超細赤鐵精礦小球燒結試驗研究

劉慶華

(中冶北方工程技術有限公司，遼寧 大連 116000)

0 引言

隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，高爐精料方針也隨之提出，促進了燒結、球團等造塊工藝的發(fā)展。雖然球團礦在強度和冶金性能方面比燒結礦有一定的優(yōu)勢，但是燒結工藝在處理復雜含鐵原料以及生產高堿度熟料方面的作用卻是目前球團工藝無法取代的[1]，特別是在氣體燃料缺乏的地區(qū)，燒結比球團工藝更具有優(yōu)勢。一般的情況下，選礦廠生產的鐵精礦粒度細，不適合燒結制粒，更適合球團生產工藝。但是，球團工藝適合處理的含鐵原料基本局限于鐵精礦，以磁鐵精礦為主，對于赤鐵礦、褐鐵礦等都不太適用。而燒結工藝卻能處理各種含鐵原料，特別是小球燒結工藝在處理鐵精礦燒結方面有著一定的優(yōu)勢。隨著鐵礦資源的利用，選礦得到的高品位赤鐵礦也將被用于鋼鐵生產中。這類赤鐵礦品位高，雜質少，所以研究如何有效的利用赤鐵精礦生產高爐熟料，將對鋼鐵生產的發(fā)展具有一定的意義。

1 原料的特點

由于赤鐵礦不太適合球團生產工藝，同時又由于本研究中所用的精礦粒度很細，也不太適合普通燒結工藝。為了解決超細赤鐵精礦的應用難題，采用小球燒結工藝來探索超細赤鐵精礦生產燒結礦的可行性。試驗中所用的試驗原料主要化學成分和物理特性如表1、表2和表3所示。

表1 原料化學性質檢驗結果(質量分數(shù)) %

表2 赤鐵礦中鐵物相分析結果(質量分數(shù)) %

表3 鐵精礦粒度組成檢測結果

由鐵精礦主要化學成分可以看出：鐵精礦品位比較高，在65.0%以上，而且雜質少。作為燒結原料，精礦中SiO2含量比較低，只有4.01%，更適合生產高堿度的燒結礦。由赤鐵礦中鐵的物相分析結果可以看出，試驗所用鐵精礦中鐵主要以赤鐵礦形式存在，此種鐵精礦不適合球團使用，除此之外還含有一定量的褐鐵礦，這對燒結也會有一定的不利影響。從原料的粒度組成可以看出，這種鐵精礦粒度非常細，比表面積也非常大，在燒結中很少用到，這樣大的比表面積即使在球團用精礦中也不多見。

2 研究方法

試驗前根據(jù)設定的燒結礦堿度和燃料用量進行配料計算，將鐵精礦和熔劑以及燃料按計算的比例進行混合。一次混合采用人工混合方式，先在混合料中加入部分水進行混勻，再將一次混合后的混合料裝入規(guī)格為Ф600 mm×1 200 mm的圓筒混合機中，進行二次混合造小球，邊混合邊加水，待混合一定時間后，邊混合邊加入外配的焦粉，并滾焦粉1 min。檢測混合料的水分、粒度組成及混合料透氣性指數(shù)。

燒結試驗是在燒結杯試驗系統(tǒng)上進行的，實驗室燒結杯試驗系統(tǒng)主要有由筒形布料器、燒結杯(Ф250和Ф150燒結杯)、燒結抽風機、點火器、助燃風機等組成。燒結杯底部放有孔徑Φ6 mm的箅子，箅子上鋪有粒度為10～20 mm的鋪底料，鋪底料高度約20 mm。將混合料由筒形布料器均勻布入燒結杯中，根據(jù)設定的點火制度由點火器進行點火燒結。點火完成后在設定的燒結負壓下進行燒結試驗，并記錄燒結時間。

