（冶金物理化学专业论文）包钢铁矿粉低硅烧结技术的实验研究.pdf

一 一 -，。i 包钢铁矿粉低硅烧结技术的实验研究 s t u d y o nl o ws i l i c o ns i n t e r i n gt e c h n i q u ef o ri r o no r e c o n c e n t r a t e so fb a o t o ui r o na n ds t e e l ( g r o u p ) c o 研究生姓名：朱亚东 指导教师姓名：罗果萍 内蒙古科技大学材料与冶金学院 包头0 1 4 0 1 0 ，中国 c a n d i d a t e ：z h uy a d o n g s u p e r v i s o r ：l u og u o p i n g s c h o o lo fm a t e r i a la n dm e t a l l u r g y i n n e rm o n g o l i au n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y b a o t o u0 1 4 0 1 0 ，p r c h i n a 内蒙古科技大学硕士学位论文 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得内蒙 古科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解内蒙古科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 乒仁 厂 内蒙古科技大学硕士学位论文 摘要 本文以降低包钢烧结矿s i 0 2 含量、改善低硅烧结矿的质量为目标，在确保烧结 矿强度能够满足高炉冶炼要求的条件下，尽可能降低烧结矿s i 0 2 含量，改善高炉技 术经济指标，实现特殊矿高炉强化冶炼的技术进步。 首先，对白云鄂博铁精矿低硅烧结基础特性进行研究，探索烧结矿s i 0 2 含量、 m g o 含量、碱度、烧结温度等工艺参数对低硅烧结粘结相强度、铁酸钙生成性能的 影响规律，寻求适宜的低硅烧结矿组成条件，为合理配矿方案的设计提供了理论依 据。揭示s i q 含量、m g o 含量及碱度对烧结基础特性的影响，确定适宜的低硅烧 结矿组成和烧结温度水平。实验结果表明：在w ( s i 0 2 ) 4 0 的条件下，包钢烧结 矿也能具有较高的强度，各因素对烧结试样抗压强度的影响顺序是：烧结温度 碱 度 m g o 含量 s i 0 2 含量。包钢特殊矿在1 3 2 0 c 烧结时，烧结试样呈现极不均匀 结构，铁酸钙由表及里逐渐减少，整体呈薄壁大气孔结构，烧结矿强度较差。当烧 结温度在1 2 0 0 时，主晶相赤铁矿增多，脉石含量增多，孔隙率增大，但孔隙分布 均匀，矿相结构变均匀。 其次，对白云鄂博铁精矿低硅烧结工艺进行烧结杯实验研究，探索混合料m g o 含量、碱度、水分含量、配碳量等参数对烧结矿强度、组成与结构的影响规律，为 烧结工艺参数的优化提供理论依据。揭示烧结工艺参数与烧结矿强度、组成及结构 的关系，确定适宜的烧结工艺条件。研究结果表明，当碱度为2 5 、配碳量为3 9 、 水分含量为7 8 、w ( m g o ) = 1 6 时，可使w ( s i 0 2 ) = 4 0 的低硅烧结矿达到较 高强度，并能满足高炉冶炼要求。 包钢烧结原料条件下进行的低硅烧结实验研究，不仅为包钢低硅烧结配料提供 了新方案、探求了s i 0 2 的合理含量及低硅烧结最佳工艺，而且对全面优化选矿、烧 结，冶炼工艺，实现包钢炼铁生产的可持续发展具有重要意义。 关键词：低硅烧结；烧结矿强度；烧结矿结构 l 内蒙古科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t f o rt h ep u r p o s eo fr e d u c i n gs i l i c o nc o n t e n ta n di m p r o v i n gs i n t e rq u a l i t yo f b a o g a n g ，r e d u c i n gs i l i c o nc o n t e n t2 u sf a ra u sp o s s i b l eu n d e rt h ec o n d i t i o no fe n s u r i n g t h es i n t e rs t r e n g t hm e e tt h er e q u i r