钒钛磁铁精矿高铁低硅烧结试验研究

16 2009 年第 32 卷第 3 期 钒钛磁铁精矿高铁低硅烧结试验研究 吴力华，何木光，张义贤 （新钢钒炼铁厂） 摘 要： 为强化攀钢超高碱度高铁低硅烧结，运用单因素和正交试验等手段，研究了高铁低硅对钒钛磁铁精矿烧结的影响。单因素研究表明，随烧结矿品位的提高，烧结利用系数降低，烧结矿强度指标下降；正交试验结果表明，超高碱度下高铁低硅烧结适宜采取 “小水、中碳、厚料层、慢机速 ”的操作方针。 关键词： 烧结；超高碱度；高铁低硅；正交试验；成品率；利用系数 0 引言 高铁低硅烧结可提高高炉生铁产量，降低焦比，是高炉冶炼优质、高产的基本保证。 攀钢烧结矿 量目前已降到 右，但与国内外先进水平还有一定距离。 因此，高铁低硅是目前攀钢烧结技术发展的方向。然而，当 烧结矿中 量降到 5%以下时 ,由于烧结过程中产生的硅酸盐粘结相含量较少 ,会引起烧结矿强度指标下降 , 差，产量降低 1 加之攀枝花钒钛磁铁精矿烧结的特殊性，严重制约着高铁低硅烧结技术的发展。 “高碱度烧结矿 +酸性球团矿 ”被公认为高炉理想的炉料结构 ,已成为高炉炉料结构发展的趋势。 因此 ,低硅烧结通常与 高碱度烧结配合使用。为了探索在超高碱度（碱度达到 ） 情况下进一步提高低 钒钛型烧结矿强度及冶金性能变化趋势，开展了超高碱度下优化高铁低硅烧结制度的研究。 1 试验方案 因素试验方案 为了满足高炉需求，单因素试验采取固定料层、燃料配比、碱度方案。烧结矿 量分别设定为： 交试验方案 采取正交方案 9(34)试验。根据文献 3，结合攀钢钒钛磁铁矿烧结生产实际，正交试验的因子及水平分别设定如下：水分为 焦粉配比为 料 层为 530、 580、630 交试验及试验因素水平设置分别见表 1、表 2。 表 1 试验因素水平设置 水平号 水分 (A)/ 燃料配比 (B)/ 料层 (C)/ 30 2 80 3 30 表 2 正交情况 9(34) 编号 水分 (A) 燃料配比 (B) 料层 (C) 1 1 1 1 2 2 2 3 3 3 单因素条件下试验结果及分析 因素试验结果 单因素条件下烧结矿化学成分列于表 3，烧结试验结果列于表 4。 表 3 单因素试验的烧结矿主要化学成分 % 单因素 试验号 o 17 表 4 单因素试验结果 单因素 试验号 烧结速度 / (1) 利用系数 / t （ h） 1 成品率 （ 10 （ 5 、 4 可见，在单因素条件下，随着烧结矿品位的提高，垂直烧结速度逐步降低，利用系数不同程度下降，烧结矿转鼓强度逐步降低，烧结矿抗磨指数变差；但是，烧结矿成品率有所提高，烧结矿平均粒径逐步上升。随着烧结矿品位的提高，垂直烧结速度分别下降了 利用系数分别下降了 ；烧结矿转鼓强度分别下降了 百分点；成品率分别提高了 百分点；烧 结矿的平均粒径分别提高了 随着烧结矿品位的增加，烧结矿中 量逐渐减少， 配入量也 降低（见表 3） ， 影响烧结矿中低熔点粘结相的生成，从而降低烧结流动性，这是导致垂直烧结速度、利用系数下降的主要原因。 在超高碱度情况下，随着烧结矿品位的提高，烧结矿中 量减少， 量下降幅度更大 ，这就必然影响烧结矿中粘结相的生成，从而降低烧结矿的强度 ； 熔剂配比的减少， 制粒效果下降，烧结过程氧化气氛减弱，还原气氛增强，从而抑制铁酸钙的生成，促进钙钛矿、钛榴石等物质的生成，从而影响烧结矿的强度指标。 随着烧结矿品位的提高，混合料的制粒效果呈下降趋势，烧结料层透气性下降，烧结速度下降，高温保持时间增长；加之国高粉的 量高，其配比增加引起氧化放热增强， 烧结液相增多，有利于生成大孔厚壁的烧结矿，从而提高了烧结矿的成品率及粒度组成。 总之，在超高碱度烧结时，随着烧结矿品位的提高，垂直烧结速度减慢，利用系数降低，烧结矿强度指标变差，烧结矿的成品率和平均粒度指标 有所上升。 