含鈦燒結(jié)礦FeO含量變化的研究

丁海超，李福民，魏小珍，李豪杰，曹麗華，孫艷芹

（1.河北聯(lián)合大學(xué) 冶金與能源學(xué)院，河北 唐山063009；2.河北鋼鐵集團(tuán)宣化分公司，河北，宣化075000）

國(guó)內(nèi)對(duì)不同的FeO值對(duì)燒結(jié)礦性能的影響進(jìn)行了很多探索性研究［1～11］。目前由于礦源和降低成本等原因，使燒結(jié)配礦種類繁多，其中難燒礦粉如釩鈦礦粉的加入使燒結(jié)礦FeO含量對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量的影響更加敏感。因此，控制和確定燒結(jié)礦中合適的FeO含量對(duì)高爐生產(chǎn)十分重要。

1 試樣原料及方案

1.1 原、燃料條件

宣鋼燒結(jié)用原、燃料化學(xué)成分如表1所示。

表1 原、燃料化學(xué)成分（%）

1.2 試驗(yàn)方案

以現(xiàn)場(chǎng)5＃配礦方案為基準(zhǔn)，對(duì)燒結(jié)礦中適宜FeO含量進(jìn)行研究。試驗(yàn)方案如表2所示。

2 試驗(yàn)方法

燒結(jié)試驗(yàn)在300 mm×500 mm的燒結(jié)杯中進(jìn)行。燒結(jié)礦低溫還原粉化性能的測(cè)定按GB13242－91進(jìn)行中溫還原性能測(cè)定按GB13244－91進(jìn)行。燒結(jié)礦荷重軟化性能測(cè)定在鐵礦石荷重軟化試驗(yàn)裝置中進(jìn)行。試樣在N2保護(hù)下500℃時(shí)準(zhǔn)備，升溫至800℃時(shí)，點(diǎn)擊軟件開始，當(dāng)料柱高度收縮10%時(shí)的溫度為軟化開始溫度（T10%），收縮40%時(shí)的溫度為軟化終了溫度（T40%），△T＝T40%～T10%為軟化溫度區(qū)間。試樣粒度為2.5～3.2 mm，荷重為1 kg／cm2，料柱高度為40 mm。

表2 燒結(jié)礦適宜FeO含量的試驗(yàn)研究方案（%）

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 配碳量對(duì)燒結(jié)礦FeO含量的影響

表3 配碳量與燒結(jié)礦FeO含量的關(guān)系（%）

由表3可知，配碳量在3.40%時(shí)燒結(jié)礦FeO含量最低，配碳量超過此值在3.60%～4.02%之間變化時(shí)，燒結(jié)礦中FeO含量變化在9.89%～9.59%間變化，最大差值僅為0.3%，且變化規(guī)律性不強(qiáng)。改變配碳量實(shí)際是改變了燒結(jié)氣氛，配碳量增加后，由于碳的不完全燃燒，生成的CO含量增加，氣氛還原性變強(qiáng)，使Fe2O3不穩(wěn)定而分解為Fe3O4和FeO，故FeO含量變高了。試驗(yàn)結(jié)果說明在宣鋼配料成分條件下，配碳量大于3.4%，氣氛還原勢(shì)增強(qiáng)，原料中高價(jià)鐵氧化物被還原，F(xiàn)eO數(shù)量增多。因此，宣鋼燒結(jié)礦配碳量3.6%是控制FeO的關(guān)鍵點(diǎn)。

