（钢铁冶金专业论文）配碳量对包钢烧结工艺和烧结矿冶金性能的影响.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 配碳量对包钢烧结工艺和烧结矿冶金性能的影响 摘要 烧结矿是高炉炼铁生产的主要原料之一，烧结矿的产量高低和质量的好坏直接影响 着高炉冶炼。而烧结时的固体燃耗对烧结矿的冶金性能有着重要的影响。本实验以包头 钢铁公司特殊矿为基础，研究把煤粉作为烧结燃料时，考察固体燃耗对烧结工艺及烧结 矿冶金性能的影响。主要研究目的是在包钢目前的生产条件下降低固体燃耗，改善烧结 工艺和烧结矿的质量。 以包钢现场生产条件为基准，进行了不同燃料配比的烧结试验。通过试验考察了不 同固体燃耗对烧结工艺参数，烧结矿的常温强度，低温还原粉化性能，中温还原性能， 及高温软融滴落性能的影响；并进行矿相分析，测定不同配碳量烧结矿中铁酸钙的数量。 烧结试验结果表明，降低配碳量时。烧结矿的固体燃耗减小；垂直烧结速度增大； 烧结杯的利用系数显著提高；烧成率增大：成品率和转鼓强度略有降低。 烧结矿的高温冶金性能的试验结果表明：降低配碳量时，烧结矿中铁酸钙数量增多， 烧结矿的中温还原性能变好；f e o 含量的降低，烧结矿的r d i + 3 肺指数减小；烧结矿的 软化温度升高，滴落温度降低，软熔区间变窄，料柱的透气性变好。 为了探求降低配碳薰可以改善烧结矿高温熔融滴落性能的原因，还进行了还原度对 烧结矿熔化和滴落性能影响的研究，找出还原度变化对烧结矿熔化过程和滴落过程的影 响规律。研究表明：在高温条件下。烧结矿的还原度越高，其高温熔融滴落性能就越好。 降低配碳量，烧结矿的还原性能变好，在高温条件下，烧结矿的还原度越高，从而改善 了烧结矿的熔融滴落性能。 关键词：烧结矿；固体燃耗；软熔滴落性能；矿相分析；铁酸钙；还原度 一 业垄兰堡主兰堡垒查垒! ! ! ! ! ! e f f e c to fc a r b o na d d i t i o no ns i n t e rp r o c e s sa n ds i n t e r s m e t a l l u r g i c a lp r o p e r t yo fb a o g a n g a b s t r a c t t h es k a t e r sa l eo n eo ft h ep r i m a r ym a t e r i a lo fb l a s tf u r n a c ei r o n m a k i n g ，t h ep r o d u c t i v i t y a n dq u a l i t yo fs k a t c rh a v ed i r e c te f f e c to nb l a s tf u r n a c ei r o n m a k k a g a n dt h es o l i df u e l c o n s u m p t i o ni ns k a t e rh a si m p o r t a n ti m p a c to i lm e t u a l l u r g i c a lp r o p e r t i e so fs k a t e r i no r d e rt o i n v e s t i g a t et h ea b o v ep r o b l e m sa n di m p r o v et h eq u a l i t yo fs k a t e r , as e r i e so fe x p e r i m e n t sa r e c a r r i e do u tb a s e do nt h ec o n d i t i o n so fr a wm a t e r i a l sp r a c t i c a l l yu s e di nb a o g a n g i ti sa i m e d t of i n do u tt h ee f f e c to ft h ec o n t e n to fs o l i df u e lc o n s u m p t i o no ns k a t e rp r o c e s sa n dt h e m e t u a u u r g i c a lp r o p e r t i e so fs k a t e rw h e nc o a li su s e da si g n i t e df u e l ，a n da n o t h e ra i mi st o r e d u c et h es o l i df u e lc o n s u m p t i o no fb a o g a n ga tp r e s e n ta n di m p r o v es k a t e rp r o c e s sa n dt h e q u a l i t yo fs k a t e r u n d e rc o n d i t i o no fb a o g a n ga tp r e s e n t ，d e c r e a s i n gt h ec o n t e n to fc a r b o n ；t h ee x p e r i m e n t s w i t hd i f f e r e n tc a r b o nc o n t e n ta r ee x a m i n e d 。