（钢铁冶金专业论文）宣钢合理烧结配矿的研究.pdf

河北理：f ：学院硕士学位论文 摘要 本文通过大量的烧结杯试验，并借助光学显微镜、x 一射线能谱分析等微观工 具，对宣钢不同铁矿粉的烧结成矿性能及宣钢合理的烧结配矿方案、工：艺参数进行 了深入系统的研究。本文主要研究内容包括：进口富矿粉的烧结成矿规律，进口粉 主要包括东海岸矿粉和果阿粉：宣化当地富矿粉的烧结成矿规律，宣化富矿粉主要 指黑矿粉和红矿粉；在上述研究的基础上，进行合理烧结配矿的研究，从而得出合 理的配矿方案和工艺参数。通过以上内容的研究，发现了在目前宣钢原料条件下， 配加适量的东海岸矿粉和果阿粉可以明显提高烧结矿的强度、成品率、还原度及抗 低温还原粉化性能，：并且可以改善烧结矿的矿相结构：配加黑矿粉和红矿粉进行烧 结时，烧结矿质量明显降低，生产率下降，尤其低温还原粉化率偏高：烧结矿矿相 结构不均匀，粘结相中，铁酸钙含量较少，而玻璃相含量相对较多；在上述研究的 基础上，进行了烧结配矿方案的设计、试验分析，得出了较为合理的烧结配矿方案 和工艺参数。这些内容不仅丰富了铁矿粉造块理论，还对工业生产人员进行现场操 作和工程控制具有指导意义，以及对从事相关领域研究的科研工作者也具有参考价 值。 关键词：烧结，烧结配矿，成矿规律 塑! ! 堡：! ：堂堕堡主堂堡笙塞 a b s t r a c t t h e p e r f o r m a n c eo fe v e r yi r o no r ef i n ea g g l o m e r a t i o n ，r a t i o n a ls c h e m e a n dt e c h n i c a l p a r a m e t e r so fo r em a t c h i n gf o rs i n t e r i n gw e r es t u d i e di nt h i sp a p e r o m ，s e m a n de d s w e r eu s e dt ol o s ! t h es a m p l eg o tf r o mas e r i e so fe x p e r i m e n t s f o l l o w i n gw e r et h em a i n s u b s t a n c e so ft h i sr e s e a r c h ：r u l e so fi m p o r t i r o no r e sa g g l o m e r a t i o n ，i m p o r t i r o no r e s i n c l u d ee a s t c o a s ti r o do r ea n dg u o a o1 r o no r e r u l e so fr i c hj r o no r e so fx u a n h u a a g g l o m e r a t i o n ，i ti n c l u d e sr e d i r o no r ea n db l a c ki r o no r e o nt h eb a s eo fa b o v es t u d i e s ， t h er a t i o n a lo r em a t c h i n gf o rs i n t e r i n gw a ss t u d i e d ，a n dr a t i o n a l s i n t e r i n gs c h e m ea n d t e c h n i c a l p a r a m e t e r sa r ee d u c e d b ys t u d y i n g ，w ef o u n dt h a ti n t e n s i t y ，f i n i s h e dp r o d u c t p e r c e n t ，r e d u c t i v ed e g r e e ，l o wt e m p e r a t u r er e d u c t i o nd e g r a d a t i o nr a t ea n dd i s t r i b u t i n go f m i n e r a l p h a s ei ns i n t e r sa r ei m p r o v e db ya d d i n gr a t i o n a le a s tc o a s to r ef i n ea n dg u o a oo r e f i n ei n s i n t e r i n gp r o c e s s t h eq u a l i t y o fs i n t e ra n dp r o d u c t i v i t ya r e g r e a td e c l i n e db y a d d i n gb l a c k o r ef i n ea n dr e do r ef i n e ，e s p e c i a l l y ，l o wt e m p