高配比褐铁矿工艺操作参数优化研究

高配比褐铁矿工艺操作参数优化研究

1扬迪矿的生产高混合褐铁矿的开发主要集中在澳大利亚、日本和中国等国家。其中研究最突出的是日本钢铁公司炼铁工艺及炼铁技术研究所的肥田行博等人。他们经过多年的研究,开发了豆状褐铁矿自身致密化和高熔点液相烧结工艺(SHS)。C.E.Loo等人认为影响烧结性能的扬迪矿特性与其成因有关。该矿与澳洲赤铁矿不同,其特点是:脉石等夹杂物在不同的矿石粒径的分布非常均匀;具有较快的同化速度;在制粒时需要较高的水分,针对此特点,BHP公司的研究人员开发了低混合料水分下烧结扬迪矿技术。在济钢目前的工艺装备条件下,要想降低钢材成本,必须从源头抓起,必须采用先进的烧结技术,使用廉价矿进行烧结。因此,济钢制定了在使用少量价位低的印度矿粉的同时,大比例配加高品位的澳洲褐铁矿的计划,在稳定目前烧结矿质量的前提下,最大幅度地降低烧结矿成本,达到系统成本降低的目的。2澳大利亚褐铁矿、印度粗粉和国内杂精粉根据济钢炼铁系统原料结构计划,考虑原料的贮存、运输和生产组织以及进一步降低烧结矿成本的需要,本次试验确定6种铁矿粉:巴西粗粉、巴西铁精粉、澳洲粗粉、澳洲褐铁矿、印度粗粉和国内杂精粉。熔剂为钢渣、轻烧白云石、普通生石灰和蛇纹石;燃料为无烟煤。本次试验的烧结中和料结构为澳洲粗粉10%、巴西粗粉12.5%、印度粗粉12%、澳洲褐铁矿粗粉24%、巴西铁精粉10%、钢渣2.5%、国内杂精粉8%、返粉21%;中和料主要化学成分为TFe60.51%、SiO23.58%、CaO3.27%、Al2O31.40%、MgO0.61%、FeO4.43%、烧减4.06%、R为0.91。3试验方法和试验内容3.1烧结矿的制备根据试验方案,首先检测烧结所使用的原料水分,并按每个方案的配料结构称取各种物料。混料分为一次混料和二次混料。一次混料的目的是混匀并加入适量的水润湿。二次混料的目的是烧结混合料的制粒,二次混料是在圆筒混合机内完成的。圆筒混合机直径为0.6m,长度为1m。圆筒混合机的制粒参数为:圆筒混合机的转速17r/min,制粒时间4min。将混好的烧结混合料装入直径为200mm的烧结杯中烧结。在装入烧结混合料之前,先在烧结杯中放入3.0kg铺底料,然后再装入烧结混合料。烧结主要参数:料层高度500mm,点火温度1100℃,点火时间1.5min,点火负压8000Pa,烧结负压12000Pa,返矿平衡系数0.95~1.05。将烧好的烧结矿首先经过3次2m高落下后再进行筛分;筛孔尺寸分别为40、25、16、10、5mm,筛分后按比例取3kg烧结矿在1/5转鼓内做转鼓强度检验。然后分别计算垂直烧结速度、成品率、利用系数和转鼓指数等指标。烧结矿的900℃还原性采用《铁矿石还原性测定方法》GB/T13241-91标准方法测试。烧结矿的500℃RDI采用《铁矿石低温还原粉化试验静态还原后采用冷转鼓的方法》GB/T13242-91的标准方法进行测试。3.2采矿过程中烧结性能的影响研究试验内容包括进行探讨烧结矿碱度变化、二氧化硅含量变化以及二氧化硅和氧化镁含量同时变化时,对烧结主要技术经济指标及冶金性能的影响研究。探讨不同的褐铁矿粒度(0~12mm、0~8mm和0~5mm)对烧结利用系数等主要技术经济指标的影响研究。考察熔剂分加对烧结矿强度和利用系数等指标的影响,从而优化出最佳的熔剂分加比例。4试验结果4.1不同架构层中不同成熟度的焚烧试验4.1.1高配比褐铁矿烧结技术实践表明,褐铁矿烧结,特别是高配比褐铁矿下进行烧结,其工艺操作参数和烧结机理与赤铁矿和磁铁矿烧结是不同的,因此进一步研究高配比褐铁矿烧结技术,探讨烧结矿碱度对烧结技术经济指标和冶金性能的影响是非常必要的。