蛇紋石對唐鋼燒結(jié)過程的影響

熊飛武，胡賓生，貴永亮

（河北理工大學(xué) 冶金與能源學(xué)院，河北 唐山063009）

0 引言

蛇紋石屬層狀構(gòu)造硅酸鹽礦物，其分子式為:Mg6[Si4O10](OH)8，絡(luò)陰離子為:[Si4O10]4-，附加陰離子為(OH)-，陽離子為：Mg2+。用白云石和硅砂作為燒結(jié)輔料，所獲燒結(jié)礦液相中的硅酸鹽成分明顯增多，且分布不均勻，燒結(jié)礦強(qiáng)度比較低[1]。在工藝條件基本相同的前提條件下，配加蛇紋石的燒結(jié)礦則具有比較好的礦物結(jié)構(gòu)特征和機(jī)械強(qiáng)度。為改善唐鋼燒結(jié)礦的機(jī)械強(qiáng)度，有必要系統(tǒng)研究蛇紋石對唐鋼燒結(jié)過程和燒結(jié)礦冶金性能的影響。

1 實驗用原料與方法

表1 混合礦和熔劑的化學(xué)成分(%)

實驗所用原燃料全部取自于唐鋼煉鐵廠，各種原料的化學(xué)成分見表1。燒結(jié)杯試驗條件模擬唐鋼燒結(jié)廠的實際生產(chǎn)情況。燒結(jié)杯內(nèi)徑400 mm，返礦配比固定為外配25%，混合料水份控制為7%左右，混勻造球的時間控制為7 m in。燒結(jié)杯底層鋪上4kg大于10 mm的成品燒結(jié)礦作為鋪底料，燒結(jié)料層厚度控制為600 mm，燒結(jié)負(fù)壓控制為12000 Pa。采用石油液化氣進(jìn)行燒結(jié)點火，燒結(jié)點火溫度控制為1150℃，燒結(jié)點火時間為1.5分鐘，燒結(jié)點火負(fù)壓控制為6000 Pa，將燒結(jié)廢氣溫度開始下降時定為燒結(jié)終點。燒結(jié)餅置于 2米高自由落下至鐵板 3次，取大于 10mm的百分比作為燒結(jié)成品率。所用轉(zhuǎn)鼓為 1/2ISO標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)鼓（ISO-3271-1995），以大于6.3 mm的百分比作為燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)（TI），以小于0.5 mm的百分比作為燒結(jié)礦的抗磨指數(shù)（AI）。

根據(jù)《鐵礦石低溫粉化試驗靜態(tài)還原后使用冷轉(zhuǎn)鼓的方法》（ISO4696-1984）進(jìn)行燒結(jié)礦的低溫還原粉化試驗。根據(jù)《鐵礦石的還原性測定方法》（ISO4695）進(jìn)行燒結(jié)礦的還原試驗。

2 試驗方案

在燒結(jié)礦堿度和MgO含量分別控制在1.8和2.25%的前提條件下利用蛇紋石代替部分白云石進(jìn)行燒結(jié)杯試驗，具體的實驗方案見表2所示。

表2 試驗方案表(%)

3 實驗結(jié)果與分析

3.1 蛇紋石對燒結(jié)過程的影響

蛇紋石對燒結(jié)過程的影響見表3所示，從表3中可以看出：隨蛇紋石配比增加，垂直燒結(jié)速度略有降低，但燒結(jié)成品率和燒結(jié)利用系數(shù)都得到提高，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)提高，抗磨指數(shù)降低，燒結(jié)礦的機(jī)械強(qiáng)度得到改善。當(dāng)蛇紋石配比從0%提高到1%時，燒結(jié)成品率、燒結(jié)利用系數(shù)和燒結(jié)礦機(jī)械強(qiáng)度改善的幅度比較大；當(dāng)蛇紋石配比從1%提高到2%時，燒結(jié)礦機(jī)械強(qiáng)度改善的幅度則比較小，燒結(jié)成品率和燒結(jié)利用系數(shù)則略有降低。因此，單純從改善唐鋼燒結(jié)過程的角度出發(fā)，蛇紋石配比控制在1%～2%之間比較適宜。

