（钢铁冶金专业论文）mgo对烧结工艺及烧结矿冶金性能影响的研究.pdf

东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t a n db r i n gf o r w a r di m p r o v i n gm e a n s k e yw o r d s c o n t i n u o u sc a s t i n g ，r o u n d b i l l e t ，c a s ta b i l i t y l l i 曲t e m p e r a t u r e m e c h a t l i c a lp r o p e n i e s ，n u i n e r i c a ls i m u l a t i o n i v x 东北大学硕士学位论文第一章绪论 m 2 0 含量的增加而明显变好； m g o 含量增加，酸性球团矿的还原粉化率和膨胀率急剧下降。 因此，在一定碱度条件下，把菱镁石或白云石粉作为球团矿原料，提高酸性 球团矿中m 9 0 的含量是可行的【j j 。 ( 3 ) 将菱镁石或白云石粉作为烧结矿原料 在我国高炉实际生产中，许多炼铁单位将菱镁石或白云石粉作为烧结矿原料。 把菱镁石粉或白云石粉作为烧结矿原料，m g o 对烧结矿的影响如下： m g o 对烧结矿常温强度有双重影响。 方面，添加白云石后，烧结矿中出现新矿物，如钙镁橄榄石( c a m g s i 0 4 ) 、 镁蔷薇石( 3 c a o m g o 2 s i 0 2 ) 、镁黄长石( m g o 2 c a o 2 s i 0 2 ) 等。由于出现新的 含钙矿物，使硅酸二钙生成量相对减少，镁铁黄长石等熔体的出现，使粘结桐量 增加，且m g o 能抑制硅酸二钙相变，这些均有利于提高烧结矿的常漏强度。 另一方面，生产高碱度烧结矿时，为了创造生成铁酸钙的条件，常采用低温 烧结。m g o 的反应能力比c a o 弱得多，不易反应完全，低温烧结时，m g o 矿化 作用不完全的情况会有所发展。随着大量铁酸钙的生成，硅酸二钙含量减少，m 9 0 抑制硅酸二钙相变的作用则相对减弱。此外，和自熔性烧结矿相比，高碱度烧结 矿的矿相组成十分简单，添加白云石，使高碱度烧结矿的矿相组成复杂化，不利 于提高烧结矿常温强度。 单位烧结矿的热耗增加。在相同焦粉用量条件下，m g o 的增加，会使物相 的熔化温度上升，这是因为自云石的c a o 含量比石灰石中的c a o 含量低约1 7 ， 导致熔剂分解热耗增加，最终表现为使烧结工序能耗增加。也就是说，在相同的 工艺条件下，使用较多的自云石需增加焦粉配比，否则会出现烧不透的现象，使 烧结矿强度变差，返矿增多。 提高烧结矿的m g o 含量，势必造成烧结燃料比的提高和渣量的增加，这 都将造成烧结矿和生铁成本的提高。 由以上分析可见，三种提高炉渣中m g o 含量的途径各有利弊，因此如何合理 地添加m 9 0 还需要进一步深入研究。 1 3 包钢烧结生产简介 1 3 1 包钢烧结生产的发展 包钢烧结厂投产以来烧结生产大致可划分为三个时期。第一时期为自熔性烧 结矿( 称为第一代烧结矿) ；第二时期为高碱度( 高氧化镁) 烧结矿( 第二代烧结 东北大学硕士学位论文 m g o 含量的增加而明显变好； m g o 含量增加，酸性球园矿的还原粉化率和膨胀率急剧下降。 因此，在一定碱度条件下，把菱镁石或白云石粉作为球团矿原料，提高酸性 球团矿中m g o 的含量是可行的”j 。 ( 3 ) 将菱镁石或白云石粉作为烧结矿原料 在我国高炉实际生产中，许多炼铁单位将菱镁石或白云石粉作为烧结矿原判。 把菱镁石粉或白云石粉作为烧结矿原料，m g o 对烧结矿的影响如下： m g o 对烧结矿常温强度有双重影响。 一方面，添加白云石后，烧结矿中出现新矿物，如钙镁橄榄石( c m m g s i 0 4 ) 、 镁蔷薇石( 3 c a o m g o2 s i 0 2 ) 、镁黄长石( m g o2 c a o2 s i 0 2 ) 等。由于出现新的 古钙矿物，使硅酸_ 二钙生成量相刘减少，镁铁黄长石等熔体的出现，使粘结相量 增加，且m g o 能抑制硅酸二钙相变，这些均有利于提高烧结矿的常温强度。 另一方面，生产高碱度烧结矿时，为了创造生成铁酸钙的条件，常采用低温 烧结。m g o 的反应能力比c a o 弱得多，不易反应完全，低温烧结时，m g o 矿化 作用不完全的情况会有所发展。随着大量铁酸钙的生成，硅酸二钙含量减少，m g o 抑制硅酸二钙相变的作用则相对减弱。此外，和自熔性烧结矿相比，高碱度烧结 矿的矿相组成十分简单，添加白云石，使高碱度烧结矿的矿相组成复杂化，不利 于提高烧结矿常温强度。 单位烧结矿的热耗增加。在相同焦粉用量条件下，m g o 的增加，会使物相 的熔化温度上升这是幽为自云石的c a o 含量比石灰石中的c a o 含量低约1 7 ， 导致熔剂分解热耗增加，最终表现为使烧结工序能耗增加。也就是说，在相同的 工艺条件f ，使用较多的自云石需增加焦粉配比，否则会出现烧不透的现象，使 烧结矿强度变差，返矿增多。 