具体试验方案见表1。试验结果见2。4.1.2烧结矿碱度对烧结矿的影响(1)随着烧结矿碱度的提高,利用系数升高。其主要原因是:烧结混合料中<1mm的比例降低,3~5mm的比例升高,料层透气性改善,烧结时间缩短。(2)随着烧结矿碱度的提高,转鼓指数升高。其主要原因是:在烧结矿二氧化硅基本保持不变的情况下,配加到烧结混合料中的氧化钙数量增大,增加了Fe2O3与氧化钙接触的机会,生成的铁酸钙数量增多,因而烧结矿的冷态强度提高。(3)随着烧结矿碱度的升高,在烧结矿二氧化硅及其他成分基本保持不变的情况下,烧结矿品位降低;烧结矿还原度和低温还原粉化率指标改善。由试验可知,烧结矿碱度提高0.1,其品位约降低0.25%。当烧结矿碱度超过2.2时,冶金性能虽有所提高,但幅度提高不大。4.2变硅含量实验的研究4.2.1烧结矿二氧化碳含量在烧结矿碱度和氧化镁含量保持不变的条件下,逐步降低烧结矿二氧化硅含量,不断提高烧结矿品位。另外,探讨烧结矿二氧化硅含量降低后,对利用系数、转鼓强度等指标的影响。本组试验的研究方案见表3。试验结果见表4。4.2.2烧结矿二氧化碳含量对烧结鼓/转鼓强度的影响在本试验中,利用系数呈“V”型变化。在烧结矿二氧化硅含量高于4.0%时,随着二氧化硅含量的降低,利用系数降低;但当烧结矿二氧化硅含量小于4.0%时,利用系数呈升高趋势。在本试验中,转鼓强度呈倒“V”型变化。在烧结矿二氧化硅含量高于4.0%时,随着烧结矿二氧化硅含量的降低,转鼓强度呈升高趋势;低于4.0%时,转鼓强度大幅度降低。主要原因分析如下。(1)防护层的复配在混合料中配加蛇纹石,除提高烧结矿二氧化硅和氧化镁含量外,主要目的是利用这种MgO—SiO2熔剂与褐铁矿混合后形成防护层,这种低同化性的致密铁矿粉防护层,由于其熔点提高可延缓CF系液相渗入,使褐铁矿在与液相接触之前得到致密,从而提高烧结矿强度。在二氧化硅含量为4.48%~4.10%时,随着烧结矿二氧化硅含量的降低,蛇纹石配加量逐步降低,这种防护层的防护效果变差,同化速度增快,封闭了烧结料层液相带的孔隙,降低了料层透气性,烧结时间延长,利用系数逐步降低。(2)提高烧结矿的强度在二氧化硅含量为4.48%~4.10%时,随着烧结矿二氧化硅含量的降低,烧结时间的延长使铁酸钙发育完全,提高了烧结矿的转鼓强度。在二氧化硅降低到3.96%时,蛇纹石配加量降低到零,生石灰的配加量降低到最低值。为使烧结矿有较高的强度,固体燃料配加量增加,将固体燃料使用量提高到本组试验的最高值4.22%,但烧结矿的强度并不高,其主要原因:①烧结时间比较短,铁酸钙发育不完全;②蛇纹石配加量降低到零,防护层的作用完全失去。4.3变硅和氧化镁含量的研究4.3.1烧结矿氧化镁本组试验逐步降低烧结矿二氧化硅含量,以不断提高烧结矿品位;在降低二氧化硅的同时,逐步降低烧结矿氧化镁含量,主要目的是探讨二氧化硅和氧化镁同时降低时,烧结主要技术经济指标及烧结矿冶金性能的变化,并找出综合指标水平较高时的MgO含量。变二氧化硅和氧化镁含量试验研究方案见表5。变二氧化硅和氧化镁含量试验结果见表6。4.3.2烧结时间、燃料比,平均粒径、转鼓强度由表6可知,随着烧结矿二氧化硅和氧化镁含量的降低,燃料比升高,混合料平均粒径变化不大,烧结时间延长,利用系数降低,转鼓强度升高,冶金性能变差。主要原因分析如下。(1)褐铁矿的烧结特点随着烧结矿二氧化硅含量的降低,蛇纹石配加量逐步降低,这样MgO—SiO2熔剂与褐铁矿混合后形成的低同化性的致密铁矿粉防护层的效果变差,高温下褐铁矿的同化速度加快,烧结料层液相带孔隙的封闭程度加重,料层透气性变差,烧结时间延长,利用系数降低。