改善烧结矿低温还原粉化研究.doc

改善烧结矿低温还原粉化研究【摘 要】本文结合国内外以及包钢有关改善烧结矿RDI指数的研究，就烧结矿碱度、烧结矿MgO含量、FeO含量、Al2O3含量以及喷洒CaCl2对烧结矿RDI指数的影响进行了全面分析。结果表明：随烧结矿的Al2O3含量升高、MgO含量降低或FeO含量降低，烧结矿的RDI指标变差；而喷洒CaCl2溶液对改善烧结矿RDI效果明显。【关键词】烧结矿 RDI Al2O3 CaCl2 碱度1.前言烧结矿在高炉的低温区会发生低温还原粉化现象，它是烧结矿冶金性能的一项重要指标。RDI升高或波动直接影响高炉料柱的透气性并增加炉顶吹出量。因此，烧结矿的低温还原粉化性能受到国内外的广泛关注。通常采用增加烧结矿成品中的FeO或MgO量，或减少烧结矿中AL2O3，TiO2量来改善烧结矿的低温还原粉化性能(RDI)。但这些措施往往达不到目的，在某些情况下反而带来反作用。西德矿石准备研究所于1985年首次提出了使用卤化物以改善烧结矿低温还原粉化性能(RDI)的新工艺，1991年武钢在实验室试验的基础上进行了烧结矿表面喷洒CaCL2的工业性试验，并开始应用于工业生产，取得显著效果。包钢随着生产规模的不断扩大，外矿配比升高、FeO、料层、点火强度等指标的变化，烧结矿RDI迅速恶化，由前几年的10%（-3.15mm）左右，增加到40%（-3.15mm）左右，已严重影响到高炉的顺行高产。2.AL2O3对烧结矿RDI的影响为研究烧结矿Al2O3含量对烧结矿RDI指数的影响，分别取备了不同Al2O3含量的各种含铁料，通过搭配分别烧制了不同Al2O3含量的烧结矿，烧结矿的Al2O3含量完全由澳矿配比的不同来调节。烧结工艺参数控制为：料层550mm，负压9800Pa,烧结矿碱度为2.0，MgO含量为2.0%。试样烧制控制返矿内配比例为30%，并考虑返矿平衡，返矿平衡系数控制在1.00.05。不同Al2O3含量烧结矿的RDI指数具体数据见图1。图1 烧结矿Al2O3含量对RDI的影响从 图1中的数据和回归关系式可以看出：烧结矿的RDI与其Al2O3含量相关性很好，随烧结矿Al2O3含量的升高，其RDI明显恶化。从控制烧结矿RDI考虑，应尽可能控制烧结矿的Al2O3含量，以保证烧结矿的RDI能够满足高炉冶炼的要求。3.烧结矿碱度对烧结矿RDI指数的影响本次研究依据包钢当前的烧结配料和烧结矿化学组成情况，其工艺参数及除碱度以外的化学组成如前述。随烧结矿碱度变化，其RDI的变化情况见图2。图2 RDI随烧结矿碱度的变化从图2中的数据可以看出：3.1 随烧结矿碱度的变化，烧结矿FeO也在变化，这是因为随烧结矿碱度的提高，烧结矿的矿物组成发生了变化，磁铁矿比例减少，铁酸钙比例增多；3.2 随烧结矿碱度逐渐提高，烧结矿的RDI也随之变差，在碱度1.7左右RDI有一个峰值，随碱度的进一步升高，RDI又有所降低；3.3 造成烧结矿RDI随其碱度变化的主要原因是烧结矿的矿物组成发生了变化，磁铁矿比例减少，铁酸钙比例增多，在碱度1.7左右，烧结矿矿物组成比较复杂，微观结构不均匀，结构应力较大所致。烧结矿矿物组成随碱度的变化见表1。表1 不同碱度烧结矿矿物组成（%）烧结矿碱度磁铁矿赤铁矿铁酸钙硅酸二钙玻璃其它0.875223枪晶石、钙铁橄榄石、黄长石及残余熔剂等1.1732251.4695少量1251.7628103172.153133492.54673269碱度0.9、1.1和1.4的烧结矿均为磁铁矿和玻璃相构成的典型的斑状结构；碱度1.7的烧结矿以磁铁矿和铁酸钙构成的熔蚀结构为主，其间夹杂较多的玻璃相；碱度2.1的烧结矿以磁铁矿和铁酸钙构成的熔蚀交织结构为主，整体结构较均匀；碱度2.5的烧结矿以磁铁矿和铁酸钙构成的熔蚀交织结构为主，但整体结构不均匀，局部出现了铁酸钙、磁铁矿和硅酸二钙富集区。