承钢钒钛磁铁精矿烧结工艺参数的正交试验研究

1、第45卷第9期2010年9月钢铁Iron and SteelVol.45,No.9September 2010承钢钒钛磁铁精矿烧结工艺参数的正交试验研究王文山1,孙艳芹2,任刚2,李福民2,吕庆2(1.东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110004;2.河北理工大学冶金与能源学院,河北唐山063009摘要:承钢烧结生产目前主要以钒钛磁铁精矿为含铁物料,但其成品烧结矿强度低、低温还原粉化严重。针对这一问题,通过烧结杯试验研究了烧结矿碱度、混合料燃料配比、烧结矿MgO 含量和混合料水分等工艺参数对烧结矿机械强度和低温还原粉化的影响,得出了承钢在当前原燃料条件下合理的烧结工艺参数为碱度2.6,燃料配比

2、4.5%,烧结矿中MgO 质量分数4.0%,混合料水分7.5%。为实际生产提供了理论依据。关键词:钒钛磁铁精矿;烧结矿;工艺参数;正交试验;冶金性能中图分类号:TF538文献标志码:A 文章编号:04492749X (20100920018204Study on Sintering Process P arameters OrthogonalT est of Chengsteel V 2Ti MagnetiteWAN G Wen 2shan 1,SUN Yan 2qin 2,REN Gang 2,L I Fu 2min 2,L Qing 2(1.School of Materials and

3、Metallurgy ,Northeastern University ,Shenyang 110004,Liaoning ,China ;2.College of Metallurgy and Energy ,Hebei Polytechnic University ,Tangshan 063009,Hebei ,China Abstract :Vanadium 2titanium magnetite is the main material for sintering production in Chengde Iron and Steel Co.,Ltd.However ,it is a

4、 serious problem for sinter with lower strength and bad RDI.The effect of basicity (R ,f uel ratio ,MgO and water content on RDI and mechanical strength of sinter was investigated by sintering pot test.The reasonable process parameters are as follows ,R is about 2.6,f uel ratio is 4.5%,MgO content i

5、s 4.0%,and water content is 7.5%,which will provide theoretical basis for the actual production.K ey w ords :V 2Ti 2bearing magnetite concentrate ;sinter ;process parameter ;orthogonal test ;metallurgical property作者简介:王文山(1964,男,高级工程师;E 2m ail :wangws.hbcd ;收稿日期:2009211205钒钛磁铁矿是重要矿产资源,它既是铁矿的重要类型,又是钒

6、钛资源的主要载体,世界总储量470多亿t ,中国储量170多亿t 。承德市已探明钒钛磁铁矿资源总量达78.25亿t ,约占中国储量的50%。目前承德地区钒钛磁铁精矿产量达到1500万t/a ,承钢使用量约为700万t/a 。随着承德钢铁有限公司钢铁产量逐年增加,2010年钢铁产量将达到800万t/a ,这意味着对当地产的钒钛磁铁矿粉的需求量越来越大。钒钛磁铁精矿不易亲水,导致其成球性差,烧结过程中料层的透气性差,烧结矿产量低且成品率低。钒钛磁铁精矿烧结时形成的钛赤铁矿固溶体呈薄板状,具有较高的氧化度,使烧结矿低温还原粉化严重。此外,烧结矿中存在的钙钛矿导致烧结矿中液相少、强度差。因此,试验根据

7、承钢现有的原燃料条件,研究了碱度、燃料配比、MgO 含量、水分等工艺因素对烧结矿质量的影响,其目的是提高烧结矿的强度,改善烧结矿的低温还原粉化。1试验1.1试验原料试验所用原燃料由承德钢铁有限公司提供,其化学成分见表1。表1承钢原料化学成分(质量分数T able 1The chemical compositions of sintering m aterial in Chengsteel%样号名称TFe FeO SiO 2CaO MgO Al 2O 3TiO 2V 2O 5烧损1黑山精粉60.2629.36 2.280.41 1.38 3.787.720.86 1.942海砂57.5428.9

8、5 4.20 1.23 3.90 3.767.740.56 3.003普通精粉64.9627.61 4.990.960.64 2.28 1.040.16 2.304含钒精粉63.4826.39 3.22 1.03 1.68 4.26 3.080.65 2.185机烧返矿52.808.85 5.179.05 3.30 4.01 3.480.420.226球团返矿56.7417.244.065.282.074.483.610.420.80第9期王文山等:承钢钒钛磁铁精矿烧结工艺参数的正交试验研究由表1可知,承钢所用钒钛磁铁精矿主要包括黑山精粉和海砂。黑山精粉含铁品位较高,TiO2、Al2O3含量较

