王鑫论文.doc

摘 要 烧结矿是高炉炼铁生产的主要原料之一，烧结矿的性能和质量直接影响高炉冶炼的顺行。操作制度和操作技术指标。本文主要分析原燃料的物理化学作用.烧结过程的工艺制度等以及烧结矿产量和质量的影响以实现生产出优质高品烧结矿。实验项目：降低高炉炉渣中MgO含量减少对水泥质量的影响，故在烧结原料中撤掉MgO。实验结果证明： MgO降低后，垂直烧结速度变化不大，成品率提高了0.83%；利用系数提高了0.038t/m2.h。ISO转鼓指数变化不大，提高了0.33%。关键词：原料 质量 烧结矿 工艺 强度 1 .1铁矿石资源的现状11 .1国内铁矿石资源现状我国的铁矿石资源比较丰富，目前我国累计探明的铁矿石储量达531亿吨，保有储量为501亿吨。但在现有的铁矿储量中，可供利用的储量仅170亿吨01121，可供开采设计的储量仅100亿吨左右。由于我国铁矿石资源的采选难度大，再加上我国矿山生产企业装备水平低，设备陈落后，因此扣除开采，冶炼过程中的损失，实际可供利用的金属量仅为20亿吨左右。我国可供开采铁矿石资源的保证年限不到60年。同时，随着经济的迅速发展，我国钢铁产量大幅度增长，铁矿石作为钢铁工业生产的主要原料，近年来需求量也迅猛增长。因此，长远来看，我国铁矿石资源并不能满足工业需求的稳定供应。由于受我国铁矿石特点及其选矿和成本的限制，我国精矿粉的品位尚低，大多数用于烧结的精矿粉的Si02含量还都在65以上，很难将烧结矿中的Si02含量降至45。11 .2原料组成对烧结矿质量的影响原料的组成是形成烧结矿矿物的基础。改善烧结料的组成，可以生成有利于烧结矿质量提高的矿物和结构，降低不利于质量改善的因素，进而提高烧结矿质量11 .3磁铁矿对烧结矿质量的影晌磁铁矿主要的的化学成分为Fe3O4，理论含铁量为724，其晶体多呈八面体，组织结构比较致密坚硬，一般呈块状或粒状我国主要是以磁铁矿为烧结原料，其与用赤铁矿烧结相比，一般存在料层透气性差、生产率低、烧结矿FeO含量高等缺点，磁铁矿烧结时的初期液相首先是FeOnSi02二元系，且随着CaO的溶解形成CaOFeOnSi02三元系。铁酸钙主要在抽风冷却过程中形成，形成的相对量取决于燃烧带气氛还原性及冷却气体氧化性的强弱。11 .4 CaO含量对烧结矿质量的影响众所周知，烧结料中配入石灰石或生石灰是为了改善烧结矿的碱度。当烧结矿中Si02含量一定时，随碱度的提高，能增强混合料制粒效果，改善料层的透气性，料层氧位提高，促进铁酸钙、硅酸钙的形成，抑制磁铁矿和橄榄石的发展，从而使烧结矿中FeO含量降低，进而改善烧结矿的质量。11 .5硅含量对烧结矿质量的影响烧结矿中硅含量的高低对高炉冶炼具有重要的影响。降低烧结矿中硅的含量可以减少高炉冶炼过程中产生的渣量，减薄软熔层，提高滴落带的透气性，因而有利于高炉顺行和降低焦比；同时，减少渣量还有利于增加高炉的喷煤量。通常，烧结矿中Si02每降低1，高炉焦比降低2，生产率提高3；高炉冶炼入炉矿Si02含量每增加1，平均渣最将增加263。由此可见，Si02含量高是丈渣量的源头。在烧结矿使用比例岛的情况下，100kg渣量将影响焦比303，5，影响广量4045 。因此，降低烧结矿中硅含量对高炉冶炼非常有利。烧结矿中硅含量的降低州刚也带来了强度低、还原性差和低温还原粉化率高等问题。如果为了减少高炉渣量而单方面减少烧结矿中Si02含量，在相同碱度和相同焦粉用量条件下，生成的液相量减少，矿物颗粒之间仅靠点接触粘结，呈分散结构，故影响了烧结矿的强度。