢烧结矿冷态机械强度的影响规律，明确碱度、m g o 和f e o 含 量对承钢钒钛烧结矿的影响规律，确定影响承钢钒钛烧结矿质量的关键因素。探索 提高承钢烧结矿冷态机械强度的技术措施，促进承钢烧结工艺参数和烧结矿化学成 分的优化选择。 河北理工大学硕士学位论文 1 1 钒钛磁铁矿烧结原理 1 文献综述 】1 1 钒钛磁铁精矿烧结矿的矿物组成 钒钛烧结矿的矿物组成主要有：钛赤铁矿、钛磁铁矿、钙钛矿、铁酸钙、钛辉 石、钛榴石和玻璃体等。其次，还可能有钙铁硅酸盐、钙硅酸盐、游离c a 0 、浮石 体和金属铁的存在i l 】。 1 钛赤铁矿 它是烧结矿的主要含f e 物相，是赤铁矿一钛铁矿固溶体，除f e 、t i 外，还有 m g 、址、m n 等元素固溶其中。它通常出现在空洞周边，或沿钛磁铁矿晶粒边缘形 成花瓣结构，有的占据钛磁铁矿立方理解面成网格状结构，有的成板条状或片状独 立存在，在一些氧化度高的烧结矿中，赤铁矿不仅局限在空洞和裂缝附近，而往往 是大片出现，表明氧化是在液相尚未完全固结时进行的。 2 钛磁铁矿 它也是主要的含f e 物相。它以f e 3 0 4 为基的复杂固溶体，有t i 、m g 、m n 和v 等元素固溶其中。低温时保持原精矿中磁铁矿的颗粒形状，但内部的网格状钛 铁矿已转变成赤铁矿一钛铁矿固溶体。镁铝结晶石破碎，更细的钛铁晶石消失。中 等温度时，磁铁矿多数以菱面体和粒状存在，其边缘有钛赤铁矿固溶体。高温时， 磁铁矿连屠发育，有些同铁酸钙和钙钛矿形成连晶【2 】。 3 钙钛矿 它是熔剂性烧结矿中的主要含t i 矿物，多以粒状、纺锤状、树枝状和骨架状分 散于硅酸盐渣相中，或钛磁( 赤) 铁矿的晶间。过去有人认为钙钛矿是烧结矿的粘结 相之一，但最近的研究表明钙钛矿不是粘结相。因为，钙钛矿的熔点很高( 1 9 7 0 。 c ) ，在冷却过程中他最先析出，且为其他低熔点硅酸盐或玻璃相所包围粘结，他 本身本无粘结作用，即使他存在于钛磁铁矿晶粒问起某种“连晶”界面，但受外力 作用下，此种“连晶”界面也易破坏，未给强度带来有益影响。可见，控制和限制 钙钛矿的形成，对改善熔剂性钒钛烧结矿强度有重要意义。 4 铁酸钙 2 一 2 研究方案 一般用化学式仃c a o m f e 2 0 3 表示，实际上它还固溶一部分s i 0 2 和a 1 2 0 3 在钒 钛烧结矿中，铁酸钙形状有针状、粒状和柱状。由于它熔点较低，所以析出晚，可 同其他低熔点硅酸盐起粘结作用。对普通熔剂性( 特别是高碱度) 烧结矿，它的存 在常常是改善烧结性能的重要因素。对于钒钛烧结矿，它同样也是一种要求发展的 矿物组成。 5 铁榴石 它是熔剂性钒钛烧结矿中常见的含钛硅酸盐矿物，化学分子式复杂。在烧结中 它多呈粒状、浑圆状和树枝状集合体。由于它熔点低，所以结晶晚，对烧结有一定 的粘结作用。 6 钛辉石 它也是一种熔点较低的成分复杂的含钛硅酸盐矿物。在熔剂性烧结矿中，常呈 短柱状、块状集合体，充填于钙钛矿、钛磁铁矿之间，是重要的硅酸盐粘结相。 此外，在钒钛烧结矿中还存在一定量的玻璃体。它是熔点低凝固最晚的硅酸盐 粘结相。他的折射率高于钙铁橄榄石，故其中含有一定量的钛化物。在自然碱度烧 结矿和高燃耗的过熔试样中，还可看见假板钛矿和黑钛石的固溶体，呈板粒状、性 脆、还原性差，对烧结矿性能不利。 