新型澳大利亚矿粉烧结性能研究

- 1 -澳大利亚新型进口矿粉烧结性能实验研究摘要I摘 要近年我国钢铁产量的大幅度增长，对铁矿石的需求量迅猛增加，但是，铁矿石价格连续大幅上涨，带来高昂的烧结矿成本和铁水成本。钢厂烧结投产以来，烧结矿产量及成本压力一直较大。本文结合钢厂烧结现有的原料条件，在实验室进行了利用澳大利亚进口的新型铁矿粉 A 矿粉烧结杯试验，烧结杯试验结果表明：（1）A 矿粉满足钢厂烧结厂目前在碱度 R=2.0、MgO2.5% 条件下的烧结生产要求，烧结过程中加入一定量的 A 矿粉可以在一定程度上改善烧结矿的综合性能指标。（2）烧结过程中配加 5%15%的 A 矿粉时烧结矿的冶金性能指标可以保持在较为理想的水平；（3）烧结过程配加 A 矿粉后烧结矿的显微结构发生变化，矿相中还原性能优良的铁酸钙比例增加。关键词：烧结杯试验；显微结构；冶金性能ABSTRACTIIABSTRACTIn recent years, with the growth of Chinas steel production, substantial growth in demand for iron ore increased rapidly, but the continued sharp rise in iron ore prices, resulted in high costs of the sintering and the molten iron ore. Since QingGang sintering plant put into production, output and cost pressures have been significant. In this paper, the laboratory test of A iron ore as one of iron ore fines was conducted in the sinter pot on the conditions of the existing raw materials in QingGang. Experimental results show that :（1）A mineral powder meet production requirements of Qingdao steel plant when it is under the conditions of R=2.0、MgO2.5% ，adding some A mineral powder can help improve the sinter comprehensive Eex to a certain extent in sinter process.（2）The sinter performance Eex can maintain a ideal level when 5%15% A mineral powder were added to in process. （3）The microstructure of sinter mixture changed and the calcium ferrite which have excellent reduction property increased in the proportion when A mineral powder were added to .Keywords: Sinter pot test； Microstructure；Metallurgy performance目录III目 录摘 要 .IABSTRACT.II1 文献综述 .- 1 -1.1 铁矿石资源的现状 .- 1 -1.1.1 国内铁矿石资源现状 .- 1 -1.1.2 国外铁矿石资源现状 .- 3 -1.2 铁矿粉烧结的理论分析 .- 3 -1.2.1 烧结成矿机理 .- 3 -1.2.2 烧结矿的矿物组成与结构及其对质量的影响 .- 5 -1.3 烧结工艺的发展及意义 .- 6 -1.4 我国烧结生产的现状 .- 8 -1.5 高品质烧结矿生产工艺分析 .- 12 -1.5.1 优化配矿 .- 12 -1.5.2 小球烧结 .- 13 -1.5.3 热风烧结 .- 13 -1.5.4 低温烧结 .- 14 -1.5.5 厚料层烧结 .- 14 -1.5.6 高碱度烧结 .- 16 -1.5.7 硅含量对烧结矿质量的影响 .- 16 -2 A 矿粉烧结实验研究 .- 18 -2.1 实验方法及实验设备 .- 18 -目录IV2.1.1 实验方法 .- 18 -2.1.2 实验流程 .- 22 -2.1.3 实验设备 .