e m e n t so fb l a s tf u l t l a c ep r o c e s s i m p r o v i n gb l a s t f u r n a c et e c h n i c a la n de c o n o m i ci n d e x e s f i r s t l y , t h ei n f l u e n c eo ft e m p e r a t u r e ，b a s i c i t ya n dm g oc o n t e n to nm i n e r a l c o m p o s i t i o n ，m i c r o s t r u c t u r ea n dc o m p r e s s i v es t r e n g t ho fb a o t o ui r o na n ds t e e ls i n t e r p r o d u c e db yl o ws i l i c o ns i n t e r i n gt ob a i y u n e b oi r o no r ec o n c e n t r a t ew a ss t u d i e du s i n g o r t h o g o n a le x p e r i m e n t ，m i n i s i n t e r i n gt e s td e v i c ea n ds e m f o rs e e kt h er e a s o n a b l e c o m p o s i t i o nc o n d i t i o no fl o ws i l i c o ns i n t e r , p r o v i d et h e o r e t i c a lb a s i sf o rt h ed e s i g no f r e a s o n a b l eo r em a t c h i n gs c h e m e r e v e a l i n gt h ei n f l u e n c eb a s i c i t yc o n t e n t , t e m p e r a t u r ea n dm g oc o n t e n to nm i n e r a lc o m p o s i t i o n 。t h er e s u l t ss h o wt h a tw h e n w ( s i 0 2 ) = 4 0 ，t h es i n t e ro fb a o t o ui r o na n ds t e e la l s oc a nh a sr e l a t i v e l yh i g h c o m p r e s s i v es t r e n g t h t h e i n f l u e n c e s e q u e n c e o fd i f f e r e n tf a c t o r st os i n t e r c o m p r e s s i v es t r e n g t hi s ：t e m p e r a t u r e b a s i c i t y w ( m g o ) w ( s i 0 2 ) w h e n b a o g a n gs p e c i a lm i n e r a ls i n t e r i n gi n13 2 0 c ，t h em i c r o s t r u c t u r eo fs i n t e r i n gs a m p l e s i si n h o m o g e n e o u s s f c ag r a d u a l l yd e c r e a s e df r o mo u t e rt oi n t e r i o r , t h ew h o l es a m p l e p r e s e n tt h i n - w a l lm a c r o p o r o u ss t r u c t u r e ，c o m p r e s s i v es t r e n g t hg e tw o r s e w h e n s i n t e r i n gt e m p e r a t u r ei s 12 0 0 ，h e m a t i t eo fm a i nc r y s t a lp h a s ei n c r e a s e d ，g a n g u e c o n t e n ti n c r e a s e d , p o r o s i t yi n c r e a s e ，v o i dd i s t r i b u t eu n i f o r i i l ，m i n e r a ls t r u c t u r e b e c o m e su n i f o r m s e c o n d l y , t h ei n f l u e n c eo fb a s i c i t y , w a t e rc o n t e n ta n dc a r b o nc o n t e n to nm i n e r a l c o m p o s i t i o n ，m i c r o s t r u c t u r ea n dt u m b l e rs t r e n g t h ，v e r t i c a ls i n t e r i n gs p e e d ，s i n t e r p r o d u c tr a t i oo fb a o t o ui r o na n ds t e e l ( g r o u p ) c o s i n t e rw a ss t u d i e du s i n gs i n t e rp o t ， s e m i no r d e rt oi n c r e a s et h es t r e n g t ho fl o ws i l i c as i n t e r t h er e s u l t ss h o wt h a t ，w h e n b a s i c i t yc o n t e n ti s2 5 。c a r b o nc o n t e n ti s3 9 ，w a t e rc o n t e n ti s7 8 a n dm g o c o n t e n ti s1 6 ，t h es t r e n g t ho fs i n t e r , w h o s es i 0 2c o n t e n ti s4 0p e r c e n ts a t i s f i e st h e d e m a n df o rc h a r g i n gi nb l a s tf u r n a c e i nt h i sp a p e r , t h es c i e n c eb a s i sw e r ep r o v i d e dn o to n l yf o rp r o v i d es o l u t i o n so n b a o g a n gl o ws i l i c o ns i n t e r i n g ，s e a r c hr e a s o n a b l ec o n t e n t ，e x p l o r i n gn e wt e c h n o l o g y o fs i n t e r i n gb u ta l s o f o ro p t i m i z a t i o no fm i n e r a lp r o c e s s i n g ，s i n t e r i n gp r o c e s s ， s m e l t i n gp r o c e s sa n do p t i m i z i n gs i n t e r i n gp r o d u c t i o na n di m p r o v i n gs i n t e rq u a l i t y b a s e do nr e s e a r c h i n go ft h el o ws i l i c o ns i n t e r i n ge x p e r i m e n to nb a o g a n gi r o no r e r e a l i z es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ti ni r o n m a k i n gp r o d u c t i o n k e yw o r d s ：l o ws i l i c o ns i n t e r i n g ；s i n t e rs t r e n g t h ；m i n e r a lm i c r o s t r u c t u r e l i 内蒙古科技大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i 引言1 1 文献综述2 1 1 烧结发展概况2 1 1 1 国外烧结发展概况2 1 1 2 国内烧结发展概况2 1 2 包钢烧结发展概述4 1 2 1 包钢烧结的发展历史4 1 2 2 白云鄂博特殊矿的冶炼特点6 1 2 3 包钢发展低硅烧结技术的意义7 1 3 烧结理论8 1 3 1 烧结矿的矿物组成8 1 3 2 烧结矿的结构8 1 3 3 烧结矿的矿物组成及结构对其质量的影响9 1 3 4 烧结新技术1 2 1 3 。