1 1 _ 2 影响钒钛烧结矿矿物组成的因素 钒钛烧结矿的矿物组成，是随烧结料的组成、温度水平和气氛条件而变化的。 其中最重要的影响因素是碱度、焦粉配比、t i o ：含量等。 1 碱度的影响 在自然碱度的烧结矿中，除大部分钛磁铁矿被氧化成钛赤铁矿外，其余还有铁 橄榄石、辉石和玻璃体。钛赤铁矿和钛磁铁矿的连晶和硅酸盐渣相是两种重要的固 结形式，结构致密，气孔小而均匀，强度好，成品率高，脱硫率高。由于磁铁矿大 量被氧化，故烧结速度较慢，利用系数较低。 随碱度升高，钛磁铁矿有所增加，丽钛赤铁矿明显减少；铁酸钙和钙钛矿明显 增多，硅酸盐渣相逐渐减少1 4 1 。在自熔性烧结矿中，固结形式以硅酸盐渣相为主， 钛赤铁矿和钛磁铁矿的连晶为辅，其气孔多而分布不均，壁薄而强度低，烧结速度 增加。在高碱度烧结矿中，固结形式以铁酸钙和钛磁铁矿连晶为主，硅酸盐渣相为 辅。烧结矿呈大孔厚壁致密结构，强度好，但平均粒度稍小；烧结速度快，但成品 率有所降低。 河北理t 大学硕士学位论文 2 燃料配比的影响 燃料配比的变化改变了烧结过程的气氛性质和温度水平，给矿物组成带来很大 的影响。随配碳量增加，烧结温度提高和还原气氛加强，磁铁矿增多，赤铁矿减 少，钙钛矿增多5 1 。由此可见，对于钒钛磁铁矿，过多提高配碳量，对烧结强度不 利。 3 t i 0 2 含量的影响 随烧结矿中t i 0 2 含量的增加，明显地表现在钙钛矿增加，铁酸钙减少，因为 t i 0 2 同c a o 的结合力大于f c 2 0 3 同c a 0 的结合力，而且随钙钛矿的增加，可同 f c 2 0 3 结合的c a 0 量减少，钛磁铁矿和赤铁矿略有升降。因此，从宏观上看，随 t i 0 2 增加，烧结矿的脆性增大1 6 】。 增加烧结矿中s i 0 2 含量，可以降低钙钛矿和铁酸钙的含量，增加硅酸盐粘结 相，磁铁矿增加，赤铁矿减少，因为s i 0 2 同c a 0 的结合力大于t i 0 2 和f e 2 0 3 同的 结合力。同时，随s i 0 2 升高，t i 0 2 含量下降。因此，适当增加烧结矿中s i 0 2 含量 ( 如配加少量普通矿) ，则可以改善烧结矿强度。 1 1 3 钒钛磁铁烧结矿的矿物形成过程 钒钛烧结矿的矿物形成过程，包括固相反应，氧化还原，受热分解，熔体形 成，冷却结晶和再氧化，同烧结过程的进行紧密相关【7 1 。其中石灰石热分解和铁氧 化物的还原，以及氧化过程与普通矿烧结基本相同。 1 固相反应 固相反应产物可影响下一步熔体形成的温度，在低温烧结的条件下也可能将固 相反应的产物保留在最终的矿物组成中。据热力学分析，以钛铁矿和钛铁晶石状态 的t i 0 2 在固相状态下是完全可以同c a 0 和铁酸钙形成钙钛矿。c a 0 同s i 0 2 和 f e 2 0 3 经固相反应可以生成硅酸钙和铁酸钙。后两者反应的发展将限制钙钛矿的固相 形成。 2 液相熔体的形成和特性 随温度逐渐升高，烧结料中低熔点物质首先熔化形成出生液相。烧结料中所有 单一的氧化物都具有较高熔点，所以只有他们相互作用形成新的化合物才能获得低 的熔点。对于熔剂性钒钛磁铁精矿烧结料，石灰石分解后的c a 0 可同磁铁矿( 钛铁 矿和钛铁晶石) 被氧化生成的f e 2 0 3 反应形成低熔点铁酸钙，到1 2 0 0 生成液相熔 体。