鞍鋼使用大比例赤鐵礦生產(chǎn)氧化球團(tuán)的研究

翟立委，周明順，姜 鑫，劉 杰，張 輝，徐禮兵，沈峰滿

(1.鞍鋼股份有限公司 技術(shù)中心，遼寧 鞍山 114009;2.東北大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，沈陽(yáng) 110004)

鞍鋼使用大比例赤鐵礦生產(chǎn)氧化球團(tuán)的研究

翟立委1，周明順1，姜 鑫2，劉 杰1，張 輝1，徐禮兵1，沈峰滿2

(1.鞍鋼股份有限公司 技術(shù)中心，遼寧 鞍山 114009;2.東北大學(xué) 材料與冶金學(xué)院，沈陽(yáng) 110004)

針對(duì)鞍山礦業(yè)大孤山球團(tuán)廠生產(chǎn)氧化球團(tuán)用磁鐵礦不足的問(wèn)題，進(jìn)行了大比例赤鐵礦生產(chǎn)氧化球團(tuán)的實(shí)驗(yàn)室研究和半工業(yè)化鏈蓖機(jī)—回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)試驗(yàn).實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果表明，鞍千赤鐵礦配比不超過(guò)40%時(shí)，球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度大于2 500 N/個(gè)，低溫還原粉化指數(shù)RDI+3.15大于82.05%，還原膨脹指數(shù)RSI小于15.02%，均能滿足現(xiàn)代化大高爐生產(chǎn)的要求.工業(yè)試驗(yàn)表明，鞍千赤鐵礦配比不超過(guò)40%時(shí)，生產(chǎn)穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量全面滿足鞍鋼煉鐵原料的技術(shù)要求.2011年進(jìn)行了推廣應(yīng)用，生產(chǎn)實(shí)際結(jié)果表明，2011年比基準(zhǔn)期增長(zhǎng)創(chuàng)效4.2億元.

赤鐵礦;球團(tuán);高爐;鏈蓖機(jī)—回轉(zhuǎn)窯

鞍山礦業(yè)大孤山球團(tuán)廠2005年建廠生產(chǎn)以來(lái)，采用鏈蓖機(jī)—回轉(zhuǎn)窯為酸性氧化球團(tuán)生產(chǎn)線.球團(tuán)生產(chǎn)所使用的大磁鐵精礦和調(diào)軍臺(tái)鐵精礦配比為75∶25，生產(chǎn)穩(wěn)定，球團(tuán)礦生球、成品球指標(biāo)及冶金性能均能滿足煉鐵需求.但近年來(lái)，鞍鋼礦業(yè)礦山采場(chǎng)結(jié)構(gòu)變化較大，特別是磁鐵礦不足的問(wèn)題突出，磁精礦緊缺，給球團(tuán)生產(chǎn)造成很大影響.為確保煉鐵原料需求，穩(wěn)定球團(tuán)礦生產(chǎn)量，提高球團(tuán)礦生產(chǎn)中赤鐵精礦的添加比例勢(shì)在必行.

眾所周知，赤鐵礦生產(chǎn)氧化球團(tuán)比較困難，且影響因素及影響規(guī)律復(fù)雜［1～7］.因此，為增加鞍鋼球團(tuán)用鐵料品種及提高赤鐵礦配比，首先在鞍鋼技術(shù)中心進(jìn)行了鞍千赤鐵精礦生產(chǎn)球團(tuán)礦的實(shí)驗(yàn)室研究.以鞍千赤鐵精礦替代調(diào)軍臺(tái)磁鐵精礦進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)分析生球及成品球的性能指標(biāo)，確定應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的試驗(yàn)方案.然后，在鞍礦公司大孤山鏈蓖機(jī)—回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)廠進(jìn)行了工業(yè)化試驗(yàn)生產(chǎn).

1 試驗(yàn)原料

1.1 原料成分及粒度分析

造球所用鐵精礦(大磁、調(diào)軍臺(tái)、鞍千)和皂土的化學(xué)成分及粒度組成分別如表1和表2所示.其中，大磁和調(diào)軍臺(tái)為磁鐵精礦，鞍千為擬提高配礦比例(替代調(diào)軍臺(tái))的赤鐵精礦.

表1 鐵精礦和皂土化學(xué)成份(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 1 Chemical composition of iron ore concentrate and bentonite(mass fraction) %

表2 鐵精礦的粒度分布和比表面積Table 2 Size distribution and specific surface area of iron ore concentrate

由表2可見(jiàn)，鞍千鐵精礦和調(diào)軍臺(tái)鐵精礦的粒度組成相近，對(duì)鐵精礦造球性能的影響應(yīng)該相差不大.比表面積是衡量粉末物料造球性能的另一個(gè)物理量，適合于造球的鐵精礦比表面積要求應(yīng)大于1 900 cm2/g.由表2可見(jiàn)，大磁鐵精礦的比表面積略大于調(diào)軍臺(tái)鐵精礦和鞍千鐵精礦，三者均遠(yuǎn)大于1 900 cm2/g，都是較好的造球原料.