提高烧结矿的m g o 含量，势必造成烧结燃料比的提高和渣量的增加，这 都将造成烧结矿和生铁成本的提高。 由虬上分析可见，三种提高炉渣中m g o 含量的途径各有利弊，因此如何台删 地添加m g o 还需要进一步深入研究。 1 3 包钢烧结生产简介 13 1 包钢烧结生产的发展 包钢烧结厂投产以来烧结生产大致可划分为三个时期。第一时期为自熔性烧 结矿( 称为第一代烧结矿) ；第二时期为高碱度( 高氧化镁) 烧结矿( 第二代烧鲇 结矿( 称为第一代烧结矿) ；第二时期为高碱度( 高氧化镁) 烧结矿( 第二代烧结 3 - 东北大学硕士学位论文第一章绪论 m 2 0 含量的增加而明显变好； m g o 含量增加，酸性球团矿的还原粉化率和膨胀率急剧下降。 因此，在一定碱度条件下，把菱镁石或白云石粉作为球团矿原料，提高酸性 球团矿中m 9 0 的含量是可行的【j j 。 ( 3 ) 将菱镁石或白云石粉作为烧结矿原料 在我国高炉实际生产中，许多炼铁单位将菱镁石或白云石粉作为烧结矿原料。 把菱镁石粉或白云石粉作为烧结矿原料，m g o 对烧结矿的影响如下： m g o 对烧结矿常温强度有双重影响。 方面，添加白云石后，烧结矿中出现新矿物，如钙镁橄榄石( c a m g s i 0 4 ) 、 镁蔷薇石( 3 c a o m g o 2 s i 0 2 ) 、镁黄长石( m g o 2 c a o 2 s i 0 2 ) 等。由于出现新的 含钙矿物，使硅酸二钙生成量相对减少，镁铁黄长石等熔体的出现，使粘结桐量 增加，且m g o 能抑制硅酸二钙相变，这些均有利于提高烧结矿的常漏强度。 另一方面，生产高碱度烧结矿时，为了创造生成铁酸钙的条件，常采用低温 烧结。m g o 的反应能力比c a o 弱得多，不易反应完全，低温烧结时，m g o 矿化 作用不完全的情况会有所发展。随着大量铁酸钙的生成，硅酸二钙含量减少，m 9 0 抑制硅酸二钙相变的作用则相对减弱。此外，和自熔性烧结矿相比，高碱度烧结 矿的矿相组成十分简单，添加白云石，使高碱度烧结矿的矿相组成复杂化，不利 于提高烧结矿常温强度。 单位烧结矿的热耗增加。在相同焦粉用量条件下，m g o 的增加，会使物相 的熔化温度上升，这是因为自云石的c a o 含量比石灰石中的c a o 含量低约1 7 ， 导致熔剂分解热耗增加，最终表现为使烧结工序能耗增加。也就是说，在相同的 工艺条件下，使用较多的自云石需增加焦粉配比，否则会出现烧不透的现象，使 烧结矿强度变差，返矿增多。 提高烧结矿的m g o 含量，势必造成烧结燃料比的提高和渣量的增加，这 都将造成烧结矿和生铁成本的提高。 由以上分析可见，三种提高炉渣中m g o 含量的途径各有利弊，因此如何合理 地添加m 9 0 还需要进一步深入研究。 1 3 包钢烧结生产简介 1 3 1 包钢烧结生产的发展 包钢烧结厂投产以来烧结生产大致可划分为三个时期。第一时期为自熔性烧 结矿( 称为第一代烧结矿) ；第二时期为高碱度( 高氧化镁) 烧结矿( 第二代烧结 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 矿) ；第三时期为玻璃质为粘结相的低碱度( r = i 3 6 ) 烧结矿( 第三代烧结矿) 。 ( 1 ) 自熔性烧结矿时期( 1 9 6 6 1 9 7 6 ) 在1 9 6 6 1 9 7 6 年十年间，包钢烧结矿属于自熔性烧结矿。由于含有很高的氟 及钾、钠，这一时期烧结矿宏观结构为疏松的多孔薄壁结构。在矿物组成方面， 粘结相中含有大量强度较低的枪晶石。烧结矿的质量较差，并给高炉冶炼带来很 大的危害，如风口烧损多、铁口维护难、渣口易放炮及高炉结瘤频繁等，即存在 所谓的“三口一瘤”问题，严重制约了高炉的正常生产。 ( 2 ) 高碱度( 高氧化镁) 烧结矿时期( 1 9 7 7 1 9 9 8 ) 1 9 7 7 年，包钢正式开始生产高碱度烧结矿。随着碱度的提高，包钢烧结矿的 矿物组成和显微结构都有较大的变化，如铁酸钙量显著增加，枪晶石及次生赤铁 矿有所减少，烧结矿的各项指标均有较大的提高，但和普通无氟烧结矿相比仍然 存在较大的差距。1 9 8 3 年，为提高包钢烧结矿高温冶金性能，曾进行了含m g o 的 烧结试验，试验取得成功并正式投入生产。 ( 3 ) 第三代烧结矿时期( 1 9 9 9 年以后) 在提高包钢烧结矿还原透气性的研究过程中，通过与首钢、宝钢、武钢、攀 钢等厂的烧结矿的软熔性能进行比较，发现包钢烧结矿的软化区间及熔融区间最 宽，而攀钢最窄。同时，比较不同碱度的包钢烧结矿的软融性能，发现碱度降低 后，包钢烧结矿熔融区间具有明显变窄的趋势h 1 ，于是进行了旨在提高包钢烧结 矿还原透气性的“调整烧结矿碱度工业试验”，出现了第三代烧结矿。 工业试验结果表明：烧结矿碱度降低后，强度基本保持了高碱度烧结矿的水 平，明显优于过去的自熔性烧结矿。同时，烧结矿品位明显提高，渣量明显降低， 高炉透气性提高，并免去了配加硅石。高炉利用系数有了突破性的提高，由原来 一真徘徊在1 5 t m 3 d 提高至1 8 t m 3 , d 以上。高炉各项经济技术指标创历史最高水 平，经济效益巨大。这次技术创新是白云鄂博特殊矿冶炼工艺上的一次重大突破， 在国内具有领先水平”。 