蛇紋石分解產(chǎn)生鎂橄欖石，而后鎂橄欖石立即重結(jié)晶直接成為燒結(jié)礦中的低熔點粘結(jié)相并產(chǎn)生放熱效應(yīng)，這有利于MgO礦物在燒結(jié)過程中的礦化作用，促使燒結(jié)液相量增加，結(jié)晶狀態(tài)得到改善，故而燒結(jié)成品率增加，燒結(jié)利用系數(shù)提高，燒結(jié)礦的機(jī)械強(qiáng)度也得到改善。另一方面，蛇紋石配比增加也給燒結(jié)礦帶入更多的SiO2，使得燒結(jié)過程形成過多的液相，造成燒結(jié)料層透氣性下降，從而降低垂直燒結(jié)速度。當(dāng)垂直燒結(jié)速度降低的幅度比較大時，燒結(jié)利用系數(shù)也隨著降低。

表3 燒結(jié)礦主要工藝指標(biāo)

蛇紋石對燒結(jié)礦粒度組成的影響見表4所示，從表4中可以看出：隨著蛇紋石配比的增加，燒結(jié)礦中5～10 mm粒級的比例下降，10～25 mm粒級的比例有所增加，燒結(jié)礦25～40 mm及＜5 mm粒級的含量變化不大，有利于改善高爐塊狀帶的透氣性。當(dāng)蛇紋石配比從0%提高到1%時，燒結(jié)礦中10～25 mm粒級的比例提高了4.91個百分點；當(dāng)蛇紋石配比從1%提高到2%時，燒結(jié)礦中10～25 mm粒級的比例提高了1.56個百分點，燒結(jié)礦粒度組成改善的幅度降低。因此，單純從改善燒結(jié)礦粒度組成的角度出發(fā)，蛇紋石配比不宜控制過高。

表4 燒結(jié)礦粒度組成(%)

3.2 蛇紋石對燒結(jié)礦化學(xué)成分及礦物組成的影響

蛇紋石對燒結(jié)礦化學(xué)成分的影響見表5所示，從表5中可以看出：在燒結(jié)礦堿度和MgO含量保持不變的前提條件下，蛇紋石代替部分白云石后，燒結(jié)礦含鐵品位降低，SiO2和FeO含量都有所提高，其它化學(xué)成分沒有明顯的變化。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是:白云石中的SiO2比較低，一般在1.5%左右；蛇紋石中的SiO2的含量高達(dá)35.5%。用蛇紋石代替部分白云石后，燒結(jié)礦中的SiO2含量增加，在燒結(jié)礦堿度保持不變的條件下，燒結(jié)熔劑的配比增加了，含鐵物料的配比相應(yīng)減少了，因此燒結(jié)礦的含鐵品位會降低。另一方面，蛇紋石配比增加提高了燒結(jié)礦中的SiO2含量，為燒結(jié)礦中2FeO·SiO2的形成創(chuàng)造了有利的條件，從而促使燒結(jié)礦中FeO含量提高。從提高燒結(jié)礦含鐵品位的角度考慮，蛇紋石配比不宜過高。

表5 蛇紋石配比對燒結(jié)礦化學(xué)成分的影響

蛇紋石對燒結(jié)礦礦物組成和礦物結(jié)構(gòu)的影響見表6所示，從表6中可以看出：在燒結(jié)礦堿度和MgO含量保持不變的前提條件下，蛇紋石代替部分白云石后，燒結(jié)礦中鐵礦物和粘結(jié)相礦物的種類沒有明顯的變化，但燒結(jié)礦中鎂橄欖石含量提高，硅酸二鈣和玻璃質(zhì)含量降低，有利于燒結(jié)礦冷態(tài)機(jī)械強(qiáng)度和低溫還原粉化性能的改善；燒結(jié)礦中磁鐵礦、赤鐵礦、鐵酸鈣、鈣鐵橄欖石和鈣鎂橄欖石含量基本保持不變。

表6 蛇紋石配比對燒結(jié)礦礦物組成的影響(%)

蛇紋石對燒結(jié)礦礦物組成和礦物結(jié)構(gòu)的影響見表7所示，從表7中可以看出：在燒結(jié)礦堿度和MgO含量保持不變的前提條件下，蛇紋石代替部分白云石后，燒結(jié)礦中交織－熔蝕結(jié)構(gòu)的比例提高，殘存結(jié)構(gòu)的比例有所降低，交織-熔織結(jié)構(gòu)是機(jī)械強(qiáng)度最高的一種礦物結(jié)構(gòu)，有利于改善燒結(jié)礦的機(jī)械強(qiáng)度，燒結(jié)礦中斑狀結(jié)構(gòu)和粒狀結(jié)構(gòu)的比例沒有發(fā)生明顯的變化。

表7 蛇紋石配比對燒結(jié)礦礦物結(jié)構(gòu)的影響(%)