e r a t u r er e d u c t i o n d e g r a d a t i o n r a t ei s h i g h e r ，d i s t r i b u t i n go fm i n e r a lp h a s ei sa s y m m e t r y ，t h ec a l c i u mf e r r i t ec o n t e n t si s l o w e ra n dg l a s s i n e s sc o n t e n t si s h i g h e ri nf e l t o fs i n t e r ，t h eq u a l i t yo fs i n t e r sc o u l db e i m p r o v e db yi n c r e a s i n gb a s i c i t yo fs i n t e r o nt h eb a s eo fa b o v es t u d i e s r a t i o n a lm a t c h i n g o r ef o rs i n t e r i n ga n dt e c h n i c a lp a r a m e t e r sa r er e c e i v e db y p l a n n i n gs c h e m eo fs i n t e ra n d a n a l y z i n ge x p e r i m e n t s t h er e s u l t so ft h i sr e s e a r c he n r i c h e dt h et h e o r i e so fi r o no r e a g g l o m e r a t i o na n dm a yp l a ya ni m p o r tr o l ei np r o d u c t i o no p e r a t i o n ，p r o c e s sc o n t r o la n d s c i e n t i f i cr e s e a r c h k e yw o r d s ：s i n t e r i n g ，o r em a t c h i n gf o rs i n t e r i n g ，r u l e so f a g g l o m e r a t i o n i i 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 获得河北理工学院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。 签名：1 塑堕墅日期：丝生年三月兰日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河北理工学院有关保留、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) 签名塑遣虽导师签名： 2 日期：塑生年! 月丝日 河北理工学院硕士学位论文 引言 随着现代钢铁生产的发展，提高产品质量、节能降耗成为各大钢铁企业当务之 急，烧结矿作为高炉炼铁基本原料之一，其质量的好坏起着至关重要的作用。改善 烧结矿质量及冶金性能，对于强化冶炼、降低焦比以及提高炼铁系统经济效益等具 有非常重要的作用。高炉有好的入炉矿石才能获得好的技术经济指标，同样，烧结 矿有合适的原料结构才能生产出质量好的烧结矿，因此，为了得到成本低、质量好 的优质烧结矿，就要寻求一种合理的、经济的原料配比进行烧结。单一铁矿粉的烧 结生产已很难满足企业的需要，当今大部分钢铁企业都采用了不同铁矿粉合理搭配 进行烧结，因而研究合理的配矿进行烧结生产己成当务之急。 烧结配矿就是将几种铁矿粉合理搭配并与熔剂、燃料等，根据烧结过程和烧结 质量的要求进行配料和烧结。合理的烧结配矿不但可以改善烧结矿的质量及冶金性 能，并且对炼铁系统有着重要的作用。在配矿烧结中，不同矿石的同化性能( 即铁 矿石中铁氧化物与c a o 反应能力) 是不同的，其生成液相的条件也是不同的。况 且，烧结本身就是一个不平衡的物理化学变化过程，在烧结料层中每个局部的烧结 温度，通过的烧结风量等也是不平衡的。因此，应根据不同企业的原料情况和不同 矿种的特性，进行合理的配矿设计，才能生产出即可以满足高炉冶炼的需要，又能 改善烧结矿质量、降低成本、提高经济效益的优质烧结矿。 本课题便是受宣化钢铁集团有限责任公司委托，针对其目前的原料状况，进行 不同原料配比的烧结试验研究，优化原料结构，得出合理的烧结配矿方案，从而生 产出质量好、成本低的优质烧结矿。 塑j ! 望三堂堕堡主堂鱼堡羔一 1综述 1 1 烧结矿的发展概况 1 1 1 国外烧结矿发展简述 烧结是用途最广的铁矿石造块方法。由于高炉是逆流工艺，固体炉料相对上升 气流而下降，必须供应块状的含铁炉料，因此，必须通过烧结法或球团法将粉矿造 成块状。球团法通常用在低品位矿石区，尤其是北美【1 1 。