包钢先后生产过的烧结矿的化学成分及转鼓指数见表1 1 。 1 3 2 包钢烧结矿矿物组成 烧结矿中的矿物组成及其相互之间的结构特征，对烧结矿的机械强度和还原性 能有较大的影响。通过对其矿物组成和结构特征的研究，可事先了解在烧结矿中 出现哪些矿物对提高烧结矿质量有利，出现哪些矿物对提高烧结矿质量不利，这 样人们就可在生产过程中根据原料的特点，采取相应的工艺措施，增加有利于提 高质量的矿物，抑制不利于提高质量的矿物。 4 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 注：表中自熔性烧结矿的转鼓指数( d i ) 值为人于5 m m ，其余为大于6 3 m m 。 众所周知，影响烧结矿矿物组成和结构的因素有：燃料用量、碱度、脉石成 分、添加物种类以及操作工艺条件等。反之，从烧结矿的矿物组成和结构也可以 反映出燃料用量、碱度、脉石成分、添加物种类以及操作工艺条件等是否适宜。 烧结混合料是由多种物料( 如铁矿粉、熔剂、燃料等) 组成的，这些物料颗粒细 小而又互相紧密接触，在烧结过程中随着温度升高，各组分之间将发生固相反应， 生成新的化合物( 矿物) 。在烧结过程中，原有烧结料的各组分之间、新生成的化 合物之间、新生成的化合物与原有烧结料的各组分之间不断地发生反应。随着温 度进一步提高，各种物相相继被熔化、分解，生成低熔点化合物及共熔化台物， 随后变成液相。伴随烧结过程的结束，液相开始冷却结束，逐步生成各种矿物， 最后冷却国结成为烧结矿。冷却结晶形成的各种矿物是烧结矿成型固结的基础。 包钢烧结矿矿物组成复杂，不仅具有普通烧结矿中的常见矿物，如磁铁矿、 赤铁矿、铁酸钙、浮士体、钙铁橄榄石、硅酸二钙、黄长石、玻璃相等，还有包 钢的特色矿物一一枪晶石。包钢烧结矿中常见矿物的部分物理冶金性能详见表 1 2 【6 训。 由于白云鄂博铁精矿中的脉石是以霓石、钠闪石等复杂硅酸盐形式存在，其 反应活性低，不易形成铁酸钙。所以，在同等碱度条件下，包钢烧结矿中的铁酸 钙较以石英脉石为主的普通烧结矿的铁酸钙含量低。 一般而言，原生赤铁矿硬度最大，次生赤铁矿次之，但差别很小，其后依次 为s f c a ( 铁酸钙) 、磁铁矿，最小的为玻璃体。除了磁铁矿抗压强度在还原气氛 下变化较大外，其余几种物相变化都较小 8 】。 全部用无氟精矿烧制的烧结矿矿物组成复杂，玻璃相常成团富集，且裂纹发育， 所以强度很低。而包钢所谓的低碱度( r = 1 3 6 ) 烧结矿是利用白云鄂博铁精矿含 氟及不易形成铁酸钙的特性，放弃了对铁酸钙含量的追求，烧结矿的矿物组成及 结构均比较简单，将玻璃质作为粘结相，磁铁矿晶粒均匀地分布在玻璃相中，形 成典型的斑状结构，玻璃相并不成团富集，故强度较高( 如图l ，3 ) 。这种结构是 包钢低碱度烧结矿特有的结构，但这种烧结矿受化学成分( 如t f e 、f 、m g o 等) 的影响非常明显。包钢的生产实践证明，这种结构的烧结矿也能满足现代化犬高 s 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 炉生产的要求。 表12 烧结矿中常见矿物的部分物理冶金性能 t a b l e1 2t h ep h y s i c sa n dm e t a l l u r g i c a lc h a r a c t e r i s t i co fc o m m o nm i n e r a li ns i n t e r 矿物名称抗丑i 强度，1 0 7 p a显微硬度，x1 0 7 p a还原度， 熔化温度， 磁铁矿 3 6 、9 6 4 02 6 7 1 5 9 0 赤铁矿 浮七体 铁橄榄石 钙铁橄榄石 铁酸一钙 铁酸二钙 铁黄睦石 镁黄长石 铝黄长石 枪晶柏 2 67 2 0 2 6 2 33 3 7 0 】4 2 2 9 8 7 7 2 38 2 7 1 2 9 3 6 6 7 2 8 1 2 8 7 4 5 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 2 7 ( s f c a ) 4 99 1 o 6 6 7 6 4 2 8 5 1 4 5 7 ( 分解) i 3 7 1 1 4 2 4 】2 0 5 2 0 8 1 2 1 6 】4 4 9 】4 5 8 15 9 0 1 4 0 0 玻璃 t6 5 2 331 注：抗压强度为人工合成的单矿物在万能材料试验机上试压的结果： 还原度为在煤气中还原1 5 r a i n 。 磁铁矿一灰白色斑品；玻璃一灰黑色基底 图1 3 低碱度烧结矿的斑状结构( 2 0 0 x ) f i g 1 3t h es p o ts t r u c t u r eo fl o wb a s i c i t ys i n t e r ( 2 0 0 ) 研究表明1 9 ：这种烧结矿保持了高碱度烧结矿的强度，且降低了烧结矿的滴落 温度，使熔融区间变窄，提高了高炉的透气性。低碱度烧结矿含氟为0 4 o 5 时强度最高。这是因为氟适当地降低了液相的粘度和表面张力，使粘结相分布均匀， 加强了粘结作用，既不会像无氟烧结矿由于液相粘度较高而引起渣相成团富集，也 6 东北大学硕士学位论文第一章绪论 能发生了很大变化。