球團(tuán)配加高鎂精礦改善冶金性能的工業(yè)試驗(yàn)

孫濤 孫廣偉 陳偉

(1．安陽豫河永通球團(tuán)有限責(zé)任公司; 2．安陽鋼鐵股份有限公司)

0 前言

安陽豫河永通球團(tuán)有限責(zé)任公司年產(chǎn)120 萬t鏈篦機(jī)－回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)礦生產(chǎn)線于2010年建成投產(chǎn)，產(chǎn)品主要供給安陽鋼鐵股份公司高爐生產(chǎn)。理論研究表明，含鐵爐料軟熔帶的阻力損失占整個(gè)高爐阻力損失的三分之二以上，熔滴性能直接影響高爐內(nèi)軟熔帶的位置和厚度，影響Si、Mn 等元素的直接還原，從而影響生鐵的成分和高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。如何改善球團(tuán)的熔融滴落性能，還原度和膨脹性能及冷態(tài)強(qiáng)度等冶金性能，滿足高爐大型化生產(chǎn)要求成為首要研究的課題。

國內(nèi)外研究及生產(chǎn)實(shí)踐表明，生產(chǎn)低硅含鎂球團(tuán)有利于球團(tuán)礦的高溫冶金性能大幅度改善，集中表現(xiàn)在高溫還原性的提高和球團(tuán)礦軟熔溫度提高，并使軟熔區(qū)間變窄，透氣性改善，可提高高爐內(nèi)間接還原率，使?fàn)t況順行、穩(wěn)定，降低焦比，提高生產(chǎn)率，從而降低煉鐵成本。

1 試驗(yàn)

1．1 試驗(yàn)原料

為改善球團(tuán)礦的冶金性能，豫河永通球團(tuán)公司曾采取過一系列提高球團(tuán)礦MgO 含量的措施，主要是在預(yù)配料階段配加一定比例的含鎂添加劑，如配加高鎂粉、煉鋼污泥等。生產(chǎn)實(shí)踐表明:配加這些含鎂添加劑后回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈現(xiàn)象嚴(yán)重，無法長時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

在提高球團(tuán)礦MgO 含量方面，除了可在原料中配加鎂質(zhì)熔劑外，還可選擇配加高氧化鎂鐵礦原料的途徑實(shí)現(xiàn)。通過對(duì)國內(nèi)外高氧化鎂鐵礦資源市場分析，在滿足球團(tuán)礦生產(chǎn)要求方面，試驗(yàn)選用的進(jìn)口高鎂精礦無論化學(xué)成分還是粒度均優(yōu)于其它高鎂精礦，該礦屬于高鎂低硅精礦，MgO 含量5．52%，SiO2含量0．79%，配加該高鎂精礦既可以提高球團(tuán)礦MgO 含量，又可以降低SiO2含量。由于該礦－200目含量較其它原料低，使用前需進(jìn)行磨細(xì)處理。試驗(yàn)原料理化指標(biāo)見表1。

表1 原料理化指標(biāo) %

1．2 試驗(yàn)方法

自2014年4月份起，開始在120 萬t 鏈篦機(jī)－回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)礦生產(chǎn)線進(jìn)行配加高鎂精礦的工業(yè)試驗(yàn)。保持球團(tuán)礦日產(chǎn)4000 ±25 t/d 不變，鏡鐵礦配加10%，通過調(diào)整高鎂精礦和酸性礦比例擬定4 個(gè)方案分階段進(jìn)行試驗(yàn)，每階段試驗(yàn)期限10 天，高鎂精礦配加比例依次為0%、10%、15%、20%，為保證配比100%同比減少酸性礦比例。不同方案含鐵原料結(jié)構(gòu)配比見表2。

表2 含鐵原料結(jié)構(gòu)配比 %

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2．1 高鎂精礦對(duì)生球性能的影響

高鎂精礦對(duì)生球強(qiáng)度的影響比較顯著，由于該礦的親水性較差，粒度較粗，造球性能差。為此，配加時(shí)將其先輸送至濕磨——陶瓷過濾機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行潤濕、磨細(xì)處理;磨機(jī)以100 t/h 料量對(duì)含鐵原料磨細(xì)處理，不足部分以酸性礦補(bǔ)齊，以改善其造球性能。生球、成品球強(qiáng)度及膨潤土消耗指標(biāo)見表3。

表3 生球、成品球強(qiáng)度及膨潤土消耗指標(biāo)

