高铁低硅烧结矿固结机理研究

高铁低硅烧结矿固结机理研究

sio是路桥炉渣的主要来源。每次sio质量比增加1%，铁屑减少3%，炉渣平均增加26.3%，焦比增加40kg。t，产量减少7.5%。因此入炉炉料的SiO2含量是影响高炉冶炼指标的一个重要因素。烧结矿是高炉的主要炉料,20世纪80年代国外开始把注意力集中到降低烧结矿的SiO2含量,提高烧结矿的铁品位研究上来。日本是最早研究低硅烧结的国家,20世纪80年代中后期,烧结矿的SiO2质量分数已降到4.8%,90年代降到4.5%左右。芬兰科维哈钢铁公司烧结矿的铁的质量分数一般都达到62%~62.5%,高炉渣比减少到200kg/t。我国各钢铁厂对高铁低硅烧结技术日益重视,不少烧结厂都在尽可能提高烧结矿的铁品位,如宝钢、上钢一厂、莱钢、太钢等烧结矿品位都达到了58%~59%,SiO2的质量分数降到5%以下。本文在w(TFe)≥58%,w(SiO2)为4.5%的前提下研究了高铁低硅烧结矿的固结机理及技术对策。1第三阶段:铁酸钙+磁铁矿+赤铁矿烧结矿强度主要靠液相固结,其液相量可达40%~50%。烧结固结机理发展可分为3个阶段:第一阶段为早期烧结,即低铁高硅低碱度烧结。为了保证烧结矿的强度,主要发展钙铁橄榄石和玻璃质粘结相,为此采用高燃耗操作。烧结矿FeO高,但强度并不好,还原性差,低温粉化性能好。第二阶段为普通高碱度烧结。此阶段为了改善烧结矿质量,力争发展铁酸钙粘结相。烧结矿的矿物组成以铁酸钙为主,铁酸钙的质量分数一般在35%以上,除此之外,还含有一定量的钙铁橄榄石和玻璃质。烧结矿的物理强度提高,还原性能有较大的改善。第三阶段为高铁低硅烧结。笔者将高铁低硅烧结的概念定为烧结矿的w(TFe)≥58%,w(SiO2)<5%。高铁低硅烧结矿的固结机理仍然以铁酸钙液相固结为主,钙铁橄榄石和玻璃质微量,对烧结矿的强度影响较小。铁矿物再结晶的固相固结机理对高铁低硅烧结的作用也是不容忽视的。笔者在大量的研究中发现高铁低硅烧结矿中的铁酸钙远低于普通高碱度烧结矿,当碱度为1.8~2.4时,大多烧结矿中的铁酸钙都不到30%,但烧结矿的强度并不低。从烧结矿的矿物组成看,铁酸钙+磁铁矿+赤铁矿总和一般占烧结矿中矿物组成的92%~95%,在电镜下可观察到为数不少的连成片的磁铁矿和赤铁矿再结晶。高铁低硅烧结的固结机理不同于低铁高硅低碱度和普通高碱度烧结固结机理。2固相固结的技术措施由于高铁低硅烧结机理的改变,必须采用与之相适应的一系列技术措施,除发展铁酸钙液相外还必须发展固相固结,才能保证它具有好的产量、质量指标。2.1碱度对烧结矿的影响当烧结矿中的SiO2的质量分数降到5%以下时,高碱度烧结是高铁低硅烧结的基本条件,也就是说高铁低硅烧结必须是高碱度烧结,而且碱度随着SiO2降低有所升高。如宝钢烧结矿碱度从初期(w(SiO2)高于6%)的1.55提高到目前的1.8(w(SiO2)5%以下)。莱钢当w(SiO2)为5.5%左右,碱度为1.8,w(SiO2)低于4.5%时,碱度提高到2.0,w(SiO2)降到4.0%时,碱度提高到2.2。图1表示的是SiO2的质量分数为4.5%时碱度对烧结矿产质量的影响。当碱度从1.6提高到2.4,烧结矿的利用系数和转鼓强度都随着碱度提高而提高。当碱度低于2.05时,实验室的转鼓强度低于65%。碱度为2.4时,转鼓强度最高。从微观结构上看,烧结矿中的针状铁酸钙也是随着碱度提高而增加,但当碱度提高到2.5时,烧结矿中的针状铁酸钙与碱度2.4时相比并没有增加,而且出现了硅酸二钙,烧结矿中出现裂纹。这说明当碱度超过2.4时,由于CaO过多,形成硅酸二钙,导致烧结矿结构受到破坏而强度变差。因此当w(SiO2)降到4.5%时,较理想的碱度范围应该是2.0~2.4,这比过去一些资料中报导的低温烧结理想的碱度范围1.8~2.0高。2.2料层高度对烧结效果的影响高料层对任何烧结工艺来说都是改善烧结矿质量的重要措施之一,但对高铁低硅烧结来说,由于固结机理的改变,高料层烧结更显得重要,它可以保证固相固结需要的长的高温保持时间。高料层烧结时,除了有利于铁酸钙的形成外,由于料层阻力增加,垂直烧结速度提高,高温带加宽,高温保持时间延长,有利于铁氧化物的固相扩散再结晶和重结晶。同时冷却速度降低,减少非晶质结构玻璃质的生成,使得烧结矿的微观结构更合理。图2为料层高度对烧结矿产质量的影响。当料层高度从600mm提高到700mm时,烧结矿的强度随料层高度提高而增加。但当料层提高到一定高度时,转鼓强度的提高幅度减慢。对烧结利用系数来说,提高料层有2方面的影响:①由于提高料层,成品率提高,烧结利用系数提高;②提高料层,垂直烧结速度降低,烧结利用系数降低。