c a o 同s i 0 2 反应生成硅酸钙的热力学可能性虽较其他反应为大，但由于矿粉中 d 2 研究方案 s i 0 2 少，且又多以辉石和长石等复杂硅酸盐矿物存在，实际反应条件差，难以形成 硅酸钙矿物。而c a0 可同f e o ( 还原产物) 和辉石等脉石矿物形成低熔点的液相矿 物。含t i 矿物( 钛铁矿和钛铁晶石) 也可以同c ao 作用形成较低熔点的液相( 在 c a o f e o t i 0 2 系中有1 2 8 8 和1 2 9 9 共晶物) 。初生液相在高温下可以同周围的 固态物质起溶蚀作用，不断改变液相成分。因此，烧结液相熔体是一个十分复杂的 体系。在烧结温度下，烧结层也是一个固、液共存的体系【7 l 。 烧结矿的固结基本上属液相固结型。液相存在对周围的物料浸润、粘附和充填 孔隙，使相互粘结。因此，液相熔体的性质对于烧结矿的固结和结构有重要影响。 液相的粘度小和表面张力大，有助于液相的流动和相互粘结。粘结相的自身强度也 同其表面张力成正比例，而粘结相同铁矿物之间的结合强度不仅随液相表面张力升 高而增加，同时还随其间的润湿角减小( 润湿性好) 而增大。 由于烧结矿中铁矿物碎化，若干粘结相矿物具有弱磁性以及不同矿物产生连晶 体，故不能用机械方法分离出其中液相。用人工合成方法模拟烧结液相成分 ( f e 2 0 3 一t i 0 2 m g o a 1 2 0 3 c a o - s i 0 2 多元系) ，结果表明，当碱度在( c a o ，s i 0 2 ) l 1 6 之间时，液相具有良好流动性。液相流动性好，可以获得结构均匀强度好的烧 结矿。 t i 0 2 是表面活性物质，熔体中t i 0 2 量增加，其表面张力降低。研究表明，碱度 为( c a 饼s i 0 2 ) 1 1 0 、甜2 0 3 1 4 、m 9 0 5 的熔渣，在1 4 2 5 时渣中t i 0 2 从1 慨增 加3 0 到时，表面张力从4 3 6 d y n e c m 下降到4 1 4 d ”e ，c m 。据资料介绍， c a 0 f c 2 0 3 、c a o s i 0 2 和f c o s i 0 2 表面表面张力分别为4 1 5 、4 9 0 和 4 8 0 d y n e c m ，均高于钛渣的的表面张力，故t i 0 2 粘结相的自身粘结强度是不高的。 用2 0 3 作垫片，钛渣( t i 0 2 l o ，a 1 2 0 3 1 1 ，m 9 0 9 ，c a 0 ，s i 0 2 为1 3 ， f e 2 0 3o 也0 ) 在其熔化温度下测定的润湿角3 4 。5 8 。3 0 ，表明钛渣同a 1 2 0 3 之间的润湿角一般尚可见 提高钛渣碱度和m g o 含量，可增加渣相表面张力。 由上述可见，为改善钒钛磁铁烧结矿的液相性能和烧结矿的强度，应适当高碱 度，加入适量m g o 和维持一定的氧势使液相中含有一定的f e 2 0 3 等。 3 冷却凝固 高温液相熔体在冷却过程中，产生结晶和凝固，钒钛烧结矿中的液相熔体的是 一个成分复杂的多元体系目前尚无此类多元系相图可供研究。但是，其中f e 。o ( f e 及f e 2 0 3 ) 、c a o 及t i 0 2 之和接近9 0 ，故可用c a 0 一f e x o t i 0 2 三元系相图研究其 5 河北理工大学硕十学位论文 液相结晶过程。