由表3 可以看出，配加高鎂精礦后，生球強(qiáng)度、成品球抗壓強(qiáng)度均有下降趨勢(shì)，生產(chǎn)中適時(shí)調(diào)整膨潤土比例來保證生球落下強(qiáng)度為5 ±1 次/個(gè)球，抗壓強(qiáng)度≥12 N/個(gè)球。隨著高鎂精礦配加比例的提高，膨潤土消耗升高了1．2 kg/t ～4．3 kg/t。

2．2 高鎂精礦對(duì)球團(tuán)礦化學(xué)成分的影響

隨著高鎂精礦比例的增加，球團(tuán)礦的化學(xué)成分變化較為明顯，其品位、SiO2含量均有下降趨勢(shì)，而MgO 含量有升高趨勢(shì)。球團(tuán)礦化學(xué)成分變化見表4。

表4 球團(tuán)礦化學(xué)成分 %

由表4 可以看出，隨著高鎂精礦配比的增加，球團(tuán)礦品位、SiO2含量均有下降趨勢(shì)，MgO 含量有升高趨勢(shì)，球團(tuán)礦品位從63．51%降到62．71%，下降了0．8%，SiO2含量從6．51%降到5．87%，降低了0．64%，MgO 含量從0．55%升高至1．51%，升高了0．96%。引起成分變化的原因分析，與酸性礦比較，該礦具有品位低，SiO2含量低(＜1%)，MgO 含量高的特點(diǎn)，當(dāng)增加高鎂精礦比例后，酸性礦比例就相應(yīng)減少，同時(shí)由于其粒度粗，親水性差，在試驗(yàn)中導(dǎo)致膨潤土配加量升高，品位降低幅度較大，SiO2含量降低幅度與預(yù)期存在一定偏差。

2．3 高鎂精礦對(duì)球團(tuán)焙燒制度的影響

配加高鎂精礦后，球團(tuán)礦中MgO 含量大幅度升高。球團(tuán)礦中MgO 含量的變化對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響與熱工制度緊密相關(guān)。球團(tuán)生產(chǎn)主要熱工參數(shù)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表5。

表5 球團(tuán)生產(chǎn)主要熱工參數(shù)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

由表5 可以看出，當(dāng)焙燒溫度≤1250 ℃時(shí)，隨著MgO 含量升高，抗壓強(qiáng)度有下降趨勢(shì)，當(dāng)焙燒溫度≥1250 ℃時(shí)，抗壓強(qiáng)度有升高趨勢(shì)。分析認(rèn)為，在球團(tuán)礦氧化焙燒時(shí)，MgO 既可能進(jìn)入渣相，也可能進(jìn)入氧化鐵顆粒，這需視氧化焙燒溫度高低來定，由于磁鐵礦氧化和鐵離子擴(kuò)散比鎂離子擴(kuò)散快得多，當(dāng)焙燒溫度≥1250 ℃時(shí)，才能使鎂離子擴(kuò)散到磁鐵礦晶格中與Fe2O3發(fā)生固相反應(yīng)，形成MgO·Fe2O3，還有部分MgO 進(jìn)入磁鐵礦晶格中，有穩(wěn)定Fe3O4晶格的作用，在這種情況下，有利于球團(tuán)礦強(qiáng)度的改善;反之，當(dāng)焙燒溫度≤1250 ℃時(shí)，有較多的MgO 進(jìn)入了渣相，勢(shì)必影響強(qiáng)度變差。試驗(yàn)中為了消除球團(tuán)礦MgO 含量的升高對(duì)抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生的負(fù)面影響，將焙燒溫度提高了20 ℃～30 ℃，同時(shí)燃料消耗亦增加了1．11 kg/t ～2．51 kg/t。

2．4 高鎂精礦對(duì)球團(tuán)還原性、還原膨脹率的影響

隨著高鎂精礦比例的增加，球團(tuán)礦中MgO 含量亦增加，對(duì)球團(tuán)礦的還原性、還原膨脹率均有改善作用。球團(tuán)礦還原度、還原膨脹率見表6。

