（钢铁冶金专业论文）改善低SiOlt2gt烧结矿强度的工艺基础研究.pdf

东北大学博士学位论文摘要 改善低s i 0 2 烧结矿强度的工艺基础研究 摘要 本文在满足宝钢高炉冶炼对烧结矿质量要求的前提下，依据宝钢原燃料条件， 探讨了将烧结矿中s i 0 2 含量进一步降低的可能性，从中寻找出影响烧结矿强度下- 降的两个因素，即铁酸钙的形态和数量，进而从烧结矿矿物组成自身强度及结构和 铁酸钙粘结相的数量两个方面进行了基础研究，拟为改善低s i 0 2 烧结矿的冷态强 度提供理论依据。 在理论研究的基础上，进行了低s i 0 2 烧结的工艺研究。为了增加烧结矿中的 液帽数量，并促进能改善烧结矿抗断裂性能的矿物生成，采取了提高烧结矿碱度、 用富块矿替代烧结矿作铺底料以及添加细铁精矿粉预制粒等措施。三种措施的最终 目的都是为了改善低s i 0 2 烧结矿的强度，为宝钢进一步开发高铁低s i 0 2 烧结矿的 生产技术和工艺奠定基础。 烧结矿矿物组成及结构对其抗断裂性能影响的研究主要从三个方面进行，即矿 物组成及结构对裂纹萌生和扩展的影响；矿物组成及结构的断裂韧性；烧结矿的综 合断裂韧性与烧结矿强度( 转鼓指数) 的关系。结果表明：在本试验条件下，板块 状、针状和细针状铁酸钙结构中裂纹萌生的l 临界载荷分别为9 8 2 4 5 m n 、2 4 5 4 9 0 m n 和9 8 0 1 9 6 0 m n ，玻璃相、磁铁矿和赤铁矿中裂纹萌生的临界载荷分别为 9 8 2 4 5 m n 、9 8 2 4 5 m n 和2 4 5 4 9 0 m n ；上述矿物组成及结构抗裂纹扩展的能力由 强到弱依次为细针状铁酸钙结构、针状铁酸钙结构、赤铁矿、磁铁矿、板块状铁酸 钙结构和玻璃相；赤铁矿、磁铁矿、玻璃相的断裂韧性分别为0 8 9 、o 7 6 和o - 3 7 ， 细针状、针状、板块状铁酸钙结构及铁酸钙本体的断裂韧性分别为1 3 5 、1 0 3 、 o 7 4 0 8 5 、o 7 4 ；烧结矿的综合断裂韧性世：与转鼓强度成线性关系；发展针状、 细针状铁酸钙结构有利于提高烧结矿的抗断裂性能。 采用差热分析方法研究了c a o f e 2 0 3 二元系中液相的生成温度、结束温度、熔 化速率及熔化数量，考察了不同升温速率、不同c a o f e 2 0 3 比以及添加s i 0 2 和a 1 2 0 3 对熔化速率和熔化数量的影响。结果表明：高升温速率有利于提高熔化速率，减少 熔化时间，但熔化结束温度将向高温方向移动；在1 3 5 0 下七种混合物熔化所需 的热量由多到少依次为c + f ( 9 0 ) 、c + f ( 7 7 ) 、c + f ( 8 3 ) 、c 十f ( 8 0 ) 、c + f ( 8 5 ) 、 c + f ( 7 4 ) 、c + f ( 7 0 ) ，其中混合物c + f ( 8 0 ) 、c + f ( 7 4 ) 和c + f ( 7 0 ) 容易在较 低温度下形成液相，且所需熔化时间相对较少；添加s i 0 2 和a 1 2 0 3 都有利于降低铁 东北大学博士学位论文摘要 酸钙的开始熔化温度，但添加s i 0 2 的效果更明显。铁酸钙的熔化速率在添加s i 0 2 后开始下降，并且随着熔化时间的延长下降得越来越明显，而添加a 1 2 0 3 对铁酸钙 的熔化速率影响不大。 改善低s i 0 2 烧结矿强度的工艺试验表明：蛇纹石配比降低到1 0 时，烧结矿 中s i 0 2 含量可降低至3 9 ，烧结矿的强度和抗低温还原粉化性能下降，但进一步 减少蛇纹石配比，各项烧结指标下降幅度显著增大；若将烧结矿碱度由1 7 5 提高 到1 8 5 ，并配入5 的铁精矿粉，在保证基准试验的烧结矿( 4 4 s 1 0 2 ) 强度不变 的前提下，可将烧结矿中s i 0 2 含量降低到3 9 4 o 的水平：采用纽曼矿、海南 矿和哈默斯利矿作铺底料，可以提高烧结生产率5 以上，而且可以大幅度降低烧 结矿的成本，降低烧结燃耗，简化烧结工艺。用富块矿作铺底料的烧结矿在碱度 1 8 5 的条件下，可以获得与基准试验烧结矿( 4 4 s 1 0 2 ) 强度相当的低s i 0 2 烧结 矿( 3 9 4 0 s i 0 2 ) ；5 铁精矿粉直接配入烧结混合料中，可以改善烧结料层的 透气性，当配比超过1 0 时，烧结料层的透气性恶化，烧结矿的冶金性能和各项技 术指标随之变差。若将铁精矿粉预先制成粒度为中3 5 m m 的小球后再配入烧结混 合料，则在其配比达到2 5 时，烧结料层仍具有良好的透气性，而且在烧结矿碱度 1 8 5 ，配2 0 铁精矿粉预制粒的试验条件下，可以获得与基准试验烧结矿( 4 4 s 1 0 2 ) 强度相当的低s i 0 2 烧结矿( 3 9 4 o s i 0 2 ) 。 