1.2 鐵精礦成球性指數(shù)

大磁、調(diào)軍臺(tái)、鞍千三種鐵精礦的成球性指數(shù)如表3所示［8］.由表可見(jiàn):(1)大磁精礦的成球性指數(shù)最高，K=0.79，接近于優(yōu)成球性的指標(biāo)要求;(2)鞍千精礦與調(diào)軍臺(tái)精礦的成球性指數(shù)均為K=0.65，介于0.60～0.80之間，表明其成球性較好，屬于良好成球性物料.此外，礦石是否適合于造球還與礦物的本身性質(zhì)相關(guān)，如礦物的致密程度、脈石種類、顆粒形狀、毛細(xì)水遷移速度等.

表3 鐵精礦成球性指數(shù)Table 3 Pelletizing indices of iron ore concentrate

2 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)

2.1 造球試驗(yàn)

造球試驗(yàn)配礦方案列于表4.表中，序號(hào)1～3分別為單獨(dú)使用大磁、調(diào)軍臺(tái)、鞍千精礦進(jìn)行造球;序號(hào)4、6、8為調(diào)軍臺(tái)分別以30%、40%、50%與大磁精礦搭配造球;序號(hào)5、7、9為鞍千精礦代替調(diào)軍臺(tái)精礦，分別以30%、40%、50%與大磁精礦搭配造球.根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際固定皂土配比為1.2%，混合料水分8.5%～9.0%.生球制備采用圓盤造球機(jī)(直徑為1 000 mm，轉(zhuǎn)速為32 r/min，傾角47(°))，將直徑約Ф12 mm的生球進(jìn)行強(qiáng)度性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果也列于表4.

由表4可見(jiàn):(1)試驗(yàn)所用的三種鐵精礦中，100%大磁精礦配料得到的生球強(qiáng)度最高，生球落下強(qiáng)度為9.40次/球，抗壓強(qiáng)度為15.03 N/球，干球抗壓強(qiáng)度為52.30 N/球，遠(yuǎn)高于其他兩種精礦造球.(2)大磁精礦與調(diào)軍臺(tái)精礦(或鞍千精礦)搭配造球時(shí)，隨著大磁精礦配比的減少，生球落下強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度及干球抗壓強(qiáng)度都隨之降低.(3)100%鞍千精礦與100%調(diào)軍臺(tái)精礦得到的生球強(qiáng)度相差不大，鞍千精礦取代同比例調(diào)軍臺(tái)精礦，與大磁精礦搭配造球時(shí)，得到的生球強(qiáng)度相差也不大，但鞍千精礦(或調(diào)軍臺(tái)精礦)配比越多，生球強(qiáng)度越差.

由試驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為，不同配礦條件下生球強(qiáng)度的差異主要由鐵礦粉成球性指數(shù)不同所致.如表3所示，大磁精礦的成球性指數(shù)K最高，調(diào)軍臺(tái)精礦和鞍千精礦略低.因此，100%大磁精礦球團(tuán)強(qiáng)度最大，調(diào)軍臺(tái)精礦和鞍千精礦得到的球團(tuán)強(qiáng)度略差，同比例調(diào)軍臺(tái)或鞍千精礦得到的球團(tuán)強(qiáng)度相差不大.

2.2 成品球團(tuán)冶金性能分析

將由試驗(yàn)所得生球在焙燒杯內(nèi)焙燒.焙燒杯技術(shù)參數(shù)如表5所示，焙燒時(shí)間為25 min，焙燒后成品球團(tuán)的化學(xué)成分列于表6.由表6可知，成品球團(tuán)礦FeO含量都小于0.25%，表明生球中的Fe3O4都被有效地氧化焙燒成Fe2O3.

