扬迪矿烧结基础特性的试验研究2007112

1、山东冶金2007年第1期 扬迪矿烧结基础特性的试验研究 李海霞1，2，吴胜利1，李 强2 (1北京科技大学，北京100083；2莱芜钢铁股份有限公司，山东 莱芜271104) 摘要：对澳大利亚扬迪粉矿烧结基础特性的测试分析表明，扬迪粉矿同化温度低，同化能力大，液相流动性高，有效粘结范围大，但粘结相自身强度不高。烧结杯及工业性试验表明，在莱钢原料条件下，通过优化烧结配矿，当扬迪粉配比在20%左右时，烧结矿产质量指标最佳，超过20%后，指标稍有所下降，但仍高于基准配矿。 关键词：烧结；扬迪矿；基础特性；同化能力；最佳比例 中图分类号：TF046.4 文献标识码：A 文章编号：1004-4620(2

2、007)01-0030-03 Experimental Study on Iron Ore Sintering Basic Characteristics of Yandi LI Hai-xia1，2，WU Sheng-li1，LI Qiang2 (1 University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 2 Laiwu Iron and Steel Co., Ltd., Laiwu 271104, China) Abstract：The sinter basic characteristics of Yand

3、i fine ore from Australia are tested in laboratory. The results show that Yandi fine ore has low temperature, strong assimilation ability and high fluidity of liquid phase, but the self-intensity of the binding phase is low. Pot grate test and industrial experiment indicate that at the raw material

4、condition of Laigang and through optimizing ore blend, when the proportioning of Yandi fine ore is 20%, the yield and quality indexes of the sinter are best and when the proportion is over 20%, the indexes will reduce but are better than the reference. Key words：sinter; Yandi fine ore; basic charact

5、eristic; assimilation capacity; optimal ore-proportion 1 前 言近年来，随着莱芜钢铁股份有限公司(简称莱钢)炼铁技术的进步，对烧结矿质量的要求越来越高。一方面为了提高吨铁效益，希望入炉烧结矿同时具备成本低、性能好的特点；另一方面，国内铁矿粉资源的缺乏和国外铁矿粉的大量进口，使得烧结原料结构发生了很大的变化，烧结配料结构中进口矿的比例占到80%左右，如何实现烧结优化配矿，保证烧结矿质量，已成为莱钢急需解决的课题。本研究通过探讨扬迪矿与莱钢现用主要矿种之间的烧结互补性，寻求其在莱钢原料条件下适宜的配比，为有效利用矿石资源及烧结现场生产中的应用

6、提供技术依据。2 扬迪粉的烧结基础特性研究铁矿石的烧结基础特性，就是指铁矿石在烧结过程中呈现出的高温物理化学性质，反映了铁矿石的烧结行为和作用。主要包括：同化性能、液相流动性能、粘结相强度性能、铁酸钙生成性能、连晶性能、粘附粉/核矿石的高温结合性能等1。本次试验主要选取近两年莱钢烧结配矿中的三种主导矿，与扬迪粗粉一起进行烧结基础特性的研究。主要原料品种及化学成分见表1。表1 原料化学成分及产地矿石简称产地化学成分/%TFeSiO2CaOAl2O3MgOPS烧损LA莱芜63.533.090.871.513.050.0192.00LB巴西67.111.730.201.490.150.0050.84

7、LC澳大利亚63.414.010.222.50.060.0121.95扬迪澳大利亚58.684.370.031.30.080.0520.0059.892.1 同化性能高碱度烧结矿在烧结过程中的主要矿物组成复合铁酸钙(SFCA)的形成，始于CaO和Fe2O3的物理化学反应。烧结过程的液相生成也是始于CaO与铁矿粉的固相反应生成的低熔点化合物。因此，铁矿粉与CaO的反应能力同化性能成为考察铁矿粉的烧结基础特性的一项非常重要的指标。铁矿粉与CaO的反应能力过弱，则一方面意味着不易生成低熔点的液相，从而不利于铁矿粉的液相粘结，导致烧结矿强度下降；另一方面也因为复合铁酸钙的形成能力过低，影响烧结矿还原性