关键词：低s i 0 2 烧结矿；断裂韧性；差热分析；铺底料；预制粒 i i i 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t f u n d a m e n t a lr e s e a r c ho ns i n t e r i n gp r o c e s sf o ri m p r o v i n gd r u m s t r e n g t ho fl o w s i 0 2s i n t e r e do r e a b s t r a c t i nt h ec a s eo fe m p l o y i n gt h er a wm a t e r i a la n df u e lo fb a o s t e e la n da c h i e v i n g s i n t e r e do r ea d a p t e dt ob l a s tf u r n a c e s m e l t i n g ，t h ef e a s i b i l i t yo ff u r t h e rd e c r e a s i n gt h e c o n t e n to fs i 0 2i ns i n t e r e do r ew a sd i s c u s s e di np r e s e n tp a p e r d u r i n gr e s e a r c ht w o c a u s e sd e c r e a s i n gt h ed r u ms t r e n g t ho fs i n t e r e do r ea r ef o u n d ，t h a ti s ，t h es h a p ea n dt h e q u a n t i t y o fc a l c i u m f e r r i t e s s e q u e n t i a l l yf u n d a m e n t a lr e s e a r c h e so nm i n e r a l c o m p o s i t i o na n dm i c r o s t r u c t u r eo fs i n t e r e do r ea n dt h eq u a n t i t yo fc a l c i u mf e r r i t e s w e r ec a r r i e do u t 1 1 1 ep u r p o s ei st op r o v i d et h e o r yb a s i sf o ri m p r o v i n gt h ed r u m s t r e n g t ho fl o w s i 0 2s i n t e r e do r e s i n t e r i n gp r o c e s so nl o w s i 0 2s i n t e r e do r ew a sr e s e a r c h e db a s e do nt h e o r y r e s e a r c h f o ri n c r e a s i n gt h eq u a n t i t yo fl i q u i dp h a s ea n dp r o m o t i n gt h ef o r m a t i o no f m i n e r a lw h i c hc o n t r i b u t e st oi m p r o v i n gt h ea n t i f r a c t u r ec h a r a c t e r i s t i c so fs i n t e r e do r e t h et h r e em e a s u r e so f i n c r e a s i n gb a s i c i t yo fs i n t e r e do r e ，u s i n gl u m pi r o no r e sa sh e a r t h l a y e ri n s t e a do ft h er e u s e ds i n t e r e do r ea n da d d i n gp r e g r a n u l a t i o nf i n ec o n c e n t r a t e w e r ea d o p t e d t h ep l l r p o s ei sm a i n l yt oi m p r o v et h ed r u ms t r e n g t ha n de s t a b l i s hb a s i s o f p r o d u c t i o nt e c h n i q u ea n ds i n t e r i n gp r o c e s sf o rf u r t h e rd e v e l o p i n gl o w s i 0 2s i n t e r e d o r eo fb a o s t e e l r e s e a r c ho nt h ei n f l u e n c e so fm i n e r a lc o m p o s i t i o na n dm i c r o s t r u c t u r eo nt h e a n t i f r a c t u r ec h a r a c t e r i s t i c so fs i n t e r e do r ew a sc a r r i e do u t b yt h ef o l l o w i n