在冷却过程中，首先结晶出的是高熔点的钙钛矿，熔体中铁氧化物 浓度提高，继之析出的是铁赤铁矿( 如氧化性气氛强) 和钛磁铁矿( 如还原性气氛 强) 。因为s i 0 2 不高，故硅酸钙析出较少，此后将是熔点较低的铁酸钙。由于 t i 0 2 ，c a o 及f e 。o 的析出，因此残余液相s i 0 2 中含量升高，随后析出的将是低熔 点的含有少量c a 、f e 、m g 、a l 、t i 等成分的复杂硅酸盐矿物，来不及结晶的将以 玻璃相出现。烧结矿的固结将由钛赤铁矿和钛磁铁矿的连晶、铁酸钙和低熔点硅酸 盐液相粘结来实现。由于在高温的烧结层中并非全部都是液态熔体，而是液固共存 体系，所以它的冷却结晶过程要比单一液态烙体的冷却结晶过程复杂多【7 1 。如在 1 2 0 0 1 3 0 0 之问，熔融的铁酸钙可同尚处与固态的钛铁矿和钛铁晶石反应生成钙 钛矿。 4 钒钛磁铁矿烧结矿的成矿过程 在过湿层，矿物的成分无变化。在干燥层，钛磁铁矿中细小的网格状钛铁矿逐 渐消失，硫化物开始分解，石灰石碎屑的边缘开始热裂，随温度升高到9 0 0 ，在 预热层中烧结料小球周围的粘结层屑大部分已氧化成钛赤铁矿固溶体，矿屑间有晶 桥连接。当温度升高到9 0 0 左右，石灰石剧烈分解，c a o 同钛赤铁矿反应生成铁 酸钙。当进入高温燃烧层时，铁酸钙分解熔化，部分未熔固相分布在其中，形成液 固共存的非均相体系【8 】。在烧结矿层中，由于冷却，从熔体中可析出钛磁铁矿、钛 赤铁矿、钙钛矿、硅酸钙、铁酸钙以及属硅酸盐系的辉钛石和玻璃相。钛赤铁矿的 连晶和铁酸钙及硅酸盐渣相的粘结为主要的固结形式。 1 2 钒钛烧结矿的性质及其影响因素 1 2 1 单矿物的还原性和抗压强度 f e 2 0 3 有最好的还原性，其次是f e 3 0 4 。钛铁矿和钛铁晶石在开始阶段还原性较 c a o 2 f e 2 0 3 差，但后期好于c a o 2 f e 2 0 3 。铁酸钙的还原性随其中c a 0 的增加而 降低，钛辉石和钛榴石等硅酸盐的还原性较差。对于钒钛烧结矿，虽然含铁品位 低，但由于s i 0 2 低，形成难还原的硅酸盐相少，氧化度高，f e o 低，故还原性不比 普通烧结矿差，有时还比普通烧结矿好【9 j 。 f e 2 0 3 和f e 3 0 4 虽未熔化，但有收缩固结。f e 3 0 4 由于再结晶良好，故强度好， 而f c 2 0 3 在1 4 2 0 焙烧时可发生分解反应，影响再结晶，故强度差。铁酸钙的强度 随其中c a o 量的升高有所下降，但c a 0 2 f e 2 0 3 和c a o f e 2 0 3 的强度较高。所有 2 研究方案 硅酸盐矿物的强度也较高。钛铁矿和钛铁晶石的强度较差，特别是钛铁矿。在1 4 2 0 通过固相反应合成的钙钛矿强度很差，硬而脆，强度较差，一触即溃。钒钛烧结 矿中的主要矿物是钛赤铁矿，其次是钛磁铁矿和钙钛矿，而铁酸钙和硅酸盐相对较 少，故其转鼓强度较普通烧结矿为低【l0 1 。可见，提高烧结矿碱度，采用低温氧化性 烧结，可以抑制钙钛矿生成和发展铁酸钙，适当配加普通矿粉以发展硅酸盐液相， 对于提高烧结矿强度有利。 钒钛烧结矿的转鼓强度较普通烧结矿低。其原因是：矿粉含t i 0 2 高，加c a 0 后易于形成脆性的钙钛矿；含s i 0 2 低，可作粘结相的硅酸盐少；精矿含t i 0 2 高， 其熔化温度高，在一般烧结温度下液相少。 