邯鋼非主流礦的基礎(chǔ)特性與互補(bǔ)配礦的試驗(yàn)研究

賈文君 劉曉明 王金龍 郭蘭芬

(河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司)

邯鋼非主流礦的基礎(chǔ)特性與互補(bǔ)配礦的試驗(yàn)研究

賈文君 劉曉明 王金龍 郭蘭芬

(河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司)

對(duì)邯鋼燒結(jié)用非主流礦的物化性能及高溫特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并針對(duì)南非精粉同化性及流動(dòng)性差的問(wèn)題開(kāi)展了互補(bǔ)配礦的優(yōu)化研究。結(jié)果表明，楊迪粉與南非精粉混合比例為3:1時(shí)，混合礦粉的同化性能和液相流動(dòng)性明顯改善，可以達(dá)到燒結(jié)生產(chǎn)提質(zhì)增效的要求。

非主流礦 物化性能 高溫特性 南非精粉 互補(bǔ)配礦

0 前言

長(zhǎng)期以來(lái)，邯鋼燒結(jié)原料以品位高、燒結(jié)性能優(yōu)良、有害元素低、成分穩(wěn)定的澳礦粉(包括PB和紐曼)、巴卡粉、南非粉、邯邢精粉為主。近年來(lái)，隨著鋼鐵企業(yè)的成本急劇上升，利潤(rùn)大幅度下滑，為了降低原料成本，燒結(jié)系統(tǒng)開(kāi)始配加一些低價(jià)的褐鐵礦粉和小品種礦粉(定義為非主流礦)。隨著對(duì)褐鐵礦研究的不斷深入，邯鋼燒結(jié)中楊迪礦粉的配比不斷提高，目前已達(dá)到了35%的水平，已經(jīng)上升為主流礦，而對(duì)使用非主流礦的影響還沒(méi)有做過(guò)深入研究。因此為確保非主流礦的合理應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)“低成本，高效益”高爐煉鐵，我們圍繞非主流礦的基礎(chǔ)特性及互補(bǔ)配礦開(kāi)展了一系列的研究，主要內(nèi)容包括：物化性能分析；高溫基礎(chǔ)性能研究；互補(bǔ)配礦研究。通過(guò)一系列試驗(yàn)研究，為優(yōu)化配礦和指導(dǎo)燒結(jié)操作提供了指導(dǎo)，保證非主流礦使用后,燒結(jié)及高爐生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)的穩(wěn)定。

1 燒結(jié)用非主流料的物化性能分析

1.1 化學(xué)成分

鐵礦石的化學(xué)成分中包括TFe、SiO2、MgO、Al2O3、TiO2、S、P、K2O 、Na2O 、ZnO等，鐵礦石的化學(xué)成分不僅決定燒結(jié)礦的化學(xué)成分,而且是影響鐵礦石燒結(jié)性能的一個(gè)重要因素。邯鋼燒結(jié)用的鐵礦石主要分為兩類：主流料和非主流料，主流料主要有楊迪、PB、紐曼、巴卡粉、南非粉、邯邢精粉等，非主流料主要包括南非精粉、沙河精粉、高堿粉及小巴卡粉等，邯鋼燒結(jié)用鐵礦石的化學(xué)成分見(jiàn)表1。

由表1可見(jiàn)，主流料中楊迪礦粉屬于典型的褐鐵礦,其特點(diǎn)是品位低、燒損大,含有大量的結(jié)晶水；其余主流料如PB粉、紐曼、巴卡、南非、邯邢精粉等，特點(diǎn)為品位高、有害雜質(zhì)含量少。

非主流料中南非精粉、沙河精粉、高堿粉同屬磁鐵礦，三種精粉均屬于堿性精粉，CaO和MgO含量較高。這三種精粉和主流料中的邯邢精粉相比，品位偏低，部分有害雜質(zhì)含量較高。南非精粉的品位為58.5%，TiO2%含量是所有礦粉中最高的，含量為2%；沙河精粉品位較高為63.32%，SiO2含量較高為4.59%；高堿粉品位最低為51.08%，成分十分復(fù)雜，其中FeO含量高達(dá)32%，SiO2、CaO和MgO含量均較高，分別為7.2%、15.08%、3.9%，有害雜質(zhì)S、P、K2O、Na2O和Zn含量均較高；小巴卡粉屬于巴西赤鐵礦粉，和主流料中的巴卡粉相比，品位較低為62.5%，SiO2含量較高為5.76%。