5 低硅烧结发展简述1 4 1 3 6 低硅烧结矿的特点l5 1 4 改善低硅烧结矿强度的措施1 5 1 4 1 提高烧结矿的碱度1 5 1 4 2 配加适量的m g o 15 1 4 3 采用低温烧结技术1 6 1 4 4 增加钢渣的配比1 6 2 烧结基础特性实验1 7 2 1 实验原料及设备1 7 2 1 1 实验原料1 7 2 1 2 实验设备17 2 2 实验方法1 9 2 3 实验结果与分析2 3 2 3 1 铁矿粉粘结相强度实验2 3 2 3 2 铁矿粉铁酸钙生成特性实验2 4 2 3 3 优化实验2 9 2 4 小结3 0 3 烧结杯实验3 2 3 1 实验原料及设备。3 2 3 1 1 实验原料3 2 内蒙古科技大学硕士学位论文 3 1 2 实验设备3 2 3 2 实验方法3 2 3 3 实验结果3 3 3 4 实验结果分析。3 5 3 4 1s i 0 2 含量对烧结矿强度及显微结构的影响3 6 3 4 2 碱度对烧结矿强度和显微结构的影响3 7 3 4 3 配碳量对烧结矿强度和显微结构的影响3 8 3 4 4 水分含量对烧结矿强度和显微结构的影响3 9 3 4 5 优化实验4 0 3 5 小结4 0 结论4 2 参考文献4 3 在学研究成果4 6 致谢4 7 2 内蒙古科技大学硕士学位论文 引言 入炉铁矿石品位是高炉精料的主要因素之一。一般认为，铁矿石品位提高1 ， 入炉焦比可降低2 ，产量可提高3 。为了提高产量，增加经济效益，许多钢厂都 迫切需要提高入炉原料的含铁品位。包钢也希望在这方面有所提高，2 0 0 8 年包钢生 铁合格产量已经达到9 8 0 万吨。由于包钢高炉生产中烧结矿占入炉含铁原料的 7 0 - - , 8 0 ，降低烧结矿s i 0 2 含量以提高烧结矿品位，不仅可有效提高高炉生产率、 降低焦比及生铁成本，而且对改善烧结矿的软熔滴落性能、大幅度减少高炉渣量、 提高高炉喷煤量具有重要意义。 随着包钢选矿技术的不断进步，铁精矿品位日趋提高，目前自产白云鄂博铁精 矿s i 0 2 含量已降低到2 o 4 o ，为低硅烧结矿的生产及高炉采用低硅烧结矿冶炼提 供了物质基础。由于铁矿粉中的s i 0 2 是烧结过程中产生足够液相以使物料粘结的基 础，也是保证烧结矿具有较高强度的前提，所以采用低硅铁矿粉烧结时，烧结矿质 量特别是机械强度可能明显变差，为了在确保烧结矿强度能够满足高炉冶炼要求的 条件下，尽可能降低烧结矿s i 0 2 含量，改善高炉技术经济指标，实现特殊矿高炉强 化冶炼的技术进步，有必要就低硅烧结适宜工艺条件、低硅烧结矿组成、结构进行 系统研究，以为全面改善低硅烧结矿性能确保高炉高产顺行、有效降低生铁成本提 供技术依据和理论指导。 内蒙古科技大学硕士学位论文 1 文献综述 1 1 烧结发展概况 1 1 1 国外烧结发展概况 烧结矿是炼铁最主要的原料，一般占到现代高炉冶炼入炉原料7 0 左右。因为 高炉是逆流工艺，固体炉料相对气流的上升而下降，必须给高炉提供块状的含铁原 料，而天然铁矿石又不具备良好的冶金性能，因此就要通过选矿提高铁精矿的品位， 再利用烧结法或球团法将粉矿造成块矿。由于烧结矿具有成分稳定，粒度均匀，可 以控制成分和碱度并且具有良好的冶金性能的优点，烧结法被世界大多数国家所应 用。迄今为止，除北美以外的大多数国家都使用烧结法作为铁矿石造块方法【1 1 。 从2 0 世纪8 0 年代开始，烧结技术发展迅速，主要表现在烧结工艺、烧结设备 和新技术的研究开发和应用上。烧结工艺方面如自动化配料，混合机强化制粒，整 粒技术，偏析布料，冷却筛分和铺底料技术等得到广泛应用。烧结新技术主要有球 团烧结技术，小球烧结技术，低温烧结技术，低硅烧结技术等，以上工艺和技术目 前已经在大部分钢铁企业推广应用并取得了显著的经济效益刚。 1 1 2 国内烧结发展概况 经过5 0 多年的发展，我国已经从建国初年产钢1 5 8 万吨，发展成为名副其实 的钢铁大国。2 0 0 7 年我国粗钢产量4 8 9 亿吨，净出口粗钢5 4 6 9 万吨。随着钢铁行 业的快速发展，也迎来了烧结行业的高速发展时期。我国烧结行业在这些年的发展 中也取得了很多可喜可贺的成绩，无论是在烧结矿的产量，质量还是工艺和设备方 面都有了很大程度的提高。 ( 1 ) 产量增长 进入新世纪以来，在中国经济高速增长，大兴基础设施的大背景下，烧结矿的 产量更是成倍的增长。2 0 0 0 年我国生铁产量1 3 2 亿吨，烧结矿产量达到1 6 9 亿吨。 2 0 0 6 年生铁产量达4 0 5 亿吨，烧结矿产量达到4 5 0 亿吨，而2 0 0 7 年我国生铁产量 4 6 9 亿吨，烧结矿产量约4 9 6 亿吨。这七年里，我国烧结矿共增长了3 2 9 亿吨，平 均每年增长4 6 9 0 万吨。这样的增长速度在世界烧结史上是绝无仅有的。 ( 2 ) 烧结设备大型化 我国烧结生产不仅在产量上增长迅速，在技术装备上也有一个大飞跃，已逐步 赶上世界先进水平。到2 0 0 6 年，我国重点企业的烧结机在1 3 0m 2 及以上的已有9 8 台。截止到2 0 0 7 年底我国已投产的烧结机中有3 5 台3 0 0 - - 4 9 5m 2 的大型烧结机， 内蒙古科技大学硕士学位论文 总面积达1 3 6 2 6m 2 。1 9 8 5 年宝钢从日本引进的4 5 0m 2 的烧结机是当时最大的，显 示了很多优势，烧结矿质量好，能耗低等等。进入新世纪，我国已经能够自主设计 制造具有国际先进水平的大型烧结机，使得我国大型烧结机的发展更加迅速。如今 首钢京唐有2 台5 0 0m 2 的烧结机，太钢在建设6 0 0m 2 的烧结机。我国大中型烧结机 所占比重逐渐增加，小型烧结机所占比重逐渐减少。对于烧结面积来说，我国大中 型烧结机约占整个烧结面积的2 3 左右【5 1 。 ( 3 ) 质量提高 我国烧结矿质量和经济技术指标也有不同程度的改善。2 0 0 7 年我国大中型企业 烧结主要经济技术指标为烧结矿品位5 5 6 5 ，烧结矿合格率9 4 3 2 ，烧结机日历 作业率9 0 3 0 ，全员劳动生产率6 7 9 2 吨人，固体燃料消耗5 4 k g t ，转鼓强度7 6 0 2 ， 碱度1 8 8 ，工序能耗5 5 2 1 k g c e t 。2 0 0 7 年宝钢劳动生产率达到5 6 1 7 9 吨人，新抚 钢的烧结矿转鼓强度达到8 6 8 1 ，新余烧结厂固体燃耗低至3 8k g t ，工序能耗降 到3 7 8 7 k g c e t 。 ( 4 ) 技术进步 在烧结技术上我国也有了很大的进步。首先是采用了厚料层烧结技术，料层厚 度增加使表层烧结矿所占比重较低，成品率相应提高，返矿率下降，减少f e o 含量， 并可充分利用烧结过程的自动蓄热，减少固体燃耗。国内大中型烧结机的料层厚度 已达到6 0 0 - - 8 0 0 m m 。宝钢2 号烧结机2 0 0 4 年1 2 月料层厚度已成功实现8 0 0 r n m ， 成为世界上料层最厚的烧结机之一。其次，采用了原料均匀技术。由于我国自产铁 矿石严重不足，进口铁矿石量逐年大幅度增加，2 0 0 7 年我国进口铁矿石3 8 3 亿吨， 铁矿石来源广导致品位波动大，一般在1 5 3 之间，波动大影响高炉冶炼指 标。在建设原料场后，含铁原料经过分堆堆放，混匀工艺处理后，铁矿石品位波动 可以稳定在0 5 以下。国内外有关的经验数据表明，含铁原料品位波动每减少 0 1 时，可使焦比降低0 2 0 - 0 4 6 ，炼铁产量增加0 3 0 6 ，烧结燃料降低0 6 1 2 。现在我国先进钢铁企业已经建设了一批现代化的混料场，宝钢、马钢等混匀 矿品位波动已经控制在o 4 以下。此外还有一些新技术新工艺的应用也有利推动 了我国烧结技术的发展。如：小球团烧结技术，保温烧结技术，热风烧结技术，低 温烧结技术，低硅烧结技术，偏析布料技术等。 ( 5 ) 节能环保 钢铁工业是能耗大户，而烧结工序能耗大约占吨钢能耗的1 0 左右，我国的烧 结工序能耗逐年下降，主要是在节能技术和余热开发利用方面有了很大进展。 烧结的节能方向主要有降低电耗、固体燃料消耗、点火煤气消耗以及预热的回 收利用。在降低电耗方面，我国在降低抽风系统的漏风率和变频调速技术的应用都 取得了不少进步。烧结固体燃耗每年都在下降，已降到2 0 0 7 年的5 4 k g t 。各种先 内蒙古科技大学硕士学位论文 进的点火器已在很多烧结厂广泛应用，使烧结点火煤气消耗逐年下降，国内先进厂 已降到0 0 6 g j t 。目前我国烧结工序余热回收利用最广泛的方式是采用余热锅炉产 生蒸汽，该方式具有一次性投资少，运行费用低，降低污染等优点，新建烧结机大 多数采用此种回收方式。余热还能用于发电，2 0 0 7 年3 月济钢采用我国自主设计、 制造的烧结机余热发电机组成功发电且并网1 6 l 。此外，余热还能用于预热混合料， 热风烧结等。 近