低温还原粉化特性

1、低温还原粉化性 (reduction disintegration property)铁矿石 （烧结矿及球团矿 ）在低温还原过程中发生碎裂粉化的特性。在高炉炼 铁 过程中，当铁矿石进入高炉后，炉料下降到400?600C的区间，在这里受到 来自高炉下部的煤气的还原作用，会发生不同程度的碎裂粉化。严重时则影响 高炉上部料柱 的透气性， 破坏炉况顺行。 铁矿石这种性能的强弱以低温还原粉 化指数（RDI 来表示，或称 LTB（LowTemperature Break-down ）粉化原因及影响因素低温还原粉化的根本原因是矿石中的 Fe2O3。在低温（ 400?600C）还原时，由赤铁矿变成磁铁矿发生了

2、晶格的变化，前者为三方晶系六方晶格，而后者为等轴晶系立方晶格，还原造成了晶格的扭曲，产生极大的内应力，导致铁矿石在机械力作用下碎裂粉化。影响铁矿石（烧结矿及球团矿 ）低温还原粉化性能的因素有矿石的种类、 Fe2O3 的结晶形态、人造富矿的碱度、还原温度及铁矿石中的其他元素的含量。矿石的种类以赤铁矿粉为原料的烧结矿 RD, 较高；以磁铁矿粉为原料的烧 结矿 RDI,较低。例如：烧结原料中澳大利亚赤铁矿配加量由 43.5 增加到 60.6 时，烧结矿的 RDI 值 由31.36 %提高到 38.08%德国 K.格勒勃等研究表明：在烧结矿中碱度、脉石含量及机械应力相同的条件下，烧结矿中Fe。 0。（

3、包括原始及次生 Fe2O3）含量与 RDI 有密切的关系， Fe2O3 含量愈高，则 RDI 愈高。Fe2O 3 的结晶形态 Fe2O3 结晶形态的差异能引起 RDI 较大的变化。结晶良好的天然 Fe2O3, RDI 般在 30%以下（按日本钢铁厂方法检验，以下同）；天然磁铁矿氧 化 焙烧成的 Fe2O3 的结晶，焙烧初期呈线状， RDI 为 22.4 %，焙烧后期呈多晶状， RDI 为 10.3 %； 焙烧良好的球团矿，其中的 Fe2O3 大部分是斑状， RDI 较低，酸性球团矿 RDI 为 34.1 %，自熔性球团矿为 3.1%；烧 结矿中的 Fe2O3, 如斑状结晶体 RDI 较低，但当

4、磁铁矿原料高温烧结后，在降温初期 Fe3O4 迅速再氧化成 Fe2O3, 内部尚包裹着 Fe3O4、 硅酸盐玻璃质、 CaO?Fe2O3，它的晶体外形多为菱形的骸晶状 Fe2O3,具有最高的 RD。由于矿物内外还原速度和膨胀情况的不同，导致所生成的烧结矿产生许多裂纹，造成更大的碎裂粉化。烧结矿的碱度烧结矿的 RDI 一般随着烧结矿碱度提高而降低，因为烧结矿 碱度提 高 , 烧结矿中 Fe2O3 含量下降，因之 RDI 也降低，由于烧结矿本身的强度随着烧结矿碱度而变化,一般在碱度 1.5 时出现强度衰弱区 , 因而也导致在该碱度条件下烧结矿的 RDI 出现低值。还原温度和还原时间烧结矿和球团矿的

5、 RDI 随着还原温度变化而变化。一 般在 400?600C有一个峰值，温度低于或高于此值，RDI 都降低，因为在此温 度范围内aFe2O3 很快还原为丫 Fe2O3, 低于此温度生成的丫 Fe2O3 很少；高于此温度 , Fe2O3 很快还原为 FexO,使粉化减轻。此外，在 400?600C温度范围内，碳素析出反应剧烈 (2CO=CO2+C), 促使粉化更加严重。用 H2 气体作还原剂时 , 烧结矿的 RDI 较低。矿石的 RDI 还随着还原时间延长而 增加 , 但 30?40mln 后增加速度开始缓慢。(图 1)2O3 。、 FeO 、 TiO2 对烧结矿的 RDI,都有一定的影响。烧结

6、矿中 CaO MgO、FeO 含量高，贝谯结 矿 RDI低； Al2O3、 TiO2 高贝 RDI 升高。研究表明：赤铁矿转变为磁铁矿的相变温度 (THM)对于次生赤铁矿的形成起重要作用。凡某种成分能提高THM ，贝有助于次生赤铁矿的生成；凡能降低 THM 的成分，贝不利于次生赤铁矿生成。 CaO MgO 能降低 THM ，减少次生赤铁矿生成，降低烧结矿 RDI; TiO2 刚好相反，它使 RDI 升高。 Al2O3 可使烧结矿液相黏度增加 , 未还原的和残余的赤铁矿含量增加 , 烧结矿的 RDl 上升。烧结矿中 FeO 高，烧结温度高，烧结矿中残余赤铁矿降低，RDI 降低。此外，碱金属对 R

7、DI 有很不利的影响。检验方法铁矿石低温还原粉化性的强弱已有国际标准化组织(ISO 制订的 铁 矿 石-低温粉化试验 -静态还原后使用冷转鼓的方法 ”以及各国制订的方法进行检 验，这 些方法大同小异，可分为静态检验和动态检验法。烧结矿中脉石成分烧结矿的一些脉石成分如CaO 、 MgO 、 Al静态检验法主要有以下 3 种：(1) ISO 检验方法。(ISO4696-1984) 检验设备与测定铁矿石还原性的设备相 同。试样粒度为 10?12.5mm 、质量为 500g 。在还原煤气成分为 CO20%, CO220， H22及 N258，允许杂质含量 O20.1 、 H200.2 %,流量为 20

