加拿大精粉的燒結(jié)性能研究

（華北理工大學(xué)冶金與能源學(xué)院 河北省現(xiàn)代冶金技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 唐山 063009）

隨著鋼鐵產(chǎn)能的過剩，鋼鐵企業(yè)市場(chǎng)面臨著嚴(yán)峻考驗(yàn)，如何增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，提高企業(yè)的盈利能力及降低生產(chǎn)成本就顯得尤為重要，而降本增效的關(guān)鍵在于燒結(jié)原料成本，一般原料成本占燒結(jié)礦成本的80%左右[1]。因此，為了降低燒結(jié)成本，優(yōu)化燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)，同時(shí)也為了拓展鐵礦石資源配置，應(yīng)提高性價(jià)比較高的非主流礦使用比例。

非主流礦一般具有粒度不均勻且偏細(xì)，有害元素多，吸水性差等特點(diǎn)[2]，尤其是加拿大精粉親水性弱、制粒差。因此，應(yīng)確定合理配比，以降低配加加拿大精粉帶來的不利影響。鑒于此，本試驗(yàn)開展了不同配比的加拿大精粉對(duì)燒結(jié)工藝參數(shù)及燒結(jié)礦冶金性能的影響研究，確定了加拿大精粉適宜配比，同時(shí)也為鋼鐵企業(yè)大規(guī)模使用加拿大精粉奠定理論基礎(chǔ)。

1 原料及方法

采用TSJ-2 型紅外線快速高溫爐主要用于研究加拿大粉的燒結(jié)基礎(chǔ)特性，分析加拿大粉的同化性能、流動(dòng)性能及粘結(jié)性強(qiáng)度；通過燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)分析了配加不同比例的加拿大粉對(duì)燒結(jié)工藝參數(shù)及燒結(jié)礦冶金性能的影響。

燒結(jié)基礎(chǔ)特性實(shí)驗(yàn)及燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)所用原燃料均取自唐山某廠，含鐵原料有巴西塊粉、PB 粉(澳大利亞皮爾巴拉混合礦)及加拿大精粉等，它們的化學(xué)成分見表1。

表1 燒結(jié)用原料化學(xué)成分/%Table 1 Chemical composition of the raw materials for sintering

燒結(jié)基礎(chǔ)特性實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法：將鐵礦粉和純?cè)噭〤aO 分別制成不同直徑的小餅，放入實(shí)驗(yàn)爐內(nèi)升溫?zé)Y(jié)測(cè)定同化溫度；把PB 粉和加拿大精粉分別和純?cè)噭〤aO 混合，使兩者的堿度為4，然后在溫度1250℃時(shí)進(jìn)行了流動(dòng)性檢測(cè)；把PB 粉和加拿大精粉分別和純?cè)噭〤aO 混合，使兩者的堿度為2，然后在溫度1280℃時(shí)進(jìn)行了粘結(jié)相強(qiáng)度檢測(cè)。

固定巴西塊粉、巴西混合粉、返礦粉及鋼渣精粉的配加比例，用白灰調(diào)整燒結(jié)礦堿度，用白云石調(diào)整MgO 含量，用PB 粉、加拿大精粉來調(diào)整配比。燒結(jié)實(shí)驗(yàn)配比計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 燒結(jié)實(shí)驗(yàn)配比/%Table 2 Ratio of sintering test

2 結(jié)果與討論

2.1 燒結(jié)基礎(chǔ)特性

在實(shí)驗(yàn)室對(duì)加拿大精粉進(jìn)行了同化溫度、流動(dòng)性指數(shù)及黏結(jié)相強(qiáng)度測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 鐵礦粉燒結(jié)基礎(chǔ)特性結(jié)果Table 3 Sintering basic characteristics results of iron ore powder

圖1 加拿大精粉及PB 粉的燒結(jié)基礎(chǔ)特性Fig.1 Sintering base characteristics of Canadian fine powder and PB powder

由圖1 (a)可知，加拿大精粉較PB 粉同化溫度高，說明加拿大精粉的礦化能力差，在相同的配碳條件下適當(dāng)替代部分的PB 粉將會(huì)降低液相量，從而降低燒結(jié)礦強(qiáng)度。因此，配加加拿大精粉后，應(yīng)適當(dāng)增加配碳量。

由圖1 (b)可知，加拿大精粉的流動(dòng)性較好，說明配加適量的加拿大精粉能夠提高粘結(jié)物料的能力，從而增強(qiáng)燒結(jié)礦的強(qiáng)度，但添加量過多，將會(huì)導(dǎo)致黏結(jié)相厚度變薄，造成燒結(jié)礦薄壁大孔的結(jié)構(gòu)[3]，反而惡化燒結(jié)礦強(qiáng)度。

由圖1 (c)可知，加拿大精粉的粘度相強(qiáng)度較高，即使用加拿大精粉替代PB 粉能夠明顯改善燒結(jié)礦性能。

綜上所述，使用加拿大精粉替代部分的PB 粉后，應(yīng)適當(dāng)增加配碳量，以彌補(bǔ)同化溫度高造成液相量低的不利影響。

2.2 燒結(jié)實(shí)驗(yàn)