t t - o u g he x p e r i m e n t s ，t h ee f f e c to fc a r b o n a d d i t i o no ns k a t e r p r o c e s s ，n o r m a lt e m p e r a t u r es t r e n g t h ，l o w t e m p e r a t u r er e d u c i b i l i t y d i s i n t e g r a t i o n 、m o d e r a t e t e m p e r a t u r er e d u c i b i l i t y 、a n dh i g h - t e m p e r a t u r es o f t i n ga n dm e l t i n g p r o p e r t i e sa r ei n v e s t i g a t e d ；t oo b s e et h em i c r o s t r u c t u r eo fs k a t e r sa n dd e t e r m i n et h ec o n t e n t o fm o n o c a l c i u mf e r r i t eb ym i c r o s c o p e 。 t h es k a t e re x p e r i m e n tr e s u l t ss h o w ：w i t ht h ed e c r e a s i n go fc a r b o nc o n t e n t ，t h es o l i df u e l d e c r e a s e ；t h ev e r t i c a ls k a t e r i n gv e l o c i t yb e c o m e sf a s t e r ；t h ea v a i l a b l ep a r a m e t e r sa d d s i n 口e 踮i n 百y ；t h ep r o d u c t i v i t yb e c o m e sh i g h e r ；t h ep r o d u c t i o ny i e l da n ds t r e n g t hb e c o m e s r o r s e 。 t h eh i g h - t e m p e r a t u r ee x p e r i m e n to fs k a t e r ss h o w ：w i t ht h ed e c r e a s i n go fc a r b o n c o n t e n t ，t h ec o n t e n to fm o n o c a l c i u m f e r r i t e i n e a s e s ，s o t h a t m o d e r a t e t e m p e r a t u r e r e d u c i b i l i t y b e c o m e sb e t e e r , t h ec o n t e to ff e od e c r e a s e s ，t h er d l 31 5 ( r e d u c t i o n d i s i n t e g r a t i o ni n d e x ) b e c o m e sw o r s e ；t h es o f t k a gt e m p e r a t u r e sb e c o m eh i g h e rw i t ht h e d e c r e a s i n go fc a r b o n ，t h ed r o p p i n gt e m p e r a t u r eb e c o m e sl o w e r , a n dt h es o f t e n m e l t i n gz o n e b e c o m e sn a r r o w e r , p r e s s u r eo fc o l u m nb e c o m e sl o w e r i no r d e rt of i n do u tt h er e a s o nt h a tt h eh i 曲一t e m p e r a t u r em e l t i n ga n d d r o p p i n gp r o p e r t yo f s i n t e rb e c o m e sb e t t e rw i t hd e c r e a s i n go f c a r b o nc o n t e n t ，t h ep r o c e s so fm e l t i n ga n dd r o p p i n g h 1 塑型型堡垒堡兰一 垒! 