低硅含镁含钛球团矿的成矿基础研究

低硅含镁含钛球团矿的成矿基础研究钢铁工业能耗约占我国工业总能耗的15%,其中铁前工序能耗占到吨钢能耗的70%以上,而降低铁前工序能耗的关键在于做好精料工作。球团矿相比于烧结矿存在诸多优势,如能耗低、铁品位高、还原性能好、粒度均匀等。近年来,随着铁矿资源的劣化以及高炉长寿的需要,球团矿的功能角色不断多样化:为了应对高铝渣流动性能差、MgO含量高恶化烧结矿强度等问题,发展了镁质球团技术;为了高炉护炉需要,发展了钛球技术。但是在球团矿中同时添加MgO和TiO₂,尤其是针对低硅含铁原料条件下,生产低硅含镁含钛球团矿的技术尚属空白。本论文以首钢京唐钢铁公司504m2带式焙烧机为依托,针对首钢京唐球团生产用低硅磁铁矿粉资源、含镁添加剂资源和含钛矿粉资源,开展低硅含镁含钛球团矿生产技术的基础研究,具有非常重要的科学意义和实用价值。首先,对单一低硅磁铁矿粉的造球性能、生球质量、球团矿冶金性能以及改变不同SiO₂含量对球团矿还原膨胀率的影响进行了研究。低硅磁铁矿粉的SiO₂含量是1.52%,加入0.5%膨润土制备球团矿时,球团矿SiO₂含量是1.8%,焙烧球团内液相很少,还原后球团矿中出现了非常明显的铁晶须,球团矿的还原膨胀率高达76%,属于恶性膨胀,不能够直接入炉;随着球团矿SiO₂含量的提高还原膨胀率降低,当SiO₂含量在3.4%以上时,球团矿的还原膨胀率低于20%,达到18.7%,但是提高SiO₂含量会增大高炉渣量,造成高炉燃料比升高,所以球团矿在降低SiO₂含量的同时控制一定的还原膨胀率是关键。其次,研究了不同MgO含量和使用不同含镁添加剂对低硅球团矿冶金性能的影响、不同焙烧温度对低硅含镁球团矿质量的影响,以及低硅含镁球团矿还原动力学及其对综合炉料冶金性能的影响。随着MgO含量的提高,低硅球团矿的抗压强度明显下降,需要提高焙烧温度来进行补偿。焙烧温度低时,存在未反应的MgO,随着焙烧温度的提高,球团内部形成较均匀的镁铁矿,球团矿抗压强度能达到2800N/P以上;球团矿的MgO提高到3.4%以上时还原膨胀率可以降到16.5%;配加MgO可以明显改善球团矿的还原度和熔滴性能;配加镁橄榄石、氧化镁粉和蛇纹石能控制低硅球团矿的还原膨胀率,其中氧化镁粉的SiO₂含量低,MgO含量高,更有利于降低球团矿SiO₂含量和控制还原膨胀率;MgO含量适宜、焙烧温度较高的低硅含镁球团矿还原时主要被固相扩散控制,铁离子扩散受限,产生的铁晶须少,还原膨胀率低。然后,研究了TiO₂对低硅球团矿抗压强度和冶金性能的影响,研究了MgO和TiO₂的协同作用对低硅球团矿质量的影响及机理。球团矿直接加入TiO₂时,形成钛磁铁矿有利于改善还原膨胀率,但不利于球团矿的还原性,而在加入TiO₂的同时加入MgO,可以改善含钛球团矿的还原性和熔滴性能;球团加入MgO和TiO₂时可形成镁铁矿和钛磁铁矿,有效控制球团矿的还原膨胀率,降低SiO₂含量,MgO和TiO₂含量分别提高至1.7%和1.2%时,球团矿的SiO₂含量可降低至2.8%;物相结构中磁铁矿和钛铁矿含量高的含钛矿粉对球团抗压强度影响相对较小,且有利于控制球团矿还原膨胀率;配加含钛矿粉后,低硅含镁球团矿的焙烧温度需要提高10℃左右。最后,进行了大型带式焙烧机生产低硅含镁含钛球团矿的工业试验研究,以及高炉应用低硅含镁含钛球团矿的效果分析。低硅含镁含钛球团矿的焙烧温度比低硅含镁球团矿的要高一些,焙烧温度适当提高后,球团矿的抗压强度和冶金性能可以满足大型高炉入炉要求;低硅含镁含钛球团矿SiO₂含量从3.5%降低至2.82%,MgO从自然含量提高至1.72%,TiO₂从自然含量提高到1.2%,球团矿还原膨胀率控制在20%以下,球团矿还原度和熔滴