其它天然商品位矿石区多 采用成本较低的烧结法。因此，烧结法是迄今除北美以外使用最广的铁矿石造块方 法。 在前十几年中，世界上烧结矿年产量维持在5 3 0 5 8 6 m t 范围内【l 】。从1 9 8 9 年 起，由于前苏联和其它部分东欧国家发生巨变，因此，他们的钢铁工业进行了重新 调整，导致烧结矿产量有所下降。但近年来，随着中国、朝鲜等国家的烧结矿产量 的持续增加及东欧国家的经济逐步回升，世界烧结矿产量已经完全恢复并在不断增 加。尽管出现了新的炼铁工艺，但是在下个十年过更长的时间内，它们仍不可能对 高炉产量有巨大影响。因此，烧结依然是铁矿粉造块的主要方法，也是高炉入炉的 基本原料。 自2 0 世纪8 0 年代起烧结技术得到了快速发展，主要体现在烧结工艺和新技术 的研究开发和应用。烧结工艺方面如自动化配料、混合机强化制粒、偏析布料、冷 却筛分、整粒技术及铺底料技术等；新技术主要表现为球团烧结技术、小球烧结技 术、低温烧结技术、低硅烧结技术等2 矧。上述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。 烧结技术能得到如此快速的发展，其原因归结为： 1 ) 随着7 0 年代能源费用的增加而降低了能源消耗； 2 ) 由于一些老的、效益差的工厂被关闭而提高了生产率 3 ) 降低了生产成本，减少了环境污染。 - 2 - 河北理： 学院硕士学位论文 1 1 2 国内烧结矿发展简述 建国五十年来，我国铁矿石造块工业取得了很大的成就。建国初期，铁矿石造 块几乎为零，目前已建成并投产的特大烧结机( 4 0 0 m 2 以上) 5 台，全国拥有烧结机 2 1 0 台，总面积约为1 3 0 0 m 2 ，年产烧结矿1 5 亿吨以上。我国已成为世界上烧结矿 的生产大国。其发展情况和取得的成就如下：1 7 - 9 1 ( 1 ) 自1 9 7 8 年马钢冷烧技术攻关成功后，“六五”、“七五”期间一批重点 企业和地方骨干企业基本完成热烧改冷烧工艺。相当部分企业建成原料中和溻匀料 场，并投入使用，绝大部分厂家实现了自动化配料、混合机强化制粒、偏析布料、 冷却筛分、整粒技术及铺底料技术等。 ( 23 “七五”、“八五”以来在传统烧结工艺基础上研究开发了一批新工艺和 新技术，并在国内各大钢铁企业推广应用，如高碱度烧结技术、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。 ( 3 ) 设备大型化和自动化。2 0 世纪5 0 年代我国最大烧结机为7 5 m 2 ，6 0 年代 为1 3 0 m 2 ，8 0 年代为2 6 5 m 2 ，9 0 年代宝钢和武钢的烧结机为4 5 0 m 2 ，并相继投产， 这些都是我国自行设计，自行制造，并实现了自动化。 ( 4 ) 烧结生产指标及产品质量提高。近年来我国烧结矿质量显著提高，目前多 数厂家烧结矿品位达到5 5 以上，有的还达到5 8 。s i 0 2 含量降到5 左右，实现 了低硅烧结。烧结矿f e o 含量8 1 0 之间。转鼓指数和还原性明显提高。 此外，烧结厂的环境治理和预热回收方面也取得了较大的发展。 1 2 烧结矿矿物组成对其质量的影响 1 2 1 烧结矿的矿物组成及其性质 烧结矿的矿物组成及其结构，对烧结矿的机械强度和还原性能有着十分重大的 影响。烧结矿为多种矿物相组成的复合体，它的机械强度和还原性与其中的主要矿 物和粘结相的机械强度和还原性有直接的关系 1 0 j q ，现将有关这些主要矿物和粘结 相的试验结果列于表1 1 1 0 1 。 从表中可以看出赤铁矿、磁铁矿、铁酸一钙、铁橄榄石等均其有较好的强度： 而钙铁橄榄石当x = o 2 5 1 0 时，其强度也好；铁酸二钙的强度差，玻璃质强度最 3 塑! ! 堡二! ：堂堕堕! ：! 兰垡笙皇i _ 一 差。要得到强度较好的熔剂性烧结矿，就要使烧结矿的粘结相矿物中最大的形成低 氧化钙的钙铁橄榄石( x = o 5 ) 和铁酸一钙。 表1 - 1 烧结矿中主要矿物及粘结相的强度和还原性 t a b l e1 1t h ei n t e n s i t ya n dr e d u c t i v ep e r f o r m a n c e o f m a i nm i n e r a l sa n df e l t so f s i n t e r s 主要矿物及粘结相 k g c m - 2 + 还原率为一克试样在7 0 0 时，用1 8 升发生炉煤气还原1 5 分钟。 各种矿物的机械强度和还原性并不完全一致的。铁橄榄石和某些钙铁橄榄石随 有较好的强度，但一般都是还原性较差。只有铁酸一钙机械强度和还原性都好，而 玻璃质都差。赤铁矿和磁铁矿是容易还原的矿物，其还原度不仅与自身晶粒大小和 存在的状态有关，还与粘结相的种类和数量有关。晶粒细小密集丽粘结相少的磁铁 矿在8 0 0 c 就容易还原，然而大块磁铁矿( 如富矿粉) 或者被硅酸盐包裹时均难还 原，或者只是表面还原。气孔率高，晶体嵌布松弛和裂纹多的、组织易于破坏的容 易还原，但强度差。 