燒結結束后，將燒結餅倒出燒結杯，并記錄燒結餅質量。燒結餅經破碎機破碎后，進行燒結礦落下強度試驗，燒結礦被提升至2 m高度后落下，反復落下三次后，燒結礦放入多層往復篩篩分，篩框尺寸：800 mm×500 mm ，篩孔尺寸：5 mm×5 mm、10 mm×10 mm、16 mm×16 mm、25 mm×25 mm和40 mm×40 mm 。大于5 mm粒級為成品燒結礦，小于5 mm粒級為返礦。對成品燒結礦進行轉鼓指數(shù)、抗磨指數(shù)檢測。

轉鼓檢測設備采用1/2 ISO標準，規(guī)格Ф1 000 mm×250 mm，轉速為25 r/min 。按各粒級所占比例，取40～10 mm粒級燒結礦7.5 kg，裝入鼓中，轉200轉，以+6.3 mm粒級質量百分數(shù)為轉鼓指數(shù)，小于0.5 mm粒級質量百分數(shù)為抗磨指數(shù)。并取樣進行燒結礦化學成分分析和冶金性能檢測。

3 試驗結果及分析

3.1 混合料制粒

燒結能夠進行，燒結混合料必須有一定的粒度組成。二混是混合料制粒的主要階段，二混的時間和二混加水量是影響混合料粒度組成的主要因素。實驗中一次混合采用人工混合，并加入總加水量的60%～70%，混勻后裝入圓筒混合機內進行二次混合制粒，邊混合邊加水，待混合一定時間后，加入外配的焦粉，滾焦粉時間固定1 min。圓筒混合機轉速15 r/min。

試驗探討混合料水分以及二次混合強化制粒時間對混合料粒度組成及混合料透氣性指數(shù)的影響。二混時間以二混后混合料小球粒度+3 mm粒級>80%為主要考核目標。試驗結果見表4。

表4 二混制粒造球試驗結果

由試驗結果可以看出，隨著混合料水分的不斷增加，混合料中+3 mm粒級含量呈現(xiàn)出由逐漸提高到再逐漸降低的規(guī)律。如當混合料水分由8.0%增加到9.0%時，+3 mm粒級由68.8%增加到92.2%。當混合料水分由9.0%增加到11.0%時，+3 mm粒級由92.2%逐漸降到66.0%。隨著二混時間由4 min延長至4.5 min和5.0 min，混合料粒度組成中+10～8 mm粒級明顯增加，透氣性指數(shù)增高。但透氣性過高時垂直燒結速度加快，會影響燒結礦質量。綜合考慮，在保證混合料+3 mm粒級滿足≥80%情況下，二混制粒造球時間選擇4 min(其中含1 min滾焦粉時間)。

試驗過程發(fā)現(xiàn)，由于鐵精礦粒度非常細，同一般粗粒燒結原料相比制粒相比，其吸水性強，加水量較多時才易成球，二混加水時成球效果顯著，二混加水量占總加水量的30%～40%為宜，和礦粉制粒有著較大區(qū)別。混合料形狀以球形為主，混合料透氣性比鐵礦粉混合料要好。

通過混合料水分試驗和二混時間試驗結果的分析，可以確定混合料水分以9.0%～9.5%為宜，二混制粒時間4 min為宜。

3.2 燒結試驗

3.2.1 混合料水分試驗

試驗是在前面混合制粒試驗結果的基礎上進行的。試驗中設定燒結礦堿度1.8，焦粉用量5.5%，其中內配20%，外配80%，二混制粒造球時間4 min(含滾焦粉1 min),料層高度600 mm ,點火溫度1 150±50 ℃、點火負壓5 880 Pa，點火時間1 min，燒結負壓11 760 Pa。探討混合料水分對燒結指標的影響。試驗得到混合料水分對燒結礦成品率、燒結工藝利用系數(shù)和燒結礦轉鼓強度影響規(guī)律見圖1混合料水分對燒結技術指標的影響(a)、(b)和(c)。

(a)混合料水分與成品率

由試驗結果可以看出，隨著混合料水分由8.48%增加至10.40%時，利用系數(shù)和轉鼓指數(shù)提高，但是成品率卻在混合料水分9.0%～9.5%之間出現(xiàn)了峰值，這與前面混合料水分試驗確定的適宜混合料水分一致，這表明制粒效果對赤鐵精礦燒結礦成品率影響更直接。通過混合料水分燒結試驗也可以看出，在混合料水分適宜的情況，超細赤鐵精礦也可以用于燒結工藝。

