论铁矿石_烧结矿_球团矿_软化_熔化_滴落测试方法和基本参数的选择

1、.1989.白几第l期烧结球团论铁矿石(烧结矿、球团矿)一软化、熔化、滴落测试方法和基本参数的选择包头钢铁公司钢研所付式要本文讨论了铁矿石(烧结矿、球团矿)的高退性能(软熔、滴落)的侧试方法和从本参数的选择。高炉冶炼的基本参数包括:还原气氛、沮度、煤气压力与流速、煤气成份、炉料负荷、矿石粒度、料层高度、试样质t(m)等作了较详细的论述,同时简单介绍一r国外各种测试装置并为今后制定标准方法提出了初步设想。1高炉冶炼的基本技术参数高炉冶炼中最墓本的儿个技术参数是:l)还原气氛;2)高2益(从200(二下2200);3)有较高的煤气流速;4)炉料承受自身的负荷压强;5)变化着的煤气成分等。1) 还原

2、气氛。一切高炉中的反应都在还原气氛中进行。表1、表2的软化,熔化温度表明,在没有还原的条件下,烧结矿的碱度越高,软化和熔化温度(收缩40%时的温度可以近似地看作熔化开始温度)就越低。可是在还原条件下,情况正好相反,烧结矿(Cao/510:在o1.8范围时)的碱度越高,熔化温度也越简。表3是一组酸性球团矿的熔化温度的数据。也说明球团矿的熔化温度与还原状况有关。一般来说,还原率越高,熔化温度也越局。山此可见,比较准确地说,软熔滴落性能的测定是在荷重还原下的软熔滴落性能的测定。2) 温度分布曲线。大体上来说,高炉内从纵向(轴向)来看是反S形曲线状的温度分布。通过高炉实测和高炉解剖资料的计算,得出基本

3、数据如表4。大体上,200900属于上部热交换区,升温速度约为2020/min;9001100属热呆滞区,升温速度很小,1100至1500左右是软熔区,升温速度约为35C/min。3) 炉内煤气压力与流速。高炉内的煤气压力并不很大,不过是12个大气压,就烧结矿在级化气氛中的荷,软化1!表1烧结矿孩度Cao/510:软化开始沮度,收缩40纬之沮度,107010401025130512801285970960915126012451225(烧结矿510:6.05.4%,A:033.04.1%)·4.2989年第1期烧结矿在还原条件下的熔化沮度表21100,90分钟预还原1200,90分钟

4、预还原C扭0510,还原度%熔化始熔化终CaO510:还原度%熔化始熔化终25。632。758。464。871。075。4121015300O。513。030。21210124014900。50。9131013201470144031。037。i12501470130012801390O曰,1尸沙八.二111350142038013501390148041。139。31420145015001520勺吕:.二,.肠(试样在900下还原至富氏休,然后在CO/N:二30/70,流tz5NI/min在90分钟内在1100和1200下还旅,然后洲定烙化沮度)试验条件与衰2相同的吐性球团矿熔化沮度l表3

5、二次预还照还原度熔化开始沮度熔化终了沮度温度,l才间,min%1260135010001280142013201370136014201350144013601430舟“舟“-nU八U,臼O八nU八“,d内bl几,五九J介b1100140014301360144Q1320132011101380137014201470148089一15253128120180nnUnU,臼00目J月七,几111200高炉内不同区城的升、降沮速度表4户研究者温度确定的条件oC/min斧胜也.玉G。ClixbylSeijiTagaehi5炉身上部升温速度高炉软熔带升温速度炉身上部升沮速度炉身下部升沮速度10203