gt h r e e a s p e c t s ：t h ee f f e c to fm i n e r a lc o m p o s i t i o nm a dm i c r o s t r u c t u r eo ng e n e r a t i o na n d p r o p a g a t i o n o f c r a c k s ，t h e f r a c t u r e t o u g h n e s s o fm i n e r a l c o m p o s i t i o n a n d m i c r o s t r u c t u r eo fs i n t e r e do r e ，t h er e l a t i o nb e t w e e nt h e c o m p r e h e n s i v e f r a c t u r e t o u g h n e s sa n dt h ed r u ms t r e n g t hf o r s i n t e r e do r e t h er e s u l t ss h o wu n d e rt h e e x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n ，t h ec r i t i c a l l o a d sg i v i n gb i r t ht oc r a c ki nt h eb a t t e n ，t h e a c i c u l a ra n dt h ef i n ea c i c u l a rf o rc a l c i u mf e r r i t e sa r e9 8 - 2 4 5 m n ，2 4 5 - 4 9 0 m n ， 9 8 0 - 19 6 0 r a n ，a n dt h a to fs i l i c a t e ，m a g n e t i t e ，h e m a t i t ea r e9 8 2 4 5 m n ，9 8 2 4 5 m n ， 2 4 5 - 4 9 0 m nr e s p e c t i v e l y t h ea b i l i t yo fc r a c kr e s i s t a n c ei sd e c r e a s e di nt h eo r d e ro f t h ef i n ea c i c u l a rc a l c i u mf e r r i t e ，t h ea c i c u l a rc a l c i u mf e r r i t e ，h e m a t i t e ，m a g n e t i t e ，t h e b a t t e nc a l c i u mf e r r i t ea n ds i l i c a t e t h ef r a c t u r et o u g h n e s sv a l u e so ft h eh e m a t i t e ， m a g n e t i t ea n ds i l i c a t ea r e0 8 9 ，o 7 6a n do 3 7 ，a n dt h a to f t h ef i n ea c i c u l a r ，t h ea c i c u l a r ， t h eb a t t e na n db o d yf o rc a l c i u mf e r r i t e sa r e1 3 5 ，1 0 3 ，0 7 4 - o 8 5a n d0 7 4r e s p e c t i v e l y i v 东北大学博士学位论文a b s t t a c t t h er e l a t i o nb e t w e e nt h ec o m p r e h e n s i v ef r a c t u r et o u g h n e s sa n dt h ed r u ms t r e n g t hf o r s i u t e r e do r ei sl i n e a r t h ef o r m a t i o no fc a t c i u mf e r r i t e sw i t ht h ef i n ea c i c u l a ra n dt h e a c i c u l a rd u r i n gs i n t e r i n gp r o c e s si sf a v o r a b l ef o ri m p r o v i n gt h ea b i l i t yo fc r a c k r e s i s t a n c eo fs i n t e r e do r e t h eo n s e ta n de n d s e to fm e l t i n gt e m p e r a t u r e m e l t i n gr a t ea n dm e l t i n gq u a n t i t y f o rl i q u i dp h a s ei nc a o f e 2 0 3b i n a r ys y