低硅燒結(jié)礦的冶金性能及其優(yōu)化配用研究

武 軼, 李小靜, 余正偉

(1.馬鋼股份公司技術(shù)中心 安徽馬鞍山 243000；2.安徽工業(yè)大學(xué) 安徽馬鞍山 243000)

作為高爐煉鐵的主要原料——燒結(jié)礦，降低其SiO2含量，有利于提高燒結(jié)礦以及高爐綜合入爐品位，降低渣鐵比，保證高爐穩(wěn)定順行[1]-[2]，促進(jìn)高爐燃料消耗降低，進(jìn)一步降低鐵水成本。然而，SiO2的變化也導(dǎo)致燒結(jié)礦的冶金性能發(fā)生變化[3]-[6]近十幾年來(lái)，受冶煉水平的提高與進(jìn)口鐵礦石價(jià)格變化、品質(zhì)先劣化后好轉(zhuǎn)等影響，我國(guó)燒結(jié)礦的SiO2含量經(jīng)歷主動(dòng)降硅、被迫提硅、再次主動(dòng)降硅的三個(gè)階段。然而，現(xiàn)在的原料條件與十幾年前的原料發(fā)生了較大的變化，不僅體現(xiàn)在常溫理化品質(zhì)、高溫特性、礦物組成等方面，甚至常用的鐵礦石品種頻繁變換。針對(duì)目前的原料條件，本研究探索了燒結(jié)礦降低SiO2含量對(duì)其冶金性能的影響，并就低硅燒結(jié)礦及其在高爐上的配用進(jìn)行了優(yōu)化，為高爐在穩(wěn)定順行的同時(shí)降低鐵水成本提供了技術(shù)依據(jù)。

1 燒結(jié)礦SiO2降低對(duì)低溫還原粉化的影響研究

1.1 未噴灑CaCl2

低溫還原粉化實(shí)驗(yàn)按照GB/T13242-91標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，探索在不噴灑CaCl2溶液時(shí)SiO2含量由5.0%逐步降低到4.5%對(duì)燒結(jié)礦低溫還原粉化性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果(見表1)表明：當(dāng)燒結(jié)礦中SiO2含量由5.0%降低到4.8%時(shí)，RDI+3.15、RDI+6.3變化不大；但繼續(xù)下降到4.8%以下時(shí)，RDI+3.15、RDI+6.3降低的幅度變大。

當(dāng)燒結(jié)礦的堿度不變時(shí)，低硅燒結(jié)礦中SiO2含量減少，導(dǎo)致鐵酸鈣含量減少，同時(shí)骸晶狀菱形赤鐵礦比例增加。燒結(jié)過(guò)程生成的骸晶狀菱形赤鐵礦是造成燒結(jié)礦低溫還原粉化的最主要原因，由于其含量的增加導(dǎo)致還原粉化惡化。另外，燒結(jié)所采用的高品位富礦粉均為赤鐵礦，而在還原過(guò)程中，由于α-Fe2O3到Fe3O4晶形轉(zhuǎn)變時(shí)體積膨脹，造成了燒結(jié)礦的粉化。因此，低硅燒結(jié)礦的低溫還原粉化比中、高硅燒結(jié)礦較為嚴(yán)重。

表1 不同SiO2含量的燒結(jié)礦低溫還原粉化和還原性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.2 噴灑CaCl2

針對(duì)基準(zhǔn)組以及燒結(jié)礦SiO2含量降低到4.80%、4.50%時(shí)經(jīng)配礦、水碳優(yōu)化后的三組燒結(jié)礦進(jìn)行了噴灑CaCl2實(shí)驗(yàn)。低溫還原粉化實(shí)驗(yàn)結(jié)果(見表2)表明：

(1)在燒結(jié)礦表面噴灑粉化抑制劑CaCl2溶液，對(duì)改善燒結(jié)礦低溫還原粉化指標(biāo)具有較明顯的效果。三組燒結(jié)礦RDI+3.15提高了8%-10%，RDI+6.3提高了11%-18%，RDI-0.5降低了1%-1.5%。