但烧结矿的m g o 含量仍沿袭高碱度( r = 1 9 ) 高氧化镁时的 烧结矿( m 9 0 的质量分数为2 7 ) 。由于高炉冶炼矿比降低，渣量减少，造成炉 渣中m g o 含量有所上升，对高炉冶炼造成一定影响。为进一步优化烧结矿质量和 强化高炉冶炼，进行了包钢烧结矿降m g o 含量的研究”“。 此次试验得出如下结论： 适当降低烧结矿m g o 含量可以提高烧结矿t f e 含量，减少熔剂使用量， 有利于高炉强化和降低综合成本； 降低烧结矿m g o 含量后，烧结矿熔化滴落温度有所下降，还原度( r i ) 指标有所改善，而低温还原粉化指数( r d i ) 无明显变化； 降低烧结矿m g o 含量，有利有弊，综合试验结果可以看出，烧结矿中m g o 的质量分数为2 1 2 3 时，各项指标是较好的。 ( 4 ) 含氟铁精矿烧结工艺优化及理论研究 在对含氟铁精矿烧结工艺的优化过程中，包钢进行了旨在探索烧结矿在低碱 度条件下适宜m g o 含量的研究【l4 1 。此次试验铁精矿为包头精矿、河北精矿( 各占 5 0 ) 。m g o 含量由白云石量柬控制，设计了含m g o 分别为2 9 、2 7 、2 5 、 2 3 、2 1 、1 4 共6 个水平，其中m g o 含量为1 4 时是不加白云石的自然含 量。 此次试验得出如下结论： 烧结矿中的m g o 含量从2 9 降低到2 1 ，烧结工艺指标变化不大。当 m g o 含量从2 1 降低到1 4 时，垂直烧结速度明显加快，而转鼓指数急剧下降： 烧结矿中的m g o 含量从2 9 降低到2 1 ，烧结矿的冶金性能变化不明显， 当m 9 0 含量从2 1 降低到1 4 时，烧结矿的开始软化温度、熔化温度及滴落温 度爿明显降低，烧结矿的低温还原粉化指数明显变差； 在当时低碱度条件下烧结，m g o 的适宜含量应控制在2 2 。 综上所述，对于包钢特殊烧结矿的合适m g o 含量还没有统一的结论，因此有 必要对m g o 对烧结矿冶金性能的影响进一步深入研究。 1 4 研究目的及意义 烧结矿是目前我国炼铁生产的主要铁矿原料之一，高炉用料结构中，烧结矿 所占比例在7 5 以上，要实现高炉精料技术，必须进一步研究和改善烧结矿质量。 随着高炉生产技术的不断进步，烧结矿质量已不仅再是单纯的化学成分稳定、强 度高、粒度均匀、粉末少等问题，烧结矿冶金性能( 如低温还原粉化性能、还原 性、高温软熔滴落性能等) 作为烧结矿质量的重要内容及其变化对高炉冶炼所产 8 x 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 不会像含氟特别高时而形成的多孔薄壁结构。 1 3 3 包钢关于烧结矿中m 9 0 含量的研究经纬 包钢关于烧结矿中m g o 含量的研究共可分为四个阶段： ( 1 ) 降低烧结矿中m 9 0 含量的工业试验 八十年代初，针对包钢高炉频繁结瘤的状况，在原高碱度烧结矿配料中加入 一定量白云石，有利于高炉排碱。烧结矿中m g o 由原自然含量1 2 1 6 提高到 2 6 2 8 ，炉渣中m g o 含量也相应提高，对抑制高炉结瘤也起到了积极作用。然 而，白云石的加入，使烧结矿冷强度、中温还原性变差，对台时产量、固体燃耗 和烧结矿品位等，也带来不利影响。针对这一状况，包钢进行了适当减少烧结矿 中自云石的配入量，即降低m g o 含量的试验研究1 1 们。 此次试验得出如下结论： 在烧结矿中氟含量降至o 6 0 7 水平条件下，适当降低烧结矿中的m g o 含量，可使烧结矿的高温冶金性能不受影响，或者说，在维持原冶金性能的条件 下允许适当降低烧结矿中m g o 含量： 烧结矿降低m g o 含量后的高炉冶炼试验表明，试验期问高炉利用系数平 均提高o 0 2 o 1 7 “( m 3 d ) ，综合焦比未升高。 ( 2 ) 关于包钢烧结矿软熔性能的研究 包钢高炉在解决了风口、炉瘤等难关后，面临着高炉接受风量能力差，冶炼 强度低的问题。资料l 表明，包钢烧结矿k 、n a 、f 含量高，特别是k 、n a 在高 炉内的循环富集，炉身下部炉料k 2 0 含量高达2 3 ( 富集1 0 1 3 倍) ，n a 2 0 为 03 1 1 ( 富集2 倍左右) ，导致软熔温度低，透气性差。m g o 可以改变烧结矿 的软熔性能，但合适的m 9 0 含量一直有争论。因此，在当时包钢烧结矿的条件下， 进行了m g o 对含k 、n a 烧结矿的软熔性能影响的研究【1 2 。 此次试验得出如下结论： m g o 可以提高烧结矿渣相的熔点，因而能够提高软熔温度，改善高炉料柱 的透气性，有利于提高产量。所以，含f 烧结矿中含有一定量的m g o 有利于改善 烧结矿的高温冶金性能。在没有考虑k 、n a 富集时，m g o 含量为3 o 左右比较 合适，含量再高，对改善烧结矿高温冶金性能的作用就不明显了； 当烧结矿中含有k 、n a 等元素时，m g o 的合适含量随k 、n a 的富集而提 高。在f 含量为o 8 ，k 、n a 富集5 9 倍时，m r 0 含量为3 7 可达到良好的效 果。 ( 3 ) 包钢第三代烧结矿适量m g o 含量的试验研究 随着包钢r = 1 3 6 烧结矿的成功开发与应用，包钢烧结矿的理化指标及冶金性 7 东北大学硕士学位论文第一章绪论 能发生了很大变化。但烧结矿的m g o 含量仍沿袭高碱度( r = 1 9 ) 高氧化镁时的 烧结矿( m 9 0 的质量分数为2 7 ) 。由于高炉冶炼矿比降低，渣量减少，造成炉 渣中m g o 含量有所上升，对高炉冶炼造成一定影响。为进一步优化烧结矿质量和 强化高炉冶炼，进行了包钢烧结矿降m g o 含量的研究”“。 此次试验得出如下结论： 适当降低烧结矿m g o 含量可以提高烧结矿t f e 含量，减少熔剂使用量， 有利于高炉强化和降低综合成本； 降低烧结矿m g o 含量后，烧结矿熔化滴落温度有所下降，还原度( r i ) 指标有所改善，而低温还原粉化指数( r d i ) 无明显变化； 降低烧结矿m g o 含量，有利有弊，综合试验结果可以看出，烧结矿中m g o 的质量分数为2 1 2 3 时，各项指标是较好的。 ( 4 ) 含氟铁精矿烧结工艺优化及理论研究 在对含氟铁精矿烧结工艺的优化过程中，包钢进行了旨在探索烧结矿在低碱 度条件下适宜m g o 含量的研究【l4 1 。此次试验铁精矿为包头精矿、河北精矿( 各占 5 0 ) 。m g o 含量由白云石量柬控制，设计了含m g o 分别为2 9 、2 7 、2 5 、 2 3 、2 1 、1 4 共6 个水平，其中m g o 含量为1 4 时是不加白云石的自然含 量。 此次试验得出如下结论： 烧结矿中的m g o 含量从2 9 降低到2 1 ，烧结工艺指标变化不大。当 m g o 含量从2 1 降低到1 4 时，垂直烧结速度明显加快，而转鼓指数急剧下降： 烧结矿中的m g o 含量从2 9 降低到2 1 ，烧结矿的冶金性能变化不明显， 当m 9 0 含量从2 1 降低到1 4 时，烧结矿的开始软化温度、熔化温度及滴落温 度爿明显降低，烧结矿的低温还原粉化指数明显变差； 在当时低碱度条件下烧结，m g o 的适宜含量应控制在2 2 。 综上所述，对于包钢特殊烧结矿的合适m g o 含量还没有统一的结论，因此有 必要对m g o 对烧结矿冶金性能的影响进一步深入研究。 1 4 研究目的及意义 烧结矿是目前我国炼铁生产的主要铁矿原料之一，高炉用料结构中，烧结矿 所占比例在7 5 以上，要实现高炉精料技术，必须进一步研究和改善烧结矿质量。 随着高炉生产技术的不断进步，烧结矿质量已不仅再是单纯的化学成分稳定、强 度高、粒度均匀、粉末少等问题，烧结矿冶金性能( 如低温还原粉化性能、还原 性、高温软熔滴落性能等) 作为烧结矿质量的重要内容及其变化对高炉冶炼所产 8 东北大学硕士学位论文 第二章m g o 对烧结工艺的影响 第二章m g o 对烧结工艺的影响 为了保证高炉炉渣中一定的m g o 含量，在烧结生产时要配加一定量a 云石。 本章进行了不同碱度变m g o 含量的烧结试验，考察m g o 对包钢不同碱度烧结矿 烧结工艺及烧结矿常温强度的影响。 2 1 试验原料 本试验所使用的烧结原料均来自包头钢铁公司，包括包头精矿、河北精矿、 生石灰粉、白云石粉和焦粉等。 烧结原燃料粒度分布和化学成分分别示于表2 1 和表2 2 。 表2 1 原燃料粒度情况 t a b l e21t h eg r a n u l a r i t yo f r a wm a t e r i a l s 表2 2 原燃料化学成分( ) t a b l e2 2t h ec h e m i c a lc o m p o s t i o no f r a wm a t e r i a l ( ) 注：l o i 表示原料在烧结过程中的烧损。 2 1 1 精矿粉 精矿粉是烧结生产的主要含铁原料，本次试验所使用的精矿粉是包头精矿和 河北精矿，其配比为1 ：l 。 1 0 东北大学硕士学位论文 第二章m g o 对烧结工艺的影响 包头精矿即白云鄂博铁精矿，白云鄂博矿是个铁、稀土、铌等多种矿物共 生的矿床。由于矿床成因复杂，致使不同部位形成不同的矿物组合，现已查明矿 床中含有7 1 种元素、1 7 0 多种矿物。白云鄂博矿大部分为含铁品位较低的贫矿 ( t f e 为3 0 左右) ，需经过选矿提高其品位，去除部分有害杂质，并选出稀十矿 物进行综合利用。 自云鄂博矿是包钢的主要矿区，由于白云鄂博矿所含元素种类多，矿物成分 复杂并且呈细粒互相嵌布，因此给烧结、冶炼工艺带来一系列的困难，研究含氟 烧结矿中m g o 对烧结工艺及烧结矿冶金性能的影响，对提高烧结效益，制定合理 的高炉冶炼工艺等具有十分重要的参考价值。 白云鄂博铁精矿具有以下特点： ( 1 ) 精矿品位较低，有害杂质含量高 九十年代，包钢选矿攻关取得巨大进展。1 9 9 3 年，全铁品位达到6 2 ，氟降 低到1 o 1 2 。近几年，铁精矿的品位保持在6 2 左右，含氟0 7 以下。但与 首钢迁安精矿、鞍山、本溪精矿相比，铁分仍然偏低，k 、n a 含量偏高，k ：o 、 n a 2 0 含量多年来直在o 2 0 3 。 精矿铁分低将导致烧结矿品位低，高炉冶炼时矿比高、焦比高、渣量大，牛 产率低。