1 2 2 影响烧结矿矿物组成与结构的因素 由于烧结矿各组分在烧结过程中所处的条件不同，矿物组成的性质，结晶的次 序，液相及其他矿物结合的情况等，这些都与生产操作条件相紧密相关。 d 河北理工学院硕士学位论文 ( 1 ) 烧结矿温度对矿物组成及结构的影响 烧结温度的高低一般取决于燃料用量，烧结料中燃料用量低，或燃料粒度过 细，其高温区水平就低，否则，烧结料中燃料的配比过高，或燃料粒度较大，就会 使烧结温度过高。高温区水平低，烧结过程中所须的烧结温度就达不到，产生不了 足够的液相，因而烧结矿的结构松弛，强度差。如果烧结温度过高，燃烧带加宽， 使烧结矿产生过熔，虽然矿物较发育，结晶较好，强度也比较好，但烧结矿f e o 含 量高，还原性差。 随着配碳量的变化，烧结矿的矿物组成也发生改变，如图1 1 ，这是我国某铁厂 磁铁矿碱度为1 2 5 ，不同配碳量烧结时，矿物组成的变化情况。 摹 。 蜊 抽 霹 b 目c 埙量， l - 钙铁橄榄石及其他硅酸盐矿物；2 铁酸钙： 3 - b - 2 c a o s i 0 2 ；4 - 赤铁矿；5 富氏体，6 - 磁铁矿 图1 - 1 不同配碳量对烧结矿矿物组成的影晌 f 嘻1 - 1 t h ee f f e c t sb e t w e e nm i n e r a lc o n s t i t u e n t sa n dd i f f e r e n tc a r b o n q u a n t i t y ( 2 ) 碱度对烧结矿矿物组成与结构的影响【1 2 , 1 3 , 1 4 烧结矿的碱度对其矿物组成和结构具有很重要的作用。一般低碱度烧结矿 ( r 3 0 ，烧结矿中 几乎不含钙铁橄栈石和玻璃质；烧结矿的矿物组成比较简单。主要有铁酸钙磁铁 矿，硅酸二钙和硅酸三钙。 因此，碱度是形成烧结矿矿物结构的重要因素之一，当碱度高时，熔体中c a o 浓度高，c a o 向f e 2 0 3 渗透点增多，当升温速度与矿化反应速度一致时，则产生的 铁酸钙类低熔点化合物增多，冷却时铁酸钙迅速以针状，板状结晶，这种烧结矿强 度最好。所以般商碱度烧结矿的强度和还原性优子自熔性烧结矿，其矿物鉴定的 解释是，它所含的矿物还原性较好，强度较高。北科大对武钢烧结矿矿物组成显微 鉴定结果，碱度为1 7 时，铁酸钙数量可达到3 0 3 5 ，其晶形有绍针状、熔蚀 状、柱状和板状。其中细针状约6 0 。不同企业应根据本身的具体情况，选择合理 的烧结矿碱度。 ( 3 ) s i 0 2 、m 。g o 及a 1 2 0 3 对烧结矿矿物组成与结构的影响1 6 ，1 7 】 我国是低品位、高s i 0 2 贫铁矿资源的国家，用于烧结矿的多数精矿粉的s i o ：含 量在6 5 以上，我国多数钢铁企业 的精矿粉若不与进口高品位、低 硅、低铝的粉矿相配用很难生产出 离铁分、低硅的烧结矿。矿粉中的 s i o z ，是烧结时产生足够液相及磁 铁矿粘结的基础，也是烧结矿较高 机械强度的前提条件。但是，用高 硅矿粉进行烧结生产时，在冷却过 程中有明显的粉化现象。主要原 因是矿粉中的s i o z 与熔剂中的c a o 在烧结时生成2 c a o s i 0 2 ，它在冷 却时发生晶型转变导致体积膨胀造 成的。矿粉中s i 0 2 含量降低，2 c a o s i 0 2 生成量减少，其危害自然减轻。 蘩 旨 耋 据 精矿糟中s l o a 吉量( ) 图1 - 2 糟矿粉中s i 0 2 含量与自然粉化率 翱含铰品位的关系 f i g 1 - 2 r e l a t i o n sb e t w e e n s i 0 2c o n t e n to f f i n ei r o n o r ea n dn a t u r a lp u l v e r i z a t i o nr a t ea n dt f e 精矿中s i 0 2 含量与烧结矿粉化率的关系如图 1 2 所示。并且烧结矿的s i 0 2 是高渣比冶炼的源头，若不控制烧结矿中的s i 含 6 一 述料晕窭 河北理j 。：学院硕士学位论文 量，高炉的指标就上不去，跟不上时代的步伐。通过s i 0 2 对铁矿粉使用价值影响的 研究” ，发现铁矿粉中s i 0 2 含量变动与烧结矿品位变动有明显的走向相反的对比关 系，品位相同的铁矿粉，其使用价值与其s i 0 2 含量成反比。北欧一些国家烧结矿的 s i 0 2 含量已降到了低于2 5 的水平，说明我国烧结技术还大有潜力可挖。 在烧结配料中添加一些m g o 添加剂( 白云石) 代替石灰石时，发现烧结矿中随 着m g o 含量增加自然粉化率有明显的下降，烧结矿的强度有所改善。因为当有 m g o 存在时，形成新的粘结物如钙镁橄榄石( c a o m g o s i 0 2 ) ，镁蔷薇石 ( 3 c a o m g o 2 s 1 0 2 ) 及镁橄榄石( 2 m g o s i 0 2 ) ，黄长石( 2 c a o m g o 2 s i 0 2 ) 等 矿物，同时烧结矿中m g o 有稳定b 2 c a o s i 0 2 作用。