塑璺 o fs i n t e r sw i t hd i f f e r e n tr e d u c i b i l i t ya r ee x a m i n e d i t i sa i m e dt oo b s e et h ee f ! f e c to f r e d u c i b i l i t yo nt h ep r o c e s s e so fm e l t i n ga n dd r o p p i n go fs i n t e r t h ee x p e r i m e n tr e s u i t ss h o w ： t h eh i g h e rr e d u c i b i l i t yi s ，t h eb e t t e rh i g h - t e m p e r a t u r es o f t i n ga n dm e l t i n g p r o p e r t yi s t h e r e d u c i b i l i t yo fs i n t e r sb e c o m eb e t t e rw i t ht h ed e c r e a s i n go fc a r b o n ，s ot h er e d u c i b i l i t vo f s i n t e rb 。c o a l sb e t t e ru n d e rt h ec o n d i t i o no fu g h t e m p e r a t u r e t h eh i g h t e m p e r a t u r es o f t i n g a n d m e l t i n gp r o p e r t yi si m p r o v e d k e y w o r d s ：s i n t e r ；s o l i df u e lc o n s u m p t i o n ；h i g h - t e m p e r a t u r es o i l i n ga n dm e l t i n gp r o p e r t y ； m i c r o s t m c t u r e ；m o n o c a l c i u mf e r r i t e ；r e d u c i b i l i t y i v 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，不包含其他入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：艾作者签名：朔- 0 4 气- 寥口, 矾- 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。本人同意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f 方签名；否则视为不同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 东北走拳硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论果一覃三 酉了匕 烧结矿是高炉冶炼的主要原料之一，它的冶金性能好坏直接影响着高炉生产的正常 进行。2 0 世纪5 0 年代以来，烧结矿就是我国高炉炼铁的主要原料，提高烧结矿质量自 然成为以提倡高( 品位、强度、冶金性能指标等都高) ，稳( 成分稳定，波动范围小) ， 小( 粒度小而匀，上、下限范围窄) ，净( 粉末筛除干净) 为目的的高炉精料的主攻方 ， 向队 烧结生产历经2 0 世纪5 0 年代酸性或低碱度烧结矿、6 0 年代自熔性烧结矿到8 0 年 代高碱度烧结矿工艺三个阶段，结合低碳厚料层烧结、球团烧结和小球烧结技术的推广 应用，烧结矿质量明显提高，集中表现在碱度提高的同时，烧结矿的品位和强度提高， 粒度组成和商温冶金性能的改善。 1 1 我国烧结矿质量及烧结生产现状 1 1 1 我国烧结矿质量现状 我国烧结矿的质量现状主要是以下几种情况，凌钢的烧结矿品位较低，但其特点是 强度不高。宝钢烧结矿成分而言，为我国最高水平。马钢三烧与梅山的烧结矿品位都较 高，但马钢三烧的碱度更高，s i 0 2 含量也较低。杭钢烧结矿碱度全国最高，s i 0 2 含量低， 品位也不低，强度高。鞍钢和酒钢都是高、低碱度烧结矿搭配入炉，由于原料条件所限， 其烧结矿品位都不高，s i 0 2 含量高，由予避开了对烧结矿强度不利的“中等碱度区”，转 鼓强度都比较高。 在中国金属学会2 0 0 1 年5 月公布的2 0 0 0 年中国钢铁企业技术经济指标览 所列的5 9 个生产烧结矿企业中1 2 1 ： ( 1 ) 有四个企业生产高、低两种碱度烧结矿搭配使用。其中鞍钢( 1 8 2 + 0 。6 6 ) 和酒钢 ( 1 7 8 + 0 4 4 ) 的低碱度烧结矿均由小球烧结工艺生产。在生产一种碱度烧结矿的5 5 个 企业中，1 。5 的有6 个企业；1 5 0 1 7 5 的有2 2 个企业：1 7 6 2 0 0 的有1 9 个企业； 2 0 0 的育8 个企业。 ( 2 归e o 含量最高1 2 4 9 ( 新兴铸管) ，最低6 7 5 ( 柳钢) 。 ( 3 ) s i 0 2 含量最低4 4 7 ( 宝钢) ，最高n 0 2 ( 滔钢) 。 可见，由于原料种类、质量和准备情况、烧结工艺、装备水平、操作技术水平不 致、烧结成品质量差异较大。