而且钾、钠、氟等低熔点矿物的存在降低了矿石的软化和熔化温度，使 炉料在高炉上部过早熔化，造成上部结瘤，同时也易使软熔带增厚，影响高炉透 气性，破坏高炉顺行1 。 ( 2 ) 矿物组成复杂，反应活性低 1 9 7 4 年，包钢冶研所对白云鄂博铁精矿和某些外地铁精矿作了岩相对比。查 明，白云鄂博铁精矿主要含铁嗵蟆傧蟪嗵蟆痔蟆铁矿等， 脉石有霓石、钠闪石、萤石、石英、云母、独居石、氟碳铈矿、白云右、方解石、 重晶石、磷灰石等。澳大利亚和日本的一些研究机构通过x 光衍射、扫描电镜等 手段也证实了上述矿物在白云鄂博矿中的存在陀12 扪。迁安等地的精矿其主要含铁 矿物是磁铁矿、赤铁矿，脉石矿物主要是石英，还有很少量的绿泥石、角闪石、 云母等。白云鄂博精矿中的si02以复杂的硅酸盐形式存在，主要为含钾、钠的复杂 硅酸盐霓石、钠闪石等。而普通精矿矿物组成简单，si02主要以游离态的石英存在。卜述特点 决定了白云鄂博精矿在烧结时，其中的脉石不易与铁矿物及熔剂形成铁酸钙 等矿物，而容易以玻璃质形式保存下来。这就是包钢烧结矿比其他火例铁厂烧结 矿铁酸钙低、玻璃质高，强度低的主要原因。( 3 ) 精 矿粒度细，熔化温度区间宽由于白云 东北大学硕士学位论文第二章m g o 对烧结工艺的影响 ( 2 ) 在烧结过程中，熔剂中的碱性氧化物c a o 及m g o 可以与矿粉中的酸性 脉石s i 0 2 及a 1 2 0 3 组成低熔点物质，从而在燃料消耗较低的情况下，获得足够的 液相以改善烧结矿的强度及冶金性能。 对于熔剂的要求如下： ( 1 ) 碱性氧化物含量高，酸性氧化物( s i 0 2 + a 1 2 0 3 ) 的含量愈低愈好； ( 2 ) 硫、磷等有害杂质少； ( 3 ) 粒度不宜过大，一般烧结用粒度为 3 m m 。 本试验所使用的熔剂是生石灰和白云石。使用生石灰时，由于生石灰加水发 生放热反应，可以起预热烧结料的作用。因此，使用生石灰是烧结增产的一种措 施。使用白云石是为了调节烧结矿中的m g o 含量，进而研究m g o 对烧结工艺及 烧结矿冶金性能的影响。在试验前对生石灰和白云石进行筛分，取 1 2 0 负荷，k g c m 2 o 5k g c m 。j0k g c m n 26 0 9 l m i n n ，1 0 0 n ，7 0 1 05 l m i n 气体组成、流量 c o2 6 39 l m i n 3 l m j nc 03 0 4 ，5 l ，m i n c 0 21 4 2 1 l m j n 1 0 m i nl o m i n3 m i n 5 m i n 升温速度 升至4 0 0 升至9 0 0 升至1 0 2 0 至熔滴 3 1 2 熔滴试验步骤 ( 1 ) 试样准备 试样的粒度范围为1 0 0 1 2 5 m m ，按下列规定制各：筛出大于1 2 5 m m 的试样， 并破碎大于1 2 5 m m 部分，直至全部通过1 6 o m m 的筛子。然后合并各部分进行筛 分，从试样中筛除大于1 2 5 m m 和小于1 0 o m m 的部分。将得到的1 0 o 1 2 ，5 m m 试 样混匀，并按随机的方法缩分作为熔滴试验用试样。 试验试样在1 0 5 5 的温度下烘干，烘干时间2 h ，然后冷却至室温，并保存 在于燥器中。试验时，称取5 0 0 9 试样参加试验，料层高度约为6 7 m m 。 ( 2 ) 装料 取一内径为0 7 5 的石墨坩埚，底部铺上3 0 m m 厚的焦炭粒，质量约为7 2 5 9 ， 压平后将制备好的试样放入坩埚内，然后在试样上面再放入1 5 m m 厚的焦炭，质 量约为3 7 5 9 。上下两层焦炭的作用是：模拟高炉的装料制度和保护铁矿石，防j r 试样收缩时阻塞滴落孔和排气孔，从而保证熔化物和煤气流顺利通过。装完料后， 将坩埚连同压杆平稳地放入还原管内，接好热电偶，再将还原管下部密封好，即 可开始还原熔化试验。 ( 3 ) 还原熔化 试验采取三段变温升温制度，即0 9 0 0 升温速度为1 0 ，m i n ，9 0 0 1 0 2 0 升温速度为3 m i n ，1 0 2 0 以后升温速度为5 m i n 。其它试验条件参见表3 1 。 试验结束后，将滴落物取出，用于成分分析。 ( 4 ) 试验结果计算 根据测定装置给出的料层收缩率( ) 和料层气流阻力( 即压力损失) 结果分 2 2 东北大学硕士学位论文 第三章m g o 对烧结矿软熔性能的影响 析得到试验结果( 见图3 2 ) 。 图3 2 熔滴试验计算机界面示意图 f i g 3 2 t h ed i a g r a m m a t i cs k e t c ho f m e l t i n ge x p e r i m e n t w 旭g 02 8 02 0 01 2 0 口4 研究表明，在软化开始阶段，软化变形仅发生在试样接触点和接触面处，孔 隙的有效通道并未严重受阻，不会使气流阻力明显增加。因此，为评价某种矿石 的软熔性能，定义收缩率为4 的温度为软化开始温度( t 4 ) ，软化终了温度为收 缩率为4 0 时的温度( t 4 0 ) ；熔化开始温度为压差上升最剧烈的温度( t s ) ，滴落 温度为熔化终了温度( t d ) ，最大压差为p 。