- 22 -2.2 实验用原燃料性能分析 .- 24 -2.2.1 实验用原燃料成分分析 .- 24 -2.2.2 实验用原燃料粒度分析 .- 24 -2.3 实验方案设计 .- 25 -3 烧结杯实验结果与分析 .- 27 -3.1 基础实验研究 .- 27 -3.2 A 取代 D 实验结果与分析 .- 27 -3.3 A 取代 C 实验结果与分析 .- 29 -3.4 A 取代 B 实验结果与分析 .- 30 -3.5 A 取代 E 实验结果与分析 .- 31 -3.6 A 部分取代进口粉矿实验结果与分析 .- 32 -3.7 不同 MGO 含量条件下使用 A 粉矿实验结果与分析 .- 33 -3.8 烧结杯优化实验研究 .- 34 -3.9 烧结过程其它指标检测 .- 35 -3.10 烧结矿冶金性能指标测试 .- 37 -3.11 烧结矿微观结果检测 .- 39 -4 结论 .- 42 -参考文献 .- 43 -1 文献综述- 1 -1 文献综述1.1 铁矿石资源的现状1.1.1 国内铁矿石资源现状我国的铁矿石资源比较丰富，目前我国累计探明的铁矿石储量达 531 亿吨，保有储量为 501 亿吨。但在现有的铁矿储量中，可供利用的储量仅 170 亿吨 1-2，可供开采设计的储量仅 100 亿吨左右。由于我国铁矿石资源的采选难度大，再加上我国矿山生产企业装备水平低，设备陈旧落后，因此扣除开采，冶炼过程中的损失，实际可供利用的金属量仅为 20 亿吨左右。我国可供开采铁矿石资源的保证年限不到 60 年 3-4。同时，随着经济的迅速发展，我国钢铁产量大幅度增长，铁矿石作为钢铁工业生产的主要原料，近年来需求量也迅猛增长。因此，长远来看，我国铁矿石资源并不能满足工业需求的稳定供应。由于受我国铁矿石特点及其选矿和成本的限制，我国精矿粉的品位尚低，大多数用于烧结的精矿粉的 SiO2 含量还都在在 6.5%以上，很难将烧结矿中的 SiO2 含量降至4.5%。表 1.1 列出了我国几种精矿粉的品位和 SiO2 含量 5。表 1.1 我国几种精矿粉的品位和 SiO2 含量 %项 目 东烧 大孤山 迁安 邯郸 翼军 峨口 大宝山 梅山TFeSiO264.76.1566.177.0066.066.8065.589.464.297.1555.406.9352.185.2963.027.57根据我国现已探明的情况，我国铁矿石资源主要有以下特点 6-7：（1） 贫矿多，富矿少。铁矿石品位低，平均含铁约 32.0%，贫矿约占 93.2%；含铁较高，能直接入炉的富矿比较少，仅占 2.7%。（2） 分布广。现已探明的铁矿产地有 1800 余处，分布于我国 27 个省区的 600 多个县。主要铁矿集中在 16 个地区，约占全国铁矿贮量的 70%。（3）多金属矿多。我国铁矿约有三分之一除含铁外，还有钒、钛、铜、钴、金、银等元素。- 2 -（4） 磁铁矿较多，约占总贮量的 73%。其中易选的磁铁矿石达 277 亿吨，占56%，钒钛磁铁矿石 73 亿吨，占 15%。根据我国铁矿石资源贫矿多、富矿少以及复合矿石多的特点，应发展综合利用，加强选矿和造块，并根据各种矿石的特殊性质选择特殊的冶炼制度，即可以充分利用资源，回收各种有价值的元素，又可获得良好的高炉冶炼指标和综合经济效益。我国的铁矿资源分布比较广。随着地理位置的不同，铁矿石品位及成分有着很大的差异。主要矿区分布及其特点如下 8：（1） 鞍本矿区 该矿区目前是我国储量最大、采量最大的矿区，是鞍钢和本钢的主要原料基地。本矿区的特点是以贫矿为主，富矿极少。含铁量 20%40%，平均 30%左右，精选后品位可达到 60%以上；铁矿物以磁铁矿和赤铁矿为主，部分为假象赤铁矿和半假象赤铁矿。矿物结构致密、坚硬。大部分矿石可选性好，但还原性较差。（2） 冀东铁矿区 本矿区主要包括迁安、邯郸、武安、庞家堡等矿山。是首钢和邯郸钢铁公司的原料基地。其中迁安矿为贫磁铁矿，原矿品位为 30%左右，可选性好，精矿品位可达 68%以上。邯邢矿区主要是赤铁矿和磁铁矿，矿石含铁在 40%55%之间，矿石强度较差，但还原性较好。（3） 大冶矿区 本矿区主要分布在大冶、鄂城一带，是武钢和大冶钢厂的重要原料基地。矿石中重要矿物为磁铁矿，其次为赤铁矿和半假象赤铁矿，另有少量褐铁矿。该矿区的特点是：含铁量高，大部分为 45%60%，低的也有 40%50%；含磷低，硫高。矿石多为致密块状，还原性较差。（4） 白云鄂博矿区 该矿区是我国最大的复合矿区之一，储量丰富，是包钢的原料基地。矿区以磁铁矿为主，亦有假象和半假象赤铁矿。大部分为贫矿，含铁 25%35%，富矿含铁在 50%左右。这种矿石组织致密，但还原性好。