此外，加入m g o 使烧结矿的 还原性能提高，这可能是由于生成钙镁橄榄石等矿物而阻碍了难还原的铁橄榄石和 钙铁橄榄石。在高碱度的情况下高氧化镁烧结矿的试验和工业试验表明【1 2 ，在烧结 料中配加一定量的白云石使烧结矿中氧化镁的含量由自然量1 6 增加到2 7 时， 烧结矿的冶金性能优于普通的高碱度烧结矿。高碱度高氧化镁烧结矿对高炉排碱抑 制高炉结瘤起到了很好的作用。表1 - 2 是不同m g o 含量的烧结矿矿物组成【1 2 1 。 表1 - 2 不同m g o 含量的烧结矿矿物组成 t a b l e1 2m i n e r a lc o n s t i t u t e si nd i f f e r e n tm g o c o n t e n to f s i n t e r 6 06 54 51 07 少少少少 烧结矿的化学成分中，不能没有a 1 2 0 3 ，一定的a 1 2 0 3 s i 0 2 比是烧结矿形成针状 复合铁酸钙的必要条件，但是烧结矿a 1 2 0 3 含量高了，危害极大，a 1 2 0 3 超过2 o 烧结矿的强度明显下降，并且影响高炉渣的流动性和脱硫能力。a 1 2 0 3 可以加剧 烧结矿低温还原粉化，因为随着a 1 2 0 3 配加量增加，使f e 2 0 3 的还原速度明显加 快，还原应力趋于集中，并且膨胀裂纹扩展，从而使还原粉化率提高。 - 7 一少少少少 出小小心 ，少少 啦岱心也；7 ” 坫 m ! m ， 8 7 6 5 如 ：合 五 一 2 2 1 1 3 4 河北理工学院硕十学位论文 一一 1 3 烧结配矿的研究概况及存在的问题 1 3 1 烧结配矿的研究概述 随着现代钢铁生产的发展以及在市场经济的推动下，生产成本和经济效益的矛 盾十分突出，对于各大钢铁企业来说，降低成本、提高产品质量已迫在眉睫。因 此，单一矿种的烧结已经难于满足企业的要求，当今大部分企业已经采用几种矿粉 合理搭配进行烧结，这样即可以降低烧结成本，又能提高烧结矿质量。尤其最近各 大企业相继增加进口粉和外来铁矿粉的用量，并且随着进口粉和外来粉种类增多， 探讨各种原料的合理配比己势在必行，所以对烧结配矿的研究具有很重要的实践作 用。烧结配矿就是将几种铁矿粉合理搭配并与熔剂、燃料等，根据烧结过程和烧结 质量的要求进行配料和烧结。 国内外对烧结配矿的研究及探求合理的配矿烧结主要体现在以下几点： ( 1 ) 烧结矿品位 烧结矿品位是钢铁联合企业中一个举足轻重的生产参数，它可以直接的或间接 的影响高炉的生产指标。一般认为，入炉矿石品位提高，可减低高炉焦比，增加生 铁产量，但是只有在烧结矿强度和冶金性能良好且稳定的前提下才能实现2 “。 由于对铁精矿品位问题的认识存在片面性，以及在评价准则和方法上未形成共 识，使这个问题至今没有明确的结论2 甜。有的认为，铁水能值和费用的大小是评价 矿石品位是否合理的重要指标，至少要用这两个指标权衡矿石品位变化带给炼铁系 统各工序之得失，才能得出正确的结论【2 3 】。 提高含铁原料品位，可以通过使用一定比例的高品位进口粉来取代一部分低品 位粉矿，降低低品位矿的用量。安钢从1 9 9 6 年1 1 月开始，停止采购和使用低品位 粉矿，从而实现了烧结用全高品位的含铁原料生产；实践证明，这样不仅没有影响 烧结矿t f e 的稳定性，相反，烧结矿t f e 、碱度稳定率较用低品位粉矿前分别提高 o 6 0 和6 5 2 ，同时，烧结矿t f e 提高约i 0 【2 4 】。但是，不能盲目的提高烧结矿 的品位，因为烧结矿品位对铁水费用的影响有个经济品位区，大于这个区间，炼 铁费用随烧结矿品位增加而升高，这是主要由于烧结矿品位增加，采用的高品位原 料的价钱相应升高，使炼铁成本增加，所以确定合理的烧结矿品位具有非常重要的 作用。 河北理： ：学院硕士学位论文 总之，研究烧结矿( 或铁精粉) 的合理品位，必须立足于整个炼铁系统。从节 能的观点出发，烧结矿品位越高越好。但是，当烧结矿品位已经处于较高水平时， 继续提高品位的节能效果将逐渐减弱。从降低生产费用的观点出发，烧结矿品位不 是越高越好，尤其是在我国多数高炉长期使用自熔性烧结矿的冶炼条件下，单位铁 水的生产费用与烧结矿品位之间的相互关系曲线一定存在最低点。从降低生产费用 和节约能源的观点出发，烧结矿存在经济品位区间。 ( 2 ) 原料成本 原料成本可以直接影响烧结矿的成本，从而影响整个炼铁系统的费用。一般情 况下，原料的品位越高其价钱也越高，采用怎样的原料配比，要考虑到整个炼铁系 统的经济效益，不能仅以降低原料成本核算，多用低价原料。只有将原料成本、品 位以及炼铁系统的效益等因素综合考虑，才能制定出合理的原料配比和配矿烧结。 ( 3 ) 烧结矿质量指标 烧结矿是我国高炉炼铁的主要炉料，精料是高炉冶炼的基础，高炉操作指标离 不开烧结矿的质量。新钢烧结厂经过对烧结矿质量和产量对炼铁系统影响的研究， 发现要改善炼铁指标，应优先重视改善烧结矿质量，提高烧结矿品位，减少成分波 动，其次才是增加烧结矿产量，提高高炉入炉熟料比【2 5 】。