除宝钢以外，综台质爨与世界先进水平差距不小，主要体 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 现在禽铁品位普遍不高、而s i 0 2 含量普遍较高，是我国高炉渣铁比居商不f 的主要原 因。因此，生产高品位、低s i 0 2 的烧结矿已成为我国烧结工艺技术的发展趋势。而烧 结矿品位提高、s i 0 2 含量降低，又将推动烧结碱度的进一步提高。 1 1 - 2 烧结生产现状 烧结工艺起源于英国、瑞典【3 j ，当时主要用烧结锅生产烧结矿。1 9 1 1 年前后美国细 粒矿使用量增加，炉尘吹出增多( 每年竟达3 0 0 多万吨) ，大量赤铁矿粉不能直接入炉。 其他各国也有类似情况，其间发明了很多造块方法。其中a s d 埘g h t , r l l b o y d 工作组 在墨西哥创造的带式抽风烧结机r 即d l 烧结机) 最为成功，它的出现引起了烧结生产豹 重大革新。直到1 9 5 2 年前后，由于钢铁工业发展缓慢，天然富矿的入炉率仍很高，烧 结生产发展并不快。只是近2 0 多年来世界各国烧结生产才得到迅速发展，高炉熟料率 普遍提高。 我国重点企业的熟料率达9 0 ，鞍钢、本钢、首钢的熟料率几乎为1 0 0 。烧结生 产迅速发展的原因首先是钢铁工业的迅速发展扩大了对贫矿的利用，为了经济合理的利 用贫矿，必须对矿石进行精选，而精选得到的矿粉要经烧结( 或球团) 处理后才能入炉冶 炼；其次，通过烧结过程可以控制、改善含铁物料的冶金性能( 如成分、粒度、还原性、 软熔性等) ，从而有利于提高高炉冶炼效果；再次，烧结对原料的适应性强，可以利用 很多工业废料，如炉尘、铁屑、轧钢皮等。自然界的铁大多数以铁的氧化物形态存在于 矿石中，如赤铁矿、磁铁矿等。高炉炼铁就是通过冶炼铁矿石，将铁还原出来，得到金 属铁。钢铁工业的迅速发展，而富矿的开采和供应远远不能满足生产需求。为了提高铁 矿石品位及利用贫矿资源，矿石要经过选矿、烧结，做成烧结矿供高炉冶炼。将开采及 加工过程中产生的富矿粉、贫矿精选所得到的糟矿粉造块加入高炉使用。所以烧结矿的 生产和使用成为充分利用自然资源、扩大铁矿石来源、稳定高炉生产、加快发展工业的 重要措施。 烧结是将各种粉状含铁原料，配入适宜的燃料和熔剂，均匀混合，然后放在烧结设 备上点火烧结。在燃料产生商热和一系列物理化学变化的作用下，部分混合料颗粒表面 发生软化和熔化，产生一定数量的液相，并润湿其他未熔化的矿石颗粒，当冷却后，液 相将矿粉颗粒粘结成块，得到烧结矿【4 5 “】。经过烧结生产制成的烧结矿，与天然矿相 比，粒度合适，还原性和软化性好，成分稳定，造渣性能好，保证了高炉生产的稳定顺 行。尤其是烧结配料中配入一定数量的熔剂后生产的自熔性或熔剂性烧结矿，可使高炉 冶炼少加或不加石灰石，降低炉内热消耗，从而改善高炉生产指标【7 j 。近2 0 年来，烧结 矿生产技术发展很快，国内外己出现了生产全面自动化的大型烧结机，烧结产量目益剧 增，质量不断改善，这是商炉实现高产、优质、低耗的基础。烧结条件对烧结矿质量影 一2 一 东北大学硕士学位论文第一章绪论 响很大。如烧结最高温度、烧结时间、烧结速度以及冷却条件等都与烧结质量有关吼 在高炉的实际生产中为了稳定高炉炉况，提高生产率，降低生铁成本，对烧结矿提 出了许多质量方面的要求。七十年代前，烧结生产强调的重点只是冷强度和还原度：从 八十年代开始，逐步加强对烧结矿粒度组成、还原度、低温还原粉化率、高温性能和矿 相结构的研究与改进，特别是矿相研究对烧结矿质量的改进起了很大的推动作用1 9 1 o 1 1 + 1 2 】。为满足烧结矿以上的性能要求，目前以提高烧结过程效率f 1 3 l 、推广低能耗烧结 1 4 1 、 降低烧结成本旧、改迸烧结工艺制度| _ 1 6 ，1 7 1 、控制污染保护环境1 1 8 9 】等为主要目标的技 术研究已经取得了显著的成绩。 表1 1 最近十几年间烧结技术进步的概况 t a b l e1 1t h ep r o 蓼e s si ns i a t e r i n gt e c h n o l o g yw i t h i nn 1 0 f et h a nt e ny e a r s 社会趋势节能与环境保护 烧结矿的特性 混合料 布料 烧结过程 节能 和环境 测定 和控制 模拟和模型 低温烧结高还原性高生产率( 低二氧化硅、低氧化亚铁) 双层布料强化筛分布料器( i s f ) ( 布料偏析控制) ( 密度控制) 均衡温度提高料层高度提高烧结矿成品率 从冷却器和主排气道中进行余热回收 从排气中去除n o x 、抑制或减少向空气中泄漏n o x 料层温度气流量操作指导( 自动控制) 人工智能系统三维结构分析 射线层扫描( c t s ) 1 操作预报统计预报状态和性质布料和成块结构预报 1 2 包钢烧结生产简介 本次课题的研究主要以包头钢铁集团公司的现场烧结矿和精矿粉为烧结原料，考察 配碳量对烧结工艺和烧结矿冶金性能的影响，所以有必要在此介绍一下包钢烧结生产的 概况。 1 。2 1 包头精矿的特点 包头精矿即自云鄂博铁精矿，自云鄂博矿是一个铁、稀土、铭等多种矿物共生的矿 床。