增加配碳量可使转鼓强度提高，但f eo 增加和脱s 率降低。当配碳量超过一定 配比时，转鼓强度反而下降。因为，增加配碳量有使液相增多改善转鼓强度的作 用，但也有不利提高转鼓强度的影响。例如f e o 升高，f e 2 0 3 减少，铁酸钙减少， 钙钛矿增多。在低碱度区，增加配碳量可以改善强度；而在高碱度区，增加配碳量 则降低强度。1 ”。由此可见，在生产高碱度烧结矿时，增加配碳量不一定能提高强 度，因为这有助于钙钛矿形成。控制适当配碳量、发展铁酸钙和抑止钙钛矿对提高 强度有利。 增加t i 0 2 含量，有助于钙钛矿形成，故使转鼓强度降低。因此，在有条件的情 况下配加适量普通矿则可降低t i 0 2 含量，并可增加s i 0 2 量，从而可以改善强度。 在全钒钛烧结的条件下，就不能配加普通矿，而需另寻其他改善措施，如提高碱度 和采用低温烧结，这可发展铁酸钙和减少钙钛矿的形成【1 5 l 。 1 2 2 钒钛烧结矿的还原性 钒钛烧结矿的还原性能一般比普通烧结矿好，因为钒钛烧结矿f e o 含量低，氧 化度高。在还原过程中，由于f e 2 0 3 还原成f c 3 0 4 时晶型转变，引起微裂纹，改善了 气体的扩散条件【1 4 】。 一般增加t i 。2 含量，烧结矿中含铁量和含铁物质减少( 如钛赤铁矿和铁酸钙 等) ，而脉石矿物增加( 如钙钛矿和钛辉石) ，增加了还原气体在矿石内部向铁矿 物扩散的阻力，所以还原性变差。 钒钛烧结矿也随其碱度升高，铁酸钙增加，还原性改善，同普通烧结矿相似。 7 河北理工大学硕士学位论文 1 2 3 高温冶金性能 钒钛烧结矿的高温冶金性能一般比普通烧结矿好，因为其中含有高熔点矿物。 随含量增加，渣相熔点升高，烧结矿的软熔温度提高。因此高温还原性能有所改 善。提高碱度，软熔温度也有改善，因为高熔点钙钛矿增加，高温还原性也有改 善，同时还可以抑制炉内高温区的s i 、t i 还原。由于钙钛矿增加和渣相熔点升高， 故滴落后的残渣率增加 。1 踟。所以，提高烧结矿碱度，不仅有利于提高强度和利用 系数，而且也可以改善高炉冶炼过程。因此，发展双碱度和炉料结构对承钢是有益 的。 随配碳量增加，f e o 增高，软化熔滴温度降低，高温还原性能变差，但可抑制 还原s i 、t i ，残渣率和渣中t i c 减少。因此烧结矿中应控制合适的f e o 含型埘。此 外，适当增加烧结矿中m 9 0 的含量，也可以改善高温冶金性能和抑制在高温区熔滴 带的还原。 1 2 4 低温还原粉化 钒钛烧结矿的低温还原粉化率( r d i ) 比普通烧结矿高得多。钒钛烧结矿低温 还原粉化率高的原因为：钒钛烧结矿中含有大量钛赤铁矿( 4 0 ) ，其中约5 0 呈 骸晶状菱形赤铁矿存在，还有部分钛赤铁矿以网格状占据与钛铁矿的位置上【”】。它 们再还原成磁铁矿时，由于晶型转变而引起膨胀粉化。实验表明，钒钛烧结矿还原 粉化主要发生在还原度小于1 1 的区域，即f e 2 0 3 还原成f c 3 0 4 阶段；钒钛烧结矿 中s i 0 2 含量低，硅酸盐渣粘结相少，而且由于t i 0 2 含量高，存在大量不起粘结作 用的钙钛矿，它本身的脆性妨碍钛赤铁矿和钛磁铁矿问的连晶作用，因此烧结矿本 身强度差，抵抗膨胀粉化的能力降低；钒钛烧结矿中矿物的多样性和不同的热膨胀 性引起的内应力比普通矿大，在低温还原阶段( 5 0 0 ) 会导致大量微裂纹的形 成，从而为在更高温度范围内形成粗大裂纹和碎化程度的加剧提供了有利条件【1 9 1 。 