烧结矿质量指标主要指烧 结矿的落下强度、成品率、转鼓指数、抗磨指数以及冶金性能等。 此外，烧结矿的成分及成分的波动对烧结矿及高炉冶炼也有不同程度的影响。 如前所述，烧结矿中s i 0 2 、m g o 、a 1 2 0 3 等均对烧结矿有着重要的影响。 综合以上几点，选择合理的配矿应具有以下几点 2 6 】： 1 ) 固体燃耗低，原料费用低； 2 ) 合理的烧结矿品位，造渣组分适宜； 3 ) 落下强度、转鼓指数和成品率高，返矿率低： 4 ) 低温还原粉化率低： 5 ) 还原性能好： 6 ) 利用系数及烧结矿产量高。 - 9 河北理t 学院硕士学位论文 1 3 2 配加进口矿粉烧结的发展情况 随着我国炼铁技术的发展和政策的开放，以及生铁产量逐年增加，当地矿石资 源r 益紧缺，为了缓解矿石紧张的局面，国内各钢铁企业亦开始购买国外铁矿石， 用于烧结生产 2 7 , 2 8 1 。进口矿主要是澳矿、印度矿、南非矿以及巴西矿粉等。进口铁 矿石一般品质较好，矿石品位高，有害杂质s 、p 及s i 0 2 含量较少，成分较为稳定 2 9 】。昆钢通过近三年的烧结生产实践，使用进口粉矿能提高烧结工艺技术经济指标 3 0 】，如烧结矿品位提高，碱度和全铁的稳定率得到有效的控制，并且进口矿粉具有 良好的物理性能，使烧结机利用系数及产量得到提高。 宣钢所采用的进口原料主要是印度粉。在昆钢烧结试验中配加印度果阿粉发现 2 9 1 ，果阿粉配比由o 一1 5 一3 0 时，烧结的利用系数由1 7 2 t m 2 h 一1 7 3 t m 2 h 一 1 7 6 t m 2 h 。但是，当该矿配比由0 3 0 ，燃料配比5 ，烧结矿中f e o 含量低于 8o 时，对低温还原粉化性能的影响较大，r i d + 3 1 5 由8 6 7 2 一5 7 7 3 ，因此应采 取有效的控制措施。宣钢根据其实际情况，分别进行了配加1 0 、1 5 、2 0 e l l 度 果阿粉烧结试验3 1j ，随着果阿粉配比的增加，烧结矿产质量指标明显改善，在宣钢 目前生产条件下，采取适当措施配加1 0 2 0 的果阿粉，基本可行。但是，随着 果阿粉配比的提高，尽管烧结矿强度指标不错，但高炉炉况却逐渐变差，果阿粉配 比升至2 0 时，炉况不顺，减风、减压次数增多【3 2 】。因此，研究果阿粉适宜配比有 很重要的作用。 1 3 3 存在的问题 在烧结配矿的研究中，存在的问题主要体现在以下几个方面： 一、各企业的铁矿粉来源不同，矿粉的烧结成矿性能不同，则搭配方式及配比 就会不同，因此，合理的烧结配矿没有统一的标准，其配矿效果也会因地而异。 二、各矿粉的烧结成矿性能需做进一步的研究分析，以达到扬长避短的作用效 果。 三、试验工作量大，方案设计复杂。 - 】0 河北理工学院硕士学位论文 1 4 研究内容及方法 1 。4 1 研究内容 ( 1 ) 根据宣钢所提供的原料拟定烧结试验方案并对拟用原料进行全分析及粒度 组成的测定。 ( 2 ) 不同铁矿粉的烧结成矿规律以及烧结生产过程工艺参数的匹配关系的研 究，具体内容如下： 进口富矿粉( 东海岸矿粉和果阿粉) 烧结成矿规律的研究； 宣化当地富矿粉( 黑矿粉和红矿粉) 烧结成矿规律的研究； ( 3 在上述研究的基础上，进行合理烧结配矿的研究，从而得出合理的配方案 和工艺参数。 1 4 2 研究方法 本论文主要采用的研究方法为： ( 1 ) 根据试验方案和试验条件进行烧结杯试验，并采用烧结矿物理性能测试装 置对其落下强度、成品率、粒度组成、转鼓指数以及抗磨指数等烧结矿指标进行测 定和分析。 ( 2 ) 采用烧结矿冶金性能测试系统对其还原性能、还原粉化、荷重软化等性能 进行测定和分析。 ( 3 ) 通过微观测试手段对烧结矿矿物组成、矿相成分、含量进行显微分析，研 究不同矿物配比对其矿物组成和烧结矿质量的影响。 ( 4 ) 通过对不同矿粉烧结成矿规律的研究，进行配矿设计和试验，并结合物理 性能、冶金性能以及微观测试工具等测试方法，寻找出合理的烧结配矿方案。 河北理：r 学院硕士学位论文 2 1 试验条件 2 1 1 原燃料条件 2 试验 试验所用原燃料由宣钢提供，原燃料成分、粒度组成由河北理工学院化验测 定，其原燃料成分见表2 1 ，粒度组成见表2 2 。 表2 - 1 原料化学成分， t a b l e2 - 1c h e m i c a lc o m p o s i t i o n so f t h er a wm a t e r i a l s 果阿粉6 16 0 5o 73 8 3 5o 7 1i 丽百丽f 一 东海岸 6 4 7 1 50 4 2 7 7o 3 9 2 2 6o 0 3 8 磁铁矿精粉6 4 2 0 02 6 8o 7 1 05 1 41 4 6 1 6 60 0 3 0 涞源精粉 6 3 8 0 02 4 7 0 7 3 53 7 7 54 8 9 5 o 8 80 0 1 3 红矿粉 5 9 2 0 50 8 1 0 6 80 7 1 2 0 6o 0 5 9 黑矿粉 5 4 5 5 51 5 1 