由于矿床成因复杂，致使不同部位形成不同的矿物组合，现已查明矿床中含有7 1 种元素、1 7 0 多种矿物【2 1 】。白云鄂博矿大部分为含铁品位较低的贫矿( r i f e 为3 0 左右) ， 需经过选矿提高其品位，去除部分有害杂质，并选出稀t 矿物进行综合利用。 - 3 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 响很大。如烧结最高温度、烧结时问、烧结速度以及冷却条件等都与烧结质量有关l ；s 】0 在高炉的实际生产中为r 稳定高炉炉况，提高生产率，降低生铁成本，对烧结矿提 出了许多质量方面的要求。七f 年代前，烧结生产强调的重点只是冷强度和还原度；从 八十年代开始，逐步加强对烧结矿粒度组成、还原度、低温还原粉化率、高温性能和矿 相结构的研究与改进，特别是矿相研究对烧结矿质量的改进起了很大的推动作用【9 1 0 , ” ”。为满足烧结矿以上的性能要求，目前以提高烧结过程效率【”】、推广低能耗烧结【、 降低烧结成本【1 月、改进烧结工艺制度、控制污染保护环境1 9 j 等为主要目标的技 术研究已经取得了显著的成绩。 表1 1 最近十几年闻烧结技术进步的概况 2 0 1 t i b l el 1t h ep r o g r e s si ns i n t e r i n gt e c h n o l o g yw i t h i nm o r et h a nt e ny e a r s 社会趋势 节能与环境保护 烧蛄矿的特性 混台料 布料 烧结过程 节能 和环境 测定 和控制 模拟和模型 低温烧结高还原性高生产率( 低= 氧化硅、低氧化亚铁) 双层布料强化筛分布料器( i s f ) ( 布科偏析控制) ( 密度控制) 均衡温度提高料层高度提高烧结矿残品率 从冷却器和主排气道中进行余热回收 从排气中去除, n o x 、抑制或减少向空气中泄漏n o x 料层温度气流量操作指导( 自动控制) 人工智能系统三维结构分析f x 射线层扫描( c r s ) 1 操作预报统计预报状态和性质布料和成块结构预报 1 。2 包钢烧结生产简介 本次课题的研究主要以包头钢铁集团公司的现场烧结矿和精矿粉为烧结原料，考察 配碳量对烧结工艺和烧结矿冶金性能的影响，所以有必要在此介绍一下包钢烧结生产的 概况。 1 。2 1 包头精矿的特点 包头精矿即自云鄂博铁耪矿，自云鄂博矿是个铁、稀土、铌等多种矿物共生的矿 床。由于矿床成因复杂，致使不同部位形成不同的矿物组合，现已查明矿床中含有7 1 种元素、3 7 0 多种矿物1 2 “。白云鄂博矿大部分为含铁品位较低的贫矿( t f e 为3 0 左右) ， 锚经过选矿提高其品位，去除部分有害杂质，并选出稀上矿物进行综合利用。 簧经过选矿提高其品位，去除部分有害杂质，并选出稀t 矿物进行综合利用。 3 东北大学硕士学位论文第一章绪论 响很大。如烧结最高温度、烧结时间、烧结速度以及冷却条件等都与烧结质量有关吼 在高炉的实际生产中为了稳定高炉炉况，提高生产率，降低生铁成本，对烧结矿提 出了许多质量方面的要求。七十年代前，烧结生产强调的重点只是冷强度和还原度：从 八十年代开始，逐步加强对烧结矿粒度组成、还原度、低温还原粉化率、高温性能和矿 相结构的研究与改进，特别是矿相研究对烧结矿质量的改进起了很大的推动作用1 9 1 o 1 1 + 1 2 】。为满足烧结矿以上的性能要求，目前以提高烧结过程效率f 1 3 l 、推广低能耗烧结 1 4 1 、 降低烧结成本旧、改迸烧结工艺制度| _ 1 6 ，1 7 1 、控制污染保护环境1 1 8 9 】等为主要目标的技 术研究已经取得了显著的成绩。 表1 1 最近十几年间烧结技术进步的概况 t a b l e1 1t h ep r o 蓼e s si ns i a t e r i n gt e c h n o l o g yw i t h i nn 1 0 f et h a nt e ny e a r s 社会趋势节能与环境保护 烧结矿的特性 混合料 布料 烧结过程 节能 和环境 测定 和控制 模拟和模型 低温烧结高还原性高生产率( 低二氧化硅、低氧化亚铁) 双层布料强化筛分布料器( i s f ) ( 布料偏析控制) ( 密度控制) 均衡温度提高料层高度提高烧结矿成品率 从冷却器和主排气道中进行余热回收 从排气中去除n o x 、抑制或减少向空气中泄漏n o x 料层温度气流量操作指导( 自动控制) 人工智能系统三维结构分析 射线层扫描( c t s ) 1 操作预报统计预报状态和性质布料和成块结构预报 1 2 包钢烧结生产简介 本次课题的研究主要以包头钢铁集团公司的现场烧结矿和精矿粉为烧结原料，考察 配碳量对烧结工艺和烧结矿冶金性能的影响，所以有必要在此介绍一下包钢烧结生产的 概况。 1 。2 1 包头精矿的特点 包头精矿即自云鄂博铁精矿，自云鄂博矿是一个铁、稀土、铭等多种矿物共生的矿 床。由于矿床成因复杂，致使不同部位形成不同的矿物组合，现已查明矿床中含有7 1 种元素、1 7 0 多种矿物【2 1 】。白云鄂博矿大部分为含铁品位较低的贫矿( r i f e 为3 0 左右) ， 需经过选矿提高其品位，去除部分有害杂质，并选出稀t 矿物进行综合利用。 - 3 东北大学硕士学位论丈第一章绪论 白云鄂博铁精矿具有以下特点： ( 1 ) 精矿品位较低，有害杂质含量商 九十年代，包钢选矿攻关取得巨大进展。