3.2 FeO含量對(duì)燒結(jié)過程參數(shù)的影響

FeO與燒結(jié)速度和燒損率的關(guān)系，見圖1。

圖1中，方案4＃垂直燒結(jié)速度最慢，5＃最快，即隨著FeO含量的增加，垂直燒結(jié)速度有減小的趨勢(shì)；其主要原因是隨配碳量的增加，還原性氣氛增強(qiáng)，F(xiàn)eO繼續(xù)上升，使燃燒帶變得寬了，熱量過剩出現(xiàn)過熔現(xiàn)象，燒結(jié)阻力增加，垂直燒結(jié)速度下降，且鈣鈦礦含量增加，燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)由FeO低時(shí)的疏松、細(xì)孔厚壁結(jié)構(gòu)變化到FeO高時(shí)的致密堅(jiān)硬、大孔薄壁結(jié)構(gòu)［5］。方案中1＃燒損率最大，4＃最小，在16%～18%之間，相差約2%，即隨著FeO含量的增加燒損率有降低的趨勢(shì)。綜合考慮垂直燒結(jié)速度、燒損率，F(xiàn)eO含量應(yīng)選擇9.27%，即5＃配礦方案。

圖1 FeO與燒結(jié)垂直燒結(jié)速度和燒損率的關(guān)系

3.3 FeO含量對(duì)燒結(jié)礦冶金性能的影響

3.3.1 FeO與燒結(jié)礦的成品率和轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的關(guān)系

圖2 FeO與成品率和轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的關(guān)系

適宜的焦粉配用量有利于生成一定數(shù)量的FeO，以保證燒結(jié)礦中液相的充分發(fā)展，F(xiàn)eO對(duì)燒結(jié)礦強(qiáng)度影響非常大，但不能認(rèn)為提高燒結(jié)礦強(qiáng)度必須提高燒結(jié)礦的FeO，從而有意識(shí)地提高配碳量。在一定范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)隨FeO含量的增加而升高，但超過某一數(shù)值后，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)開始下降。鞍鋼、攀鋼、唐鋼等的一般規(guī)律，當(dāng)FeO含量低于8%～9%時(shí)，燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、成品率和產(chǎn)量隨著FeO含量增加而提高；當(dāng)FeO含量大于9%時(shí)，燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、成品率和產(chǎn)量隨著FeO含量增加而下降。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，高爐爐料中5～10 mm粒度礦少于總料量的30%時(shí)，入爐（小于5～10 mm）粉末每降低1%可使高爐利用系數(shù)提高0.4%～1.0%，焦比下降0.5%；轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度提高1.0%，高爐產(chǎn)量提高1.9%。

圖2中，＞5 mm的燒結(jié)礦成品率在76%～90%之間，相差約14%，F(xiàn)eO含量為9.27%時(shí)最高，F(xiàn)eO含量為7.11%時(shí)最低，燒結(jié)礦成品率隨FeO含量的升高呈升高趨勢(shì)。轉(zhuǎn)鼓指數(shù)在67%～69%之間，相差約2%，F(xiàn)eO含量為9.59%時(shí)最高，F(xiàn)eO含量為9.84%時(shí)最低。燒結(jié)礦的強(qiáng)度好，主要是因?yàn)闊Y(jié)礦中的SFCA發(fā)展充分，不能認(rèn)為要提高燒結(jié)礦強(qiáng)度必須提高燒結(jié)礦的FeO，從而有意識(shí)地提高配碳量。配碳量過高時(shí)，常會(huì)帶來一系列負(fù)面效應(yīng)：燃燒帶溫度升高，透氣性惡化，反而不利于針狀鐵酸鈣粘結(jié)相SFCA的生成。但配碳量過低時(shí)，液相量不足，鐵礦石的結(jié)晶程度差，主要粘結(jié)相是玻璃質(zhì)，多孔洞，強(qiáng)度差，成品率下降［4］。綜合考慮燒結(jié)礦成品率與轉(zhuǎn)鼓指數(shù)FeO含量應(yīng)取9.27%（5＃）左右。