s t e mw e r es t u d i e d m e a n w h i l e ，t h ee f f e c t so f d i f f e r e n th e a t i n g u pr a t e ，d i f f e r e n tr a t i oo fc a o f e 2 0 3a n da d d i n gs i 0 2a n da 1 2 0 3o n m e l t i n gr a t ea n dm e l t i n gq u a n t i t yw e r er e s e a r c h e db yd i f f e r e n t i a lt h e r m a la n a l y s i s t h e r e s u l t ss h o wt h eh i g h e rh e a t i n g - u pr a t ei sb e n e f i tf o ri n c r e a s i n gm e l t i n gr a t ea n d d e c r e a s i n gm e l t i n gt i m e ，b u tt h ee n d s e to fm e l t i n gt e m p e r a t u r er e m o v et oh i g h e r t e m p e r a t u r e t h ef u s i o nh e a tr e q u i r e db ys e v e nk i n d so fm i x t u r ei sr e d u c i n gi nt h e o r d e ro ft h em i x t u r ec + f ( 9 0 ) ，c + f ( 7 7 ) ，c + f ( 8 3 ) ，c + f ( 8 0 ) ，c 十( 8 5 ) ， c + f ( 7 4 ) ，c + f ( 7 0 ) u n d e rt h et e m p e r a t u r eo f1 3 5 0 ，i nw h i c ht h em i x t u r ec + f ( 8 0 ) 、c + f ( 7 4 ) a n dc + f ( 7 0 ) m e l ti nl o w e rt e m p e r a t u r ee a s i l y ，f u r t h e r m o r e ，t h et i m e o fm e l t i n gi ss h o r t e rr e l a t i v e l y a d d i n gs i 0 2a n da 1 2 0 3i sb e n e f i tf o rr e d u c i n gt h e o n s e to fm e l t i n gt e m p e r a t u r eo fc a l c i u mf e r r i t e s ，b u tt h ee f f e c t i v e n e s so ft h ef o r m e ri s m o r eo b v i o u s l y t h em e l t i n gr a t eo fc a l c i u mf e r r i t e sb e g i n st of a l ld o w na f t e ra d d i n g s i 0 2 a n dt h et e n d e n c yi sm o r ea n dm o r es i g n i f i c a n tw i t ht h et i m eo fm e l t i n g l e n g t h e n i n g l i t t l ee f f e c to fa d d i n ga 1 2 0 3o nt h em e l t i n gr a t eo fc a l c i u mf e r r i t e si s f o a n d t h ee x p e r i m e n tf o ri m p r o v i n gt h ed r u ms t r e n g t ho fl o w s i 0 2s i n t e r e do r es h o w s t h a tt h ec o n t e n to f s i o ，i sd e c r e a s e df r o m4 4 t o3 9 w h e nt h er a t i oo f s e r p e n t i n ei s d e c r e a s e db y1 o a sar e s u l t ，t h ed r u ms t r e n g t ha n dt h er e d u c t i o nd i s i n t e g r a t i o n i n d e xo fs i n t e r e do r ea l lf a l ld o w n w h e nt h er a t i oo fs e r p e n t i n ei sf u r t h e rd e c r e a s e d ， a l lk i n d so f s i n t e r i n gi n d e x e sf a l ld o w nr a p i d l y i f t h eb a s i c i t yi si n c r e a s e df r o m1 7 5t o 1 8 5 a n d5 f i n ec o n c e n t r a t e i sa d d e d ，t h ec o n t e n t o f s i 0 2 c a n b ed e c r e a s e d t o3 9 4 o m e a n w h i l e 。