8、IL/min,温度为 500C 1C的条件下还原 60min，在 N2 气中冷却。把还原后的试样全部装入小转鼓(? 130mnK200mr 内进行检 验， 该转鼓内有两个高 20mm 的挡板，以 30r/min 的速度旋转 10min ，将转后的试样进行 筛分，以+6.3mm , +3.15mm , -0.5mm 级的质量与还原后入转鼓的试 样总质量之百分 比作为评价标准。分别以 RDI+6.3, RDI+3.15 以及 RDI-0.5 表示还原粉化指数。(2) 日本钢铁厂的检验方法。先将试样在还原性检验装置(见铁矿石还原性 )中进行还原试验。试样粒度：矿石、 烧结矿为 19?22.4mm ,

9、球团矿为 10?12.5mm ,质量 500g,在还原 煤气成分 为 CO30、 N270%流量为 15L/min,温度为 500C的条件下还原 30min。然后把还原 后的试 样装入标准转鼓(? 130mM200mm) 以 30r/ min 速度转动 30min 后对试样进行筛分 , 以小于 3mm 粒级的质量与还原后入转鼓前试样总质量之比的百分 数作为低温还原粉 化率，以 RDI(3mm 表示。(3)中国国家标准(GB/T13242 91)检验方法所使用的装置及工艺参数，与 铁矿石还原性检测方法基本相同。但还原温度 为500C 1(0，还原时间为60min ,还原气体成分为 CO2C %,

10、 CO220%, N260 %； H2 的浓度 0.2 %或 2.0%。还原后试样通入 N2 冷却，然后全部装入小转鼓 (? 130mnX200mm 内，以 30r/ min 的转速转动 10min ,将转鼓后的试样进行筛 分, 以 +6.3mm 、+3.15mm 、-0.5mm 粒级的质量与还原后入鼓的试样总质量之比 的百分数作 为还原粉化指数。在评定时以RDI+3.15 作为考核指标 , RDI+6.3 和 RDI-0.5 只作为参考指标。动态检验方法动态检验法主要有以下 3 种：(1) 国际标准化组织检验方法 (ISO / DP4697), 使用标准转鼓(? 130mnX200mm) 内

11、设 4 个挡板 (高 20mm , 厚 2mm) ; (图 2)试样粒度 10 12.5mm , 质量 500g, 在还原气体成分为 CO2( %、CO220%、 H22%及 N258 %，允许杂质含量为 O20.1 %、 H200.2 %,流量 20L/min， 温度为 500C的条件下， 以 10r/min 的转速回 转， 还原 60min 后，以 N2 气冷却。将还原后的试样进行筛分，评价标准与静态法相同。(2) 德国奥特弗莱森(Othfresen) 研究协会检验方法。使用非标准转鼓(? 150mnK500mm) 内有 4 个挡板 (高 20mm) ,. 转鼓速度 1 0r/ mln 。

12、试样粒 度：烧结矿 12.5?16m m, 矿石和球团矿 10?12.5m m ; 还原气体成分为CO24 、CO216 、 N260 %，流量 15L / min , 其他作业参数和粉化指数表示法，与ISO/DP4697相同。(3) 前苏联国家标准检验方法 (ROCT1957 84) 。使用非标准转鼓(? 145mm 500mm) 内有 4 个挡板 (高 20mm) , 置于长 1100mm , 内径 240mm的电炉内，转鼓转速 10r/min。试样粒度 10?15mm,质量 500g ,还原气体成 分为 C03% 及 N265%，允许杂质含量为 H20.5%、O20. 1%和 H2O0.

13、 2%,流量 15L/min 。采用升温加热制度：开始以 15C/min 升温至 600C，共 40min,以后以1. 43C/min 升温至 800C，共 2h20min。以小于 10mm、5?0.5mm 和小 于05mm 粒级的质量分别与试样总质量之百分比作为还原强度指数、还原粉化指数及还原磨损指数。静态与动态检验方法的比较静态法在设备上可与还原性检验方法使用同一 装置， 转鼓检验在常温条件下进行，工作条件好，容易密封；在操作上还原反 应管温度分布 均匀，温度测量点更接近实际，试验结果稳定误差较小。动态法 的优点是还原与转鼓 在同一装置内完成，操作简单。两种方法的检验结果具有 密切相关关系

14、，然而不论静 态或动态法的检验结果只具有相对意义，与高炉内 实际取样的结果有定性的相关关系， 但绝对值相差甚大。1980 年中国包头钢铁公司 55m 高炉炉身取样表明： 太原钢铁公司烧结矿的低温还原粉化率(3mm )为 9.89%，包头钢铁公司烧 结矿为 8.41 ，而按日本钢铁厂检验方法检验所得 R1w 值分别为 27.1 及 21.9%。升温法所得的还原粉化率比通行的恒温法更接近于生产实际。 3对高炉冶炼的影响日本广烟厂 3 号高炉 1968 年曾统计烧结矿 RD,对高炉 作业指 标的影响(图 3)。德国蒂森(Thyssen 公司 8 号高炉以低温还原粉化率高的 球团矿 (RDI+6.343 %, RDI-0.538.1 %)代替烧结矿 , 生铁产量下降 25%,燃料消耗自 520kg t 增加到 584kg/1 法国索尔梅(SOLMEF 福斯厂( FOS?SurMer )2490m 高炉生产实践证明：