6、527。02。8由解剖资料计算在最佳冶炼条件下(无软熔带)姚结球团翻一-一一一一一5一一一-一一一一一C仇COCO,、l110090070050030010000.90.80.70.605口0.侧对.U:侧烈U02003728一2化工规格来看,是属于低压操作,对炉内的化学反应影响不大。然而煤气流速却是一个很重要的参数。由表5可见,高炉料层中的实际标态流速与高炉中的空器标态流速在数量上很接近。这是由于表中数据均系假定气流通道是垂直的直线型的,然而料层的实际流线长度通常是垂直直线长度的23倍。所以表中的数据虽然是实际流速,但数量上与空器流速是相近的,数值为:在炉身下部,标态流速约为。.51.oNm

7、/“;在炉身上部约为1.5一2.ON:n/s。4) 煤气成份。高炉炉腰外的煤气约为co4o%,N260%,从炉喉逸出的煤气中Co:和CO一般在16一20%和24%之间,随具体冶炼条件不同而变动。图1是根据两个中型高炉的实测数据而绘制的。二旦五一Co,+co3吸、魂叹、sn大1吸川,/.)图1高炉煤气与温度(实测数据)的关系高炉中的气流速度(Nm/s)表5抽抽抽一石·111116炉艘平均流速速0。71。000炉炉炉炉喉平均流速速。01。333伯伯伯伯伯伯222227炉身上、中、下部!1.75,z一9,0.8222炉炉炉炉身上,·,、下部一一丁一川服、”一矿矿0。57,l。13

8、33炉瓜炉喉空器流速速0.88,1。5333曲线对比。由图2可以看出,S、P高炉实测数据的CO亡o:+FeO+co比值在相同的温度下都大于对应的_.COco=re十CoZ平衡态下的co丁代。比植。其它几条曲线是四个试验装置采用的曲线,基本上都在高炉实测线和平衡态线之间,但无论哪条曲线都与实测线有相当大的差异。5) 炉料负荷。在高炉各个部位上,由于料柱自身的重量给出了对各部位的压强,可是现在缺乏实测的数据。斧胜也(按2000m高炉软熔带承受压为确定为1.2k引em(估算)。JohnH.seheel,按另一座高炉(估算)确定为2.o4kg/cm。我们的估算结果是,50。m高炉,有效高度Zsm,炉身

9、下部约一skg/em,炉身中部约o.skg/cm。因而取平均值0.5一1.0.6才,.!llllll赚赚_F宁o十c.O一:_了了FFFe一十C(户:丫一一仁一刁刁刁刁刁刁声声书户户崔崔崔崔崔rrr7777777_剑剑冬冬冬冬冬冬冬冬冬冬冬冬冬冬冬冬洲洲洲洲犷犷人日旅线一一lllllllllllllllllllllllllll一5.麟麟:炉实澳澳澳乙乙乙乙/岁岁岁1111111洲洲洲洲洲,.JJJJJJJJJ,.刁刁刁刁刁.口口IIIlll,1989年第l期说,一个球团矿或一小块矿石就可以作测定,即使试验方法本身误差很小,但是由于试样的代表性很差,总的结果就不可靠了。可见必须有一定数量的试样,

10、实践指出,最少的数量以5009为宜,相当于200个左右的粒子或球团矿,只有这样才能使试样的代表性得到保证。枷洲800600400p侧喊0.40.50.60.70.80.91口COCO+CO:田2高炉煤气与温度(对比数据)的关系kg/em是适当的。铁矿石、烧结矿、球团矿的基本参数主要有平均粒度、试样质量(m).和料层高度等几项。6) 矿石粒度。为了检验铁矿石的品质.,粒度要能代表真实入炉情况是很重要的,球团矿粒度一般小1012.5mm占绝大部分,烧结矿、块矿入炉上下限为40一smm左右,平均粒度约为1520mm。但如果考虑还有低温粉化的影响,则取平均粒度为1012.5mm也是比较切近实际情况的。