表4 造球配礦方案及生球強(qiáng)度Table 4 Pelletizing mixture and the strength of green ball

表5 焙燒杯技術(shù)參數(shù)Table 5 Technical parameters for pellets induration

表6 成品球團(tuán)化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 6 Chemical composition of product pellets(mass fraction) %

焙燒后的成品球團(tuán)冷強(qiáng)度指標(biāo)與高溫冶金性能根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T13241—91進(jìn)行檢測(cè)，其結(jié)果如圖1、圖2所示.由圖可見(jiàn):

(1)試驗(yàn)所得球團(tuán)礦強(qiáng)度較好，當(dāng)鞍千赤鐵礦(或調(diào)軍臺(tái)磁鐵礦)配比不超過(guò)40%時(shí)，均能滿足現(xiàn)代大型高爐對(duì)球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度大于2 500 N/個(gè)的要求.通常，磁鐵礦氧化焙燒時(shí)，由于球團(tuán)內(nèi)部發(fā)生氧化放熱反應(yīng)(4Fe3O4+O2= 6Fe2O3)，有利于促進(jìn)球團(tuán)內(nèi)部Fe2O3再結(jié)晶，使得氧化球團(tuán)具有較高的抗壓強(qiáng)度.本試驗(yàn)所使用的鞍千赤鐵礦焙燒球團(tuán)無(wú)氧化放熱反應(yīng)，不利于得到高強(qiáng)度的氧化球團(tuán)，是赤鐵礦生產(chǎn)氧化球團(tuán)的最大困難.鞍鋼球團(tuán)廠擬采用鏈蓖機(jī)—回轉(zhuǎn)窯對(duì)球團(tuán)進(jìn)行氧化焙燒，在較高溫度(1 250～1 260℃)下回轉(zhuǎn)窯不結(jié)圈，因此本試驗(yàn)采用較高的焙燒溫度和較長(zhǎng)的焙燒時(shí)間來(lái)對(duì)赤鐵礦球團(tuán)進(jìn)行氧化焙燒.圖3所示為不同溫度下焙燒后球團(tuán)礦的顯微照片，可見(jiàn)1 150℃焙燒后赤鐵礦再結(jié)晶不完全，結(jié)構(gòu)疏松.但1 250℃焙燒后赤鐵礦再結(jié)晶完全，結(jié)構(gòu)致密，是赤鐵礦焙燒氧化球團(tuán)能夠得到高強(qiáng)度的保證.

(2)100%大磁鐵精礦焙燒得到的氧化球團(tuán)高溫冶金性能最佳，表現(xiàn)為還原膨脹指數(shù)RSI低、低溫還原粉化指數(shù)RDI+3.15高.與大磁鐵精礦搭配時(shí)，鞍千赤鐵精礦由30%增加到50%，還原膨脹指數(shù)RSI由13.85%增加到15.02%，低溫還原粉化指數(shù)RDI+3.15由84.52%降低至82.05%，完全滿足現(xiàn)代化大高爐對(duì)球團(tuán)礦還原膨脹指數(shù)RSI小于15%、低溫還原粉化指數(shù)RDI+3.15大于80%的要求.

圖1 球團(tuán)礦強(qiáng)度和膨脹性能Fig.1 Strength and RSI of pellets

3 工業(yè)試驗(yàn)

上述實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果表明了，適當(dāng)提高鞍千赤鐵精礦的配比在球團(tuán)礦生產(chǎn)過(guò)程中是完全可行的，但，(1)與100%磁鐵礦生產(chǎn)氧化球團(tuán)相比，生球落下及抗壓強(qiáng)度有所降低(表4);(2)鞍千精礦配比過(guò)多時(shí)，成品球團(tuán)抗壓強(qiáng)度略微降低.超過(guò)45%時(shí)，達(dá)不到2 500 N/個(gè)的要求(圖1).為此，擬改進(jìn)膨潤(rùn)土配方，增加膨潤(rùn)土配量，提高生球強(qiáng)度;提高鏈蓖機(jī)預(yù)熱二段煙罩溫度和回轉(zhuǎn)窯高點(diǎn)溫度，提高成品球團(tuán)強(qiáng)度.

圖2 球團(tuán)礦低溫還原粉化性能Fig.2 RDI property of pellets

基于以上分析，在鞍礦大孤山球團(tuán)廠進(jìn)行了“大比例赤鐵礦生產(chǎn)氧化球團(tuán)”的工業(yè)試驗(yàn).工業(yè)試驗(yàn)分為4期，逐步將鞍千赤鐵礦配比由30%提高到45%.工業(yè)試驗(yàn)從2010年6月開(kāi)始，2010年12月結(jié)束，期間解決了球團(tuán)生產(chǎn)過(guò)程中配料環(huán)節(jié)、干返料處理環(huán)節(jié)、造球環(huán)節(jié)、熱工操控和控制回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈等方面的問(wèn)題，確保工業(yè)試驗(yàn)過(guò)程穩(wěn)定.結(jié)果如表7所示.由表7可見(jiàn)，鞍千赤精礦高配比條件下，球團(tuán)產(chǎn)品質(zhì)量完全滿足鞍鋼煉鐵原料的技術(shù)要求.只有當(dāng)鞍千赤精礦配比為45%時(shí)，生球中的碎球量才略有增加，回轉(zhuǎn)窯窯頭偶爾有少量粉末出現(xiàn)，窯內(nèi)結(jié)圈速度略有增加，但仍然處于可控狀態(tài)，這與實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果是一致的.