t h ed r u ms t r e n g t ho fs i n t e r e do r ei st h es a m ea st h a to f t h er e f e r e n c e s i n t e r e do r ew i t h4 4 s i 0 2 w h e nn i u m a ni r o no r e ，h a i n a ni r o no r ea n dh a m o s i l i i r o no r ea r eu s e da sh e a r t hl a y e ri n s t e a do ft h er e u s e ds i n t e r e do r e ，t h es i n t e r i n g p r o d u c t i v i t yi s i n c r e a s e db y5 a b o v e t h es i n t e r i n gc o s ti sr e d u c e dg r e a t l y ，t h e s i n t e r i n gf u e lc o n s u m p t i o ni sr e d u c e da n dt h es i n t e r i n gp r o c e s si ss i m p l i f i e d t h ed r u m s t r e n g t ho f s i n t e r e do r ew i t h3 9 4 0 s 1 0 2 i st h es a m e a st h er e f e r e n c es i n t e r e do r e w i t h4 4 s 1 0 2w h e nt h el u m pi r o no r e sa r eu s e da sh e a t hl a y e ra n dt h eb a s i c i t yi s i n c r e a s e dt o1 8 5 t h ep e r m e a b i l i t yo fs i n t e r i n gm i xi si m p r o v e da f t e ra d d i n g5 f i n e c o n c e n t r a t e ，a n dw h e nf i n ec o n c e n t r a t ei sa d d e d1 0 a b o v e ，t h ep e r m e a b i l i t y o f v 一 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t s i n t e r i n gm i xt u r n sb a d ，a n dt h em e t a l l u r g i cp e r f o r m a n c ea n dt h es i n t e r i n gt e c h n i c a l i n d e xb e c o m ew o r s e t h ep e r m e a b i l i t yo fs i n t e r i n gm i xi sb e t t e rw h e na d d i n g2 5 p r e g r a n u l a t i o ns i z e di n3 5 m m a n dt h ed r u ms t r e n g t ho fs i n t e r e do r ew i t h3 9 4 o s i 0 2i st h es a m ea st h a to ft h er e f c r e n c es i n t e r e do r ew i t h4 4 s i 0 2w h e n2 0 p r e g r a n u l a t i o ni sa d d e da n dt h eb a s i c i t yi si n c r e a s e dt o1 8 5 k 坷w o r d sl o w s i 0 2s i n t e r e do r e ；f r a c t u r et o u g h n e s s ；d i f f e r e n t i a lt h e r m a la n a l y s i s ； h e a r t hl a y e r ；p r e - g r a n u l a t i o n v l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成 果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也 不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：衣够铟1 衫 日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规 定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论 文被查阅和借阅。