11、7) 料层高度。料层中有空隙率,这是重要的参数。高炉中的料层有40%左右的空隙率l1,在高炉外的球团矿的堆存空隙率约为40%,块矿约为45%,烧结矿约为50%。这两方面基本接近。试验中也应有一定料层高度,太高则受料层高度上还原率差距和电炉恒温区的制约,层次太少,例如4层以下,甚至只有一层,这样就没有模拟性了。8) 试样质量(m)。按试样本身来2高炉模拟试验和铁矿石冶金性能试验的区别铁矿石在高炉冶炼中的物理化学反应,一方面受原料本身的基本参数(如铁份、粒度、碱度、气孔率、粘结相、含铁矿物相等因素)所决定,另一方面又与高炉冶炼的基本参数(如气压、温度、煤气流速、煤气成分等)有密切关系。研究铁矿石的

12、冶炼模拟试验既要保持针矿石的基本参数反映真实情况,又要力争有与实际冶炼条件相接近,最好是完全相同的冶炼参数,其趋势是越要模拟高炉,试验工作也就越复杂。例如日本钢管公司福山研究所0、法国钢铁研究院(IRslD)首创的鲍里斯(Boris)试验装置以及冈本晃!等建立的鲍里斯炉和荷重还原软化熔化装置等都是这样一类试验装置。类似.上述方法的试验设备和消耗都比较庞大,供专门研究之用是很好的,但作为日常检验用就未免过于复杂了。另一方面,这种模拟参数变化,大多数方法还存在一个缺点,即整个试验误差的均方差等于所有参数之误差的均方差的代数和,可见参变数精确度越低,参变数的数目越多,综合试验结果的误差就越大。大型多

13、变量冶炼模型虽然模拟性较强,而试验的重显性也会随之降低。特别是在高温条件下,能达到双试样极差为10%都不容易,更不用说要求在5%以下的水平了。,该处质t(m)和品质分别指习椒称呼的数t和质t,以下同。烧结球团对铁矿石高温冶金性能的测定来说,主要的目的是对各种块矿、烧结矿、球团矿的基本性能作检验和鉴定。这时,应该使试验尽可能反映矿石本身的特性,还要尽可能地减弱冶炼条件参数带进去的试验误差。理想的情况是一切冶炼参数都稳定不变,但这是办不到的。高炉解剖结果指出,铁矿石、烧结矿、球团矿_t要靠高温还原。表6的数据证明了这一点。日本店烟1林高炉软熔带的矿石还原度(%)表6,块层次仄域”、;矿,矿”团矿7

14、9。81。:h00确b舟b.亡J6乙,.一b卜月了,.主,JGS(炉身中部):二勺.二,IJ,Gl.(炉身下部)B区(软化区)C区(靠近B区、块矿试)D区(块矿伏)D区(块矿伏)12。336.6由图3可以看到,庄灿1”高炉进入软熔带以前,炉中心部位的还原度可达50%,炉墙附近只有一。一20%,中间部位可达30;石、平均进入软熔带以前的还原度约20%左右。还原率<10102020一303050>50口口口以.l已rLee卜esrLes卜l卜Lr八U工勺nU.勺n.J.二,二,臼乃还原率,(1010一2020一3()30一5050一70口勿四留.圈3瓜灿1“高炉j五原率分布情况洞冈4#

15、高炉进入软熔带以前,高炉中心部位的还原度可达20%,而边沿较高可达4060%,平均约为30%左右(见图4)。通过模拟打水试验确定了高炉打水冷却中引起铁矿再氧化程度约为原来已达到的还原度的20一30%曰”,按这一数据校正图4洞冈4件高炉还原率分布情况后的平均还原度约为25一37.5%(庄烟1”)、28.6一42.9(洞冈4“),即25一40%左右。西德曼内斯曼钢什公司的5“高炉是用气态和液态NZ冷却的,使用N:冷却可以防止铁矿的再氧化和破坏原有料层结构。还原度的情况参见图5。在进入软熔区以前,炉中心部与上述两个日本高炉的校正后的还原度非常接近。这里就提出了一个问题,即铁矿石在中温区域的还原度并不