1 2 6 01 2 3 7 1 6 33 2 402 9 0 灰石493 0 5 3 6 62 9 4 镁质石灰468253 9 7 52 8 5 9 钙质石灰6 7 6 1 5 3 8 72 0 9 5 焦炭灰分 7 3 5 04 1 6 83 4 6 表2 - 2 原料粒度组成， t a b l e2 - 2 g r a n u l a r i t yc o m p o s i t i o n so f r a wm a t e r i a l s 涞源精粉0 4 90 3 2 8 4 4 1 0 0 5 2 0 4 0 2 5 9 5 3 4 3 5 东海岸6 2 - 6 6 2 1 0 69 8 9 2 3 3 1 7 9 1 6 60 6 1 黑矿粉6 6 7 8 1 8 2 07 9 2 2 6 3 2 5 8 1 4 80 4 l 红矿粉6 7 0 42 4 5 4 6 5 3 1 0 1 0 6 8 0 1 7 0 0 3 1 2 河北理1 ：学院硕士学位论文 2 1 2 烧结试验条件和参数 烧结混合料先由人工预混，然后在3 0 0 1 0 0 0 m m 的圆筒混合机中混合，然后在 直径为5 0 0 m m 圆盘混料机中进行二次混合制粒。烧结杯为q ) 2 0 0 m m 3 8 0 m m 配叶 式3 “风机，风量为1 4 4 m 3 m i n ，烧结抽风负压为8 , 8 2 k p a ；以液化石油气点火，点火 温度为1 1 5 0 。c 左右，点火时间为1 5 m i n 。 烧结工艺流程图见图2 1 ，烧结试验装置示意图见图2 2 。 图2 - 1 烧结工艺流程图 f i g 2 - 1t h ef l o wc h a r t o f s i n t e r i n gp r o c e s s 旦些堡三堂堕堡主堂垡堡塞 ，一一 图2 2 烧结试验装置示意图 f i g 2 - 2 s c h e m a t i cd r a w i n go f a s e t - u pu s e df o rs i n t e r i n g 1 助燃风机；2 液化石油气罐：3 废气温度显示仪：4 热电偶；5 烧结杯；6 点火温度显示仪； 7 点火器：8 负压计：9 一级旋风除尘器：1 0 二级旋风除尘器；1i 泡沫除尘器：1 2 消声器：1 3 抽风机 2 1 3 烧结指标测定 烧结过程中在相同点火条件、抽风负压下，记录废气温度曲线，测定垂直烧结 速度。烧结矿的冷强度和粒度组成测定参照国家标准( g b 8 0 2 9 8 7 ) ，烧结矿从烧 结杯倒出后，在2 m 高的落下装置中进行三次落下试验，进行筛分后，测得成品率 及粒度组成：将 1 0 m m 的烧结矿缩分取样，采用1 5 i s o 标准转鼓，进行强度指标 ( 转鼓指数和抗磨指数) 检验。有关指标计算方法如下： 成品率。两g 1 1 0 0 式中：g ，大于6 3 m m 粒级的烧结矿重量，k g ： 烧结矿总重，培。 垂直烧结速度：皇上二! 肌m 卅加 r 式中：凰装料前料面至杯口的高度，t r i m ： 马装料后料面至杯口的高度，m m ： 】4 塑! ! 望堂堕堡主兰焦堡墨一 ，烧结时间，r a i n 。 转鼓指数：t ：堕1 0 0 m o 抗磨指数：a =坠二塑! 垒! 。1 0 0 m o 式中：m 。入鼓试样重量，堙； m ，转鼓后+ 6 ，3 r a m 粒级部分重量，堙； m 。转鼓后一6 1 3 + 0 5 r a m 粒级部分重量，培。 2 1 4 冶金性能指标的测定 1 1 还原性能 采用国家标准( g b t 1 3 2 4 1 9 1 ) 进行测定。在固定床中用c o 和n 2 的混合气体 进行等温还原，试样粒度1 0 0 1 2 5 m m ，试样重量5 0 0 克1 粒，还原温度9 0 0 c ， 还原气体成分3 0 c o ，7 0 n 2 ，还原气体流量为1 5 升分，还原时间3 小时。主要 考核的还原度指数( r i ) 是指铁矿石还原3 小时时的还原度。用下列公式计算时间t 后的还原度r l ，计算时，t 为3 h ，以三价铁为基准，用质量百分数表示。还原试 验装置示意图见图2 3 ，其中反应管直径中7 5 m m 。 尺，：f 兰巫十尘塑 1 0 0 l o 4 3 0 w 2m o 0 4 3 呒 式中：州广试样的质量，g ； 晰厂还原开始前试样质量，骱 m f 还原t ( r a i n ) 后试样质量，g ； 试验前试样中f e o 的含量，； 试验前试样的全铁含量，。 塑! ! 