本人授权东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。) 学位论文作者盈名：知饷f 劫 签字日期： 导师签名： 签字日期： 东北大学博士学位论文 第一章绪论 第一章绪论弟一早三百了匕 1 1 高炉精料技术的进步 2 0 世纪9 0 年代以来，中国钢铁工业取得了巨大的成就，生铁和粗钢产量居 世界前列。其中增产的生铁六成以上是依靠高炉大型化、长寿化、高喷煤比、低 渣量等技术进步，从而有效提高高炉利用系数得到的。这些技术进步的基础是中 国炼铁原料的精料技术的发展。中国炼铁界有句俗语，即七分原料，三分操作。 可见原料在炼铁中的重要作用【”。 1 1 1 高炉精料的要求 ( 1 ) 入炉矿石品位提高 由于选矿的技术进步，炼铁原料入炉品位一般已提高到5 8 5 ，大型钢铁企 业达到6 0 o 以上，确保了高炉原料具有较高的入炉品位。 ( 2 ) 提高熟料比 在缺乏熟酸性炉料的条件下，配入适当比例的高品位块矿对降低炼铁原料的 成本有一定的好处。但是，块矿是生料，其还原性和软熔性等均比不上酸性球团 矿，过量的搭配块矿会影响冶炼效果，影响炼铁的总体效益。所以，应尽可能提 高熟料比，限制块矿配入比例。 ( 3 ) 高强度和良好的冶金性能 精料的另一特点就是具有高强度和良好的冶金性能，它们的好坏直接影响到 高炉的料层透气性和炉内煤气分布的均匀性，特别是现代大型高炉，对烧结矿和 球团矿的要求更为严格。而这些对于高铁低s i 0 2 烧结矿而言更重要。因此，要生 产高碱度、低f e o 的烧结矿。根据生产经验，烧结矿中f e o 含量每提高1 ，高 炉焦比增加1 5 ，生铁产量降低1 5 。因此，优质烧结矿的具体要求是：t f e - 2 _ 5 8 ( 最好超过6 0 ) ，s i 0 2 茎5 5 ，c a o s i 0 2 兰1 8 ，f e o 5 ；优质球团矿的具体要 求是：t f 晓6 5 ，s i 0 2 1 3 5 ，抗压强度兰2 5 0 0 n 个，耐磨指数 7 0 2 东北大学博士学位论文 第一章绪论 巨大好处，但同时带来的问题是烧结混台料中s i 0 2 偏低，在烧结过程中因粘结相 数量不足导致烧结矿强度下降。这不仅使烧结矿的成品率降低，而且使高炉槽f 返矿和入炉粉末增加，不利于高炉顺行和强化。结果是虽然烧结矿品位提高了， 高炉冶炼上却没有取得相应的业绩。不少企业当烧结矿中s i 0 2 含蹙低于5 o 时， 就出现上述问题“。j 。 ( 2 ) ( a 1 2 0 3 ) 升高，影响炉渣流动性。 | 二_ 前中国进口矿石主要来自澳大利亚、巴西、印度和南非。此外，秘鲁和北 美矿石也少量使用。其中澳矿最多，占4 0 以上，加上印度矿约占总量的6 0 左 右。但这两种矿中含a 1 2 0 3 较高，造成高炉渣巾a 1 2 0 3 偏高。目前，这两种矿右 配比较高的高炉，( a b 0 9 含量普遍达到1 5 1 7 ，个别高炉甚至达到1 8 以 上，成为操作人员头疼的问题，需要认真解决。 从咀上对低s i 0 2 烧结和高( a t 2 0 3 ) 冶炼两个问题的论述中可以看出，提高入炉 铁矿石品位固然是高炉精料的核心内容之，但并非铁品位越高越好，不应片面 追求品位。在当前高炉强化水平极高的情况下，烧结牛产应以强度为中心，必要 时宁可牺牲一些品位，咀确保烧结矿的强度。炼铁生产应以顺行为中心。必要时 稍降一点宙铁量，以保证包括造渣制度在内的高炉基本操作静唛的合理性。 1 1 3 高炉精料的发展趋势 目前，高炉精料中原料的改善，主要表现在进口矿数量增加、入炉品位提高 和高炉炉科结构合理化等方面。这些改善虽然促进了高炉的技术进步，但也给优 质炉料的生产带来了新的刚题。尤其是随着烧结矿铁品位的提高，s i 0 2 含量的下 降，烧结矿中粘结相的数量在减少，造成了烧结矿强度降低、成品率下降。这不 仅会影响炉料的质量，甚至有的还影响了正常生产。所以必须研究高铁低s i 0 2 烧结机理和高铁低s i 0 2 烧结技术，揭示在高铁低s i 0 2 条件下如何增加粘结相数 量，如何在有限粘结相数量的条件下提高烧结矿强度”j 。 因而，高炉原制准备技术必须以提高铁品位、降低s i 0 2 含量、改善烧结矿质 量为重点。未来的理想烧结矿质量见表j 1 所示oj 。 量为重点。未来的理想烧结矿质量见表1 1 所示p j 。 袭1 1 未来理想烧结矿质量( 质量白分比，) ! ：! 坦! ：! ! ! ! ! ! 旦竺! ! 堡! i ! ! 篓! ! 型2 1 11 1 生! ! 翼竺堡l 竺! ! ! 墅2 粒度组成 品位 转鼓强度r d !