工業(yè)試驗(yàn)獲得成功后，2011年進(jìn)行了推廣應(yīng)用，成功實(shí)現(xiàn)了鞍礦使用大比例赤鐵礦生產(chǎn)氧化球團(tuán)的計(jì)劃，克服了磁鐵精礦資源的不足，大大提高了整個(gè)礦山資源的綜合利用效率，提高了集團(tuán)的整體效益，為鞍鋼股份鐵精礦輸出物流合理化提供技術(shù)支撐.2011年進(jìn)行了推廣應(yīng)用，球團(tuán)礦中赤鐵礦比例達(dá)40%.生產(chǎn)實(shí)際結(jié)果表明，2011年比基準(zhǔn)期增長(zhǎng)創(chuàng)效4.2億元.

圖3 不同溫度下焙燒后球團(tuán)礦的SEM圖(40%鞍千+60%大磁，25 min).3 SEM of pellets indurated at 1 150℃ and 1 250℃for 25 mins(40%Anqian+60%Daci)

表7 工業(yè)試驗(yàn)生產(chǎn)指標(biāo)Table 7 Parameters and indices of pilot－plant trial

4 結(jié)論

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果，通過(guò)半工業(yè)化試驗(yàn)將大孤山球團(tuán)礦生產(chǎn)中鞍千赤鐵精礦的配比提高到40%，得到如下主要結(jié)論:

(1)100%大磁精礦配料得到的生球強(qiáng)度最高，100%鞍千赤鐵精礦與100%調(diào)軍臺(tái)精礦配料得到的生球強(qiáng)度相差無(wú)幾.鞍千赤鐵精礦取代同比例調(diào)軍臺(tái)精礦，與大磁精礦搭配造球時(shí)，得到的生球強(qiáng)度也相近，但鞍千精礦 (或調(diào)軍臺(tái)精礦)配比越多，生球強(qiáng)度越差.

(2)與大磁精礦搭配，鞍千赤鐵礦配比不超過(guò)40%時(shí)，球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度大于2 500 N/個(gè)，低溫還原粉化指數(shù)RDI+3.15大于82.05%，還原膨脹指數(shù)RSI小于15.02%，均能滿足現(xiàn)代化大高爐的生產(chǎn)要求.

(3)工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果表明，鞍千赤鐵礦配比不超過(guò)40%時(shí)，通過(guò)改進(jìn)膨潤(rùn)土配方和回轉(zhuǎn)窯熱工操控，球團(tuán)產(chǎn)品質(zhì)量完全滿足鞍鋼煉鐵原料的技術(shù)要求.2011年進(jìn)行了推廣應(yīng)用，球團(tuán)礦中赤鐵礦比例達(dá)40%.生產(chǎn)實(shí)際結(jié)果表明，2011年比基準(zhǔn)期增長(zhǎng)創(chuàng)效4.2億元.

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Zhai Liwei1，Zhou Mingshun1，Jiang Xin2，Liu Jie1，Zhang Hui1，Xu Libing1，Shen Fengman2

(1.Technological Centre，Ansteel Company Limited Co.，Anshan 114009，China; 2.School of Materials and Metallurgy，Northeastern University，Shenyang 110004，China)

Recently magnetite is not sufficient to produce oxidized pellets in Ansteel.So，a high ratio of hematite of pellets was investigated at a lab scale and a pilot－plant scale.The experimental results in lab showed that when the ratio of hematite is less than 40%，the compression strength of pellet is more than 2 500 N，the Reduction Disintegration Index at low temperatures(RDI+3.15)is more than 82.05%，and the Reduction Swelling Index(RSI)is less than 15.02%.The pilot－plant trial of traveling grate－rotary kiln showed that the production is stable and the pellets can meet the requirements of modern blast furnace when the ratio of hematite is less than 40%.Therefore，40%of hematite was used in the pellet production in 2011 in Ansteel，and a profit of 420 million CNY was obtained.

hematite;pellet;blast furnace;traveling grate－rotary kiln

TF 556

A

1671-6620(2014)01-0001-05

2013-09-01.

自然科學(xué)基金資助 (51074040).

翟立委 (1969—)，女，鞍鋼股份有限公司技術(shù)中心高級(jí)工程師/碩士研究生.

Production of oxidized pellets in Ansteel by using a high ratio of hematite