同时烧结矿的生产率、还原粉化率指数等质量指标也会变坏。在碱度不变的条件下，降低Si02对烧结矿品质的影响，当烧结矿碱度一定时，同时降低Si02和CaO含量，烧结矿的强度、成品率及烧结生产率都下降，RDI指标恶化。究其原因，从宏观上来看，是因烧结过程中液相量减少，流动性下降，引起烧结料层的热态透气性降低，另外一个原因是由于烧结矿的低温还原性提高；从微观结构分析，则是矿物组织中铁酸钙和硅酸盐粘结相数量减少，局部区域颗粒之间仅靠点接触粘结，呈松散状结构，加之再生赤铁矿增加，气孔率上升所致。硅含量降低后，生成出高品质烧结矿烧结的关键在于形成有利于产生铁酸钙的条件，抑制钙铁橄榄石的生成。SiO：含量降低，造成烧结过程粘结相减少，如果在烧结过程中不能够采取有针对性的强化措施，对烧结矿的强度、还原粉化性以及烧结机的生产率等会产生不利影响。2高品质烧结矿生产工艺分析，121优化工艺合理配矿传统的配矿方式依据是含铁原料的化学成分、粒度、品位、数量进行综合搭对烧结矿的冶金性能以及含铁原料的烧结特性考虑较少。优化配矿是以传统配矿方法的依据为基础，同时综合考虑含铁原料的岩相特性、含铁原料的烧结基础特性(熔化性、同化性及互补性)、脉石种类和数量、矿石结构、粒度分布、烧结矿的冶金性能以及经济效益、社会效益等。优化配矿的实现必须建立在烧结原料的水分、粒度和成分稳定的基础上，特别是CaO、H20，燃料的灰分要稳定。一般34种性能相近的铁矿混合烧结能获得优质烧结矿。由于硅含量降低导致烧结生成液相量少，烧结矿强度变差，因此在配矿时应从矿粉的同化性，液相流动性，粘结相强度等方面来选择合适的配矿从而提高烧结矿的质量。12. 2低温烧结强度和还原性均好的铁酸钙的生成温度区间在11251250。C，且需氧化性气氛。低温烧结温度小于1280(常规烧结最高温度13201350)，因此，实行低温烧结工艺措施为针状铁酸钙的生成创造了有利条件。在烧结过程中，si4+和AJ3+离子能作为类质同象成分取代二元铁酸钙(CaO2Fe203、CaO-Fez03、2CaOFe203)中的部分Fe”离子，生成复合铁酸钙，是一种固熔体pJ。按其结晶形态，可分为针状和柱状两种。针状铁酸钙的间隙内很少夹杂渣状物，残存原矿的微气孔被堵塞的几率小，微孔发达，所以还原性好；柱状铁酸钙固熔物中有较多的A1203和Si02，从而引起的晶面收缩比针状铁酸钙的大，产生的内应力也较大，裂纹粗而长，且易扩展，所以柱状铁酸钙的强度及抗低温还原粉化性不如针状铁酸钙。针状铁酸钙生成的温度范围较窄，约为12001250。温度超过1250，针状铁酸钙量减少。因此，低温烧结为针状铁酸钙的生成创造了有利的条件。由于针状铁酸的大量生成，生产出的烧结矿具有良好的还原性、强度及抗低温还原粉化性。12. 3厚料层烧结厚料层烧结是70年代发展起来的一项技术措施。我国从70年代开始进行厚料层烧结试验，80年代初迅速推广普及。l、厚料层烧结的主要意义：厚料层烧结可以提高烧结矿的强度、降低FeO、改善其还原性，因此可以改善烧结矿的质量，提高成品率；此外采用厚料层烧结还可以降低烧结矿能耗。1)烧结矿质量有所改善的原因：采用厚料层烧结的操作不但可以相对地减少烧结机表层低质烧结矿的数量，同时由于机速减慢而使点火时间和高温保持时间延长，表层供热充足，冷却强度降低，表层烧结矿强度提高，烧结矿的质量得到改善。料层提高，点火热量增加，特别是烧结层的“自动蓄热”作用得到充分发挥，使烧结料的配碳量减少，料层中的氧化性气氛加强有利于降低FeO，促进铁酸钙的形成，因而增加了烧结矿的强度及还原性。