4.烧结矿MgO含量对烧结矿RDI指数的影响依据包钢当前的实际生产情况，本次研究将烧结矿的MgO含量设定在1.6-3.5%之间，烧结配料采用80%混合精矿+20%澳矿的含铁料，烧结矿碱度控制在2.0左右，烧结矿SiO2含量控制在4.8%左右，通过调节白云石的配比来调节烧结矿的MgO含量。试样烧制控制返矿内配比例为30%，并考虑返矿平衡，返矿平衡系数控制在1.00.05。烧结工艺参数为：料层550mm，负压9800Pa。烧结矿MgO含量对其RDI的影响数据见图3。图3 RDI随烧结矿MgO含量的变化从图3中的数据趋势分析：4.1 随烧结矿MgO含量的升高，其RDI指数有明显变好的趋势，而且在MgO含量接近2.0%左右时有一个明显的拐点；4.2 根据以往的研究结果，这是由于MgO矿化于烧结矿中。其一固熔于磁铁矿中，形成含镁磁铁矿，并增加了磁铁矿的稳定性，从而减少了赤铁矿在烧结矿中的比例；其二，固熔于硅酸二钙中使其稳定，进一步减少粉化；4.3 鉴于本次研究的结果、以往的研究结果和国内外的相关研究，为保证烧结矿的RDI指标及其它质量指标，烧结矿MgO含量应控制在2.0%左右。5.烧结矿FeO含量对烧结矿RDI指数的影响烧结矿FeO含量对烧结矿RDI指数的影响，在不同的烧结配料和工艺参数下，可能会表现出不完全一致的相关关系。本次研究的烧结矿试样均取自一烧的E6皮带，通过多次取样和化学分析，最终确定六组烧结矿试样，其FeO含量和RDI指数的变化见图4。图4 烧结矿RDI随其FeO含量的变化从图4中的数据、回归公式以及曲线图形分析：随烧结矿FeO含量升高，烧结矿RDI指标改善。由于试样为实际生产烧结矿，其数据分析对实际生产指导性和参考价值很高。按以上数据分析，包钢目前烧结矿的FeO含量应控制在8.0%左右，该参数的确定对于维持烧结矿足够的转鼓强度同样意义重大。6.CaCL2对烧结矿RDI的影响6.1 实验原料为保证烧结矿试样的代表性，本次研究的烧结矿分别取自一烧、二烧和三烧，总重量达到120Kg以上，中和混匀后用于实验研究。其化学组成见表6。CaCl2溶液取自生产实际用工业CaCl2溶液，其浓度为30%左右，在实验室稀释到3%。表2 烧结矿化学组成TFeFeOCaOSiO2MgOAl2O3SPK2ONa2OFR54.109.0711.465.581.831.360.0820.0580.2030.1550.2141.9976.2 实验方案1#：空白实验（实际生产烧结矿，低温还原粉化）； 2#：制样后喷洒浸泡溶液量1/4（16Kg/t）的3%浓度CaCl2溶液；3#：制样后喷洒浸泡溶液量2/4（32Kg/t）的3%浓度CaCl2溶液；4#：制样后喷洒浸泡溶液量3/4（48kg/t）的3%浓度CaCl2溶液；5#：制样后浸泡3%浓度CaCl2溶液（实际测算，浸泡溶液量相当于每吨烧结矿喷洒64公斤3%浓度的CaCl2溶液）；6#：实际生产烧结矿浸泡3%浓度CaCl2溶液后进行高温性能制样；7#：喷洒浸泡溶液量的1/4（16Kg/t）的3%浓度CaCl2溶液后，进行高温性能制样；8#：制样后喷洒8kg/t的3%浓度CaCl2溶液；9#：制样后喷洒5kg/t的3%浓度CaCl2溶液；10#：制样后喷洒2Kg/t的3%浓度CaCl2溶液；11#：制样后喷洒6Kg/t的1%浓度CaCl2溶液。