虽然承钢钒钛烧结矿的低温还原粉化率很高，但根据承钢高炉长期冶炼的实践 表明，高炉上部块状带的透气性并未因粉化率很高而成为限制冶炼强化的环节1 5 】。 可见，钒钛烧结矿虽然还原粉化率高，但粉末却不多，因此对高炉上部透气性不会 造成太大影响。 8 2 研究方案 2 1 实验方法 2 1 1 烧结杯试验 2 研究方案 烧结杯试验条件模拟承德钢铁公司烧结厂的实际生产情况。烧结杯内径为 3 0 0 m m ，各次试验用料按试验设计方案配料，返矿配比固定为外配2 5 ，每次试 验的总原料量为5 0 虹，人工加水拌匀，混合料水份控制为7 左右，然后加入巾 6 0 0 1 2 0 0i i l l n 的小型圆筒混料机内进行混匀造球，混匀造球的时间控制为 7 i n j n 。烧结杯底层放置1 ok g 大于lo 蝴的成品烧结矿作为铺底料，烧结料层厚 度控制为5 0 0 i n m ，烧结负压控制为1 2 0 0 0p a 。采用石油液化气进行烧结点火，烧 结点火温度控制为1 1 5 0 ，烧结点火时间为1 5m i n ，烧结点火负压控制为 6 0 0 0 p a ，将烧结废气温度开始下降时定为烧结终点。 烧结饼置于2 米高自由落下至铁板4 次，取大于1 0 m m 的百分比作为烧结成 品率。所用转鼓为中1 0 0 0 2 5 0m m 的1 ，2i s o 转鼓，试样为大于1 01 1 1 1 n 的成品 烧结矿7 5 埏，以2 5r p m 的转速转动8m 试，取大于6 3m m 的百分比作为烧结矿 的转鼓指数，取小于o 5m m 的百分比作为烧结矿的耐磨指数， 2 1 2 低温还原粉化性能试验 根据铁矿石低温粉化试验静态还原后使用冷转鼓的方法( g b ，r 1 3 2 4 2 9 1 ) 进行烧结矿的低温还原粉化试验。烧结矿的低温还原粉化试验分为定温还原 试验和转鼓试验两部分，还原反应管的内径为7 5 m m ，试验用试样为5 0 0g 粒度 为1 0 1 5m m 成品烧结矿，还原温度控制为5 0 0 ，还原气体的成分控制为 c o 佻= 3 0 7 0 ，还原气体的流量控制为1 5l m i n ，定温还原的时间控制为lh 。还 原后的试样在纯n 2 保护下冷却至室温，称重后装入尺寸为中1 3 0 x 2 0 0m m 的转 鼓，转鼓以1 0r p m ( 转分) 的速度转3 0 0 转，取出后分别用6 3r 啪、3 1 5 胁、 o 5 m m 的方孔筛进行筛分分离，分别将试样中大于6 3m m 的百分比、小于3 1 5 n l l n 的百分比、小于0 5m m 的百分比以r d d j 、胄d 上3 佑和r d b j 表示。 9 一 河北理r ：大学硕士学位论文 2 2 试验方案 根据承钢烧结厂的实际生产状况，烧结试验分为普通烧结试验和含钒烧结试 验两部分进行，普通烧结试验采用的含铁原料为普通精矿粉、高炉返矿和球团返 矿；含钒烧结试验采用的含铁原料为含钒精矿粉、澳矿粉、普通精矿粉、高炉返 矿和球团返矿。