，达到最大压差时的温度为t a p 。 对于烧结矿软熔滴落性能的分析，传统的研究方式是考察烧结矿的软化区间 ( t 4 0 t 4 ) 和熔化区间( t d t s ) ，本文认为综合考察烧结矿的软熔温度区间更能反 映烧结矿的高温冶金性能，因此定义了烧结矿的软熔带温度区间( t d t l o ) ，t ，。为 烧结矿收缩率为1 0 时的温度。 软化、熔化温度区间及软熔带温度区间分别按式( 3 1 、3 2 、3 3 ) 计算： 软化温度区间= ( t 4 0 t 4 ) ( 3 1 ) 熔化温度区间= ( t d t s )( 3 2 ) 软熔带温度区间= ( t d t l o ) ( 3 3 ) 3 2 熔滴试验结果及讨论 矿石的软化及熔滴特性对软熔带的形状与位置起决定性作用：矿石软化温度 高而熔滴性能好，则软熔带变薄并下移；而软熔温度低、软熔区间宽的矿石下部 阻力大，不易强化。因此，掌握矿石的高温软化及熔融滴落性能是非常重要的 x 东北大学硕士学位论文 第三章m g o 对烧结矿软熔性能的影响 p2 0 d h q1 ( 3 0 p1 f f i 3 ”1 4 p 1 如 一晶1 2 d d 1 1 0 0 l 4l 72 1253 0 m g o 图3 4m g o 对烧结矿t s 、t j 、熔化区间的影响 f i g 3 4 t h ee f f e c to f m g oa d d i t i o no nt s ，t da n dm e l t i n gz o n eo f s i n t e r 1 4l72 12 5 3 0 m g o 图3 5m g o 对烧结矿软熔带温度区间的影响 f i g 3 5 t h ee f f e c to f m g oa d d i t i o no ns o f t e n m e l t i n gz o t l eo f s i n t e r 2 6 东北大学硕士学位论文 第三章m g o 对烧结矿软熔性能的影响 1 0 0 0 p 1 2 0 0 - 卜 1 4 0 0 1 6 0 0 l l3l lfl z 1l z5l 一3uh i4h 一17t t z 1h 一25h 1 ： 0 m g o 图3 6m g o 对高炉软熔带位置的影响 f i g 3 6 t h ee f f e c t o f m g oa d d i t i o n o ns o f t e n m e l t i n gz o n eo f b l a s t f u n a c e r 3 2 2 4m g o 对料柱压差的影响 m g o 对料柱压差的影响见图3 7 。 m g o 图3 7m g o 对烧结矿料柱总压差的影响 f i g 3 7 t h ee f f e c to f m g oa d d i t i o no i lm a x i m u mp r e s s u r e - d r o p 由图3 7 可见：随着m g o 含量的增加，低碱度烧结矿矿所产生的总压差先升 高后降低，高碱度烧结矿所产生的总压差一直增加。 随着m g o 含量的增加，烧结矿在高温条件下会产生三种相应的变化： ( 1 ) 固相反应加剧，开始生成新的矿物： 2 7 - 西dx旧ui厶q 东北大学硕士学位论文第三章m g o 对烧结矿软熔性能的影响 ( 2 ) 渣量逐渐增多，熔点升高； ( 3 ) 初渣的流动性逐渐变好。 因此m g o 含量较高的烧结矿中，渣相高熔点物质增多，烧结矿不易滴落，从 而使高炉的压差增大，透气性变差，不利于高炉顺行。对于低碱度烧结矿而言， 当m g o 含量大于2 1 时，由于矿石软化和熔化开始较晚，以及初渣的流动性略 好，使得最大压差有所下降。但由于料柱收缩较慢，使得烧结矿的软熔带变厚， 因此也不利于高炉顺行。 3 ，3 烧结矿软熔滴落性能的理论分析 3 3 1 烧结矿的软熔滴落过程 烧结矿进入高炉后，其颗粒的外部表面首先被还原，在其外表面形成了一层 由金属铁和浮氏体组成的铁壳；内部则由浮氏体和渣相组成，形成一个未还原核。 烧结矿中未还原核的软熔性能对高炉软熔带的形状和位置有很大的影响忙“。 由于多孔的烧结矿在较低的温度( 约9 0 0 ) 时被还原为浮氏体，因此烧结矽 的未还原核主要由浮氏体、渣相以及硅酸盐玻璃等组成，烧结矿的软熔性能便依 赖于它们的熔点和比例等。随着温度的升商，在软熔带烧结矿内部未还原核中的 渣相丌始向外渗出。同时，铁壳将阻碍还原气向烧结矿内部扩散，从而降低了还 原速率。因此，烧结矿的孔隙率逐渐缩小，最终引起压差的升高。温度继续升高， 未还原核中的渣相渗出铁壳，同时，金属铁渗碳后也开始熔化，二者便在温度达 到各自的熔点后开始滴落。 因此，在加热还原过程中，有系列现象相继产生：龟裂一开始变形一形成铁 壳一渣渗出一铁壳破坏一渗碳一渣铁分离一铁滴下一渣铁反应结束一渣滴下【2 5 l 。 这与用试样收集器收集熔融滴落物的结果相一致：铁液先滴( 在下部) ，渣液后滴 ( 在上部) ，见图3 ，8 。 3 。3 2 影响烧结矿软熔滴落胜能的因素 高炉的操作条件对软熔带的位置、形状与厚薄有一定的影响，但是矿石的软 化及熔滴特性则起决定性的作用。 