6.3 实验结果及分析首先进行了烧结矿（制样后）浸泡CaCl2溶液实验，得出浸泡溶液量为64Kg/t烧结矿，进而得出2#、3#和4#的喷洒量分别为8g/500g试样、16g/500g试样和24g/500g试样，并进行了喷洒实验。随后进行了6#和7#实验。实验结果（见下表）表明：喷洒CaCl2溶液对抑制烧结矿低温还原粉化效果非常明显，保证足够的CaCl2溶液喷洒量足以保证烧结矿基本不发生低温还原粉化。但也显现出一些问题，喷洒量与实际生产相差过大，随之进行了8#、9#、10#和11#实验，具体结果见下表。表3 喷洒CaCl2溶液对烧结矿RDI指数的影响编号+6.3mm(%)6.3-3.15mm(%)3.15-0.5mm(%)-0.5mm(%)-3.15mm(%)1#46.819.123.210.934.12#95.91.61.51.02.53#97.81.00.70.51.24#98.50.80.30.40.75#98.90.50.30.30.66#96.31.51.21.02.27#85.16.05.53.48.98#84.45.66.53.510.09#67.212.012.38.520.810#67.111.813.18.021.111#54.916.117.911.129.0从表8中的数据分析，可以得出以下结论：6.3.1 喷洒CaCl2溶液对抑制烧结矿低温还原粉化效果非常明显，保证足够的CaCl2溶液喷洒量，就足以保证烧结矿基本不发生低温还原粉化；6.3.2 从5#和6#试样的RDI测试结果看，保证足够的CaCl2溶液喷洒量，即使经过运输和摔打后，仍足以保证烧结矿进入高炉后基本不发生低温还原粉化；6.3.3 从低喷洒量的8#、9#、10#和11#试样测试结果来看，随喷洒量的减少，其对烧结矿RDI的抑制作用也随之降低，喷洒量降到一定程度后，其抑制作用已经十分微弱；6.3.4 依据本次实验研究结果以及宝钢和梅钢的应用情况，建议包钢喷洒CaCl2溶液的工艺参数为：CaCl2溶液浓度为2.0-3.0%，喷洒量为4.0-5.0Kg/t。7.结论7.1 烧结矿的RDI与其Al2O3含量相关性很好；随烧结矿Al2O3含量的升高，其RDI显著恶化。从控制烧结矿RDI考虑，应尽可能控制烧结矿的Al2O3含量，以保证烧结矿的RDI能够满足高炉冶炼的要求。7.2 随烧结矿碱度逐渐提高，烧结矿的RDI也随之变差，在碱度1.7左右RDI有一个峰值，随碱度的进一步升高，RDI又有所降低；这是因为随烧结矿碱度的提高，烧结矿的矿物组成发生了变化，磁铁矿比例逐渐减少，铁酸钙比例逐渐增多，在碱度1.7左右，烧结矿矿物组成比较复杂，微观结构不均匀，结构应力较大所致。7.3 随烧结矿MgO含量的升高，其RDI指数有明显变好的趋势，而且在MgO含量接近2.0%左右时有一个明显的拐点；鉴于本次研究的结果、以往的研究结果和国内外的相关研究，为保证烧结矿的RDI指标及其它质量指标，烧结矿MgO含量应控制在2.0%左右。7.4 随烧结矿FeO含量升高，烧结矿RDI指标改善。由于本次研究试样为实际生产烧结矿，其数据分析对实际生产指导性和参考价值很高。按以上数据分析，包钢目前烧结矿的FeO含量应控制在8.0%左右，而且该参数的确定对于维持烧结矿足够的转鼓强度同样意义重大。7.5 喷洒CaCl2溶液对抑制烧结矿低温还原粉化效果非常明显，保证足够的CaCl2溶液喷洒量，就足以保证烧结矿