望三兰堕堡主兰篁堡墨 12 、 越 出： i 一 劂f 9 fh 刚 1 3 阿8 l 刖j _ j 1 产 l j 19 1 1 ，吨呈雪! 1 17 心16 厂t 了 h 如r o o | t 1 彳j i i18h j 图2 3 还原装置示意图 f i g 2 - 3 s c h e m a t i cd r a w i n go f r e d u c t i v e f a c i l i t y 1 空气压缩机；2 氮气瓶；3 c 0 转化炉：4 混合器；5 洗涤瓶( 吸收0 2 ) ； 6 洗涤瓶( 吸收c o ：) ；7 洗涤瓶( 干燥气体) ：8 流量计；1 0 还原炉；1 1 反应管；1 2 电子天平；1 3 废气燃烧器 1 4 运算器；1 5 记录仪；1 6 红外气体分析仪；1 7 红外气体分析仪；1 8 溢控仪 图2 - 4 荷重软化试验装置示意图 f 培2 _ 4 s c h e m a t i cd r a w i n go f a s e t - u pf o ri n t e n e r a t e du n d e rp r e s s u r e 硅碳棒；2 电炉；3 坩埚底座：4 试样：5 硅碳棒压杆；6 紧固螺丝；7 配重：8 百分表 9 钢棒压杆：1 0 支架；1 i 石墨坩埚；1 2 热电偶；1 3 温控仪 - 1 6 塑! ! 望! 堂堕堡主望堡堡茎一一 2 、低温还原粉化 在固定床中进行静态等温还原，还原i 小肘后，将试样从炉中取出t 氮气保护 下冷却至室温，i g d , n 鼓转3 0 0 转，然后用6 , 3 r a m 、3 1 5 r a m 和0 5 m m 的方空筛筛 分，用相应部分的质量百分数表示低温还原粉化性能，分别用符号r d i + 6 3 ， r d i ”1 5 ，r d i 毋5 表示。r d i + 315 为考核指标，r d i “3 和r d i o5 为参考指标。计算方 法如下： r d i “3 = 塑1 0 0 m d o r d i + 3 l5 = m d z + m o z 1 0 0 f h d q 足d t 。；：m 。o - ( t o o , + m m + m m ) 。1 0 0 m o o 式中：m d o 还原后转鼓前试样的质量，g ； 册d ，留在6 3 m m 筛上的试样质量，g ； m 。? 留在3l5 r a m 筛上的试样质量，g ； d 厂一留在0 5 r a m 筛上的试样质量，g ； 3 ) 荷重软化性能 在升温过程中，当料柱高度收缩i o 时的温度为软化开始温度( t l o ) ，收缩 4 0 时的温度为软化终了温度( t 4 0 ) ，t = t 4 0 * , 、t l o 为软化温度区间。试样粒度 为2 5 - 3 2 r a m ，荷重为l k g c m 2 ，料柱高度为2 0 m m 。荷重软化试验装置示意图见图 2 4 。 2 2 试验方案 本课题的研究分为两大部分进行，第_ 部分是对不同铁矿粉烧结成矿规律及烧 结特性的研究，第二部分是合理烧结配矿的研究。具体试验方案如下； 第一部分：铁矿粉烧结成矿规律的试验方案： ( 1 ) 进口富矿粉( 主要包括印度东海岸矿粉和果阿粉) 烧结性能的研究，试验 方案见表2 - 3 和2 4 ，在配料中由磁铁矿精矿粉补齐。 - 1 7 - 河北理工学院硕士学位论文 配料条件：碱度r 2 - - - - 1 7 ，m g o 为2 ，8 ，钙质石灰4 ，烧结返矿3 0 ，配碳 3 7 5 。用镁质石灰调节烧结矿m g o 含量，石灰石调节碱度。 表2 3 印度东海岸矿粉的烧结试验方案 t a b l e2 - 3e x p e r i m e n ts c h e m eo f s i n t e r i n go fe a s t - c o a s to r ef i n eo fi n d i a 编号碱度东海岸，涞源精粉 基准样( s )1701 0 1 11 7 1 01 0 1 217 1 51 0 1 317 2 01 0 1 41 7 2 51 0 1 - 51 7 3 01 0 1 6 1 73 5 1 0 】一71 7 4 01 0 表2 - 4 印度果阿粉烧结试验方案 t a b l e2 - 4e x p e r i m e n ts c h e m e o f s i n t e r i n go f g u o a oo r ef i n eo f i n d i a 2 - 21 7 1 5 】0 2 - 31 7 2 0 1 0 2 - 4 1 7 2 51 0 2 _ 5 1 7 3 0 1 0 2 - 6 1 7 3 5 1 0 2 _ 7 1 7 4 0 1 0 表2 - 5 黑矿粉烧结试验方案 t a b l e2 - 5e x p e r i m e n ts c h e m e o f s i n t e r i n go f b l a c k o r ef i n e 3 - 1 1 7 1 0 5 3 - 2 17 1 0 8 3 - 3 1 7 1 0 1 0 3 _ 4 l7 1 0 1 5 - 1 8 河北理工学院硕士学位论文 表2 - 6 红矿粉烧结试验方案 t a b l e2 - 6e x p e r i m e n ts c h e m eo fs i n t e r l n go f r e d o r ef i n e ( 2 ) 宣化当地富矿粉( 主要为当地黑矿粉和红矿粉) 烧结成矿