燒結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4、表5。

表4 燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 Sintering cup test results

表5 燒結(jié)礦冶金性能指標(biāo)測(cè)定結(jié)果Table 5 Determination results of metallurgical properties of sintering

圖2 加拿大精粉對(duì)燒結(jié)工藝參數(shù)的影響Fig.2 Effect of Canadian fine powder on sintering process parameters

由圖2 可知，隨著加拿大精粉配比的提高，燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度及成品率先增加后降低，并在加拿大精粉配比為10%左右時(shí)，燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度及成品率達(dá)到較佳值。主要是因?yàn)榧幽么缶弁瘻囟雀撸纳屏擞捎赑B 粉配加過量導(dǎo)致的燒結(jié)料過熔的現(xiàn)象[4]，從而提高了燒結(jié)礦質(zhì)量；但進(jìn)一步提高后，由于液相量過少，造成鐵礦粉之間的固結(jié)強(qiáng)度變差，從而降低了燒結(jié)礦質(zhì)量。

由圖2 (c)可知，配加加拿大精粉后，燒結(jié)速度變化不大，基本上穩(wěn)定在21.70 mm/min 左右。

圖3 加拿大精粉對(duì)燒結(jié)礦冶金性能的影響Fig.3 Effict of Canadian fine powder on metallurgical properties of sintering

由圖3 (a)可知，隨著加拿大精粉配比增加，燒結(jié)礦低溫還原粉化性能先提高后降低；主要是因?yàn)镻B 粉的降低，使燒結(jié)礦中Fe2O3含量降低，從而減少了由于Fe2O3在還原過程中晶型轉(zhuǎn)變導(dǎo)致粉化的幾率，進(jìn)而改善了低溫還原粉化性能，但是進(jìn)一步提高，低溫還原粉化性能又逐漸變差，主要是因?yàn)檎辰Y(jié)相降低，導(dǎo)致燒結(jié)料顆粒之間連接強(qiáng)度變差，造成低溫還原粉化性能降低。

由圖3 (b)可知，隨著加拿大精粉配比增加，燒結(jié)礦還原性能逐漸降低；主要是因?yàn)橐走€原的Fe2O3含量降低，從而使還原性能變差。

由圖3 (c)可知，隨著加拿大精粉配比增加，燒結(jié)礦軟化開始溫度有改善的趨勢(shì)，但是變化幅度不大。

總體而言，加拿大精粉替代PB 粉10%時(shí)，其冶金性能優(yōu)良，滿足入爐條件。

2.3 顯微結(jié)構(gòu)分析

圖4 加拿大精粉對(duì)燒結(jié)礦微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.4 Effect of Canadian fine powder on the microstructure of sintering

隨著加拿大精粉配比的提高，粘結(jié)相中鐵酸鈣含量為先增加后降低趨勢(shì)，并在加拿大精粉配比為10%時(shí)，達(dá)到最多；而硅酸二鈣含量先降低后升高，進(jìn)而使得燒結(jié)礦強(qiáng)度有變差趨勢(shì)。礦相結(jié)構(gòu)以交織熔蝕結(jié)構(gòu)為主，并隨加拿大精粉配比提高，局部開始呈斑狀結(jié)構(gòu)、斑狀-粒狀結(jié)構(gòu)、粒狀結(jié)構(gòu)等，礦相結(jié)構(gòu)越復(fù)雜越不利于燒結(jié)礦強(qiáng)度改善。

3 結(jié) 論

（1）加拿大精粉的同化溫度偏高，流動(dòng)性指數(shù)較高，粘結(jié)相強(qiáng)度較高。綜合燒結(jié)基礎(chǔ)特性指標(biāo)考慮，加拿大精粉能夠替代部分PB 粉，但不能過量，否則將會(huì)造成液相量降低。

（2）隨著加拿大精粉配比的提高，燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度及成品率先增加后降低，并在加拿大精粉配比為10%左右時(shí)，燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度及成品率達(dá)到較佳值。配加加拿大精粉后，燒結(jié)速度變化不大，基本穩(wěn)定在21.70 mm/min 左右。隨著加拿大精粉配加量提高，燒結(jié)礦的低溫還原粉化性能先升高后降低，而還原性能逐漸惡化，而燒結(jié)礦軟化開始溫度有改善的趨勢(shì)，但是變化幅度不大。

（3）隨著加拿大精粉配比的提高，粘結(jié)相中鐵酸鈣含量為先增加后降低趨勢(shì)，并在加拿大精粉配比為10%時(shí)，達(dá)到最大值，且礦相結(jié)構(gòu)均以交織熔蝕結(jié)構(gòu)為主。隨加拿大精粉配比提高，燒結(jié)礦的局部結(jié)構(gòu)開始呈斑狀結(jié)構(gòu)、斑狀-粒狀結(jié)構(gòu)、粒狀結(jié)構(gòu)。綜合試驗(yàn)結(jié)果，加拿大精粉的配加量應(yīng)控制在10%左右。