铁矿石富氧烧结实验研究.doc

铁矿石富氧烧结实验研究【摘 要】烧结是一种氧化和还原的物理化学反应过程，烧结过程中的气氛是影响烧结指标和烧结矿质量的重要因素之一。为了获得高质量的烧结矿，降低烧结过程的消耗，根据国丰原料条件和烧结矿质量指标的要求，采用部分原燃料配备进行烧结富氧对比实验研究，测定富氧烧结相关参数及烧结矿质量及冶金性能指标的变化。【关键词】富氧烧结 粒度组成 氧化亚铁 冶金性能1.前言SFCA是烧结矿中理想的粘结相，具有良好的强度和还原性。要形成以SFCA为粘结相的烧结矿需要一定的客观条件，生成针状SFCA的最佳条件为：较高的碱度(CaO/SiO=1.8-2.2)，只有在高碱度条件下，CaO与Fe2O3的结合力强。较低的烧结温度(磁铁矿原料1230-1250，赤铁矿原料1250-1270)。较高的高温保持时间，约2-3min。适宜的Ai2O3含量，可以促进SFCA的生成。良好的氧化气氛，有利于SFCA形成。综合以上形成针状SFCA的条件，在烧结原料条件满足的条件下，低温和高氧化气氛是发展针状SFCA的必要工艺条件。为了强化烧结过程中的氧化气氛，可以采取厚料层、降低配碳和富氧烧结工艺措施。氧浓度的提高有利于加快垂直烧结速度，提高烧结矿产量。增加氧化气氛，促进SFCA粘结相的形成，从而提高烧结矿质量。本文系统介绍了国丰钢铁有限公司富氧烧结对比实验的研究。通过实验对比，得出转鼓指数、烧结速度、成品率、还原性和烧结矿粒度组成各方面均由不同程度的提高，但烧结矿低温还原粉化性能和FeO却因富氧率的提高、富氧时间的延长而有大幅下降。2.实验方法与条件2.1 烧结杯实验参数及烧结技术指标计算烧结杯300 mm600mm,烧结点火负压为8kPa,抽风负压为12kPa.2.1.1 垂直烧结速度：c=h/t式中：c 垂直烧结速度，mm/min h 烧结料层高度，mm t 烧结时间， min 2.1.2 混合料的水分w=(m1-m2) /m1100%式中：w 混合料含水量，% M1烘干前混合料质量，g M2烘干后混合料质量，g2.1.3 成品率：经落下实验后，大于5mm的为成品烧结矿。 P=G/W2100%式中：G 大于5mm的为成品烧结矿 W2烧结饼重量(不含铺底料)，kg2.1.4 粒度组成：将成品矿分别用40mm、25mm、16mm、10mm、5mm的筛子分级，称各级重量，计算40mm、2540mm、1625mm、1016mm、510mm所占成品的百分比。2.1.5 转鼓强度： 采用ISO1/2转鼓转鼓指数：T=m1/m0100%抗磨指数：A=m0-(m1+m2)/m0100%式中：m0入鼓试样质量，kg; M1转鼓后+6.3mm粒级质量，kgM1转鼓后-6.3+0.5mm粒级质量，kg2.2 实验原料烧结实验原料配比如下表所示。表1 含铁原料配比方案物料名称TFe/%SiO2/%湿配比/%巴西精粉CVRD66.332.596科代尔巴西粗粉65.153.320.5澳粉61.763.4218低品澳粉(杨迪)58.434.2310南非粉65.514.318印粉66.55.85铁皮72.560.591除尘灰54.596.372红泥83.566.283返矿57.55.08表2 熔剂配比方案物料名称SiO2/%CaO/%MgO/%湿配比/%生石灰粉7.5678.586.325.5石灰石粉4.346.53.83.5白云石粉2.4129.5420.545.5表3 燃料配比方案物料名称Ac/%Vc/%Tc/%湿配比/%焦粉18.893.1577.785.0由以上实验配比方案可以看出，赤(褐)铁矿配比达到67.5%，以澳粉配比最高，达到28%，其次为科代尔巴粗，配比为20.5%，所用外矿粉中以巴精CVRD品位最高，SiO2含量最低，低品矿粉配加量较少，只占10%。