表6 球團(tuán)礦還原度、還原膨脹率 %

分析認(rèn)為，球團(tuán)礦中的大部分MgO 進(jìn)入鐵相，少部分進(jìn)入渣相，由于鐵橄欖石(2FeO·SiO2)的生成溫度較高(約900 ℃)，而渣中少量MgO 則在較低溫度下即可與SiO2(約680 ℃)或Fe2O3(約600 ℃)發(fā)生固相反應(yīng)，以2MgO·SiO2或MgO·Fe2O3形式存在于渣中，減少了難還原的鐵橄欖石生成量。當(dāng)球團(tuán)礦中存在足夠數(shù)量MgO 時(shí)，焙燒過程中就會(huì)形成穩(wěn)定的鐵酸鎂(MgO·Fe2O3)，在還原時(shí)能抑制Fe2O3成Fe3O4時(shí)所產(chǎn)生的晶格轉(zhuǎn)變，中溫還原則生成FeO 和MgO 的固溶體，能抑制“鐵精須”的生成。另外，由于Mg2+離子半徑(0．6 ×10－10m)小于Fe2+離子半徑(0． 74 ×10－10m)和Ca2+離子半徑(0．99 ×10－10m)，Mg2+能均勻地分布在浮士體內(nèi)，不致引起局部膨脹應(yīng)力。

2．5 高鎂精礦對(duì)球團(tuán)熔滴性能的影響

取不同高鎂精礦配比條件下生產(chǎn)的球團(tuán)礦，分別進(jìn)行熔融滴落性能檢測(cè)，球團(tuán)礦熔滴試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 球團(tuán)礦熔滴試驗(yàn)數(shù)據(jù) ℃

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，配加高鎂精礦后，球團(tuán)礦開始軟化溫度(T10)升高約20 ℃左右，熔化開始溫度(Ts)隨著MgO 含量升高，呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，球團(tuán)礦滴落溫度基本在同一水平，有升高趨勢(shì)。而軟熔區(qū)間(Td－T10)、熔化區(qū)間(Td－Ts)均呈明顯變窄趨勢(shì)，兩區(qū)間變窄有利于高爐透氣性的改善。

3 使用效果

豫河球團(tuán)自2014年4月份開始在原料中配加高鎂精礦工業(yè)試驗(yàn)，其目的是一方面改善球團(tuán)礦冶金性能，另一方面是緩解燒結(jié)環(huán)節(jié)添加鎂質(zhì)熔劑對(duì)生產(chǎn)帶來的影響，可以平衡因在燒結(jié)中添加過量對(duì)產(chǎn)質(zhì)量的壓力。隨著高鎂精礦比例增加，由于該礦與酸性礦相比親水性較差，粒度較粗，造球性能差，對(duì)生球強(qiáng)度造成不利影響，生產(chǎn)中通過提高磨機(jī)處理量、增加膨潤土使用量等措施改善生球強(qiáng)度，隨著球團(tuán)礦MgO 進(jìn)一步提高，成品球抗壓強(qiáng)度有降低趨勢(shì)，操作上適時(shí)調(diào)整熱工制度，將焙燒溫度提高了20 ℃～30 ℃，使焙燒溫度≥1250 ℃，成功消除了因球團(tuán)礦MgO 含量的升高對(duì)抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生的負(fù)面影響。通過對(duì)各階段球團(tuán)礦冶金性能試驗(yàn)，均表明球團(tuán)礦的還原性、還原膨脹率及熔滴性能全面改善，達(dá)到了預(yù)期目的。

4 結(jié)語

1)試驗(yàn)選用的高鎂精礦是一種MgO 含量較高，SiO2含量較低，有害雜質(zhì)含量少，粒度較粗的磁鐵精礦，對(duì)降低球團(tuán)礦SiO2含量，提高M(jìn)gO 含量效果明顯，但由于水分含量低、粒度較粗親水性較差，需進(jìn)行潤濕、磨細(xì)和輥壓后使用。

2)隨著球團(tuán)中MgO 含量的增加，焙燒溫度也應(yīng)相應(yīng)提高，焙燒溫度在1250 ℃以上，使鎂離子擴(kuò)散到磁鐵礦晶格中與Fe2O3發(fā)生固相反應(yīng)，形成MgO·Fe2O3，還有部分MgO 進(jìn)入磁鐵礦晶格中，有穩(wěn)定Fe3O4晶格的作用，有利于球團(tuán)礦強(qiáng)度的改善。

3)球團(tuán)中MgO 含量的增加，對(duì)改善其冶金性能效果顯著。還原性有提高趨勢(shì)，還原膨脹率降低明顯，表現(xiàn)在熔滴性能方面，軟化開始溫度升高，軟熔區(qū)間變窄，有利于高爐透氣性的改善。

［1］周明順，沈峰滿，翟立委，等．MgO 添加方式對(duì)改善球團(tuán)礦冶金性能的影響．鋼鐵，2012，47(4):14 －17．