还原肚 6 0530 7 0 2 东北大学博士学位论文第一章绪论 1 2 实现低s i 0 2 烧结的意义 “十五”期间，我国炼铁生产的主要目标是努力实现“一精七高五低”，即 精料；高风温、高喷煤量、高顶压、高煤气利用率、高利用系数、高自动化程度、 高寿命；低渣量、 l 毛 s i l 、低焦比、低能耗、低成本。其中心环节是精料节能， 降低成本，实现这一目标的关键是改善烧结矿的质量1 6 。因此，积极开发新烧结 原料和新烧结技术就成为当前烧结理论和工艺研究的重要方向，而实现低s i 0 2 烧结正是适应这些要求而发展起来的举措之一。 中国的铁矿资源虽然储量丰富，但多为贫矿。由于受选矿技术的限制，国产 精矿品位仍低，难以将烧结矿中s i 0 2 含量降至4 5 。随着我国炼铁技术的发展 和政策的进一步开放，国内大多数钢铁企业都已购买国外铁精矿用于烧结生产。 国外铁矿石的全铁品位高( 6 2 6 8 ) 、s i 0 2 含量较低( 4 5 5 ，最低可 小于l ) ，另外还具有烧损较低、有害元素少、a 1 2 0 3 偏高等特点，扩大进口矿 的使用有可能将烧结矿中s i 0 2 含量降低到4 1 7 。8 j 。另外，即使目前先进的选矿技 术可将精矿粉中s i 0 2 含量降至很低的水平( 3 4 ) ，但维持低s i 0 2 烧结矿 ( s i 0 2 5 ) 良好的烧结指标仍然很困难，而且容易造成技术可行性与经济合理 性的不一致，最终导致影响低s i 0 2 烧结综合效应的发挥。因此，开发高铁低s i 0 2 烧结技术，可以有效合理地利用进口铁矿石资源。 就铁前系统整体而言，低s i 0 2 烧结生产对节能降耗、提质增效具有较大的意 义。从高炉冶炼的基本理论分析和工业试验研究可知，低s i 0 2 烧结能改善烧结矿 冶金性能，减少高炉渣量；减薄软熔层、增加滴落带的透气性，有助于高炉顺行 及降低焦比，特别是对于强化喷吹煤粉的效果方面，其作用更是不言而喻；同时 对于减少三废排放，实现清洁文明生产等也都极为有利【9 】。 目前，国内入炉烧结矿中s i 0 2 含量在5 7 范围内。但是，当s i 0 2 含量 降低到5 以下时，通常会引起烧结生产率降低、冷强度和低温还原粉化指标恶 化。因此，积极研究开发低s i 0 2 烧结技术，强化烧结生产，提高低s i 0 2 烧结矿 的综合性能具有重要意义。 1 3 低s i 0 2 烧结矿的特点及应用效果 1 3 1 降低s i 0 2 含量对烧结矿质量的影晌 ( 1 ) 降低s i 0 2 含量对成品率和生产率及冷态强度的影响 随着烧结矿向低s i 0 2 化发展，出现了烧结工艺的关键问题烧结矿强度及 料层透气性下降。f i 本学者中岛一磨等人认为，融液的流动性影响烧结矿的气孔 构造【堋，而气孔构造又与烧结矿的强度和透气性密切相关，因此促进气孔生长是 一1 一 东北大学博士学位论文 第一章绪论 提高强度和透气性的有效措施1 1 1 - 1 3 1 。他们利用x 射线和c t 装置调查了降低烧结 矿中s i 0 2 含量对烧结中产生的融液流动性和气孔构造的影响，为寻求抑制这种影 响的对策进行了基础研究。结果表明：随着原料中s i 0 2 含量的降低，烧结过程中 液相数量减少，流动性下降，从而抑制了气孔的形成。因为在烧结矿碱度不变时， 烧结原料中s i 0 2 和c a o 含量的同时降低导致了液相线上升【1 4 】，结果造成低渣量 烧结时烧结矿的强度和透气性降低。因此，中岛一磨等人认为：烧结矿低渣量生 产时出现的强度低、透气性恶化是烧结工艺上的问题，可以通过增加返矿配比， 降低原料装入堆比重而促进烧结矿中气孑l 生长的措施来解决。 川口等人研究了降低烧结矿中c a o 、s i 0 2 含量对烧结生产率及品质的影响， 结果表明： ( a ) 在c a o 含量( 9 5 ) 一定的前提下，降低s i 0 2 ( 5 ) 和m g o 含量时， f e o 含量降低，冷念强度、成品率改善，但改善程度比提高c a o 配比要小得多。 ( b ) 在s i 0 2 ( 4 1 ) 、a 1 2 0 3 、m g o 配比一定的前提下，降低c a o 含量时， 成品率、冷态强度及生产率恶化，尤其是在高结晶水矿石( 褐铁矿) 配比增加时， 生产率在c a o l o 的领域内显著恶化。增加粉焦配比可改善生产率。 ( c ) 在碱度( c a o s i 0 2 ) 一定的前提下降低s i 0 2 含量时，( a ) 和( b ) 的不良影响 同时存在，并且烧结速度下降。 ( 2 ) 降低s i 0 2 含量对还原性及还原粉化性能的影响 川口等人研究了降低烧结矿中c a o 、s i 0 2 含量对烧结矿还原性和还原粉化性 能的影响，结果表明0 5 ： ( a ) 在c a o 含量( 9 5 ) 一定的前提下，降低s i 0 2 ( 5 ) 和m g o 含量时， r d i 指标恶化而r i 指标改善。这是因为烧结矿中硅酸盐类矿物随s i 0 2 含量减少 而减少，磁铁矿随m g o 含量减少而减少。 ( b ) 在s i 0 2 ( 4 1 ) 、a 1 2 0 3 、m g o 配比一定的前提下，降低c a o 含量时， 随着c a o 含量的降低，烧结矿中铁酸钙减少、磁铁矿增加，结果r j 指标不变、 r d i 指标恶化。