2)能耗降低的主要原因如下：随着料层变厚，“自动蓄热作用”加强，因此蓄热带入热量增加：FeO降低，烧结热耗减少，烧结饼带走热量也减少；由于烧结矿的强度增加，粉末减少，使烧结矿的成品率提高。推行厚料层烧结，必须严格控制烧结机机速，确保烧好、烧透，使高温固结时间延长，液相充分形成、发展，矿物结晶完善，从而达到改善烧结矿内部结构和提高烧结矿质量的目的。12. 4热风烧结热风烧结技术是在烧结机前段约占烧结机长度13的有效烧结面积上，将3001000的热风抽入烧结料层用其物理热代替部分固体燃料。将环冷机高温段的热风引到烧结机作热风烧结，使热废气循环利用，不仅可以减少烧结过程有害物质排放而利于环境保护，而且可以提高烧结表层质量，降低固体燃耗。热风烧结之所以能改善烧结矿质量，降低燃料消耗的原因是：(1)烧结矿表层的成品率提高，返矿量下降。热风温度平均在300左右，大大高于室温。大量热空气进入烧结料表层，缓减了表层烧结矿温度下降，使其高温持续时间相对延长，热量供应相对充足。从而避免了由于急冷应力的破坏，减少了表层烧结中的玻璃质的产生。使上部烧结矿质量改善，强度增加，粉末减少，使烧结饼经过破碎、机尾固定筛筛分、冷却筛分后的成品率提高，冷返矿循环量减少。(2)利用热废气循环烧结可以充分利用热空气所含有的大量热能，能减少固体燃料用量，从而达到节能降耗的目的。(3)热废气进入烧结料层，可以代替部分部分固体燃料，由于固体燃耗的降低，烧结过程的氧位又得到提高，即氧化性气氛增强，有利于保持烧结层的过氧化一降气氛和有利于烧结矿FeO含量的进一步降低，从而具有一定的节能效果。又改善烧结矿的还原性及低温还原粉化率，促进高炉增产节焦。此外，采用热风烧结，当由丁二混合料配碳量波动等原因烧结不好时，可以根据需要临时调节热风温度，使烧结正常进行，从而更好的控制烧结矿的质量。12. 5小球烧结将混合料制成适当粒度的小球(26mm)进行烧结，称为小球烧结。小球烧结工艺集中了球团与烧结两种造块工艺的优点，强化制粒并改善混合料透气性，减少了烧结过程中料层的阻力，对提高烧结矿的质量，以及优化烧结过程都具有重要的意义。小球烧结不仅可以使烧结机利用系数得到大幅度的提高，而且使生产出的烧结矿内部结构发生了很大的变化。通过小球烧结提高了垂直烧结速度，提高烧结矿产量；增加了氧化性气氛，有利于铁酸钙的大量生成，改善了烧结矿的矿物组成，提高烧结矿强度和还原性：可进步提高料层厚度，更加有效地利用热能降低能耗，并使烧结过程反应更加充分，使烧结矿的矿物组成和结构更加均匀。小球烧结法对原料并没有特殊要求，可以从根本上解决我国细精矿烧结料层透气性差的问题，从而实现高料层，低碳节能的操作制度。该工艺可以生产出高产量，高质量，低燃耗的优质烧结矿，然而要求增添的设备不多。因此，特别适合于细精矿烧结和老厂改造。投资少，见效快。126高碱度烧结商碱度烧结矿出现于20世纪60年代，以其碱度高，冶金性能优良，具有FeO低、还原性好和强度高等特征；根本原凶是其主要粘结相为铁酸钙(SFCA)系矿物。所谓高碱度烧结矿，是指除满足自身造渣需要的碱性氧化物外尚有多余的CaO，可供天然富矿或球团矿中的酸性脉石造渣，即能起熔剂作用的烧结矿。高碱度烧结矿的研究和生产是在自熔性烧结矿大规模生产的基础上提出来的。高碱度烧结矿的优良特性及形成的具体原因是：1)机械强度好，还原性好。烧结矿碱度是决定铁酸钙生成量的一个关键因素。适当提高碱度为促进还原性和强度均较好的铁酸钙生成，而还原性差的玻璃质减少。另外，由于大量的、呈网状分布的铁酸钙将磁铁矿溶蚀，形成强度和还原性较好的溶蚀结构。