(2)燒結(jié)礦噴灑CaCl2時(shí)與不噴灑時(shí)趨勢(shì)相同，燒結(jié)礦中SiO2含量由5.0%降低到4.8%時(shí)，RDI+3.15、RDI+6.3變化不大；SiO2含量繼續(xù)降低時(shí)，RDI+3.15、RDI+6.3降低的幅度變大。

(3)燒結(jié)礦噴灑CaCl2后，低硅燒結(jié)礦(SiO2含量4.8%、4.5%)的RDI+3.15、RDI+6.3不僅滿足了高爐對(duì)燒結(jié)礦低溫還原粉化指數(shù)RDI+3.15≥65%的技術(shù)要求，而且遠(yuǎn)高于不噴灑CaCl2的SiO2含量為5.0%的燒結(jié)礦指標(biāo)。

表2噴灑CaCl2后不同SiO2含量的燒結(jié)礦低溫還原粉化性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果

燒結(jié)礦中SiO2含量，%RDI+6．3，%RDI+3．15，%RDI-0．5，%RI，%備注551．8870．655．6672．624．849．4070．295．8272．92配礦及水碳優(yōu)化4．542．3669．686．2274．66配礦及水碳優(yōu)化

2 燒結(jié)礦SiO2降低對(duì)還原性的影響

針對(duì)基準(zhǔn)組以及燒結(jié)礦SiO2含量降低到4.80%、4.50%時(shí)經(jīng)配礦、水碳優(yōu)化后的三組燒結(jié)礦進(jìn)行了噴灑CaCl2實(shí)驗(yàn)。還原性實(shí)驗(yàn)結(jié)果(見表2)表明：

(1)燒結(jié)礦噴灑CaCl2后，隨著燒結(jié)礦中SiO2含量的降低，燒結(jié)礦的還原度RI仍呈現(xiàn)升高趨勢(shì)且變化幅度不大；

(2)燒結(jié)礦噴灑CaCl2后，低硅燒結(jié)礦(SiO2含量4.8%、4.5%)的RI不僅滿足了高爐對(duì)燒結(jié)礦還原度RI≥65%的技術(shù)要求，而且與不噴灑CaCl2的SiO2含量為5.0%的燒結(jié)礦RI指標(biāo)相近。

3 燒結(jié)礦SiO2降低對(duì)熔滴性能的影響

實(shí)驗(yàn)研究了SiO2含量變化對(duì)燒結(jié)礦熔滴特性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果(見表3)表明：

(1)在研究范圍內(nèi)，SiO2含量為4.8%的兩組燒結(jié)礦軟化特性較好，軟化特性溫度高，軟化區(qū)間窄，其余各組燒結(jié)礦軟化開始溫度介于1150 ℃-1200 ℃，軟化結(jié)束溫度介于1260 ℃-1310 ℃，軟化區(qū)間約為100 ℃-130 ℃。

表3 SiO2含量對(duì)燒結(jié)礦熔滴特性的影響

注：4.8-1*與4.8-2*兩組燒結(jié)配礦方案不同；4.5-1**與4.5-2**兩組燒結(jié)配礦方案不同。

(2)燒結(jié)礦的熔化開始溫度隨SiO2含量的降低有降低的趨勢(shì)，滴落溫度在1550 ℃左右，熔滴區(qū)間略有變寬的趨勢(shì)，最大壓差呈增大趨勢(shì)，燒結(jié)礦熔滴特征值S隨燒結(jié)礦SiO2含量的降低有增大的趨勢(shì)。分析其原因主要在于：燒結(jié)礦所用進(jìn)口鐵礦石粒度近年來(lái)呈現(xiàn)變粗趨勢(shì)，這些粗顆粒的鐵礦石在燒結(jié)過(guò)程中未能充分參與反應(yīng)，而殘留在燒結(jié)礦中。