磁铁矿的增加除受c a o 含量减少的直接影响外，冷却速度的降低 也能促进其再结晶。另外，铁酸钙的减少使粉焦配比对赤铁矿磁铁矿比值的影响 增大，高焦比时，r i 指标恶化；r d i 指标在低c a o 含量( 3 m m ) 时，因其不能完全矿化，导 致液相生成数量不足，且矿物中铁酸钙数量减少，赤铁矿数量增加，使烧结矿品 质下降；而粒度过细( o 2 5 m m ) 又会使生成的液相平均碱度降低而促使渣的生 成，且造成矿物中铁酸钙数量减少，赤铁矿和磁铁矿数量增加，这同样会降低烧 结矿品质。 据研究1 7 “，石灰石矿化的最大粒度为3 r a m ，在石灰石的矿化粒度范围内尽量 粗粒化可使其分解反应变缓，可以缩短液相烧结时间，提高料层透气性，从而改 善烧结矿的矿物组织，减少骸晶状赤铁矿的生成，促进针状铁酸钙增多。另外， 石灰石粗粒化还可使烧结过程中的液相量增加，流动性增强，使气孔形状由凹凸 的不规则状转变为球状，这些都有利于烧结矿强度和r d i 指标的改善。试验研究 表明【”1 ，常温强度( s i ) 和r i 依赖于石灰石粒度的程度较小，而r d i 依赖的程 度较大；石灰石粗粒化能提高烧结速度和生产率，改善r d i 指标。 ( 9 ) 添加白云石 m g o 能固溶于b - - 2 c a o s i 0 2 中，可防止2 c a o - s i 0 2 的相变。另外，烧结矿 中含适量的m g o 可增强液相结晶能力，减少玻璃相的生成，还可抑制f e 3 0 4 在冷 却过程中再氧化生成f e 2 0 3 。当保持m g o 一定而降低s i 0 2 ( 至4 4 ) 时，r d i 指标基本保持不变，进一步降低s i 0 2 ，则r d i 指标明显恶化1 7 8 - 8 0 】。鉴于m g o 在 烧结中起到的良好作用，适当添加可缓解降硅带来的不良影响，明显改善r d i 指 标。 另外，在高p c i 操作下，由于热流比下降和炉身气体中h 2 、h 2 0 比率上升， 用r d i 就不可能确切地反映出烧结矿在高炉内的还原粉化性能。在模拟高p c i ( 2 0 0 k g t f e 以上) 操作条件下进行的r d i 测定结果表明【s ”，在高p c i 操作下， 由于热流比的降低，使烧结矿在低温区域的滞留时侧缩短，还原粉化被抑制，说 明喷煤有利于缓解烧结矿的还原粉化。由此可见，在高p c i 操作下，可适当放宽 烧结矿r d i 指标的上限标准。 以上几项措施大都是基于不同烧结原料的特点和设备条件而开发的，因此， 国内各烧结厂可以根据自己的实际条件予以借鉴，积极开发并实施低s i 0 2 烧结。 1 6 一 东北大学博士学位论文第一章绪论 1 5 3 低s i 0 2 烧结生产的制约因素 由上面的分析可知，实施低s i 0 2 烧结技术具有许多局限性1 8 】。 ( 1 ) 烧结自身技术的限制 烧结矿中的s i 0 2 含量达到5 时，如果再进一步降低s i 0 2 含量，在相同的碱 度和相同焦粉配比及不采取任何强化措施的条件下，生成的液相数量将减少，对 烧结矿的强度会产生不利影响；同时，烧结矿的生产率，还原粉化指数等质量指 标也会变坏，为高铁低s i 0 2 烧结生产带来了困难。由工业试验结果的统计数据可 知，当s i 0 2 含量达到5 时，每下降1 s i 0 2 ，吨矿返矿量将增加6 ，固体燃耗 上升5 ，烧结矿产量下降1 0 左右。 从生产实践及有关理论分析中还发现，随着烧结矿中s i 0 2 含量的不断下降， 除液相数量减少外，还会引起一些新的问题，如匀矿结构发生变化，混料过程中 的成球性变差；混合料的容积密度增加，影响了布料过程中的正常偏析及料层的 松散性；料层透气性变差后，抽风系统的负压随之升高，漏风率明显上升等。 ( 2 ) 原料结构及综合平衡的限制 低s i 0 2 烧结生产还受到原料结构、资源、成本以及上下工序综合平衡的限制。 若要获得烧结矿中s i 0 2 含量低于4 的原料结构，矿粉资源难于满足，况且含s i 0 2 低的精矿粉的成本也高；另一方面，钢铁生产过程中会产生一定量的含铁废弃物， 从资源利用和经济角度考虑，应该将其加以回收利用，但是因这些废弃物的品位 一般都较低，这无疑会引起烧结矿中s i 0 2 含量的上升；再则，从烧结技术的角度 考虑，提高碱度是强化低s i 0 2 烧结生产的有效手段之一，而烧结矿碱度的高低往 往受到高炉炉料结构的限制。以上因素都涉及系统平衡及综合利用的问题，也在 某种程度上限制了烧结矿中s i 0 2 含量的进一步下降。 ( 3 ) 高炉应用效果的限制 随着入炉料品位的提高，低s i 0 2 烧结矿引起渣量下降的同时，也使炉渣的化 学成分、理化性能、脱硫效果以及在高炉内的行为相应地发生变化；甚至使高炉 内复杂的相间反应、物料运动、热力学特性及反应物之间的相互作用等也会有一 个重新匹配的问题，难以获得提高品位后带来的一系列正面效果。济钢在工业试 验期间，曾将烧结矿品位由5 8 0 提高到5 9 7 ，高炉入炉品位由6 0 1 0 上升到 6 0 8 6 ，但实际获得的增产降耗效果并不明显，而操作难度又比原来