燒結(jié)礦堿度變化對軟熔滴落性能影響的試驗(yàn)研究

陳 偉 李俊平 申 勇 王東風(fēng) 左鴻濤 李衛(wèi)敏

( 安陽鋼鐵股份有限公司 )

燒結(jié)礦堿度變化對軟熔滴落性能影響的試驗(yàn)研究

陳 偉 李俊平 申 勇 王東風(fēng) 左鴻濤 李衛(wèi)敏

( 安陽鋼鐵股份有限公司 )

介紹了改善燒結(jié)礦軟熔滴落性能對強(qiáng)化高爐冶煉的重要性，并通過試驗(yàn)系統(tǒng)研究了燒結(jié)礦堿度變化對軟熔滴落性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：對于高堿度燒結(jié)礦來說，隨著堿度升高，開始軟化溫度、開始熔化溫度均呈現(xiàn)下降趨勢，滴落溫度升高，軟熔區(qū)間、熔化區(qū)間均變寬，初渣熔點(diǎn)升高，整體性能呈現(xiàn)變差趨勢。

燒結(jié)礦 堿度變化 軟熔滴落性能 研究

0 前言

燒結(jié)礦作為高爐生產(chǎn)的主要原料，其配比占高爐爐料結(jié)構(gòu)70%以上，燒結(jié)礦質(zhì)量的穩(wěn)定及改善是實(shí)現(xiàn)高爐穩(wěn)定順行、增產(chǎn)節(jié)焦的原料基礎(chǔ)和重要保障。高爐生產(chǎn)如同燒結(jié)，均“以風(fēng)為綱”，改善料柱透氣性是提高風(fēng)量的重要途徑。據(jù)資料介紹，高爐料柱氣流阻力分布：塊狀帶約15%，軟熔帶約60%，塊狀帶與軟熔帶之間區(qū)域約占25%。軟熔帶的氣流阻力不但是最大的，亦是氣流通過的第一道屏障和最大的屏障，將直接影響煤氣流的通過和分布。

燒結(jié)礦軟熔滴落性能主要反映其在高爐內(nèi)軟熔帶的寬度、位置及鐵水和渣流動性能等，其性能好壞將決定了軟熔帶的氣流阻力大小，直接影響料柱透氣性。若軟熔帶過寬，該帶的氣流阻力增大，影響氣流的通過和分布；滴落溫度過高將造成軟熔帶位置下移，意味著焦炭承擔(dān)的負(fù)荷增加。燒結(jié)礦作為高爐的主要原料，改善其軟熔滴落性能是解決高爐料柱透氣性的最直接、最有效措施。

1 現(xiàn)狀分析

目前，國內(nèi)外對于礦石軟熔滴落性能試驗(yàn)研究沒有統(tǒng)一國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，且不同熔滴爐的試驗(yàn)數(shù)據(jù)差別較大，對于不同企業(yè)測定的數(shù)據(jù)或相關(guān)資料提供的數(shù)據(jù)沒有可比性，相關(guān)這方面研究甚少，缺乏系統(tǒng)性研究。近些年來，鋼鐵企業(yè)為了應(yīng)對嚴(yán)峻的市場經(jīng)濟(jì)形勢，加大了鐵前原料結(jié)構(gòu)降本力度來緩解企業(yè)生產(chǎn)成本的壓力，紛紛將經(jīng)濟(jì)礦的使用作為企業(yè)降本的重要舉措，由于經(jīng)濟(jì)礦品種繁多、成分或性能差異大，大量使用經(jīng)濟(jì)礦也就意味著燒結(jié)含鐵原料品種、結(jié)構(gòu)將頻繁變化，亦造成燒結(jié)礦高溫冶金性能的頻繁波動，客觀上對高爐的穩(wěn)定順行造成不利影響。基于穩(wěn)定和改善燒結(jié)礦高溫冶金性能考慮，本文圍繞燒結(jié)礦堿度變化對軟熔滴落性能影響開展試驗(yàn)研究。

2 試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)設(shè)備工藝參數(shù)

混合機(jī)型號：φ600×1 200 mm 混料時(shí)間：5 min

燒結(jié)杯型號：φ200×600 mm 料層厚度：600 mm

點(diǎn)火負(fù)壓：-6 000 Pa 燒結(jié)負(fù)壓：-9 000 Pa

點(diǎn)火時(shí)間：1 min 保溫時(shí)間：1 min

落下高度：3×2 m

2.2 試驗(yàn)原料條件及方案

試驗(yàn)研究選用3#燒結(jié)系統(tǒng)原料結(jié)構(gòu)，擬定4組試驗(yàn)方案，試驗(yàn)方案中試驗(yàn)原料配比見表1，在保持結(jié)構(gòu)配比基本不變的條件下，燒結(jié)礦堿度依次設(shè)定4個(gè)梯度：1.75、1.9、2.05、2.2，堿度變動幅度為0.15，堿度變化通過改變生石灰配加量來實(shí)現(xiàn)。在燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)室燒出燒結(jié)礦樣，再分別進(jìn)行軟熔滴落性能試驗(yàn)。