3.3 蛇紋石對燒結(jié)礦冶金性能的影響

蛇紋石對燒結(jié)礦低溫還原粉化性能和還原性能的影響見表8所示，從表8中可以看出以下兩點。

1）在燒結(jié)礦中 MgO含量保持不變的前提條件下，利用蛇紋石代替部分白云石后，燒結(jié)礦的 RDI-0.5指標(biāo)和RDI-3.15指標(biāo)都有所降低，而RDI+6.3指標(biāo)則有所升高，燒結(jié)礦的低溫還原粉化性能得到一定程度的改善，從而有利于改善高爐塊狀帶的透氣性。蛇紋石代替部分白云石后，燒結(jié)礦中鎂橄欖石含量的升高以及玻璃質(zhì)和硅酸二鈣含量的降低有利于降低燒結(jié)礦在低溫還原過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力，燒結(jié)礦中交織－熔蝕結(jié)構(gòu)比例提高和殘存結(jié)構(gòu)比例降低同樣有利于降低燒結(jié)礦在低溫還原過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力，從而改善燒結(jié)礦的低溫還原粉化性能。

2）在燒結(jié)礦中MgO含量保持不變的前提條件下，利用蛇紋石代替部分白云石后, 燒結(jié)礦的還原度（RI）降低，燒結(jié)礦的還原性能有所惡化，不利于降低高爐冶煉過程的燃料比。蛇紋石代替部分白云石后，燒結(jié)礦中的FeO和SiO2含量都有所提高，燒結(jié)礦中液相粘結(jié)相的數(shù)量增加，抑制了燒結(jié)礦還原過程的進(jìn)行，從而導(dǎo)致燒結(jié)礦的還原度降低。

表8 燒結(jié)礦冶金性能

3.4 蛇紋石配比的優(yōu)化選擇

蛇紋石分解產(chǎn)生鎂橄欖石，而后鎂橄欖石立即重結(jié)晶直接成為燒結(jié)礦中的低熔點粘結(jié)相并產(chǎn)生放熱效應(yīng)，這有利于MgO礦物在燒結(jié)過程中的礦化作用。在燒結(jié)礦中MgO含量保持不變的前提條件下，利用蛇紋石代替部分白云石后，燒結(jié)礦中的鎂橄欖石含量明顯提高，玻璃質(zhì)和硅酸二鈣含量略有降低，燒結(jié)礦中交織－熔蝕結(jié)構(gòu)比例提高和殘存結(jié)構(gòu)比例降低，從而可以提高燒結(jié)成品率和燒結(jié)利用系數(shù)，燒結(jié)礦的產(chǎn)量得到提高，同時燒結(jié)礦的機(jī)械強(qiáng)度和低溫還原粉化性能得以改善，但對燒結(jié)礦還原性能的改善卻有不利的影響，同時也會降低燒結(jié)礦的含鐵品位。因此，為減緩或消除燒結(jié)礦中MgO含量提高對燒結(jié)礦冷態(tài)機(jī)械強(qiáng)度、燒結(jié)成品率和燒結(jié)礦產(chǎn)量的不利影響，利用蛇紋石來代替部分白云石是比較合理的選擇，但蛇紋石的配比不宜過高，以控制在1%至2%之間比較適宜。

4 結(jié) 論

(1)在燒結(jié)礦中MgO含量保持不變的前提條件下，利用蛇紋石代替部分白云石后,燒結(jié)礦中的鎂橄欖石含量明顯提高，玻璃質(zhì)和硅酸二鈣含量略有降低，燒結(jié)礦中交織－熔蝕結(jié)構(gòu)比例提高而殘存結(jié)構(gòu)比例降低。

(2)蛇紋石配比提高后,燒結(jié)成品率和燒結(jié)利用系數(shù)得到提高，燒結(jié)礦粒度組成趨于合理，燒結(jié)礦機(jī)械強(qiáng)度和低溫還原粉化性能都得以改善，但對燒結(jié)礦還原性能的改善卻有不利的影響，同時也會降低燒結(jié)礦的含鐵品位。當(dāng)蛇紋石配比過高時，垂直燒結(jié)速度的降低將會促使燒結(jié)利用系數(shù)降低。

(3)綜合考慮蛇紋石對唐鋼燒結(jié)過程和燒結(jié)礦冶金性能的影響，利用蛇紋石來代替部分白云石是比較合理的選擇，但蛇紋石的配比不宜過高，以控制在1%至2%之間比較適宜。

[1] 俞志明.中國化工商品大全(上) .北京:中國物資出版社,1988