影响矿石软熔性能的因素，般可分为两组：内部因素和外部因素。渣相的熔 点和数量、浮士体的熔点、还原度、试样的气孔率和孔隙大小等属于内部因素。 试验中采用的还原制度、升温制度、荷重制度、料层高度和试样重量等属于外部 因素。内部因索是直接的和主要的，而外部因素是间接的和次要的。 2 8 东北大学硕士学位论文 第三章m g o 对烧结矿软熔性能的影响 图3 8 熔滴试验滴落物 f i g 3 8 t h ed r i p p e ds u b s t a n c ei nm e l t i n ge x p e r i m e n t 任何铁矿石，都可以分为铁相和渣相两个结构部分。前者包括金属铁、浮士体、 磁铁矿和赤铁矿等，后者包括联蒿娃嘶鹊比弱豁转龆m ；矧簧蘸璀搓粥矮生名崞 g 霹捌4 、i 1 3 9 6 翻! 那戳鞋知薹温度都略有升高，但变化不大；高碱度烧结矿与低碱度烧结矿的软化 丌始温度相近，但高碱度烧结矿的软化区间比低碱度烧结矿的大( 约2o ) 。3 2 2 2 m g o 对烧结矿熔化性能的影响：m 2 0 对烧结矿熔化 性能的影响示于图3 4 。由图3 4 可见：随 着m g o 含量的增加，高碱度烧结矿和低碱度烧结矿的熔化丌始温度都有所增加 ，增加幅度较小：但二者的熔化终了温度则显著增加：高碱 度烧结矿的熔化开始温度与低碱度烧结矿相近，但前者的熔化终了温度则比后者 高很多，表现为熔化区间明显比低碱度烧结矿大( 约7 0 1 0 0 ) 。 3 2 2 3m go 对高炉软熔带的影响 m g o 对高炉软熔带的影响示于图3 5 、3 6 。 由图3 5 、3 6可见：随着m 9 0 含量的增加，烧结矿在高炉中所产生的软熔带 起始温度变化不大，但软熔带的终了温度却显著升高，使得软熔带厚度逐渐变宽； m g o 含量对低碱度烧结矿在高炉中所产生的软熔带厚度的影响更明显；高碱度烧 结矿所产生的软熔带比低碱度烧结矿的软熔带宽( 约8 0 1 2 0 ) ；高碱度高m g o 烧结矿的软熔带温度 东北大学硕士学位论文 第三章m g o 对烧结矿软熔性能的影响 图3 8 熔滴试验滴落物 f i g 3 8t h e “p p e ds u b s t a n c ei nm e l t i n ge x p e r i m e n t 任何铁矿石，都可以分为铁相和渣相两个结构部分。前者包括金属铁、浮士体、 磁铁矿和赤铁矿等，后者包括各种硅酸盐和少量铁酸盐。铁相熔点主要决定于浮 士体熔点( 1 3 9 6 ) 和金属铁的熔点( 从含c 为i 5 的1 4 2 0 到纯铁的1 5 3 4 ) ， 考虑到有些元素( c a 、m g 、a l 、c ) 可熔解在浮士体和金属铁中，其熔点可 能要降低或升高。渣相熔点决定于它的组成，并在很宽的范围内变化，从1 1 0 0 ( 钙铁橄榄石) 到2 1 3 0 ( 硅酸二钙) ，少数含其它元素( 如k 2 0 、n a 2 0 等) 的 还可能低于l 0 0 0 ，但大多数情况下，在1 1 0 0 1 5 0 0 之间变化。由此可见， 铁矿石在加热还原过程中，其开始阶段的软化主要决定于渣相的熔点，而熔化和 滴落则可能决定于渣相和铁相的熔点，哪一组数量多，则此相的影响也就大。 有些氧化物在渣铁二相间可进行转换，例如f e o 、m g o 、c a 0 等。这会不断 地改变着二相的熔点和数量。试样中任何一相的数量减少，将使此相对软熔性能 的影响降低1 2 6 l 。 3 3 3 包钢烧结矿软熔滴落的特性 包钢烧结矿生产主要使用来自白云鄂博矿山的含氟铁矿石，矿石的含氟特性影 响了烧结矿的一些冶金性能。图3 9 、3 1 0 、3 1 1 为本试验试样与国内其他某钢铁 j 一烧结矿的软熔性能的比较。 2 9 - 东北大学硕士学位论文第三章m g o 对烧结矿软熔性能的影响 o “ _ 制 皤 温度， 图3 9 包钢低碱度烧结矿软熔滴落示意图 f i g 3 9 t h ed i a g r a m m a t i cs k e t c ho f m e l t i n g e x p e r i m e n to f s i n t e rw i t hl o wb a s i c j t yf r o mb a o g a n g 由 曼 h 剁 出 温度， b d 吲 惶： # 叟 键 图3 1 0 包钢高碱度烧结矿软熔滴落示意图 f 追3 1 0t h ed i a g r a m m a t i cs k e t c ho f m e l t i n ge x p e t i m e n to fs i m e rw i t hh j 曲b a s i c i t yf r o mb a o g a n g 3 0 删鼷艇壤 东北大学硕士学位论文 第三章m g o 对烧结矿软熔性能的影响 口一 _ h j | l 出 d 】 峨 艇 填 温度， 图3 1 1 国内某钢铁厂烧结矿软熔滴落示意图 f i g 3 1 1t h ed i a g r a m m a t i cs k e t c ho f m e l t i n ge x p e r i