表1 試驗(yàn)原料配比

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過燒結(jié)杯試驗(yàn)和軟熔滴落性能試驗(yàn)，分別研究堿度變化對燒結(jié)礦的常規(guī)性能指標(biāo)和軟熔滴落性能指標(biāo)的影響，燒結(jié)礦化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)見表2；燒結(jié)礦常規(guī)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表3；燒結(jié)礦高溫軟熔滴落性能指標(biāo)見表4。

表2 燒結(jié)礦化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)

表3 試驗(yàn)燒結(jié)礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

表4 燒結(jié)礦軟熔滴落性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 堿度變化對燒結(jié)礦常規(guī)性能指標(biāo)的影響

關(guān)于堿度變化對燒結(jié)礦常規(guī)指標(biāo)的影響，國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)及冶金院校均有較多的研究，并根據(jù)堿度的范圍將燒結(jié)礦分為酸性燒結(jié)礦、熔劑性燒結(jié)礦和高堿度燒結(jié)礦，分別對其進(jìn)行了系統(tǒng)研究，研究結(jié)果基本相同，也就是說，堿度變化對燒結(jié)礦常規(guī)性能指標(biāo)影響的研究技術(shù)比較成熟，本文不再過多贅述。本試驗(yàn)燒結(jié)礦為國內(nèi)普遍生產(chǎn)使用的高堿度燒結(jié)礦，試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著堿度的升高，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、利用系數(shù)均呈上升趨勢，當(dāng)堿度超過2.05后，上升幅度趨緩；堿度升高對成品率影響有改善效果，但趨勢不太明顯；堿度變化對燒結(jié)礦粒度組成呈改善趨勢，隨著堿度升高，燒結(jié)礦粒度組成中-10mm粒級含量呈現(xiàn)明顯降低趨勢。

3.2 堿度變化對軟熔滴落性能的影響

燒結(jié)礦軟熔滴落性能主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)指標(biāo)：開始軟化溫度T10(體積收縮10%時(shí)對應(yīng)的溫度)、開始熔化溫度TS、開始滴落溫度Td、軟熔區(qū)間Td- T10、初渣流動性等。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：堿度變化對各項(xiàng)指標(biāo)均有不同程度的影響。

3.2.1 對開始軟化、開始熔化、滴落溫度的影響

根據(jù)強(qiáng)化高爐冶煉的要求，開始軟化溫度(T10)越高，越有利于軟熔帶變薄，對改善料柱透氣性是有利的。試驗(yàn)結(jié)果表明(如圖1所示)：隨著堿度的升高，開始軟化溫度呈現(xiàn)明顯下降趨勢，當(dāng)堿度R=2.05時(shí)，T10值最低，若堿度再度升高，T10值略有小幅度上升。也就是說，燒結(jié)礦堿度過高不利于開始軟化溫度指標(biāo)的改善。

堿度變化對開始熔化溫度的影響見表4，隨著堿度的升高，開始熔化溫度呈現(xiàn)降低趨勢，也就意味著熔化區(qū)間可能變寬，從試驗(yàn)中壓差曲線變化可以看出，熔化區(qū)間的壓差最高、氣流阻力最大，該區(qū)間變寬表明氣流阻力增大。

圖1 堿度對T10的影響

堿度變化對滴落溫度的影響如圖2所示，隨著堿度的升高，滴落溫度呈現(xiàn)升高的趨勢。滴落溫度的升高不僅使得熔化區(qū)間變寬，氣流阻力增大，同時(shí)使得軟熔帶的位置下移，焦倉層變薄，焦炭承受的負(fù)荷增大，對焦炭的熱強(qiáng)度要求更高。

圖2 堿度對Td的影響

圖3 堿度對軟熔區(qū)的影響

圖4 堿度對熔化區(qū)間的影響

3.2.2 對軟熔區(qū)間的影響

由于軟熔帶透氣性最差，氣流阻力最大，約占60%以上，其厚薄不但影響氣流的通過，還影響中、上部煤氣流的分布，對改善料柱透氣性、合理分布煤氣流具有重要影響。對于高堿度燒結(jié)礦來說，隨著堿度的升高，堿度對熔化區(qū)間的影響如圖3、圖4所示，無論是軟熔區(qū)間，還是熔化區(qū)間都呈現(xiàn)變寬趨勢，溫度向兩端發(fā)散，開始軟化溫度降低，滴落溫度反而升高，導(dǎo)致軟熔帶變寬。

3.2.3 對初渣性能的影響

對于煉鐵工序來說，“要煉好鐵，首先得煉好渣”，表明改善渣性能的重要性。高爐渣分為初渣和終渣，分析認(rèn)為，影響高爐順行的是初渣并非是終渣，因此，研究初渣性能遠(yuǎn)比終渣更具有現(xiàn)實(shí)意義。初渣性能主要體現(xiàn)在流動性方面，良好的流動性是降低壓差、改善料柱透氣性的重要保障。眾所周知，物質(zhì)在液態(tài)狀態(tài)下流動性最好，若改善渣的流動性，首先應(yīng)降低渣的熔點(diǎn)，而渣的熔點(diǎn)主要由渣相(成分體系)決定的，可以說渣相的合理及穩(wěn)定是改善初渣性能的關(guān)鍵。