表1 邯鋼燒結(jié)用鐵礦石的化學(xué)成分

1.2 物理性能

鐵礦石的物理性能包括粒度組成、吸水特性等。邯鋼燒結(jié)用鐵礦石的物理特性見(jiàn)表2：

表2 邯鋼燒結(jié)用鐵礦石的物理性能

鐵礦石粒度組成影響燒結(jié)混合料制粒性質(zhì),從而影響鐵礦石燒結(jié)性能產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)[1]。由表2可見(jiàn),非主流料中三種精粉在制粒過(guò)程中主要起粘附粉的作用，但其粒度較主流料中的邯邢精粉粗，其中髙堿粉粒度最粗；三種精粉的中間粒子(0.63 mm～0.2 mm粒級(jí))含量均較高，粘附粉的比例(<0.2 mm粒級(jí))較低，不利于燒結(jié)制粒，其中南非精粉的中間粒子含量最多；小巴卡粉和主流料中的巴卡粉相比，粒度粗，但中間粒子含量低于巴卡粉。

不同礦物的吸水特性有較大差異，濕容量及吸水速率表征的是原料的吸水特性，對(duì)燒結(jié)混合制粒具有非常重要的意義。由表2可見(jiàn)，三種精粉中高堿粉的濕容量與邯邢精粉相當(dāng)，吸水速度稍慢于邯邢精粉；沙河精粉的濕容量最大，而且吸水速度慢；南非精粉的濕容量居中，但吸水速度最快。小巴卡粉和主流料中的巴卡粉比濕容量稍大，吸水速度稍慢。

1.3 綜合分析

從物化性能來(lái)看，四種非主流料的品位較同類型主流料品位偏低，部分有害雜質(zhì)含量較多；一般粒度較粗，精粉類中間粒子含量較高，粘附粉的比例含量較低，不利于燒結(jié)制粒；四種精粉中沙河精粉和南非精粉的吸水特性較為特殊，所以在燒結(jié)過(guò)程中配加沙河精粉和南非精粉在制粒時(shí)加水量及制粒時(shí)間要有所區(qū)別。

2 邯鋼燒結(jié)用非主流料的高溫基礎(chǔ)特性分析

目前，國(guó)內(nèi)大型鋼鐵企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)對(duì)鐵礦石的研究不僅停留在其常溫特性的研究，對(duì)鐵礦石的高溫性能更加重視。南非精粉、沙河精粉、高堿粉、小巴卡粉四種礦粉為邯鋼近期燒結(jié)小批量配加的非主流原料，對(duì)這幾種原料的高溫特性數(shù)據(jù)目前尚不清楚，因此對(duì)四種礦粉開(kāi)展高溫基礎(chǔ)特性試驗(yàn)研究，并與主流料進(jìn)行對(duì)比分析，掌握其高溫性能的優(yōu)缺點(diǎn)，探索減弱或消除其性能不足之處的可行性辦法，以便為優(yōu)化配礦和指導(dǎo)燒結(jié)操作提供指導(dǎo)。

2.1 高溫基礎(chǔ)特性試驗(yàn)研究[2，3]

已有的研究結(jié)果表明:鐵礦粉的同化性、液相流動(dòng)性不宜過(guò)高或過(guò)低,應(yīng)在一個(gè)適宜的區(qū)間,而黏結(jié)相的自身強(qiáng)度則應(yīng)盡可能高。根據(jù)對(duì)邯鋼實(shí)際燒結(jié)生產(chǎn)的鐵礦粉高溫特性適宜區(qū)間的統(tǒng)計(jì)分析可知:鐵礦粉的適宜同化溫度區(qū)間在1 250 ℃～1 280 ℃,而液相流動(dòng)性指數(shù)在2.3～3.3之間較為適宜。

為掌握燒結(jié)原料基礎(chǔ)特性，對(duì)近期使用的幾種非主流料進(jìn)行了同化性、液相流動(dòng)性和粘結(jié)相強(qiáng)度試驗(yàn)研究，試驗(yàn)是在WSXT-01微型燒結(jié)設(shè)備中進(jìn)行的，邯鋼燒結(jié)用鐵礦石的高溫特性見(jiàn)表3。

表3 邯鋼燒結(jié)用鐵礦石的高溫特性

2.2 試驗(yàn)分析

非主流料南非精粉、沙河精粉、高堿粉及小巴卡粉因成分差異大，其高溫基礎(chǔ)特性也存在較大差別。

2.2.1 同化性能分析

同化性表征鐵礦粉在燒結(jié)過(guò)程中生成液相的難易程度,用最低同化溫度表示。由表3可見(jiàn)，四種礦粉中南非精粉同化溫度最高>1 330 ℃(因設(shè)備能力有限，無(wú)法測(cè)得具體溫度),同化性能非常弱，在正常燒結(jié)溫度范圍內(nèi)南非精粉難于同化，不利于液相的生成；沙河精粉同化溫度也較高，為1 310 ℃，比邯邢精粉高15 ℃左右；高堿粉和小巴卡粉的同化溫度均為1 285 ℃，同化性能較為適宜，其中髙堿粉的同化溫度比邯邢精粉低10 ℃左右，與其自身成分復(fù)雜性有關(guān)，小巴卡粉同化溫度高于巴卡粉18 ℃。