8、的改善。试验通过测定铁矿粉与CaO接触面上发生反应而开始熔化的“最低同化温度”来评价铁矿粉与CaO的反应能力。由于实际烧结过程的温度是一定的，铁矿粉的“最低同化温度”越低，表明这种铁矿粉的液相生成越容易。扬迪矿与其它矿粉同化温度的对比见图1。图1 扬迪粉与其它矿粉同化温度对比从对比结果可知，扬迪粗粉的同化温度只有1189，在远低于一般烧结温度下即可熔化。扬迪粉是一种褐铁矿，其结晶水含量较高，有利于同化反应的进行，容易生成低熔点液相。2.2 液相流动性铁矿粉的同化特性只是反应了其低熔点液相的生成能力，并不能完全反映出有效粘结相的数量。而液相流动性能是指在烧结过程中铁矿石与CaO反应生成的液相的流

9、动能力。对于烧结矿的固结而言，除了需要有低熔点液相的产生(与铁矿粉的同化能力有关)，还需要有粘结周围未熔矿粉的“有效液相”(与铁矿粉的液相流动能力有关)。一般来说，液相流动性较高时，其粘结周围物料的范围也较大，可以提高烧结矿的强度；反之液相流动性过低时，粘结周围物料的能力下降，易导致烧结矿中气孔率增加，从而使烧结矿的强度下降1，2。因此，适宜的液相流动性是确保烧结矿有效固结的基础。扬迪矿与其它矿种的液相流动能力对比见图2(烧结温度1280，R24.0)。图2 扬迪粉与其它矿种的液相流动性对比从试验结果可知，扬迪粗粉的液相流动性能较高。分析认为，形成液相的温度是影响流动性的最基本的问题，没有达到

10、一定的温度，就不能形成液相，也就无流动性而言。对于高碱度烧结矿而言，形成液相的温度可以参考铁矿粉的同化性温度。由于铁矿粉的同化温度越低，意味着生成的液相的熔点就越低，在烧结温度一定的情况下，同化温度越低，液相的过热度就越大，有利于降低液相的粘度。从图1、图2可以看出，同化温度较低的矿粉，其液相流动性较高。2.3 粘结相强度粘结相强度是指铁矿石在烧结过程中形成的液相对其周围的核矿石进行固结的能力。烧结矿是由粘结相(熔化物)粘结未熔的粗粒矿石固结而成。在烧结过程中，随着温度的升高，烧结物料中的粘附粉颗粒熔化产生液相并流动，将大颗粒的未熔化核矿石包裹，并填充了核矿石颗粒间的孔隙，这些粘结液相在冷凝固

11、结后使烧结体获得强度。由于核矿石的自身强度要高于粘结相的自身强度，在烧结工艺条件一定的情况下，粘结相自身强度在很大程度上决定了烧结矿的强度。已有的研究结果3表明，不同种类的铁矿粉可生成不同矿相组成和结构的粘结相，这种不同是影响烧结矿强度的重要因素之一，即铁矿粉自身特性中存在影响粘结相强度乃至烧结矿强度的特征。因此，把握所用铁矿粉的粘结相自身强度特性对获取固结强度较好的烧结矿是非常有益的。扬迪粉与其它矿粉粘结相自身强度的测定结果见图3。图 3 扬迪粉与其它矿粉粘结相自身强度对比(R2=2.2)从测定结果可以看出，与莱钢常用的三种主导矿石比较，扬迪粗粉的粘结相自身强度较低。分析原因认为，扬迪粗粉的

12、结晶水含量高，粘结相中形成了较多孔隙，从而影响了其粘结强度。3 烧结杯试验3.1 配矿原则通过对扬迪粉的烧结基础特性分析，可知澳大利亚产扬迪粗粉是一种含铁品位低，结晶水及SiO2含量高，Al2O3含量低的褐铁矿，同化温度低，同化能力大，属于同化性强的矿种，其液相流动性高，有效粘结范围大，但粘结相自身强度不高。这一矿粉应与同化能力较弱，液相流动能力低的铁矿粉搭配使用。而莱钢常用的三种主导矿石中，LC矿同化温度较低，同化程度大，属于同化能力较强的矿种，但其液相流动性并不高。LA、LB矿同化温度较高，同化能力小，粘结相自身强度较好，流动能力较低。因此，可以通过优化扬迪粉与这几种矿粉的搭配比例，兼顾各