图2中当料层从600mm提高到650mm时,烧结利用系数提高,料层从650mm提高到700mm时,烧结利用系数有所降低,从700mm提高到750mm时,烧结利用系数明显降低。因此高铁低硅烧结必须采用高料层烧结,但不是料层越高越好,应根据各厂的实际情况,如烧结矿产量、质量要求及风机能力等,采用合理的料层高度。高铁低硅烧结必须是低碳烧结。高铁低硅烧结主要靠复合铁酸钙(SFCA)和铁氧化物的再结晶固结,SFCA中不含Fe2+,所以高铁低硅烧结矿的强度与FeO含量是没有关系的。另外高铁低硅烧结时,SiO2少,提高配碳量增加的液相量是有限的,相反,配碳量的提高,反而抑制复合铁酸钙的生成,不利于提高烧结矿的强度。图3为焦粉用量对烧结产质量的影响。从图3得出,焦粉用量为5.3%时,烧结矿强度最好,继续提高焦粉用量,虽然利用系数稍有所增加,但转鼓强度大幅度降低,此时烧结矿表面看来很好,但质脆。2.3生石灰对烧结矿产质量的影响采用生石灰是目前我国强化烧结生产的普遍措施之一,从图4可知当生石灰的用量达到3%,烧结矿的产质量明显改善;用量超过3%后,烧结矿产质量的提高趋于平缓。但研究结果表明,生石灰的质量好坏对烧结矿产质量影响明显。生石灰中CaO的质量分数为84%,活性度为200与CaO的质量分数为73%,活性度为145的生石灰相比,在用量相同的条件下,烧结的利用系数可提高0.20~0.25t/(m2·h),转鼓强度可高2%~3%。因此对高铁低硅烧结而言,应优先采用优质生石灰,保证符合铁酸钙生成。2.4有利于烧结材料的生成,提高烧结质量和强度生产实践证明配加白云石能改善烧结矿低温粉化性能和转鼓强度,因此我国烧结生产中几乎都配加白云石。这是因为高硅低铁高温烧结,确实使烧结矿的强度有所改善。添加白云石可以减少玻璃质生成,有利于提高烧结矿强度。但对于高铁低硅烧结来说,白云石中的MgO对烧结矿强度是不利的,因为MgO的存在,将会生成镁橄榄石(熔点1890℃)、钙镁橄榄石(熔点1454℃)、镁蔷薇辉石(熔点1570℃)、镁黄长石(熔点1454℃)等高熔点矿物。而高铁低硅烧结应该采用低碳操作,有利于铁酸钙的生成,况且上述矿物的形成都要消耗烧结料中的SiO2,使得烧结液相量进一步减少,SiO2是SFCA中的一种组分,大量高熔点的含硅矿物的形成,对SFCA的生成也是不利的。一般来说,高硅高镁,低硅低镁烧结有利于烧结矿强度的提高。另外,烧结矿强度取决于烧结矿的矿物组成和结构,烧结矿的成矿作用主要发生在冷却阶段。与烧结过程中形成的熔体粘度有关,SFCA的含量随熔体粘度下降而减少,粘度小,其固化率也高,SFCA来不及结晶析出,熔体凝固。反之,熔融物很粘稠,固化缓慢,有利于SFCA形成。烧结熔体可以看作一种硅酸盐熔融体,其中硅酸盐网状结构对矿物的形成起着重要的作用。MgO是抑制网状物形成的,不利于SFCA的形成。因此适当降低MgO含量有利于SFCA的形成,有利于烧结矿强度。烧结矿中存在少量的Al2O3对复合铁酸钙形成有利。Al2O3本身也是SFCA的一种组分,并且是一种网状形成物,粘度大,有利于SFCA的形成。研究发现Al2O3的质量分数在2%以内,SFCA含量几乎与Al2O3含量成线性关系增长,过高的Al2O3含量,由于温度也升高,SFCA结构破坏,生成次生赤铁矿和玻璃质,使烧结矿的粉化增加。因此烧结矿中的Al2O3的质量分数最好控制在2%以内。2.5烧结矿中sio由于烧结矿中的SiO2含量低,混匀矿中的SiO2的波动对烧结产质量的影响很大。图5为碱度为1.8时,烧结矿中的SiO2含量对其产质量的影响。从图中可知,碱度为1.8,时,SiO2的质量分数从4.5%降到4.0%,利用系数由1.592t/(m2·h)降到1.283t/(m2·h),降低了19.41%。转鼓指数由65%降到62%,降低了3个百分点。不管烧结矿的生产率还是强度的降低幅度都很大。烧结矿中的SiO2含量越低,对烧结产质量的影响越大。烧结生产中必须保证混匀料的SiO2含量稳定,建立现代化原料场,强化原料混匀工作。3高铁低硅烧结的固结作用(1)高铁低硅烧结矿的矿物组成主要是铁酸钙、磁铁矿和赤铁矿,它们的总和为92%~95%。钙铁橄榄石和玻璃体微量。高铁低硅烧结矿的固结机理以铁酸钙液相固结为主,但与普通高碱度烧结矿固结机理相比,液相较少,但铁氧化物的再结晶和重结晶固相固结作用更大,钙铁橄榄石和玻璃质对高铁低硅烧结矿的固结作用影响较小。(2)高铁低硅烧结必须有一系列的而不是单一的技术措施与之相适应,从而获得高强度、高还原性的优质烧结矿。SiO2的质量分数为4.5%时,理想的碱度范围为2.0~2.4;高铁低硅烧结必须采用高料层烧结,但也不是越高越好,应根据各厂的实际