2.2.2 液相流動(dòng)性分析

液相流動(dòng)性是指鐵礦粉與CaO在燒結(jié)過(guò)程中反應(yīng)生成的液相流動(dòng)的難易程度，是燒結(jié)礦有效固結(jié)的基礎(chǔ),以其流動(dòng)性指數(shù)予以考察評(píng)價(jià)。已有研究結(jié)果表明: 燒結(jié)液相的流動(dòng)性處于較高水平時(shí)，可擴(kuò)大其粘結(jié)周圍未熔物料的范圍，從而提高燒結(jié)礦的固結(jié)強(qiáng)度; 然而，液相流動(dòng)性也不宜過(guò)大，否則會(huì)造成粘結(jié)層厚度減薄而形成薄壁大孔結(jié)構(gòu)，反而使燒結(jié)礦整體變脆，強(qiáng)度下降。

本試驗(yàn)是在二元堿度為4.5，焙燒溫度為1 280 ℃條件下進(jìn)行測(cè)定的。由于南非精粉同化溫度>1 330 ℃，極其不易與CaO反應(yīng)生成鐵酸鈣，而且還含有2%的TiO2%，因此在上述實(shí)驗(yàn)條件下未發(fā)生任何變化，流動(dòng)性指數(shù)為0； 沙河精粉流動(dòng)性指數(shù)為2.39，流動(dòng)性能比較適宜；高堿粉指數(shù)為5.72，屬于強(qiáng)流動(dòng)性礦種，這與其SiO2含量高達(dá)7.2%有關(guān)；小巴卡粉流動(dòng)性指數(shù)為4.92，比巴卡粉要高很多，這同樣與小巴卡粉SiO2含量較高有關(guān)。

2.2.3 粘結(jié)相強(qiáng)度分析

粘結(jié)相自身強(qiáng)度是指鐵礦粉在燒結(jié)過(guò)程中形成的液相對(duì)其周圍的礦粉進(jìn)行固結(jié)的能力。以試樣小餅試驗(yàn)后的抗壓強(qiáng)度表示。四種非主流礦粉中南非精粉粘結(jié)相強(qiáng)度均較高，比邯邢精粉高100N左右；沙河精粉次之，比邯邢精粉低250N左右；高堿粉粘結(jié)相強(qiáng)度最低，為1 113N；小巴卡粉的粘結(jié)相強(qiáng)度也較低，與巴卡粉相當(dāng)。

2. 3 綜合分析

根據(jù)對(duì)四種非主流料高溫基礎(chǔ)特性的研究可知，沙河精粉、高堿粉、小巴卡粉均具有一定的同化能力和液相流動(dòng)能力，基本能夠滿足燒結(jié)過(guò)程對(duì)礦粉特性的要求，但配加高堿粉和小巴卡粉時(shí)需要采取相應(yīng)措施避免其強(qiáng)液相流動(dòng)性對(duì)燒結(jié)礦強(qiáng)度造成的不利影響。四種非主流礦中，南非精粉的高溫性能最差，如何有效應(yīng)用還需要進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

3 優(yōu)化南非精粉使用效果的試驗(yàn)研究[4]

針對(duì)南非精粉同化性能及流動(dòng)性差的特性，采取如下兩種措施，改善南非精粉的使用效果：一是提高堿度和溫度，探索南非精粉對(duì)堿度和溫度的敏感性；二是選取同化性及流動(dòng)性好的礦粉與南非精粉混合，研究南非精粉的互補(bǔ)配礦的效果及規(guī)律。

3.1 南非精粉對(duì)堿度、溫度敏感性試驗(yàn)

溫度和堿度是影響鐵礦粉燒結(jié)過(guò)程液相流動(dòng)性的敏感因素，一般情況下，鐵礦粉的燒結(jié)液相流動(dòng)性隨燒結(jié)溫度升高或堿度增大而增大，因此，本試驗(yàn)采取通過(guò)提高堿度和溫度，探索南非精粉對(duì)堿度和溫度的敏感性，擬改善南非精粉的液相流動(dòng)性。試驗(yàn)設(shè)定南非精粉的堿度為R=4.5、5.5、6.5三個(gè)等級(jí)，分別測(cè)定其1 280 ℃、1 300 ℃、1 330 ℃下的流動(dòng)性指數(shù)，南非精粉溫度、堿度敏感性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4：

表4 南非精粉溫度、堿度敏感性試驗(yàn)結(jié)果

由表4數(shù)據(jù)可見(jiàn)，南非精粉在提高溫度和堿度的情況下流動(dòng)性能仍然很差，說(shuō)明南非精粉極難與CaO反應(yīng)生成液相，南非精粉對(duì)堿度、溫度不敏感，提高溫度和堿度不能改善南非精粉的使用效果。