13、种矿粉的互补性，得到质量良好的烧结矿。为了准确地了解各种矿粉的适宜比例，进行了烧结配矿研究和烧结杯试验。3.2 试验方案选择保持其它矿粉不变，扬迪粉比例从0逐步增加到32%，替代LC矿，既能改善烧结矿性能，又可以降低成本，具体试验方案见表2。表2 烧结杯试验方案试验号LA澳矿D澳矿ELBLC扬迪杂矿合计基准121416172401710011214161716817100212141617816171003121416170241710041214817032171003.3 试验结果各种配比的烧结试验技术参数见表3。表3 烧结杯试验技术参数试验号焦粉消耗/kg.t-1烧结时间/min冷却时间

14、/min混合料水分/%成品率/%转鼓指数/%基准52.323.332.27.068.766.0152.222.231.07.270.269.0253.021.827.47.368.768.5352.921.928.07.269.368.0452.721.026.57.469.267.83.4 结果分析通过试验结果可以看出，采用比基准配矿较高水分(7.2%7.4%)时，逐渐增加扬迪粗粉的配比，降低LC矿的用量，直至全部取代，烧结矿成品率、转鼓指数等各项指标均优于基准试样，而焦粉消耗略有升高。分析认为，基准配矿同化性较低，液相量生成不足，液相流动能力较差，导致烧结矿强度及成品率不理想。通过优化配比

15、，充分利用扬迪粗粉良好的同化性、液相流动性，促进同化反应的进行，增加铁酸钙的生成能力，尤其是液态流动性得到加强，从而使得烧结矿自身强度提高。从试验结果可以看到，扬迪粗粉配比在32%以内，均可获得质量优良的烧结矿。但是同时也可以看到，随着扬迪粗粉配比增加，烧结矿强度稍有下降，但仍高于基准配矿。分析认为，一方面在莱钢原料配比中，澳矿E也属于褐铁矿，随着扬迪粗粉比例的增加，褐铁矿所占比例增大，在配矿3和4中，褐铁矿比例占到40%，大量的结晶水在烧结过程中脱离，使得粘结相中形成较多孔隙，影响烧结矿强度；另一方面，扬迪粉的粘结相自身强度不高，配比过大时，也对烧结矿强度造成一定影响。4 工业性试验4.1

16、试验方案在实验室试验的基础上，进行了配加扬迪粉的烧结工业性试验。试验采取在烧结配料室单配的方式进行。受生产原料供应的限制，工业性试验的配比与实验室试验的配矿方案稍有差别，但主导矿的种类基本一致，所以试验结果具有一定的可比性。工业试验的配矿方案如表4所示。表4 配矿方案 %配矿混匀料配比单配扬迪LALB澳矿D国内矿FLC杂矿基准1027204211801102720421181021027204211820310302102118304.2 试验结果及分析以上配矿方案所得试验结果如表5所示。表5 不同配矿实验结果配矿焦粉消耗/kg.t-1利用系数/t.m-2.h-1转鼓强度(+6.3mm)/%筛

17、分指数(-5mm)/%基准54.31.6776.127.0154.51.5976.566.8253.91.7277.536.2355.01.6677.006.6工业试验的结果与烧结杯试验结果基本一致，配加扬迪矿后，液相生成能力提高，液相流动性增强，有效粘结相增加，使得烧结矿强度提高，而利用系数基本保持不变。其中以扬迪粉配加20%(配矿2)的试验结果最佳，利用系数比基准配矿提高0.13 t/(m2.h)，转鼓指数提高1.41个百分点，筛分指数降低0.8个百分点。当扬迪粉配比提高到30%(配矿3)时，各项指标均较配矿2有所下降，但仍高于基准配矿。5 结论5.1 扬迪粉是一种含铁品位低，结晶水含量、SiO2含量高，Al2O3含量低的褐铁矿，同化温度低，同化能力大，其液相流动性高，有效粘结范围大，但粘结相自身强度不高。5.2 莱钢常用的LA、LB矿石同化能