4 低硅燒結(jié)礦的冶金性能及其配用優(yōu)化研究

4.1 燒結(jié)配礦優(yōu)化

表4 燒結(jié)礦SiO2含量對(duì)熔滴性能的影響

注：4.8-1*與4.8-2*兩組燒結(jié)配礦方案不同；4.5-1**與4.5-2**兩組燒結(jié)配礦方案不同。

為了進(jìn)一步探索燒結(jié)礦SiO2含量降低以及配礦優(yōu)化后低硅燒結(jié)礦對(duì)高爐綜合爐料熔滴特性的影響，設(shè)計(jì)了本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果(見表4)表明：

(1)隨著燒結(jié)礦SiO2含量的降低，綜合爐料的軟熔特性溫度—軟化開始溫度Ta、軟化結(jié)束溫度Ts、熔化開始溫度Tm和滴落溫度Td整體均呈升高趨勢(shì)，軟化區(qū)間變窄，軟熔區(qū)間變化不明顯，最大壓差呈減小趨勢(shì)，熔滴特征值S呈減小趨勢(shì)。說(shuō)明在爐料結(jié)構(gòu)不變的條件下，適當(dāng)降低燒結(jié)礦的SiO2含量并進(jìn)行優(yōu)化后熔滴性能無(wú)變差趨勢(shì)。降硅對(duì)燒結(jié)礦和綜合爐料的軟熔特性影響不盡相同，這主要是由于綜合爐料中配用塊礦、球團(tuán)后削弱殘留在燒結(jié)礦中鐵礦石的影響。

(2)以4.8-1燒結(jié)礦為原料的綜合爐料，軟化開始溫度Ta和熔化開始溫度Tm較高，但軟化結(jié)束溫度Ts和滴落溫度Td更高，導(dǎo)致軟化區(qū)間和軟熔區(qū)間較寬，雖然最大壓差較小，但熔滴特征值S仍大于以4.8-2燒結(jié)礦為原料的綜合爐料。因此，以4.8-2燒結(jié)礦為原料的綜合爐料的熔滴性能優(yōu)于以4.8-1燒結(jié)礦為原料的綜合爐料。

(3)以4.5-2燒結(jié)礦為原料的綜合爐料與以4.5-1燒結(jié)礦為原料的綜合爐料相比，軟化開始溫度Ta、熔化開始溫度Tm、軟化結(jié)束溫度Ts和滴落溫度Td均較高，軟化區(qū)間較窄，軟熔區(qū)間相當(dāng)，但最大壓差較小和熔滴特征值S較小。因此，以4.5-2燒結(jié)礦為原料的綜合爐料的熔滴性能優(yōu)于以4.5-1燒結(jié)礦為原料的綜合爐料。

4.2 高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在燒結(jié)礦SiO2含量分別為4.8%和4.5%的條件下，研究了不同爐料結(jié)構(gòu)對(duì)綜合爐料熔滴性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5、表6所示。

與配用SiO2含量5%燒結(jié)礦的基準(zhǔn)爐料相比，綜合爐料1和2的熔滴特性溫度均升高，軟化區(qū)間略有變窄，熔滴區(qū)間略有變寬，最大壓差減小，其熔滴性能較基準(zhǔn)爐料明顯改善。與綜合爐料1比較，綜合爐料2中球團(tuán)礦配比減少3%，澳塊配比增加3%，其軟熔特性溫度均升高，軟化區(qū)間和熔滴區(qū)間均變寬，最大壓差顯著降低，特征值S減小，熔滴性能優(yōu)于綜合爐料1。綜合爐料3中燒結(jié)礦配比減少3%，澳塊配比增加3%，其軟熔特性溫度均升高，軟化區(qū)間和熔滴區(qū)間均變寬，最大壓差升高，特征值S增大，熔滴性能變差。綜合爐料4中燒結(jié)礦配比增加2%，球團(tuán)礦配比增加2.5%，澳塊配比減少4.5%，其軟化開始溫度Ta和軟化結(jié)束溫度Ts顯著升高，壓差陡升溫度和滴落溫度相當(dāng)，軟化區(qū)間和熔滴區(qū)間略有變寬，最大壓差升高，特征值S增大，熔滴性能變差。因此，以澳塊替代部分球團(tuán)礦，有利于熔滴特性溫度的升高和最大壓差的減小，從而達(dá)到綜合爐料熔滴性能改善的目的。