（5） 攀西铁矿区 本矿区主要分布在攀枝花到西昌一带，是我国最大的复合矿区，为攀枝花等钢铁公司的原料基地。该矿区的主要特点是：矿石属含钴、镍细粒嵌布的钒钛磁铁矿型。主要金属矿物为钛磁铁矿。含铁量在 48%左右，伴有钒、钛、铜、钴镍等多种稀有元素，有很高的综合利用价值。（6） 华东矿区 该矿区主要分布在安徽芜湖至江苏南京一带的凹山，南山，梅山，凤凰山等矿山，此外还有山东的全岭镇、利国等地都有丰富的铁矿资源储藏。芜宁地区矿石主要是赤铁矿，其次是磁铁矿，也有部分硫化矿，如黄铜矿和黄铁矿。铁矿石的品位不高。（7） 其它铁矿区 除了上述主要铁矿区外，我国还有一些分散的中小铁矿区，比如山东的莱芜，河南的安阳，舞阳，河南的湘潭，吉林德通化等，广东的大宝山等。但是在东南沿海工业发达地区，铁矿石资源却严重不足。- 3 -1.1.2 国外铁矿石资源现状国外铁矿石资源主要集中在澳大利亚，巴西，南非，印度等国。这些国家的铁矿石不仅储量丰富（约占世界储量的 78%） ，而且品位普遍比较高、有害杂质少、烧结性能好。国外铁矿石资源的主要特点归纳如下 9：（1）品位高。巴西、南非、加拿大、印度等国的铁矿石 TFe 含量一般大于 64%，有的甚至可以高达 67%68%。（2）SiO 2 含量适中。巴西的 MBR、卡拉加斯及委内瑞拉、加拿大等国铁矿石的SiO2 含量一般为 1%或小于 1%，其余铁矿石中 SiO2 含量一般在 4.0%左右，最高仅达到5.5%。（3）有害元素少。除南非铁矿的钾、钠含量偏高外，其余铁矿石的钾、钠、硫、磷、铅、锌等有害元素的含量均较少。（4）烧损低。铁矿石的烧损与烧结率直接相关，同时它还直接影响铁矿石中各个化学组分在烧结矿中的实际作用，由于进口铁矿石多为赤铁矿，所以烧损比较低(褐铁矿除外) 10-13。 1.2 铁矿粉烧结的理论分析1.2.1 烧结成矿机理烧结成矿机理包括烧结过程的固相反应、液相反应和冷凝结晶三个过程。这三个过程不仅对烧结矿的矿物组成及结构起着决定性的影响，而且和烧结矿的质量有着很大的关系 14-15。烧结过程矿物形成过程如图 1.1。（1）固相反应过程及对烧结矿质量影响分析混合料在烧结过程中被加热到熔融之前，相互接触的某些组分之间，在固体状态下发生反应，生成新的化合物或共熔体的过程称为固相反应。固相反应是由离子扩散作用引起的，而在烧结过程中由于固体燃料的燃烧产生的废气加热了烧结料，从而为固相反应的发生创造了有利条件。固相反应可以形成在原始料中所没有的易熔化的新物质。这些新物质在烧结过程中产生许多特性，最后获得强度高的烧结矿。- 4 -铁矿石 石灰石含 SiO2 脉石 铁氧化物 生石灰铁酸钙熔 化反应溶解液相凝 固如 CaO/SiO21.8 如 CaO/SiO21.8铁氧化物玻璃质硅酸 硅酸钙与硅酸二钙图 1.1 烧结过程中矿物的形成机理 16（2）液相反应过程及对烧结矿质量影响分析烧结过程一些低熔点物质在高温作用下，熔化成液态物资，在冷却过程中，液态物质凝固而成为那些尚未熔化和溶入液相的颗粒的坚固连接桥。在烧结物料中，主要矿物都是高熔点的，在烧结温度下大多不能熔化。但物料加热到一定温度时，各组分之间以及新生化合物与原组分之间存在低共熔点，使得它们在较低的温度下生成液相，开始熔融。烧结过程形成液相是烧结矿固结成型的基础，液相的性质和数量在很大程度上决定了烧结矿的还原和强度。从而直接影响烧结矿质量。（3）冷凝固结过程及对烧结矿质量影响分析当烧结层移动后，被熔化的物质温度下降，液相放出能量而结晶或变成玻璃体。如果在冷凝过程中放出了几乎所有的能量，则液相全部转化成结晶体析出。而在实际烧结中，冷却很快，有相当的潜热来不及释放而蕴藏在里面，从而使部分硅酸盐以玻璃体形态存在于烧结矿中。从而导致烧结矿强度降低。1.2.2 烧结矿的矿物组成与结构及其对质量的影响烧结矿是由多种矿物按一定结构方式组成的多孔块状集合体。因此，它的矿物组成- 5 -及其结构特征与烧结矿的冶金性能有着密切的关系，对烧结矿的质量有很大的影响。通过研究烧结矿的矿物组成和结构特征，弄清影响烧结矿质量的因素，可以有效地采取相应的措施来提高烧结矿的质量。（1）烧结矿的矿物组成及其对质量的影响烧结矿是由含铁矿物及脉石矿物形成的液相粘结而成的，其矿物组成随原料及烧结工艺条件不同而变化，主要受碱度和燃料用量的影响。由烧结的固相反应，液相生成和冷凝固结的全过程可以看出，烧结矿是一种有多种矿物组成的复合体，虽然随着原料条件及烧结工艺条件不同其矿物的组成不同，但总是有含铁矿物和粘结相矿物两大类组成的 17，含铁矿物有磁铁矿、赤铁矿、方铁矿；粘结相主要有铁橄榄石、钙铁橄榄石、硅灰石、硅酸二钙、铁酸钙、钙铁辉石等；此外还有少量反应不完全的游离石英和游离石灰石等。烧结矿的机械强度和还原性与其中的主要矿物和粘结相的