3.2 南非精粉的互補(bǔ)配礦研究

現(xiàn)代燒結(jié)生產(chǎn)不能依靠使用單種礦粉以獲得優(yōu)良的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),需要根據(jù)鐵礦粉自身特性互補(bǔ)的原則進(jìn)行優(yōu)化配礦。南非精粉同化性能及流動(dòng)性差，需要選取同化性及流動(dòng)性好的礦粉與其搭配使用。主流料中楊迪礦粉具有同化溫度低，流動(dòng)性強(qiáng)的特性，適合與南非精粉搭配使用。而且近年來(lái)，邯鋼燒結(jié)中楊迪礦粉的配比 達(dá)到35%，由于其流動(dòng)性高及粘結(jié)相強(qiáng)度低的特性，進(jìn)一步提高配比,會(huì)造成燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量下降的問(wèn)題，因此進(jìn)行試驗(yàn)研究確定這兩種礦粉混合比例及互補(bǔ)效果，對(duì)燒結(jié)生產(chǎn)提質(zhì)增效具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

試驗(yàn)采用楊迪粉與南非精粉的混合比例為1:1和3:1兩種方案，測(cè)定混合礦粉的高溫基礎(chǔ)特性，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 楊迪礦粉與南非精粉互補(bǔ)特性試驗(yàn)結(jié)果

由表6可見(jiàn)，楊迪粉與南非精粉混合比例為1:1時(shí)，混合礦粉的同化溫度1 324 ℃，雖然比南非精粉自身同化溫度有所降低，但仍然無(wú)法滿足燒結(jié)生產(chǎn)需求。而混合比例為3:1時(shí)，混合礦粉的同化溫度降低至1 273 ℃，并且該混合礦粉的流動(dòng)性指數(shù)為3.28，處于適宜范圍；同時(shí)該混合礦粉的粘結(jié)相強(qiáng)度為665 N，比單種楊迪礦粉的粘結(jié)相強(qiáng)度有所提高。說(shuō)明南非精粉與楊迪礦粉配合使用后，同化性及流動(dòng)性得以改善，可以滿足生產(chǎn)中對(duì)燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的要求。

5 結(jié)論

(1)四種非主流料的品位較同等類型的主流料品位偏低，部分有害雜質(zhì)含量較多，不宜于大比例使用；

(2)四種非主流料粒度組成和吸水特性存在較大差別，在制粒時(shí)需要采取相應(yīng)強(qiáng)化措施以改善其制粒效果。

(3)四種非主流料因成分復(fù)雜，其高溫基礎(chǔ)特性存在較大的差異。其中南非精粉同化性和流動(dòng)性最差，并且其性能對(duì)溫度和堿度的敏感性較差。

(4)楊迪粉與南非精粉比例為3:1時(shí)，混合礦粉的同化性能和流動(dòng)性能指標(biāo)明顯改善，可以達(dá)到燒結(jié)生產(chǎn)提質(zhì)增效的要求。

[1] 袁曉麗. 燒結(jié)優(yōu)化配礦綜合技術(shù)系統(tǒng)的研究[D]. 長(zhǎng)沙:中南大學(xué),2007 :3.

[2] 蘇步新，張建良，常健等,鐵礦粉的燒結(jié)特性及優(yōu)化配礦試驗(yàn)研究[J].鋼鐵,2011,46(9) :23-26.

[3] 吳勝利， 戴宇明， DauterOliveira1等, 基于鐵礦粉高溫特性互補(bǔ)的燒結(jié)優(yōu)化配礦[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2010，32(6):722-723.

[4] 閻麗娟，吳勝利，尤藝等, 各種鐵礦粉的液相流動(dòng)性及其互補(bǔ)配礦方法的研究[J].燒結(jié)球團(tuán), 2013，38(6):2-5.

TEST RESEARCH ON BASIC SINTERING CHARACTERISTICS AND COMPLEMENTARY ORE PROPORTIONING OF NON-MAINSTREAM ORE IN HANSTEEL

Jia Wenjun Liu xiaoming Wang JinLong Guo Lanfen

(Hansteel Group of HBIS)

The physic-chemical properties and the high temperature characteristics of non-mainstream ore in Hansteel were researched, and optimization on complementary ore blending about high Assimilation temperature and low fluidity of liquid phase of South African powder were studied. The results shows that when the mixing ratio of Yandi fine ore and South African powder is 3:1,the Assimilation temperature decreased significantly and fluidity of liquid phase becomes better, both meets the requirement of sintering production .

non-mainstream ore physic-chemical properties hightemperature characteristics South African powder complementary ore proportioning

2016-8-13

*聯(lián)系人：賈文君，副高級(jí)工程師，河北. 邯鄲(056015)，河鋼集團(tuán)邯鋼技術(shù)中心鐵前研究室;