3.烧结杯实验参数和结果3.1 富氧实验与基准实验操作方案对比烧结实验采用两次烧结用料一起配制、混匀、加水制粒，以保证烧结料物理性能、化学性质的一致性，装料及操作方面也做到一致，以确保烧结实验的可比性，使结果更具有代表性，更能体现出实验的对比性。实验操作方案对比如表4所示。表4 实验操作方案对比实验编号富氧率富氧时间布料方针抽风风门开度混合料水分实验10%0min环式布料80%7.0%实验20.75%12min环式布料80%7.0%3.2 烧结矿实验结果、粒度组成及成分对比表5 烧结实验结果对比实验编号强度指标烧结速度mm/min成品率%烧损%烧结终点温度转鼓指数%抗磨指数%实验170.6721.3581.7612.15474.2实验271.3321.8282.5812.16496.0表6 烧结矿粒度组成对比实验编号40mm2540mm1625mm1016mm510mm5mm实验13.8%17.72%23.24%18.22%20.09%16.93%实验24.95%15.89%23.64%18.77%21.64%15.12%表7 烧结矿化验成分(%)实验编号TFeFeOSiO2CaOMgOR2TiO2Al2O3AsS实验158.077.684.658.292.401.790.0801.510.0100.013实验258.037.324.758.442.351.780.0801.570.0100.0093.3 富氧实验与基准实验冶金性能对比烧结矿冶金性能性能测定，低温还原粉化采用国家标准方法(GB/T13242-91)测定，还原性能指标采用国家标准方法(GB/T13241-1991)测定，测定结果如表8-9所示。表8 烧结矿低温还原粉化性能测定结果实验编号低温还原粉化/%RDI+6.3RDI+3.15RDI-0.5实验146.1%77.30%5.10%实验236.53%65.16%7.86%表9 烧结矿还原性能指标测定结果实验编号RI%RVI/%min-1实验172.80实验275.204.实验对比分析本次共采用2种实验对比方案，其中实验1为富氧操作，实验2为0.75%富氧操作，通过实验结果可以看出，实验2较实验1在转鼓指数、烧结速度、成品率、还原性和烧结矿粒度组成各方面均由不同程度的提高，但烧结矿低温还原粉化性能和FeO却因富氧率的提高、富氧时间的延长而有大幅下降。4.1 实验2与实验1比较，烧结矿液相反应充分，矿质看起来优于实验1，两种烧结矿粒度组成都较为均匀，强度指标适当，烧结垂直燃烧速度适当，均可满足炼铁需求。4.2 设实验1为基准，方案2较基准烧结速度、烧结成品率、转鼓强度均有上升，返矿率有所下降，富氧烧结使烧结过程中宏观氧化性气氛加强，燃料燃烧更趋充分，促使烧结液相形成，为生成更多优质SFCA粘结相提供有利条件，从而引起上述指标改善。富氧烧结使燃料燃烧充分，减少局部还原，使燃烧层温度升高，厚度增加，液相量增加，造成烧结料层透气性阻力增大，因此在实验2中烧结抽风负压大幅上升，最高负压13877Pa，较实验1的12248Pa高1629Pa。随着液相量的上升，冷却结晶后造成烧结矿层透气性变差，致使烧结终点负压大幅升高，达到9572Pa，比实验1的8116Pa高1456Pa。图1 抽风负压对比4.3 富氧烧结使烧结过程中燃料燃烧更趋充分，使燃烧层温度有所升高，加速烧结料层固相反应，使烧结垂直燃烧速度加快，使整体烧结时间缩短0.6min。