3 正交条件下试验结果及分析 正交试验结果及处理 在表 2 所示的 正交条件下，烧结试验结果列于表 5， 根据表 5 结果整理的 单项指标处理情况列于表 6。 因为各种指标对应的最佳组合不同，为了找出均衡各种指标后，有利于生产的最佳组合，依据现场生产对各指标间需求的重要性进行评分。以权重为 100 分为满分，利用系数为 30 分，成品率（ 10 为 35 分，转鼓指数为 35 分，评分结果如表 7 所示。表 5 正交试验结果 正交试验样号 成品率 （ 10 % 成品率 （ 5 (1) 利用系数 / t （ h） 1 转鼓 / % 抗磨 / % 平均粒径 / 攀 钢 技 术 18 2009 年第 32 卷第 3 期 表 6 单项指标试验处理情况 水平号 成品率 /% 利用系数 /t （ h） 1 转鼓 /% 水分 A 焦粉配比 B 料层 C 水分 A 焦粉配比 B 料层 C 水分 A 焦粉配比 B 料层 C 1 差 著性 A A 优 3 1 1 7 正交试验处理结果 正交试验 样号 试验因素 试验指标 水分 / % 焦粉配比/ % 料层 / 用系数 / t （ h） 1 成品率 / % 转鼓 / % 综合评分 30 30 80 80 30 30 30 80 30 差 值 数 水平 的综合 评分 1 水平 2 水平 3 水平 各水平的综 合评分极差 正交试验分析 最佳参数组合 转鼓强度的最佳组合 由表 6 可见，在超高碱度下高铁低硅烧结时，单项指标中转鼓强度的最佳组合为：水分 焦粉配比 料层 630 利用系数的最佳组合 从 表 6 可知，在超高碱度下高铁低硅烧结时，单项指标中利用系数的最佳组合为：水分 焦粉配比 料层 530 成品率的最佳组合 由表 6 可知，在超高碱度下高铁低硅烧结时，单项指标中成品率的最佳组合为：水分 焦粉配比 料层 630 18 综合最佳参数组合 通过综合加权评分将数据处理，根据上述综合评分结果，从表 7 的 “各水平的综合评分极差 ”栏的极差表可见，在烧结矿 利用系数 占 30 分，转鼓强度及成品率 各 占 35 分的条件下，烧结水分对综合指标影响最大，其次是 料层，最后是燃料配比。其中水分在 料层在 530 580 围变化时，影响相对较小。 由试验指标的综合评分栏中可知，此次试验指标最好的一栏是第一组（水分 料层 630 即超高碱度下高铁低硅烧结时适宜采取 “小水、低碳、厚料层 ”操作方针。 各因素对烧结指标的影响 混合料水分的影响 根据表 6 可知，随着混合料水分的提高，利用系数呈递增的趋势，烧结矿的强度指标逐步下降。水分在 右时对烧结指标的影响更加明显。分析认为，水分提高，制粒效 果改善，润滑气流通道，提高垂直烧结速度，从而提高了利用系数；另一方面过快的垂直烧结速度和较高的水分降低了烧结温度，液相量减少，成矿条件变差，成品率和转鼓强度下降。综合评分指数表明，在超高碱度下高铁低硅烧结时，混合料水分对综合指标的影响最显著，最佳水分为 料层的影响 随料层提高，烧结利用系数呈下降趋势，但烧结矿的转鼓强度、成品率均提高，并呈很强的线性关系，料层在 630 为最佳值，见表 6。研究表明，料层提高后，阻力增加，一方面有效解决了超高碱度情况下，垂直烧结速度过快造成烧结过程的燃烧与传热脱节的问题；另一方面料层提高，自动蓄热作用明显，高温区温度提高，利于提高烧结矿强度。料层提高后透过料层的风量减少，利用系数随之下降。从综合评分指数分析，在超高碱度下高铁低硅烧结时，烧结料层对综合指标影响较大，料层在 630 最有利改善烧结矿质量指标。 焦粉配比的影响 由表 6 可知，随焦粉配比的增加，烧结利用系数和烧结矿转鼓强度逐步下降，烧结矿成品率指标随焦粉配比的增加而提高。在焦粉配比为 ，烧结矿的转鼓强度、利用系数等指标最佳， t/（ h） 。由于燃料配比的提高，烧结液相增多，气流阻力上升，垂直烧结速度降低，致使烧结利用系数下降；烧结过程温度升高，过熔现象加剧，微气孔减少，还原性气氛增强，扩散条件下降，造成烧结矿结构致密而发脆，烧结矿强度降低；焦粉配比提高，烧结液相增多，成品率随之上升。