3.3.2 FeO與燒結(jié)礦低溫還原粉化性能的關(guān)系

以RDI＋3˙15為考察指標(biāo)，RDI＋6˙3和RDI－0˙5為參考指標(biāo)。

圖3 FeO與RDI的關(guān)系

隨著FeO含量的提高，其還原粉化指數(shù)RDI＋315是改善的。一般規(guī)律為FeO每提高1%，低溫還原粉化率（RDI＋315）提高5個(gè)百分點(diǎn)左右。綜合考慮燒結(jié)礦RDI＋315大于80%，即為FeO控制的大致標(biāo)準(zhǔn)。

圖3中：燒結(jié)礦的RDI＋3˙15在78%～83%之間，相差5.0%左右，F(xiàn)eO含量為9.84%時(shí)最高，F(xiàn)eO含量為7.11%時(shí)最小，RDI＋3˙15隨FeO含量的增加明顯增加。說明FeO越低則還原粉化性加重，其原因是Fe2O3體積膨脹產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，使燒結(jié)礦粉化，還原過程中α－Fe2O3轉(zhuǎn)變成γ－Fe2O3，體積膨脹7.8%，在骸晶狀赤鐵礦晶粒周圍形成一層多裂紋、強(qiáng)度差的碎裂帶致使粉化率增加。而宣鋼釩鈦燒結(jié)礦中鈦赤鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨FeO的上升而減少，故FeO升高后還原粉化率得到改善［5］。RDI＋6˙3與RDI＋3˙15具有相同的變化規(guī)律；RDI－0˙5隨FeO含量的增加而稍微減小。綜合考慮還原粉化指數(shù)，F(xiàn)eO含量應(yīng)取9.80%左右，選擇4＃、3＃方案。

3.3.3 FeO與燒結(jié)礦中溫還原性能的關(guān)系

隨著燒結(jié)礦FeO的降低，赤鐵礦、鐵酸半鈣、鐵酸一鈣升高，而玻璃質(zhì)、鈣鐵橄欖石、鐵橄欖石降低，其還原性能是改善的。但不同F(xiàn)eO含量范圍對(duì)還原性影響是不同的。某廠試驗(yàn)結(jié)果：在FeO＜8.5%時(shí)，還原度下降幅度相對(duì)較小，F(xiàn)eO含量每上升1個(gè)百分點(diǎn)，還原度平均下降1.41個(gè)百分點(diǎn)左右；當(dāng)FeO＞8.5%時(shí)還原度下降幅度明顯增加，F(xiàn)eO含量每提高1個(gè)百分點(diǎn)，還原度平均下降2.03個(gè)百分點(diǎn)。

圖4中，燒結(jié)礦的RI在80%～88%之間，相差約8%，F(xiàn)eO含量為7.11%時(shí)最高，9.27%時(shí)最小，RI隨FeO含量的增加明顯降低。原因就是燒結(jié)礦的FeO是由其中的Fe2＋換算而成的，而Fe2＋存在于多種礦物之中，如磁鐵礦（Fe3O4）、鈣鐵橄欖（CaO˙FeO˙SiO2）、橄欖石（2FeO˙SiO2）等，隨FeO升高，磁鐵礦、鈣鐵橄欖石、橄欖石等質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，赤鐵礦與鐵酸鈣含量減少，而礦物的還原遞減順序是赤鐵礦→鐵酸鈣→磁鐵礦→鈣鐵橄欖石→硅酸鐵，所以還原性隨FeO的上升而下降，同時(shí)由于FeO上升，燒結(jié)礦的結(jié)構(gòu)變得致密，氣孔率減少，同樣影響還原性［1－5］。綜合考慮燒結(jié)礦的還原指數(shù)，F(xiàn)eO含量應(yīng)取7.11%左右。