表5 燒結(jié)礦SiO2含量4.8%時(shí)爐料結(jié)構(gòu)對(duì)熔滴性能的影響

表6 燒結(jié)礦SiO2含量4.5%時(shí)爐料結(jié)構(gòu)對(duì)熔滴性能的影響

與以SiO2含量5%燒結(jié)礦為主要原料的基準(zhǔn)爐料相比，綜合爐料5～8的熔滴特性溫度均升高，最大壓差均減小，其熔滴性能較基準(zhǔn)爐料明顯改善。與綜合爐料5相比，綜合爐料6中球團(tuán)礦配比減少3%，澳塊配比增加3%，其軟化開始溫度Ta、軟化結(jié)束溫度Ts和熔化開始溫度Tm相當(dāng)，滴落溫度略有降低，熔滴區(qū)間均變窄，最大壓差降低，特征值S減小，熔滴性能優(yōu)于綜合爐料5。綜合爐料7中燒結(jié)礦配比減少3%，澳塊配比增加3%，其軟化開始溫度Ta降低、軟化結(jié)束溫度Ts升高，軟化區(qū)間變寬，熔化開始溫度Tm升高，滴落溫度Td相當(dāng)，熔滴區(qū)間顯著變窄，最大壓差略有升高，特征值S變小，熔滴性能略有改善。綜合爐料8中燒結(jié)礦配比增加2%，球團(tuán)礦配比增加2.5%，澳塊配比減少4.5%，其軟化開始溫度Ta和軟化結(jié)束溫度Ts，熔化開始溫度Tm和滴落溫度Td均顯著降低，軟化區(qū)間變寬，熔滴區(qū)間變窄，最大壓差相當(dāng)，特征值S減小，熔滴性能略有改善。因此，在燒結(jié)礦SiO2含量4.5%的條件下，研究涉及的爐料結(jié)構(gòu)調(diào)整均有利于最大壓差的減小，從而使綜合爐料熔滴性能改善。

5 結(jié)論

(1) 燒結(jié)礦中SiO2含量由5.0%降低到4.8%時(shí)，RDI變化不大，SiO2含量繼續(xù)降低時(shí)，RDI降低的幅度變大；通過(guò)燒結(jié)礦噴灑CaCl2后，低硅燒結(jié)礦的RDI+3.15不僅滿足了高爐對(duì)燒結(jié)礦低溫還原粉化指數(shù)的技術(shù)要求，而且遠(yuǎn)高于不噴灑CaCl2的SiO2含量為5.0%的燒結(jié)礦指標(biāo)。

(2) 燒結(jié)礦中SiO2含量降低時(shí)RI呈現(xiàn)升高趨勢(shì)且變化幅度不大，還原度不是低硅燒結(jié)礦生產(chǎn)應(yīng)用的限制性環(huán)節(jié)。

(3) SiO2含量降到4.8%的兩組燒結(jié)礦軟化特性最好；燒結(jié)礦的熔化開始溫度隨著SiO2含量的降低有降低的趨勢(shì)，熔滴區(qū)間略有變寬的趨勢(shì)，最大壓差和熔滴特征值S呈增大趨勢(shì)。

(4) 從綜合爐料的冶金性能上來(lái)看，燒結(jié)礦SiO2含量降至4.8%通過(guò)燒結(jié)配礦和水碳優(yōu)化后其綜合爐料1和2的熔滴性能較基準(zhǔn)爐料明顯改善。其中，綜合爐料2以澳塊替代部分球團(tuán)礦后其熔滴性能優(yōu)于綜合爐料1，為優(yōu)選方案，綜合爐料1為備選方案。SiO2含量4.5%燒結(jié)礦通過(guò)燒結(jié)配礦和水碳優(yōu)化后其綜合爐料5-8的熔滴性能較基準(zhǔn)爐料明顯改善。其中綜合爐料6為優(yōu)選方案，綜合爐料5和8為備選方案。

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