此外，由于高碱度烧结矿的熔体表面张力较大，烧结过程不易被风吹成薄壁大气孔。这些都有助于改善烧结矿的机械强度和还原性。烧结矿碱度与还原度的关系。为重钢低品位烧结矿转鼓指数随碱度的变化情况2)粒度组成均匀。由于烧损大，残存率低，收率大，加之料层温度较低，不易产生过熔，因而大块烧结矿减少；再因高碱度烧结矿强度好，粉化现象少，故粉末含量降低。因此高碱度烧结矿粒度组成比较均匀。3)低温还原粉化率较低。由于高碱度烧结矿因铁酸钙的形成，使赤铁矿含量明显减少，所以还原粉化率降低。适当提高碱度有利于改善烧结矿的强度和还原性，但是过高的碱度反而会破坏其强度。当碱度高于2224时，易生成铁酸二钙(2CaOFe203)，使得烧结矿中出现裂纹、强度降低。此外，碱度过高很容易造成烧结矿的碱度波动，影响其质量的稳定性。工业试验：降低MgO对烧结质量的过程分析由于以前西钢高炉渣中镁含量较高，用于生产水泥时影响了水泥质量，如果高炉适当降低炉渣中氧化镁含量，将有利于改善这种情况。针对这一问题，西钢炼铁总厂研究所以二烧车间现场生产原料条件为基础，在试验室中进行了加MgO与不加MgO两种条件的烧结杯对比试验，以探讨MgO对该车间烧结生产指标和烧结矿冶金性能的影响。2试验原、燃料条件和试验方法2.1 试验原、燃料条件本试验采用二烧车间现场原、燃料条件。基准期配加MgO，试验期不加MgO，(西钢烧结矿中的MgO均以菱镁石形式添加)，其它条件保持不变。试验用原、燃料化学成份见表1，试验配料比见表2。表1 试验用原、燃料化学成份（%）名 称TFeFeOSiO2CaOMgOIgH2O满洲里68.7027.183.800.160.570.849.8辽宁67.5019.183.930.180.250.719.6大西林66.4628.26.370.140.350.4210.0富矿63.880.73.340.140.152.987.8活性生石灰0.69-3.3585.002.3710.000生石灰0.69-3.3580.002.3716.200菱镁石1.25-3.072.8041.8349.520.6石灰石0.56-1.8951.931.9343.441.2焦 粉0.20-7.200.300.6085.8415.0表2 不同原料条件的试验配料比原料与配比辽宁大西林富矿活性生石灰生石灰菱镁石石灰石焦粉返矿加MgO 324082.55.03.02.14.218不加MgO324082.55.002.14.2182.2 试验设备与试验方法本试验在西钢炼铁总厂研究所试验室进行，烧结过程中烧结料层为550mm，点火负压为8820Pa，点火时间为2min，点火结束后烧结负压调到10780Pa。3试验结果与分析3.1 MgO含量对混合料的影响不同试验条件下的烧结混合料指标见表3。表3 不同原料条件下混合料指标变化 混合料指标试验条件3 mmH2O平均粒径静态料层阻力Pa%mm5m3/h10m3/h不加MgO59.577.34.315251425加MgO57.057.44.275501450从表3可以看出，与基准期相比，在水分相近情况下，不加MgO（撤掉菱镁石）混合料中大于3mm部分稍有减少，减少了2.52个百分点，混合料平均粒径变化不大，仅减小了0.04mm，即减小了0.93%，混合料静态料层阻力变化不大。3.2 MgO含量对烧结各项指标的影响不同原料条件的烧结主要指标见表4。 