1 9 9 3 年，全铁品位达到6 2 ，氟降低到 1 0 1 2 。近几年，铁精矿的品位保持在6 2 左右，含氟0 ，7 以下。但与首钢迁安精 矿、鞍山、本溪精矿相比，铁分仍然偏低，k 、n a 含量偏高，k 2 0 、n a 2 0 含量多年来 一直在o 2 o ，3 。 精矿铁份低将导致烧结矿品位低，高炉冶炼时矿比高、焦比商、渣量大，生产率低。 而且钾、钠、氟等低熔点矿物的存在降低了矿石的软化和熔化温度，使炉料在高炉上部 过早熔化，造成上部结瘤，同时也易使软熔带增厚，影响高炉透气性，破坏高炉顺行【捌。 ( 2 ) 矿物组成复杂，反应活性低 1 9 7 4 年，包钢冶研所对白云鄂博铁精矿和某些外地铁精矿作了岩相对比。查明，白 云鄂博铁精矿主要含铁矿物有磁铁矿、赤铁矿、假象赤铁矿、褐铁矿、黄铁矿等，脉石 有霓石、钠闪石、萤石、石英、云母、独居石、氟碳铈矿、白云石、方解石、重晶石、 磷灰石等。澳大利亚和日本的一些研究机构通过x 光衍射、扫描电镜等手段也证实了上 述矿物在白云鄂博矿中的存在【孙矧。迁安等地的精矿其主要含铁矿物是磁铁矿、赤铁矿， 脉石矿物主要是石英，还有很少量的绿泥石、角闪石、云母等。自云鄂博精矿中的s i o z 以复杂的硅酸盐形式存在，主要为含钾、钠的复杂硅酸盐霓石、钠闪石等e 而普通精矿 矿物组成简单，s i 0 2 主要以游离态的石英存在。 上述特点决定了白云鄂博精矿在烧结时，烧结矿的粘结相中不易形成铁酸钙矿物， 而容易以玻璃质形式保存下来。这就是包钢烧结矿比其他大钢铁厂烧结矿铁酸钙低、玻 璃质高，强度低的主要原因。 ( 3 ) 精矿粒度细，熔化温度区间宽 由于自云鄂博矿矿物成分复杂、嵌布粒度细，因而要求磨矿粒度细，精矿粒度小于 2 0 0 目的粒级占8 0 i = ! a _ k ，精矿颗粒的显微结构多为圆粒状。另外，白云鄂博精矿属于 反浮选类型精矿，其表面亲水性差，制粒时颗粒间接触面积小，结合力小1 2 s l ，因此制粒 时成球性差。这必然导致烧结时科层透气性差、生产率低。 1 2 2 包钢烧结生产的发展过程 包钢烧结厂投产以来烧结生产大致可分为四个时期。第一时期为自熔性烧结矿( 称 为第一代烧结矿) ；第二时期为高碱度( 高氧化镁) 烧结矿( 第二代烧结矿) ；第三时期 为玻璃质为粘结相的低碱度( r = 1 3 6 ) 烧结矿( 第三代烧结矿) 。第四时期又恢复到高 碱度烧结矿( r = 1 8 2 o ) 。 一4 。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 ( 1 ) 自熔性烧结矿时期( 1 9 6 6 1 9 7 6 ) 在1 9 6 6 1 9 7 6 年的十年间，包钢烧结矿属于自熔性烧结矿。由于含有很高的氟及 钾、钠，这一时期烧结矿的宏观结构为疏松的多孔薄壁结构。在矿物组成方面，粘结相 中含有大量强度较低的枪晶石。烧结矿的质量较差，并给高炉冶炼带来了很大的危害， 如风口烧损多、铁口维护难、渣口易放炮及高炉结瘤频繁等，即存在所谓的“三口一瘤” 问题，严重的制约了高炉的正常生产。 ( 2 ) 高碱度( 高氧化镁) 烧结矿( 第二代烧结矿) 1 9 7 7 年，包钢正式开始生产高碱度的烧结矿。随着碱度的提高，包钢烧结矿矿物组 成和显微结构都有了较大的变化，如铁酸钙量显著增加，枪晶石及次生赤铁矿有所减少， 烧结矿的各项指标均有较大的提高。但和普通无氟烧结矿相比仍然存在较大的差距。 1 9 8 3 年，为提高包钢烧结矿高温冶金性能，曾经进行了变m g o 的烧结试验，实验取得 了成功并正式投入生产。 ( 3 ) 第三代烧结矿时期( 1 9 9 9 年以后) 为提高包钢烧结矿还原透气性的研究过程中，通过与首钢、宝钢、武钢、攀钢等厂 烧结矿软熔性能的比较，发现包钢烧结矿的软化区间及熔融区间最宽，丽攀钢最窄，同 时，比较不同碱度的包钢烧结矿的融熔性能，发现碱度降低后，包钢烧结矿烙融区间具 有明显变窄的趋势闭，于是进行了旨在提高包钢烧结矿还原透气性的“调整烧结矿碱度 工业试验”，出现了第三代烧结矿。包钢第三代烧结矿工业试验及生产应用取得了巨大 成功在保持了第二代高碱度烧结矿强度的基础上，大大提高了烧结矿的还原透气性。 矿比、焦比大幅度降低，形成了合理的炉料结构，高炉经济技术指标明显改善，炼铁系 统年利润1 1 ，4 亿元。高炉利用系数突破性提高，从1 9 9 8 年的1 5 t ( m 3 - d ) 提高到目前 的1 9 t ( m 3 d ) 以上。矿相观察发现，第三代烧结矿的结构为以磁铁矿为主的铁矿物分布 在以玻璃质为主的粘结相中，形成了典型的斑状胶结结构。一般来说，以玻璃质为胶结 相的烧结矿无论是强度还是冶金性能均不好。但是，这与第三代烧结矿的生产实践相矛 盾。以往的关于改善第三代烧结矿冶金性能的措施如下： 1 ) 尽可能地提高第三代烧结矿铁品位。目前最为可行的方法是配加河北涞源精矿。 铁品位高是第三代烧结矿具有较高强度的主要原因之一。 2 ) 第三代烧结矿的含氟量控制在o 。1 4 左右。含一定量的氟，不仅是第三代烧结 矿具有较高强度的另一主要原因，而且也是第三代烧结矿具有较高还原透气性的主要原 因。 3 ) 第三代烧结矿氧化镁含量应控制在2 1 2 左右。 