从综合评分指数分析，在超高碱度下高铁低硅烧结时，焦粉配比的影响相对较小，烧结经济指标处于理想水平。 综合寻优 根据表 7 的 “各水平的综合评分 ”数据综合寻优后，进行寻优补充烧结试验，结果见表 8。根据寻优烧结补充试验并结合攀钢钒钛磁 铁精矿烧结生产实际，综合评分在超高碱度下高铁低硅烧结最优的组合为：水分 焦粉配比为 料层 630 明超高碱度下高铁低硅烧结适宜采取 “小水、中碳、厚料层、慢机速 ”的操作方针。表 8 寻优烧结补充试验结果 水分 / % 焦粉配比 /% 料层 / 结速度 / （ 1） 利用系数 / t （ h） 1 成品率 / % 转鼓 / % 平均 粒径 /30 烧结矿物相组成与冶金性能 结矿物相组成及显微结构 选择试验中利用系数最佳组合（水分 焦粉配比 料层为 530 基准样，寻优后最佳组合（水分 焦粉配比 料层为 630 对比样进行比较。其烧结矿主要物相及其含量列于表 9。 19 攀 钢 技 术 2009 年第 32 卷第 3 期 表 9 烧结矿主要物相及其含量（体积分数） 钛赤 铁矿 钛磁 铁矿 铁酸 盐相 钙钛 矿 钛榴 石 磁黄 铁矿 玻璃 质相 硅酸盐相 总量 基准样 23 0 33 22 25 3 14 15 对比样 23 9 4 29 见 1 3 表 9 可见，对比烧结矿样和基准样差异为：烧结矿的铁酸盐相增加 2 4 个百分点，钛磁铁矿降低了 1 百分点，钙钛矿降低了 百分点，玻璃质相有所降低，降低了 百分点，钛榴石含量降低 百分点。 从烧结矿的宏观结构看，基准样烧结矿较坚硬、致密、孔隙少，为细孔厚壁结构，残余 石灰白点偶见，部份较疏松、易碎。对比样烧结矿坚硬、致密、孔隙较少，为细孔厚壁结构，残余石灰白点难见。 从烧结矿的微观结构看：基准样烧结矿钛赤铁矿 (赤铁矿 ) 多为半自形粒状连晶结构，钛磁铁矿(磁铁矿 ) 多为它形粒状连晶结构，在钛磁铁矿致密地区呈星点状的磁黄铁矿可见，见图 1。对比样烧结矿钛赤铁矿 (赤铁矿 ) 多为自形晶粒状结构，钛磁铁矿 (磁铁矿 ) 多为半自形粒状连晶结构，胶结相主要为铁酸盐相及硅酸盐相，铁酸盐相多呈粒状与钛磁铁矿 (磁铁矿 ) 成熔蚀结构，且铁酸盐相较基准样明显增加，钙钛矿多为半自形粒状结构，晶粒细小 ，钙钛矿有所减少，见图 2。 1 面扫； 2、 3 钛赤铁矿； 4 钛磁铁矿； 5、 10、 11 铁酸盐相； 6、 7 硅酸盐相； 8、 9 钙钛矿 图 1 基准样微观结构 1 面扫； 2、 6 钛赤铁矿； 3、 5、 11 钛磁铁矿 4、 8 硅酸盐相； 7 钙钛矿； 9、 10 铁酸盐相 图 2 对比样微观结构 烧结矿岩相分析表明，在超高碱度高铁低硅烧结时，采取适宜的操作参数，有利于促进铁酸钙发展，抑制钙钛矿、钛榴石等物相生成；而且其晶形也发生了较大的改变，逐步由半自形晶、它形晶向自形 晶、半自形晶转变，促进烧结矿强度的改善。 结矿冶金性能 烧结矿低温还原粉化性能 (还原率(测定结果列于表 10。从表 10 可见，对比烧结矿的低温还原粉化性能 (善。低温还原转鼓后 小于 级含量由 烧结矿的相对还原率 (原来的 高到 表明在超高碱度高铁低硅烧结时，优化操作参数有利于改善高铁低硅烧结矿的中、低温 还原 性能。 5 结语 （ 1）在超高碱度烧结时，随着烧结矿品位的提高，垂直烧结速度 减慢，利用系数降低，烧结矿强度指标下降，烧结矿的成品率和平均粒度指标有所上升。20 攀 钢 技 术 21 表 10 烧结矿低温还原粉化率及还原率测定结果 烧结矿低温还原转鼓后的粒度组成 / 6.3 0.5 0.5 准样 比样 较 2）在超高碱度高铁低硅烧结时，单项指标最佳组合为：转鼓强度的最佳组合为：水分 焦粉配比 料层 630 用系数的最佳组合为：水分 焦粉配比 料层 530 品率的最佳组合为：水分 焦