圖5 圖6 圖7

燒結(jié)礦作為高爐的主要原料，其成分體系控制對渣相具有重要影響。熔滴試驗(yàn)研究表明：燒結(jié)礦堿度變化對初渣的熔點(diǎn)有顯著影響，當(dāng)堿度R=1.75時(shí)，滴落物(如圖6所示)主要是鐵，有少量的渣鐵混合物(灰色部分)，表明部分渣排除，部分滯留在焦倉層；當(dāng)堿度R=2.05時(shí)， 滴落物(如圖7所示)幾乎全部是鐵，未見渣排除，渣幾乎全部滯留在焦倉層，呈白色粉末狀(主要是高熔點(diǎn)堿性氧化物)；為了進(jìn)一步反映堿度對渣熔點(diǎn)的影響，進(jìn)行了堿度R=0.6燒結(jié)礦熔滴試驗(yàn)，滴落物(如圖5所示)主要是鐵、渣鐵混合物、渣(圖中黑色發(fā)亮部分)，焦倉層未見渣滯留。研究表明：燒結(jié)礦堿度控制越高，其渣的熔點(diǎn)亦越高，在相同溫度水平下，渣的流動性變差。分析認(rèn)為，理想的燒結(jié)礦成分體系應(yīng)是高鐵、低硅堿度適中或低堿度，在該條件下，燒結(jié)礦冶煉過程渣的熔點(diǎn)相對較低，在較低溫度下就能夠熔化，便于渣的流動和及時(shí)排出，不至于滯留在焦倉層堵塞氣流通道；另外，該條件下，渣量相對少些，鐵水中渣的濃度要低些，鐵水黏度小且易流動，難熔渣容易被鐵水沖刷帶走。

考慮高爐爐料結(jié)構(gòu)由燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、塊礦組成的三元結(jié)構(gòu)，由于酸性爐料和堿性爐料的軟熔滴落性能差別較大，一般來說，酸性爐料的滴落溫度較低，區(qū)間較窄。理論上，在冶煉過程中酸性爐料與堿性爐料之間通過交互反應(yīng)，大大降低了燒結(jié)礦的堿度，隨之燒結(jié)礦的滴落溫度、區(qū)間及渣的熔點(diǎn)均大幅降低。若要實(shí)現(xiàn)酸性爐料與堿性爐料之間的充分交互反應(yīng)，前提是布料要非常均勻，實(shí)際上很難做到均勻布料，客觀上也就造成高爐內(nèi)同一高度不同位置的爐料高溫性能差異，亦對爐渣的性質(zhì)及造渣制度產(chǎn)生影響。適當(dāng)降低燒結(jié)礦的滴落溫度、渣的熔點(diǎn)，使得三種爐料的高溫性能趨于一致或接近，能有效減輕該現(xiàn)象的影響。

4 結(jié)語

燒結(jié)礦堿度變化不僅對常規(guī)性能指標(biāo)有影響，對其軟熔滴落性能亦產(chǎn)生顯著的影響。對于高堿度燒結(jié)礦來說，隨著堿度的升高，開始軟化溫度、開始熔化溫度均呈現(xiàn)降低的趨勢，滴落溫度呈現(xiàn)升高的趨勢，軟化區(qū)間、熔化區(qū)間均呈現(xiàn)變寬的趨勢，初渣的熔點(diǎn)亦有升高的趨勢，渣的流動性變差，燒結(jié)礦整體軟熔滴落性能變差。從改善燒結(jié)礦的高溫冶金性能角度分析，控制合理的燒結(jié)礦成分體系是改善燒結(jié)礦軟熔滴落性能的基礎(chǔ)，亦是實(shí)現(xiàn)高爐長期穩(wěn)定順行的關(guān)鍵。

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TEST STUDY ON THE INFLUENCE OF SINTER BASICITY CHANGE ON THE SOFTENING DRIPPING BEHAVIOR

Chen Wei Li Junping Shen Yong Wang Dongfeng Zuo Hongtao Li Weiming

( Anyang Iron and Steel Stock Co.,Ltd )

The importance of improving sinter softening dripping behavior was introduced for strengthening smelting in blast furnace, and the effects of the sinter basicity change on the softening dripping behavior was studied through the test system. The test results show that:For the high basicity sinter ores, with the basicity increased, softening and melting temperature began to show a downward trend, dropping temperature increased, soft melting range, melting range became wider, the initial slag melting temperature increased, the overall performance showed variation trend.

Sinter ore Alkalinity change soft dripping behavior Research

2016-10-28

*聯(lián)系人：陳偉， 高級工程師 河南.安陽 (455004)，安陽鋼鐵股份有限公司煉鐵廠；