9、高,V2O5含量最高,SiO2含量相对较低;海砂含铁品位相对较低,TiO2、Al2O3含量与黑山精粉相近,V2O5含量较低。1.2试验条件模拟承钢烧结现场实际生产情况进行了烧结杯试验。每次烧结试验原料总量为100kg,按配比用电子秤称量后,一混采用人工加水拌匀,混合料水分为6.5%8.0%,然后在<600mm×1000mm的小型圆筒混料机内进行二次混匀造球,时间控制为10min。采用锥形漏斗往烧结杯(<300mm×600mm内进行装料(含铺底料410kg,10 16mm。烧结料层厚度控制为600mm,风机风量为14.4m3/min,烧结负压控制为120kPa。采

10、用石油液化气进行烧结点火,点火温度控制为1100,点火时间为1min,点火负压控制为80kPa。当废气温度达到最高并开始下降的瞬间定为烧结终点,继续抽风冷却,当废弃温度达到150时停风机并倒出烧结饼。取成品烧结矿,按照国家标准(G B80291987进行转鼓试验;按国家标准(G B/ T132411991进行低温还原粉化性能检测等。1.3试验方案本试验使用的配比为黑山精粉14%,海砂5%,普通精粉30%,含钒精粉27.5%,机烧返矿20%,球团返矿3.5%。采用正交试验设计来确定合适的烧结工艺参数。分别选取烧结矿碱度、混合料燃料配比、烧结矿MgO含量、混合料水分4个因素,各个因素又分为4个水平

11、,按4因素4水平的16(44正交试验安排表进行试验,用极差分析法和对应的效应曲线图对试验结果进行分析1。试验因数与水平的设定如表2所示。表2试验因数与水平的设定T able2The setting parameters of experiment因素水平烧结矿碱度 1.70 2.00 2.30 2.60混合料燃料配比/% 4.00 4.50 5.00 5.50烧结矿MgO质量分数/% 2.50 3.00 3.50 4.00混合料水分/% 6.507.007.508.00 2试验结果及分析试验结果如表3所示。表3试验极差分析T able3R ange analysis of experiment

12、项目因素R燃料/%MgO/%水分/%转鼓强度T/%RDI+3.15/%试验1(1.70(4.00(2.50(6.5056.0025.55试验2(1.70(4.50(3.00(7.0058.2727.92试验3(1.70(5.00(3.50(7.5060.5335.14试验4(1.70(5.50(4.00(8.0053.0751.09试验5(2.00(4.00(3.00(7.5051.6020.36试验6(2.00(4.50(2.50(8.0057.6018.50试验7(2.00(5.00(4.00(6.5059.4729.53试验8(2.00(5.50(3.50(7.0054.9332.49试

13、验9(2.30(4.00(3.50(8.0059.3319.74试验10(2.30(4.50(4.00(7.5061.8740.81试验11(2.30(5.00(2.50(7.0044.9317.52试验12(2.30(5.50(3.00(6.5041.8722.81试验13(2.60(4.00(4.00(7.0054.2740.75试验14(2.60(4.50(3.50(6.5047.0725.10试验15(2.60(5.00(3.00(7.5054.2722.57试验16(2.60(5.50(2.50(7.0061.4742.42 T均值156.9755.3055.0051.10T均值25

14、5.9056.2051.5053.10 T均值352.0054.8055.4758.87 T均值454.2752.8357.1756.07 T极差 4.97 3.37 5.677.77影响转鼓的最佳工艺参数组合: (1.70;(4.50%;(4.00%;(7.50%RDI+3.15均值134.9226.6026.0025.75RDI+3.15均值225.2228.0823.4129.67 RDI+3.15均值325.2226.1928.1234.68 RDI+3.15均值432.7137.2040.5527.98 RDI+3.15极差9.7111.0117.138.94影响RDI+3.15的最

15、佳工艺参数组合: (1.70;(5.50%;(4.00%;(7.50%91钢铁第45卷从表3的转鼓强度T 极差与RDI +3.15极差上分析,碱度R 两次都出现为1.7时为最佳值,水分为7.5%时为最佳值,混合料中燃料用量和烧结矿MgO 含量两次出现的最佳值不同。具体分析使用对应的效应曲线图。2.1碱度对钒钛烧结矿质量的影响碱度对应的烧结矿转鼓强度T 、RDI +3.15影响的效应曲线如图1所示。由图可知,碱度R 为1.7和2.6时低温还原粉化出现了2个高峰。碱度低时,低温还原粉化出现了1个凹陷区,低温还原粉化有所改善,其原因为:1碱度低,烧结矿中SiO 2含量相对增加,烧结过程中硅酸盐粘结相