16、高,不过是25一切%。而铁矿石、球团矿在软化时还原度却已达到7080%,高碱度烧结矿也已达。8一一一-一.一一一一一1989年第I期到8090%,可见10001200的高温还原占有重要地位。I81614121086420JJJlll门门门口口厂厂入入今今今今今今今今今口口口口口,rrr阵阵阵阵阵阵,引引引引妇妇口口口日日日日洁任劝劝现现日日l卜L、刁刁刁刁刁刁刁刁刁刁刁刁飞飞飞比担担担担L、f/尹尹卿卿习习习L11111111111111111111111111111111111111111)下,盛盛盛下下下下下下下下下仁仁百1再矛矛矛不不不不不不不不不不旧旧谬谬口口口口口口口口口口口币币厅厅

17、厅III”lll月斗瞬令于口时020406080100还原度,荞日5受内斯曼5号高炉还原率分布情况荷重还原下的软熔滴落性能测定主要是由含铁矿物的还原性能和脉石以及金属铁的熔点来决定。完全不考虑还原条件固然是搞不清软熔性质的,而人为地规定预还原度为60、65、70、90%等也是缺乏根据的。因为各种矿石的中、高沮还原性能不同正是引起荷重软熔性能变化的重要因素和主导因素。要同时解决还原度和软熔性能的测定就是这项侧定工作方法的主要困难之一。除此以外,高炉条件、反应管的密封也都是技术困难较多的地方。3国外各测试装置简介我们收集和分析了34种测试装里和方法。由于篇幅所限,这些原始资料均已略去。它们大体上可

18、以分为六个类型,兹分别介绍其要点如下:类型工(包括2种装置):这是最简单的侧荷重软化的方法,但有两个根本缺点。一是没有还原过程,二是矿石破碎到1一3nUn,因此失去了代表性和高护冶炼的基本条件还原气氛。类型n(包括3种装置):是一种简便灵巧的试验装置,可以供科研作对比试验用,缺点就是矿石试样太少.只使用一个球团矿或一块矿石、一块烧结矿。显然是缺乏代表性的。类型,(包括5种装置):这种方法有两个缺点,一是矿石破碎(还原后),二是矿石进行定时或定量的预还原。预还原度本来是一个要探求的数量,预先规定它,除了为着研究还原度与软熔性能的内在关系以外就没有实际意义。类型N(包括5种装置):这个类型的方法和

19、类型l相似,但预还原后的矿石不进行破碎。由于矿石是进行定量预还原的,所以只能用于研究。以上四个类型或是不用还原气氛,或是将矿石破碎至几个毫米以下,或是人为规定预还原度,或是只使用一个矿石粒子作试样等,都不符合检验铁矿石在荷币还原一l;的软熔性能的基本要求,因而不可能采用它们作为标准方法。类型v(包括12种装置):这个类型的不同装置,在这34种方法中占12种,超过了总数的1/3,单纯从数量上也可以石出这类装置和方法有更多的优越性。这类装置的原料参数合乎实际情况,冶炼参数有模拟性,但也和还原粉化、还原膨胀的标准方法相同,采用简化的模拟.力求冶炼参数带入的误差尽量地小,而突出对矿石性能的比较和鉴别。

20、类型VI(包括7种装置):是比较全面地模拟高炉冶炼条件的方法,实质上是一种冶炼模拟试验方法。_七要作为研究设备。与然也可以作检验之用。4标准方法的初步设想对于开展这项工作,提出以下一些初步设想,希望能够起一个抛砖引玉的作用。烧结球团。9.下面我们先研究和选择试验所需要的琴本参数。1、铁矿石、烧结矿、球团矿的试样的粒度范r祠可以采用10一12.5mm和1504695,1504696,150遗607,xso72一5,Dp4698保持一致,而且有代表性。9) 柑涡内直径与上述五个标准比较取中75mm。取中1Zomm虽然更好一些,但设备太大。考虑到中75mm/小10一12.5mm只有67,因此也不能再