以承钢烧结的实际配矿方案为基础配矿方案，选择的变量分别为 含钒精矿粉比例、澳矿粉比例、普通精矿粉比例、高炉返矿比例、球团返矿比 例、烧结矿的碱度、烧结矿的m g o 含量、固体燃料种类和配比、烧结矿冷却方 式等，根据承钢烧结厂的实际生产条件和可能的变化幅度确定各个变量的变化范 围。具体的试验方案见表l 和表2 所示。 表1 普通烧结试验方案( ) t a b l elp r o j e c to f c o m m 帅s i n t e r i n ge 船m i n a t i o n 1 0 2 研究方案 表2含钒烧结试验方案表( ) t a b i e2p 叫e c to f v 锄a d i u m t i t 鲫i u mm a g n e t t cs i n t e r i n ge x a m i na i l o n 1 9 1 9 1 9 1 9 1 9 2 o 2 o 2 o 2 0 2 0 0 6 0 常规 o 6 0 常规 0 6 o 常规 0 6 0 常规 o 6 0 常规 b 2 62 4 41 3 1 1 8 71 1 13 2 7 b 2 72 4 41 3 11 3 71 6 13 2 7 1 92 0 1 92 0 o 6 o 常规 o 6 o 常规 呈垄丝：! 型! ：! ! ：! ：! ：! ：! ：! ! ：! 堂壑 7 7 7 7 7 2 7 2 7 2 4 3 2 1 6 6 6 6 6 7 7 7 7 7 3 8 3 8 3 l 1 3 3 4 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 m 抖m m 弘 0 1 2 4 5耻；酡盼； 河北理工大学硕士学位论文 3 原料性能的研究 3 1 烧结用原料的化学成分和粒度组成 烧结试验所用各种原料和燃料全部取自承钢生产现场，各种原料和燃科的化学 成分见表3 和表4 所示。从表3 和表4 中可以看出以下几点： 表3 原料化学成分( ) t a b l e3c h 朋1 i c a lc o m p o s i l i o no f m a t e r i a l 种类 t f e f e o c a o s i 0 2m g oa 1 2 0 3t i 0 2v 2 0 s烧损 含钒精矿粉6 2 0 32 6 1 7o 8 03 4 01 5 13 1 94 8 7o 4 70 5 0 普通精矿粉6 5 1 62 4 9 7o 8 05 5 01 4 71 4 71 9 7o 1 l0 s o 澳矿粉6 3 2 10 6 70 3 73 5 0o 3 41 9 61 5 0 混合灰 6 0 5 03 7 0 1 3 6 1 6 1 f 5 0 0 高炉返矿 5 3 2 7l l - 3 41 0 5 05 o o 1 6 8 3 1 2 3 4 3 o 3 4 1 0 0 球团返矿 5 8 6 l5 7 9o 8 04 5 0 o 2 9 4 2 8 3 5 4 o 3 9 0 5 0 臼煤1 5 l1 3 1 8o 8 76 6 17 6 8 7 焦粉2 2 88 9 2o - 3 14 3 88 3 4 l 自云石 3 0 7 81 0 82 0 3 22 8 4 4 6 5 4 1 含钒精矿粉的含铁品位比较低，f e 0 含量比较高，是一种比较典型的磁铁 矿；普通精矿粉的含铁品位比较高，f e o 含量也比较高，也是一种磁铁矿；澳矿粉 的含铁品位介于含钒精矿粉与普通精矿粉之间，f e o 含量非常低，是一种比较典型 的赤铁矿。