16、增多,有利于强度的提高和低温还原粉化的改善223;2碱度低,CaO 含量减少,钙钛矿含量减少,对改善钒钛烧结 矿的低温还原粉化十分有利。CaO 与TiO 2结合生成钙钛矿的能力比CaO 与Fe 2O 3结合生成铁酸钙的能力要强很多,所以,随着碱度的提高,钙钛矿的含量增加,当TiO 2完全生成钙钛矿后,随着碱度的提高,铁酸钙含量升高,钒钛烧结矿的强度与低温还原粉化均得到改善。考虑到烧结过程中烧结速度、成品率等均随着碱度的升高有所改善,随碱度升高,混合石灰粉配比增加,混合料的成球性能得到改善,提高烧结料的透气性,从而提高烧结矿的产量和质量。碱度提高后,烧结矿中铁酸钙的含量明显增加,钛赤铁矿含量降低

17、,减少了赤铁矿还原到磁铁矿产生的体积膨胀1。同时,高碱度烧结矿的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。综合分析知,碱度为2.6时烧结矿的机械强度和低温还原粉化效果都最佳。 图1碱度对应T 、R DI +3.15的效应曲线图Fig.1R elationship betw een tumbler index ,R DI +3.15and R2.2燃料配比对钒钛烧结矿质量的影响图2为焦粉含量对烧结矿转鼓强度T 、RDI +3.15影响的效应曲线。钒钛磁铁精矿烧结时,对燃料的用量十分敏感,它直接影响着烧结矿的质量。其主要原因是钒钛磁铁精矿中SiO 2含量

18、低,烧结时生成的硅酸盐矿物少,耗热少;钒钛磁铁精矿中FeO 含量高,烧结时大量被氧化而放热。含钛烧结矿矿物组成随燃料用量的增减而变化,当燃料用量偏低时,烧结矿中钛赤铁矿含量高而玻璃质含量少,粘结相不足,烧结矿强度差。随着燃料增加,还原气氛增强,烧结温度升高,烧结矿中钛磁铁矿和浮氏体明显增加,硅酸盐粘结相和铁酸钙增加,但钛赤铁矿大量减少,减弱了钛赤铁矿连晶作用。当燃料超过一定量时,烧结矿中钛赤铁矿进一步降低,铁酸钙含量也低,而钙铁矿含量显著增加。此时硅酸盐相没什么变化。因此,提高碳含量对提高含钛烧结矿强度并不利。根据上述分析结合图2可知,兼顾烧结矿的强度和低温还原粉化,燃料配比为4.5%较为适宜

19、。图2焦粉含量对应T 、R DI +3.15的效应曲线图Fig.2R elationship betw een tumbler index ,R DI +3.15and content of coke f ines2.3MgO 含量对钒钛烧结矿质量的影响MgO 含量对烧结矿转鼓强度T 、RDI +3.15影响的效应曲线如图3所示。由图可知,随着烧结矿中MgO 含量(质量分数的升高,烧结矿RDI +3.15指标先是小幅降低然后大幅升高,而RDI +6.3指标升高,烧结矿的低温还原粉化性能得到一定程度的改善。烧结矿中MgO 含量升高后,烧结矿中硅酸二钙含量的降低和硅酸二钙的相变受到抑制都会改善烧结

20、矿的低温还原粉化性能。此外,较高的钙镁橄榄石含量也能抑制烧结矿在还原过程中的体积膨胀,从而改善其低温还原粉化性能。02第9期王文山等:承钢钒钛磁铁精矿烧结工艺参数的正交试验研究 图3MgO 含量对应T 、R DI +3.15的效应曲线图Fig.3R elationship betw een tumbler index ,R DI +3.15and content of MgO炉渣MgO 含量是影响炉渣冶金性能的一个十分重要的因素,从承钢高炉冶炼的实际状况出发,适当提高烧结矿中MgO 含量对于改善高炉冶炼过程十分有利。虽然烧结矿MgO 含量的提高会对烧结矿的质量和产量造成一定的负面影响,但钒钛磁铁精矿烧结矿提高的主要措施是改善其低温还原粉化性能,因此认为烧结矿MgO 质量分数选取4%为宜4。2.4混合料水分对钒钛烧结矿质量的影响混合料水分对烧结矿转鼓强度T 、RDI +3.15影响的效应曲线如图4所示。由图可知,混合料水分质量分数为7.5%时,烧结矿的机械强度和低温