4 ) 在生产工艺上，应选择合适的垂速，采取保温烧结措施。 工业试验结果表明：烧结矿碱度降低后，强度基本保持了高碱度烧结矿的水平，明 5 ， 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 显优于过去的自熔性烧结矿。同时，烧结矿品位明显提高，渣量明显降低，高炉透气性 提高，并免去了配加硅石。高炉利用系数有了一定的提高，由原来的。直徘徊在1 5 “( m 3 m 提高至1 9 t ，( m 3 d ) 以上。高炉各项经济技术指标创历史最高水平，经济效益巨大。这次 技术创新是白云鄂博特殊矿冶炼工艺上的次重大突破，在国内具有领先的水平f 2 7 1 。 ( 4 ) 但是经过一段时间烧结矿的生产实践，基于对烧结矿的强度、还原性能及烧 结时的固体燃耗等的综合性能指标的要求，目前包头烧结矿碱度又恢复到( r = 1 8 2 o ) 的水平。 1 2 3 包钢烧结矿现状 对于包头白云鄂博矿，从过去的选铁到目前的选铁选稀土的综合选别，选矿工艺技 术有了很大的进步，铁精矿的含f 2 量显著降低，f 2 己由过去的2 4 降到目前的1 0 以下。目前铁精矿粉品位已达到6 2 的水平。但包钢铁精矿生产的烧结矿碱金属含量较 高，k 2 0 + n a 2 0 含量在o 5 左右，f 2 含量为0 6 。这种同时含有较高的k 、n a 和f 2 的烧结矿在国内外是没有的。由于k 、n a 和f 2 的共同作用，包头烧结矿强度低、粉末 多、粒度组成差( 表1 2 ) 嘲，小于1 0 r a m 粒级约占5 0 左右，有时高达7 0 。与普通 烧结矿相比，包钢烧结矿的冶金性能较差，特别是其软融性能( 表1 3 ) 1 2 1 0 软化温度( t 4 ) 低，软化区间( 虱旷t 4 ) 宽，熔融区间( t d - 1 b ) 宽，滴落温度( t d ) 高，最大压差值( p m 。) 高，高压温度区间宽，还原透气性差。 表1 2 1 9 9 4 年以来入炉烧结矿粒度组成( ) 嘲 t a b l e l 2 t h e y a n u l a f i t yd i s t r i b u t i n g o f m n m rs i n c e1 9 9 4 ( ) 年份 4 0m i l l返矿率平均粒度1 1 1 1 1 1 9 9 45 8 0 3 5 2 71 1 4 26 9 0 1 9 。3 51 7 0 4 1 9 9 5 6 0 33 9 0 11 1 7 07 0 4 1 6 9 01 6 9 9 1 9 9 6 6 3 53 6 1 6加6 65 0 7 2 0 2 01 5 3 1 1 9 9 77 2 63 4 5 9 1 0 。3 95 1 4 2 1 2 01 6 2 0 1 9 9 8 6 6 13 4 6 01 2 5 7 5 3 11 7 。1 5 1 6 5 0 1 9 9 96 7 23 3 0 2 1 2 1 65 9 6 1 6 8 41 7 2 2 虽然近几年通过增加部分外来矿等措施来减弱包头矿的特殊性，碱金属含量相对有 所降低，但碱负荷仍高达6 5n f i e 之多，在世界炼铁业中是较高的。 6 一 东北大学硕士学位论文第一章绪论 表1 3 包钢与其他厂家烧结矿高温冶金性能的比较( p a ，) 2 1 t a b l e1 3t h eh i g h - t e m p e r a t u r em e t a i l u t 舀c a lp r o p e r t i e s0 fb a o t o us t e e lc o m p a r e dw i t ho t h e rp l a n t s ( ，p a ，) 1 2 4 包钢烧结矿矿物组成 烧结矿中的矿物组成及其相互之间的结构特征，对烧结矿的机械强度和还原性能有 较大的影响。通过对其矿物组成和结构特征的研究，可事先了解在烧结矿中出现哪些矿 物对提高烧结矿质量有利，出现哪些矿物对提高烧结矿质羹不利，这样人们就可在生产 过程中根据原料的特点，采取相应的工艺措施，增加有利于提高质量的矿物，抑制不利 于提高质量的矿物。 众所周知，影响烧结矿矿物组成和结构的因素有：燃料用量、碱度、脉石成分、添 加物种类 ；上及操作工艺条件等。反之，从烧结矿的矿物组成和结构也可以反映出燃料用 量、碱度、脉石成分、添加物种类以及操作工艺条件等是否适宜。烧结混合料是由多种 物料( 如铁矿粉、熔剂、燃料等) 组成的，这些物料颗粒细小而又互相紧密接触，在烧 结过程中，原有烧结料的各组分之间、新生成的化合物之间、新生成的化合物与原有的 烧结料的各组分之间不断的发生反应。随着温度进一步提高，各种物相相继被熔化、分 解，生成低熔点化合物及共熔化合物，随后变成液相。伴随烧结过程的结束，液相开始 冷却结束，逐步生成各种矿物，最后冷却周结成为烧结矿。冷却结晶形成的各种矿物是 烧结矿成型固结的基础。 包钢烧结矿矿物组成复杂，不仅具有酱通烧结矿中的常见矿物，如磁铁矿、赤铁矿、 铁酸钙、浮氏体、钙铁橄榄石、硅酸二钙、黄长石、玻璃相等，还有包钢的特色矿物一 枪晶石团9 1 。 由于白云鄂博精矿中的脉石是以霓石、钠闪石等复杂硅酸盐形式存在的，其反应活 性低，对铁酸钙的生成造成不利。