含钒精矿粉的t i 0 2 和a 1 2 0 3 含量比较高，而s i 0 2 含量则比较低；普通精 矿粉的s i 0 2 含量比较高，而t i 0 2 和a 1 2 0 3 含量则比较低；澳矿粉的s i 0 2 和a 1 2 0 3 含 量介于含钒精矿粉和普通精矿粉之问，基本上没有t i 0 2 。 表4 烧结用燃料的工业分析( ) t a b i e4i n d 吲r y a l y s eo f f u e lu s e ds h l t e n g 种类 f c da dv ds t d m a d 自煤 7 0 7 l 2 3 ，1 36 1 6o 7 93 6 s 焦粉 8 0 2 l1 6 5 93 2 00 6 72 6 4 2 焦粉的固定碳比白煤高，灰分和挥发分含量却比白煤低，这意味着，焦粉的 发热值要高于白煤。 利用l s 激光粒度分析仪对铁精矿粉进行了粒度分析，铁精矿粉的粒度组成见 表5 所示，从表5 中可以看出：含钒精矿粉的粒度组成明显比普通精矿粉细，3 0 0 目的比例高1 1 个左右百分点，平均粒度低2 8 u m 左右。 - 1 2 3 原料的性能研究 含钒精矿粉5 4 3 71 1 2 92 7 0 86 2 01 0 66 3 8 2 普通精矿粉4 3 0 6 9 7 42 5 7 l1 3 1 68 3 39 1 1 9 3 2 含铁原料的的差热分析 利用s t a 4 4 9 c 差热和热重分析仪分别对普通铁精矿粉、含钒铁糟矿粉和澳矿 粉进行差热分析测试，测试条件为大气中，测试的温度变化范围为o 至1 1 0 0 。 普通铁精矿粉、含钒铁精矿粉和澳矿粉的差热曲线见图1 和图2 所示。 1 一普通铁精矿粉；2 一含钒铁精矿粉 图l 普通铁精矿粉和含钒铁精矿粉的差热分析曲线 f i g 1p l o to f t l l e n l l o g m v i m e t r i c 锄d 、v e i g h t i e s 锄船ss p e e df o r v a n a d i 啪柚dc o m m o n c o n c e n 订a t e s 从图1 中可以看出：普通铁精矿粉的差热曲线有一个明显的吸热谷和一个明显 的放热峰，其中1 0 7 7 的吸热谷是由吸附水蒸发吸热造成的；5 6 0 9 放热峰是由 磁铁矿氧化放热产生的，其氧化反应为： 2 f e 3 0 4 + o 5 0 2 = 3 “- f e 2 0 3 ) ( 1 ) 一1 3 河北理工大学硕士学位论文 图2 澳矿粉的差热分析曲线 f i g 2p 1 0 to f t h e m l o g m v i m e t r i ca n dw e i g h t l e s s n e s ss p e e df o ra i l s n 甜i a 矗n eo r e 磁铁矿的氧化过程在磁铁矿颗粒表面层进行，并围绕未变化的磁铁矿核心形成 赤铁矿薄膜，放热峰的强度随颗粒粒度的增加丽有所减弱。 含钒铁精矿粉的差热曲线也有一个明显的吸热谷和一个明显的放热峰，其中 1 1 3 1 的吸热谷是由吸附水蒸发吸热造成的；5 5 1 9 放热峰是由磁铁矿氧化放热产 生的。含钒铁精矿粉的吸