优化高褐粉烧结研究

26 2009 年第 32 卷第 5 期 优化 高褐粉烧结研究 张义贤 1，何木光 1，肖 均 1，羊小东 2 （ 钒炼铁厂； 钒生产部） 摘 要： 运用均匀设计手段，研究了攀钢配加高褐粉对烧结的影响，结果表明：配加高褐粉后，烧结矿利用系数下降，固体燃耗上升，烧结矿的强度指标变差，矿物组成有所改善，还原性改善。探索出配加高褐粉的最佳操作方针为：高褐粉配比 焦粉配比 水分 料层 567 关键词： 烧结；高褐粉；均匀设计；优化 0 引言 随着钢铁产业的发展，粉石资源紧缺的形势日趋突出，优质粉石储量及供应量减少。 褐铁矿由于具有疏松多孔，还原性好，熔化温度低，易同化 1，单烧品位较高的特点，且供应量充足，价格便宜，烧结配用部份褐铁矿有利于缓解资源紧缺状况和降低烧结原料成本。因此，国内外钢铁企业烧结中大量使用褐铁矿。其中日本的各大钢铁厂及韩国浦项配用褐铁矿（扬迪矿、罗布河矿）比例一般在 30%以上，高的达 40% 45%，甚至 50%2，宝钢的扬迪褐铁矿配比也达到 30%3。 攀钢使用褐铁矿已有多年的历史，但用量极其有限，年用量一般在 3 5万 均配比在 3%左右 4。调研表明， 攀枝花周边地区 高品位褐铁矿粉（简 称高褐粉）资源丰富，且价格相对便宜。随着攀钢炼铁规模的扩大和矿石资源的日趋紧张，增加烧结中的高褐粉配比非常必要。为了充分利 用 资源并兼顾烧结矿质量，通过研究高褐粉的物化性能、优化烧结配矿方案和工艺参数，为提高褐铁矿在攀钢烧结中的配比提供参考依据。 1 褐铁矿性能 褐铁矿种类 褐铁矿为含结晶水的赤粉，粒度较粗，堆比重小，疏松多孔，还原性好，熔化温度低，易同化。常见的褐铁矿种类大致分 6 种 5，不同种类的结晶水含量差别大，从 等，见表 1。由于褐铁矿含有结晶水，在烧结过程中分解发 生爆裂，产生大气孔，烧结矿结构疏松。国内外实践表明，配加褐铁矿使烧结矿强度变差，成品率降低，固体燃耗增加，料层收缩率增大，产率低。 表 1 褐铁矿的理论分类 % 水赤粉 褐铁矿 针赤粉 水针粉 黄针粉 黄赭石 分子式 1/2)4/3)论铁含量 晶水含量 高褐粉理化性能 攀钢目前主要使用的高褐粉， 右，烧损 高褐粉单烧后品位为 属于典型的针赤粉；高褐粉的粒度较细，平均粒径3 右， 3 粒级不足 60%。见表 2。纯针褐铁矿理论品位为 但由于脉石含量不同， 3% 18%之间，致使单烧品位相差很大。 攀 钢 技 术 27 表 2 高褐粉的化学成分和理化性能 化学成分 /% P 比重 /(tm 3) 水分 /% 粒度组成 (% 烧值 /% 8 85 53 31 0， 1)，模型值与实际值拟合高度显著。 (3) 固体燃耗 32 g 2124234 324131 9 9 3 0 1 8 6.0 相关系数 R=1，决定系数 =， 2)， 模型值与实际值拟合高度显著。 (4) 综合评价 2121 z 31212322 423241 相关系数 R=1，决定系 数 F=0， 1)，模型值与实际值拟合显著。 验证性试验 主要烧结指标 为了验证均匀设计试验直观选择的参数组合与模型寻优的参数组合的实际效果，特进行验证性试验，以确定最佳参数组合。验证性试验的参数为直观择优与模型寻优的综合评价所对应的参数组合，试验结果与基准期对比进行综合评价，见表 7。表 7 高褐粉烧结均匀设计验证性试验结果 项目 试验参数 试验结果 参数 来源 配比 /% 焦粉 配比 /% 水分 /% 料层 /鼓 /% 利用系数 /t h 1 固体燃耗 /(t 1) 综合评价 指数 成品率 /% 烧结速度 /(1) 基准期 参数中心值 0 90 00 验期 直观选优 82 型选优 67 表 7 可见，通过均匀设计试验结果直接选优和模型选优确定的参数组合进行验证性试验，均取得了满意结果。转鼓强度、利用系数、固体燃耗均比 12 组试验结果的平均值先进，同时模型选优参数试验结果优于直观选优。以基准期试验结果的综合评价指数为 100 计，则验证性试验结果的综合评价指数达 此次试验运用均匀设计法进行参数寻优表明，在合理的工艺参数情况下配用适当 的高褐粉的烧结效果与不使用高褐粉非常接近。在验证试验中，高褐粉的效果也比较理想， 此可见，均匀设计试验寻优的参数组合是可行的，在生产中可以实施。 用模型寻优的参数组合优于直接从试验结果中选出的参数组合，转鼓强度与利用系数均高于试验值，固体燃耗略高于试验值，于试验值的 100，见表 8。 