所以，在同等碱度条件下，包钢烧结矿中的铁酸钙较 以石英脉石为主的普通烧结矿的铁酸钙含最低。 7 一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 一般而言，原生赤铁矿硬度最大，次生赤铁矿次之，但差别很小，其后依次是铁酸 钙、磁铁矿、最小的为玻璃体。除了磁铁矿抗压强度在还原气氛下变化较大外，其余的 几种矿物变化都较小【3 0 】。 全部用无氟精矿烧制的烧结矿矿物组成复杂，玻璃相常成团富集，且裂纹发育，所 以强度很低。丽包钢所谓的低碱度( r = 1 3 6 ) 烧结矿是利用白云鄂博铁精矿含氟及不易 形成铁酸钙的特性。放弃了对铁酸钙含量的追求，烧结矿的矿物组成及结构均比较简单， 将玻璃质作为粘结相，磁铁矿晶粒均匀地分布在玻璃相中，形成典型的斑壮的结构，玻 璃相并不成团富集。故强度较高。这种结构是包镪低碱度烧结矿特有的结构。但这种烧 结矿受化学成分( 如t f c 、f 、m g o 等) 的影响非常明显。包钢的生产实践证明，这种 结构的烧结矿也能满足现代化大高炉生产的要求。 研究表明，低碱度烧结矿保持了高碱度烧结矿的强度，且降低了烧结矿的滴落温度， 使熔融区问变窄，提高了高炉透气性。低碱度烧结矿含氟0 4 - - 0 5 时强度最高。这 是因为氟适当地降低了液相的粘度和表面张力，使粘合相分布均匀，加强了粘结作用， 既不会像无氟烧结矿由于液相粘度较高丽弓1 起成团富集，也不像含氟特别高对而形成的 多孔薄壁结构。 但是，低碱度烧结矿也存在着一些缺点。实践表明，低碱度烧结矿铁酸钙数量少， 还原性能差，并且固体燃耗和f e o 含量高，烧结矿的软熔温度和滴落温度在低碱度条件 下有降低的趋势；而高碱度烧结矿有乖j 子实现对上述性能指标的改善。 1 3 配碳量对烧结工艺和烧结矿性能的影响 1 3 1 烧结燃料的质量对烧结工艺的影响 烧结生产的主要原料有铁矿石( 精矿粉、富矿粉、返矿) 、熔剂( 石灰石、白云石、生 右灰、硅石、蛇纹石等) 和燃料( 焦粉和煤粉) ，熔剂的作用主要是满足高炉冶炼炉渣应具 有良好的流动性和稳定性、足够的铁水脱硫能力以及抑制某些金属氧化物在渣中的活 度。促进或抑制其还原过程。燃料主要是提高烧结料层湛度，保证生成一定的液相量来 维持必要的烧结矿强度。 焦粉质量指标邸焦粉灰份、硫分、水分和挥发份对烧结生产具有一定的影响t 灰份 是焦粉中的惰性物，主要成分是高熔点的s i 0 2 和a 1 2 0 3 ，它们在烧结过程中同c a c 0 3 等熔剂生成低熔点化舍物。焦炭固定碳含量和挥发份含量离低是衡量烧结生产中焦炭质 量好坏的主要标志，一般认为成熟焦炭的挥发份低于1 。同理，挥发份低的焦粉其焦 炭成熟程度高，原煤低。焦粉承分包括全水分m t 测定和分折试样水分m a d 铡定，焦粉 水分波动引起烧结配料不准而导致烧结过程不稳定，返矿增加，燃耗增加。焦粉中硫包 8 一 东北大学硕士学位论文第一章绪论 括无机硫化物、硫酸盐硫和有机硫三种形态，烧结过程脱除硫酸盐硫和有机硫较脱除无 机硫化物困难，而硫对生铁及以后的钢和钢材的性能有很大危害，所以焦粉含硫应严格 控制。 焦粉在烧结中主要作用是作发热剂。烧结过程是一个快速过程，温度从1 0 0 。c 左右 开始以1 0 0 0 。c r a i n 速度迅速提高，根据加入焦粉量不同，达到的最高温度从1 2 0 04 c 至 1 5 5 0 c 之间，峰值温度保持几分钟后，以1 0 0 c m i n 到3 0 0 c r a i n 的速度降温，实际成 矿是在超出1 1 0 0 1 2 的温度区域进行，在这个区域的总停留时间不超过3 4 m i n 。如果最 高温度偏低，高温保持时间不足，液相平衡很难达到，固液平衡的可能性很大，熔蚀 和结晶不完全，烧结矿强度下降。 固定碳计算为： f 伤d = 1 0 0 m a d v a d a a d 式中：m a d 分析试样的水分含量，： v a d 分析试样的挥发分含量，： a a d 分析试样的灰分含量，。 从上式可以看出，焦粉固定碳含量同焦粉中的水分、挥发份和灰分份是有关系的 随着焦粉中的水分、挥发分份和灰份的增加其固定碳降低。因灰份升高带入的渣蟹增多， 引起烧结矿品位降低。 烧结生产是一个力求整个过程稳定，焦粉提供的热量不足，矿物熔蚀所需的温度达 不到，高温保持时间不足，矿物结晶不完善，玻璃质增多，烧结矿脆性增大，将导致烧 结矿强度大幅度下降。焦粉中挥发份多，将会减少固定碳含量，从而增大烧结时的固体 燃耗，挥发份中的成分也会造成烧结矿的碱度波动。返矿增多。生产平衡被破坏，燃料、 水分控制发生波动，烧结机越大，其调整持续时间越长，在此过程中烧结矿产量质量受 到影响，进而影响高炉生产。 1 3 2 配碳量对烧结工艺和烧结矿质量的影响 配碳的商低对烧结矿的产质量有明显影响。配碳过高，会扩大燃烧带，增加烧结层 的阻力，致使产量降低；燃烧时间变长导致垂直烧结速度变慢，也会影响产蟹；配碳量 过高还会导致固体燃耗增大，造成烧结能耗升高。反之，配碳过低，将造成烧结带温度 不足，烧结时产生的液相量不足，导致烧结矿强度下降，成品率降低，影响烧结矿的产 质量， 烧结料中配碳量过高，还原气氛增强，使f e 2 0 3 不稳定而还原为f e 3 0 4 和f e o ，造 成f e