表4 不同原料条件下的烧结主要指标 烧结指标试验条件垂烧速度烧成率成品率利用系数ISO转鼓，6.3mm燃耗mm/min%t/m2.h%Kg/t加MgO19.3283.3865.241.58064.6761.51不加MgO19.5483.9466.071.61865.0061.43从表4数据可以看出，撤掉MgO后，垂直烧结速度变化不大，成品率稍有提高，从基准期的65.24%提高到试验期的66.07%，提高了0.83%；利用系数略有提高，从1.580t/m2.h提高到1.618t/m2.h，提高了0.038t/m2.h。ISO转鼓指数变化不大，提高了0.33%。3.3 MgO含量对成品烧结矿粒度的影响不同MgO含量的烧结矿粒度组成见表5。表5 不同条件成品烧结矿粒度组成(mm%)试验编号40402525161610105平均粒径加MgO5.6522.2530.5325.5720.2019.88不加MgO3.2825.2931.3124.1715.9620.37从表5看，撤掉MgO后，成品烧结矿粒度主要集中在中间三个粒级上。40mm粒级减少2.37个百分点，105mm部分减少了4.24个百分点，平均粒径略有增大。3.4 MgO含量对成品烧结矿化学成份的影响不同原料条件下成品烧结矿化学成分见表6。表6 不同条件成品烧结矿化学成份(计算值)%TFeSiO2CaOMgOR加MgO57.425.3110.612.232.00不加MgO58.285.2910.571.102.00从表6看，在保持碱度相同的情况下，烧结混合料中不加菱镁石（MgO），成品烧结矿品位有所升高，约0.86%。3.5 MgO含量对成品烧结矿低温粉化指标的影响不同条件下成品烧结矿的低温粉化指标见表7。表7 不同条件成品烧结矿冶金性能指标，(%)6.3mm3.15 mm6.3mm部分从51.77%提高到53.36%，提高了1.59个百分点， 3.15mm部分提高了0.86个百分点；烧结矿的低温还原粉化率降低了0.72个百分点。4生产实践上世纪70年代，西钢成品烧结矿中MgO含量一直在2.3%2.5%之间波动，为了适应高炉生产的需要，二烧车间曾在保证烧结矿碱度和料层不变的条件下，将MgO由原来的2.3%2.5%降至2.1%，进而降至2.0%。 3月开始，二烧车间再次降低了烧结矿中MgO含量，即在保证其他烧结条件不变的情况下，把镁石配比由2.4%降至2.0%，使烧结矿中的MgO含量由原来的2.0%降至1.8%。生产具体配比见表8，烧结主要技术指标见表9，成品矿的粒度组成及低温还原粉化见表10。表8 二烧车间降低烧结矿中MgO前、后的配料比时间一次配料二次配料大西林鞍千巴西尘泥生石灰石灰石镁石焦粉生石灰焦粉降MgO前322716565.52.41.62.21.6降MgO后30271675.562.01.71.91.6表9 降MgO前、后的烧结主要技术经济指标时间利用系数t/m2h转鼓指数%筛分%化学成分%TFeFeOCaOSiO2RMgOS降MgO前1.33380.704.3957.877.8810.414.742.202.020.024降MgO后1.43681.344.3557.418.1610.874.922.211.840.028由表9可见，降低MgO后烧结机的利用系数增加了0.103 t/m2.h，ISO转鼓指数升高了0.64%，主要是因为MgO降低，减少了MgCO3分解吸热，改变了烧结时液相的熔化温度，使熔化温度降低，烧结矿化比较充分，颗粒之间黏结的强度较高，所以表现为烧结矿的转鼓强度增加，烧结机的利用系数增加。而筛分指数随MgO含量的降低没有明显的变化。从理论上