3.3.4 FeO與燒結(jié)礦荷重軟化性能的關(guān)系

FeO與燒結(jié)礦礦荷重軟化性能關(guān)系如表4所示。

圖4 FeO與RI的關(guān)系

表4 荷重軟化性能

由表4可知，方案1＃燒結(jié)礦的T10%最大為1142℃，3＃最小為1123℃，相差19℃，隨FeO含量的升高，T10%呈下降的趨勢(shì)；燒結(jié)礦在升溫還原過程中的荷重軟化溫度主要取決于其在此過程中產(chǎn)生的低熔點(diǎn)礦物數(shù)量。低熔點(diǎn)礦物形成的溫度低、數(shù)量多，燒結(jié)礦的軟化溫度就低；反之，軟化溫度就高。礦石中FeO含量高，礦石還原程度低，會(huì)促使低熔點(diǎn)渣相形成，軟化開始溫度就低。表中2＃的T40%最大為1288℃，3＃最小為1260℃，相差28℃，隨FeO含量的升高，T40%呈下降的趨勢(shì)；2＃的△T最大為155℃，4＃最小為124℃，相差31℃，隨FeO含量的升高，△T呈下降的趨勢(shì)。綜合考慮荷重軟化性能，應(yīng)選擇FeO含量為9.84%。

4 結(jié) 論

（1）在宣鋼配料成分條件下，配碳量大于3.4%，氣氛還原勢(shì)增強(qiáng)，原料中高價(jià)鐵氧化物被還原，F(xiàn)eO數(shù)量增多。配碳量在3.60%～4.02%之間變化時(shí)，燒結(jié)礦中FeO含量變化在9.89%～9.59%間變化，最大差值僅為0.3%，且變化規(guī)律性不強(qiáng)。

（2）燒結(jié)燃料比直接影響到燒結(jié)礦FeO含量，而燒結(jié)礦FeO含量又直接影響燒結(jié)礦強(qiáng)度和成品率等燒結(jié)指標(biāo)。在宣鋼目前生產(chǎn)情況下，綜合考慮燒結(jié)過程參數(shù)、成品率、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、還原粉化、還原性和荷重軟化性能，燒結(jié)配碳量應(yīng)選擇4.00%左右，燒結(jié)礦FeO含量9.27%左右。

［1］ 莊劍鳴，姚銳.燒結(jié)礦FeO含量的確定［J］.燒結(jié)球團(tuán)，1997，（6）：4－7.

［2］ 錢士剛，黃天正，程振先.燒結(jié)礦FeO含量控制標(biāo)準(zhǔn)的研究［J］.燒結(jié)球團(tuán)，1993，（5）：10－14.

［3］ 劉竹林.燒結(jié)礦FeO含量的影響因素探討［J］.重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，（1）：8－12.

［4］ 石畑翚.燒結(jié)礦FeO含量的研究［J］.燒結(jié)球團(tuán)，2004，（3）：19－23.

［5］ 蔣大軍，何木光，甘勤，等.高堿度條件下FeO對(duì)燒結(jié)礦性能的影響［J］.中國(guó)冶金，2008，11：14－21.

［6］ 魏繼忠，劉德文，王 義，等.論述FeO對(duì)臨鋼燒結(jié)礦質(zhì)量的影響［A］.第六屆全國(guó)煉鐵精料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集［C］.長(zhǎng)沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1998.55－59.

［7］ 張翎.降低燒結(jié)礦FeO含量燒結(jié)燒結(jié)礦冶金性能［J］.江蘇冶金，1998，（3）：32－36.

［8］ 王明陽.影響燒結(jié)礦FeO含量的工藝參數(shù)最佳配置研究［J］.武漢工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，（3）：50－55.

［9］ 尹德，李秋梅.燒結(jié)礦FeO影響因素的研究和生產(chǎn)實(shí)踐［J］.燒結(jié)球團(tuán)，1999，（3）：31－36.

［10］ 汪華斌.燒結(jié)過程FeO現(xiàn)場(chǎng)控制技術(shù)的研究［A］.第五屆全國(guó)煉鐵精料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集［C］.長(zhǎng)沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1996.289.

［11］ Fujiii K，Hazamm K.厚料層操作條件下燒結(jié)礦FeO含量的降低［J］.國(guó)外鋼鐵，1997，（8）：16－19.