3.2.2 燃料用量試驗

混合料含碳量對燒結料層的溫度、氣氛、燒結速度、Fe0含量及轉鼓強度等燒結產質量起到決定性作用的重要因素之一。在燒結礦中Fe0含量≤10%的情況下，盡量提高燒結礦的成品率、利用系數(shù)和轉鼓指數(shù)。

試驗中設定燒結礦堿度1.8，焦粉內配20%、外配80%，混合機混合制粒造球時間4 min(含滾焦粉1 min),料層高度600 mm ,點火溫度1 150±50 ℃、點火負壓5 880 Pa，點火時間1 min，燒結負壓11 760 Pa。探討燃料用量對燒結指標的影響，試驗結果如表5。

表5 焦粉用量試驗結果

隨著焦粉量由5.0%增加到5.3%和5.5%，燒結垂直速度、成品率、利用系數(shù)和轉鼓指數(shù)提高，成品率略有提高，但是當燃料用量增加到5.8%時，燒結礦強度指標和燒結工藝技術指標均有所下降，因此1.8堿度時焦粉用量以5.5%為宜。

3.2.3 燒結礦堿度試驗

適當?shù)臒Y礦堿度，可改善燒結礦的機械強度和冶金性能，從而提高燒結礦的質量。特別是對于硅含量較低的赤鐵礦燒結而言，提高燒結礦堿度，可以增加粘結相，提高燒結礦的強度?？己藷Y工藝的成品率、利用系數(shù)、燒結礦轉鼓指數(shù)和抗磨指數(shù)等指標，時間結果如表6所示。

表6 堿度燒結試驗結果

由燒結堿度條件試驗可以看出，燒結礦由1.8提高到2.2，燒結礦的成品率和利用系數(shù)沒有明顯的變化趨勢。燒結礦的轉鼓強度和抗磨指數(shù)隨著堿度的提高有所改善，這表明燒結礦強度隨著堿度提高得到了提高。但是隨著堿度的提高，適宜的焦粉用量增加。如2.0堿度時焦粉量由5.5%提高到5.8%，2.2堿度時焦粉量由5.8%提高到6.0%。通過燒結堿度試驗可以看出，1.8堿度時適宜的焦粉用量為5.5%，2.0堿度時適宜的焦粉用量為5.8%，2.2堿度時適宜的焦粉用量為6.0%?？偟膩砜矗跓Y工藝制度適宜的情況下，超細赤鐵精礦的燒結礦強度和燒結技術指標均比較好。

3.3 冶金性能檢測

對不同堿度條件的燒結礦進行冶金性能進行檢測，探討超細赤鐵精礦的燒結礦在高爐冶煉中的行為。對1.8堿度、2.0堿度和2.2堿度的燒結礦分別進行還原度、低溫還原粉化和荷重還原軟化—熔滴性能檢測。檢測結果如表7所示。

表7 燒結礦冶金性能檢測結果

由燒結礦冶金性能檢測結果可以看出，三種堿度燒結礦的還原度非常高；除1.8堿度的燒結礦外，2.0堿度和2.2堿度的燒結礦低溫還原粉化性能也比較好；除1.8堿度的燒結礦的軟化區(qū)間比較寬外，2.0堿度和2.2堿度燒結礦的軟熔性能比較好。總的來看，超細赤鐵精礦在堿度合適的情況下可以生產出冶金性能較好的燒結礦。

4 結語

通過對超細赤鐵精礦燒結試驗的研究，在混合料水分適宜的情況下，超細赤鐵精礦通過圓筒混料機可以得到適合燒結的混合料粒度組成，但二混加水比例比較高。在堿度適宜的情況下，可以生產出強度指標和冶金性能均較好的燒結礦，且燒結工藝技術指標也比較好。所以對于超細的赤鐵精礦，可以通過探索應用于小球燒結工藝來生產高堿度燒結礦。