(2)烧结时间的影响由利用系数分析可知,随着烧结矿二氧化硅含量的降低,料层透气性变差,烧结时间延长;另外,固体燃料用量提高,也使得烧结矿高温停留时间和固结时间延长,强度改善。(3)烧结矿结构对rti的影响降低烧结矿中氧化镁添加量,烧结矿中磁铁矿含量减少,这样赤铁矿含量相对增多,因而在低温条件下产生的还原反应较多,烧结矿结构中产生的应力较大,故RDI升高。Mg2+在高温下能进入变形的硅酸二钙晶格中形成固溶体,抑制硅酸二钙晶型变化引起烧结矿的粉化,可起到稳定β硅酸二钙的作用,因此,随着烧结矿氧化镁含量的降低,这种抑制作用减弱,低温还原粉化率升高。(4)降低烧结矿的还原性随着烧结矿二氧化硅含量的降低,固体燃料用量提高,使烧结矿FeO含量升高,对提高烧结矿的强度虽然有利,但在一定程度上降低了烧结矿的还原性;其次,固体燃料用量的增加,造成烧结温度升高,铁酸钙中针状物减少,使烧结矿的还原性降低。4.4不同褐铁矿粒度的焚烧试验4.4.1济钢原料条件下褐铁矿粒度对烧结性能的影响由文献可知,褐铁矿粒度对烧结指标的影响,人们还没有完全搞清楚。因此很有必要进一步研究济钢原料条件下,褐铁矿的粒度(正常粒度为0~12mm,试验粒度上限分别为5mm和8mm)对烧结生产率、烧结矿强度等指标的影响。本组试验烧结原料结构及烧结矿的化学成分见表7,试验结果见表8。4.4.2平均粒径、粒度对烧结时间的影响由表8可知,随着褐铁矿上限粒度的减小,燃料比变化不大,利用系数大幅度降低,转鼓强度大幅度升高。主要原因分析如下。(1)利用系数大幅度降低,主要由于随着褐铁矿上限粒度的减小,混合料平均粒径减小,烧结时间延长,因而利用系数降低。(2)转鼓强度大幅度升高,主要原因是:随着褐铁矿上限粒度的减小,烧结时间的延长,有利于烧结矿的固结。4.5在熔剂分中添加和燃烧试验的研究中4.5.1烧结原料结构计划在目前的烧结生产中,向烧结料中配加生石灰,其主要目的是平衡烧结矿碱度、强化混合料的制粒及提高料温。在高配比褐铁矿下,为探讨熔剂分加对烧结生产率、混合料制粒、烧结矿的强度等技术经济指标的影响,又进行了熔剂分加的试验。本组试验的烧结原料结构计划见表7。熔剂分加的试验方案和试验结果见表9。4.5.2试验结果的分析由表9可知,随着熔剂外配比例的升高,烧结时间延长,利用系数降低,转鼓强度由低到高再不断降低,呈倒“V”型变化。主要原因分析如下。(1)平均粒级对烧结时间的影响随着熔剂外配比例的升高,>8mm的比例逐渐增大,3~8mm粒级的比例减小,混合料粒度的均匀性变差,影响了料层的透气性,烧结时间延长,利用系数降低。(2)熔剂分加比例对烧结矿强度的影响在高配比褐铁矿条件下,褐铁矿大颗粒明显增多。通过控制适当比例的熔剂分加,会在褐铁矿颗粒表面形成一层高碱度防护层,以防止高流动性的铁酸钙系液相渗入,使豆状褐铁矿在与液相接触之前得到致密,从而提高烧结矿强度。但熔剂分加比例过高,内配熔剂量大幅度降低,混合料颗粒内部氧化钙比例降低,铁酸钙等液相生成量大幅度降低,从而导致烧结矿强度下降。在熔剂分加比例<30%时,随着分加比例的提高,烧结矿的转鼓强度升高,在分加比例为30%时,烧结矿转鼓强度最高;在熔剂分加比例>30%时,随着分加比例的提高,烧结矿的转鼓强度降低。说明熔剂分加的合适比例为30%。5烧结矿指标对烧结性能的影响(1)在实际生产中,最好将烧结矿碱度控制在2.2以下。在烧结矿碱度为2.2及高比例褐铁矿条件下,适宜的烧结料水分为7.5%~8.5%;合适的燃料配比应控制在4.0%左右。(2)在变二氧化硅含量试验中,利用系数呈“V”型变化;转鼓强度呈倒“V”型变化。试验表明,烧结矿二氧化硅含量应不低于4.0%,控制在4.2%左右为好。(3)在变二氧化硅和氧