30 2009 年第 32 卷第 5 期 表 8 高褐粉试验模型均匀设计寻优结果 项目 高褐粉配比 /% 焦粉配比 /% 水分 /% 料层 /型寻优 结果 试验最优 结果 转鼓强度 51 用系数 35 体燃耗 19 合评价 67 照上面的综合评价方法，对选出的最好因子作加权平均处理，综合评价最优组合参数为：高褐粉 焦粉配比 水分 料层 567 际生产中高褐粉 配比 也有短时间 达到 7%，但是实际操作中燃料配比 水分 因此生产中没有找到最优组合。通过试验找出了最佳组合，对生产具有重要的指导作用。实际生产中高褐粉配比均较低，只有 3% 5%，无论通过试验直接择优还是建模寻优，指标最好时高褐粉平均配比均在 7%以上，因此，为了缓解矿石资源紧张的局面，在攀钢现有的烧结条件下，生产中可以将高褐粉配比量增加 到 8左右。 烧结矿矿相与冶金性能 对验证性试验的部份烧结矿取样进行矿相分析与冶金性能检测。烧结矿主要物相及其含量对比列于表 9，烧结矿的中、低温还原性能情况列于表10，软熔、滴落性能情况列于表 11。 表 9 烧结矿主要物相及其含量 % 钛赤 铁矿 钛磁 铁矿 铁酸 盐相 钙钛 矿 磁黄铁矿 玻璃 质相 硅酸盐相 总量 基准期 21 23 26 28 28 30 2 3 3 19 22 试验期 25 26 22 24 30 32 1 2 3 19 21 表 10 烧结矿中低温还原性能情况 低温粉化粒度分析 /% 6.3 0.5 0.5 准期 验期 11 烧结矿软熔滴落性能情况 软熔性能 / 熔滴性能 / 滴落带 /a p c a A B H 基准期 1129 1225 96 1227 1470 243 7871 43 65 22 试验期 1108 1221 113 1223 1489 266 8028 41 68 27 注： ； A： 时试样的收缩量； B： H=。 由表可见， 配加高褐粉后，与不配加高褐粉样品比较，各样品显微特征以铁酸钙为主，其次为钛赤粉与钛磁粉，有少量钙钛矿；随着高褐粉配比的增加，钛磁粉减少，钛赤粉增加，铁酸盐相增加，硅酸盐含量减少，主要是因为褐铁矿烧损大，熔点低，烧结后留下的孔洞较多，烧结氧化气氛较强，高碱度条件下液相量增多，镜下观察气孔率大，结构疏松，影 响强度。 由表 10 可见， 随着高褐粉配比的提高，烧结矿的低温还原粉化性略有变差，还原性改善。 其 主要原因是钛赤粉增加引起低温还原粉化率上升，特别是多气孔的烧结矿这种影响更 为 严重，还原性改善主要是钛赤粉与铁酸钙含量增加。 攀 钢 技 术 31 从表 11 可以看出，随着高褐粉配比的提高，烧结矿的软化开始温度（ 熔滴开始温度（ T p）降低，软化区间（ 熔滴区间（ 别加宽 17 、 23 ，最高压差（ 升 157 落带厚度（ H）变厚，增加了 5 结矿的软化和熔滴区间延长，最高压差上升，滴落带厚 度变厚，降低软熔带与滴落带的透气性。研究表明，随着高褐粉配比的提高，烧结矿的冶金性能变差，增加高炉中、下部透气阻力，影响高炉冶炼强度的提高。 4 建议 通过试验可知，使用高褐粉后经济技术指标变差，但优化烧结工艺参数情况下合理选择高褐粉配比，基本能保证产质量及能耗指标稳定。通过研究表明，高褐粉烧结时应注意以下几点。 （ 1）由于高 褐粉含结晶水 10%左右，结晶水在 405 500 分解，需要消耗一部 分 热量 。因此，配加 高 褐粉须适当提高燃料配比 和放宽燃料粒度上限， 同时适当 强化烧结 点火， 这样可以提高 表层热量 ， 弥补结晶 水 分 解热的缺陷 。 （ 2）高 褐粉孔隙多，吸水性强，如果混合料水 分 过低，被 高 褐粉大量吸收后用于制粒造球的水分 减少，将影响料层透气性。 所以，配加高褐粉烧结时要略提高 混合料水 分 。 （ 3）推行“ 厚铺 、 慢转 ，适当压料”的操作方针 。 高 褐粉烧结 过程中 产生爆裂与料层收缩的缺陷，降低强度与生产率 。采用 厚料层烧结，一是可减少收缩，增加产量；二是延长结晶时间，弥补孔隙率 造成 强度降低的缺陷 ；压料可以提高堆密度，降低垂直烧结速度提高强度。 （ 4） 合理控制 高 褐粉配比 。高 褐粉配比 根据其性质 控制在 5% 间， 否则 对 生产 有较大 影响。 5 结论 （ 1）目前攀钢使用的高褐粉属于典型的针赤粉，高褐粉单烧品位 高于国高粉，略低于澳矿。 （ 2）试验结果表明，配加高褐粉的烧结效果变差，转鼓强度与利用系数下降，固体燃耗上升，烧结矿平均粒度变细。 （ 3）运用均匀设计法研究出配加高褐粉烧结最佳参数组合为：高褐粉配比 水分 料层 567 （ 4）配加高褐粉后，烧结矿的矿物组成 改善 ，还原性提高，软熔区间延长，低温还原粉化性 略有变差 。 （ 5）在攀钢现有的烧结条件下， 通过优化工艺 参数后， 高褐粉配比还可以提高到 8%的水平，可以