图2 烧结时间、垂直烧结速度对比4.4 富氧烧结后烧结矿转鼓强度提高0.66%，这说明富氧条件下，燃料的燃烧得到改善，烧结过程中氧化气氛得到加强，证明了富氧烧结对烧结结块和矿化起作用，提高了烧结矿的强度，成品率提升0.82%，返矿率下降1.81%。图3 烧结转鼓强度、成品率及返矿率对比4.5 从烧结矿粒度组成方面来看，富氧烧结生产的烧结矿粒度组成更适宜高炉生产，对高炉煤气利用、焦比降低提供有利支撑，1025mm粒级所占比例较实验(1)高0.95%。图4 烧结粒度对比4.6 富氧条件下，燃料的燃烧得到改善，随着烧结上层热量的增加，烧结料层的自动蓄热作用，使烧结下层热量增强，但由于烧结的氧化气氛得到加强，烧结料层中的再生赤铁矿增加，烧结矿FeO有所下降，本次实验富氧后烧结矿FeO下降0.36%。图5 烧结矿FeO含量对比4.7 此次烧结实验方案中主要原料为赤(褐)铁矿，配比达到67.5%，赤铁矿主要成分为Fe2O3，再加上富氧烧结造成烧结料层中宏观氧化性气氛加强，使矿石中一部分Fe3O4氧化成Fe2O3，使烧结矿中Fe2O3升高，在500低温区，由于热冲击和烧结矿中Fe2O3还原(Fe2O3Fe3O4FeO)发生晶体转变等因素，导致块状含铁物料的粉化，使烧结矿低温还原粉化升高。同时受现烧结厚料层、低碳工艺及实验机上冷却工艺影响使烧结矿中的磁铁矿再氧化，Fe2O3增加，导致烧结矿低温还原粉化指数下降12.14%。图6 烧结矿低温还原粉化指数对比4.8 烧结过程混合料固体燃料配加量及其燃烧程度的不同，直接影响到烧结过程的气氛，从而影响到烧结矿的化学成分、宏观结构、矿物组成及其微观结构，最终必然会影响烧结矿的还原性。在烧结过程中FeO形成的矿物一为磁铁矿，二为硅酸盐渣相。由于硅酸盐渣相的还原性很差，故对于烧结矿还原性的改善非常不利。随着烧结料层添加富氧，使烧结利用系数、烧结成品率、烧结矿转鼓指数明显升高，烧结矿中的SFCA矿物含量上升，烧结矿的还原性升高。图7 烧结矿还原性对比5.结论通过对实验结果的分析，结合实验过程参数控制得出结论：5.1 富氧烧结使烧结过程中宏观氧化性气氛加强，燃料燃烧更趋充分，促使烧结液相形成，为生成更多优质SFCA粘结相提供有利条件，从而引起烧结速度(缩短烧结时间0.6min)、烧结成品率(提升0.82%)、转鼓强度(提高0.66%)均有上升，返矿率(下降1.81%)、FeO(下降0.36%)有所下降。5.2 富氧条件下，燃料的燃烧得到改善，随着烧结上层热量的增加，烧结料层的自动蓄热作用，使烧结下层热量增强，但由于烧结的氧化气氛得到加强，烧结料层中的再生赤铁矿增加，烧结矿FeO有所下降，本次实验富氧后烧结矿FeO下降0.36%。5.3 烧结实验方案中主要原料为赤(褐)铁矿，配比达到67.5%，赤铁矿主要成分为Fe2O3，再加上富氧烧结造成烧结料层中宏观氧化性气氛加强，使矿石中一部分Fe3O4氧化成Fe2O3，使烧结矿中Fe2O3升高，在500低温区，由于热冲击和烧结矿中Fe2O3还原(Fe2O3Fe3O4FeO)发生晶体转变等因素，导致块状含铁物料的粉化，使烧结矿低温还原粉化升高。同时受现烧结厚料层、低碳工艺及实验机上冷却工艺影响使烧结矿中的磁铁矿再氧化，Fe2O3增加，导致烧结矿低温还原粉化指数下降12.14%。5.4 严格控制工艺操作，稳定“水碳”、“铺平烧透”， 做到低碳厚料，保证低温烧结。烧结燃料配比4.5-5%之间，杜绝烧结矿宏观结构由多孔状向海绵状、板状变化，SFCA矿物的微观结构由针状向片状、柱状变化，保证烧结矿良好的还原性。混合料水分要严格控制在7.0-7.5%之间，以保证良好的料层透气性和热传导性。布料过程中适当压料，但要保