21、降低琳偶内径的尺寸了。10) 料层高度取60mm,即有56层矿石粒子,相应的试样质量(m)约为socg,这个数量既与上述五个标准保持一致,也保证了试样应有的代表性。11) 负荷,采用简化模拟,取0.5或1.0kg/cm,而且倾向于用o.skg/cm,同时倾向于使用配重加压的方法。为了压块不致太重,可以采用0.skg/em,因为0.5或1.0kg/cm对试验没有明显的影响。12) 还原气体压力可维持585通7s45pa或75遵5一gso7pa。13) 还原气体成分也采用通用的CO/NZ=30/70。杂质上限亦规定为H,、HZo、Co:均应小于0.2%(休积),o:应小于0.1%(体积)。以上6个

22、参数一经固定之后,煤气流量和温度曲线就是关键性参数,也是调节因素。确定绝对的软熔性能测定值是困难的,因此要找出一个“拟似的标准试样”,根据高炉解剖的数据,高碱度烧结矿(CaO/510:二1.51.7)在软化以前可以达到8090%的还原度,在100oC以下的中温区的还原度只占3040%。因此需要选一种还原性好的高碱度烧结矿(51025一6%、Cao/51021.5一1.7)作为试验标准样。设计不同的煤气流量和升温曲线,达到这种高碱度烧结矿在900以内还原度为3040%,在1200以前还原度为8090%。因此对温度曲线和煤气流量的设想如下:14) 煤气流量大于上述五个标准,将采用3oN/min以上

23、。15) 升温曲线采取三段变温制度,即200一900这一段升温速度为1。0/min,1200一1500为5.0/min,9001200主要是高温还原,可根据预还原度指标809衅石来确定这一段的时间和升温速度。关于测定装置应给出的试验结果,首先是料层收缩率(%)和料层气流阻力(即压力损失)。其次是通过Co、CO:自动分析仪确定还原度(%)。关于试验指标,可以考虑料层收缩率10%为软化开始温度,收缩率50%为软化终了温度,压力损失急剧上升的拐点为熔化开始温度,料层收缩100%为熔化终了温度。也可以将软化终了和熔化开始温度合成一个。此外,还有最大压差时的温度。今考文做一B.A.及。刀”eK”皿,(勺

24、.T.及.113B.By3.q.M。1984,12,P3Is言2KiiehiNaritaet.al.,Trans.ISIJ1079,9,P7663斧胜也,铁巴钢,1975,6,I,7774G.Clixby,Ironmakingandsteelma一king,1980,2,P68755seijiTogaehiU.s.W,(StahlundEise几并981,18,P43516神原健二郎,(铁乏钢1976,5.P535“5467KarlFngelU.S.W,(StahlundEisen努1973,1,PI8幻斧胜也,“高护软化熔融带的反应研究分,包俐科技处译本9JohnH.geheel,Ironm

25、akingProeeed加95979,P164470,。山冈泽次郎等,铁乏钢,一980,10,P18501859fll刃本晃等.铁色钢,1986,10,P1529J53612:村泰人等,(铁巴钢.1976,5,P5475583佐佐木太郎等,铁七匆,1976,S,P5805911难KarlFngel,U.S.W.,(StahlundE!,”1986,22,1823.10·烧结球团1989·牟第l期宝钢一粉矿混匀生产实践上海宝山钢铁总厂生产部沮大威提要木文扼要介绍了宝钢现代化大型混匀料场于1985年投产后的生产情况并对混匀物料抽送的几个参数进行了理论推算。实践证明,宝钢粉矿混匀技术设计合理、设备先进、运行可靠、效果良好,能满足现代化大型生产的要求。混匀作业部分指标已达到或超过国际先进水平。王前言铁矿石混匀对高炉冶炼的作用人们早已有所认识,但是作为一项新技术并得到普遍推广却还不到二十年。我国第一个现代化大型混匀料场于1985年在宝钢建成投产,到1987年底止已累计生产匀