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高褐铁矿的烧结试验研究及生产实践

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-10-08  作者:吴洪义,夏志坚,陈晓光  浏览次数:431
 
核心提示:摘 要: 利用 X 射线衍射及烧结杯试验分别对褐铁矿的矿物组成和烧结性能进行了研究。研究结果表明,该褐铁矿同化温度低、液相流动性好,其配比从 30% 逐步增加到 70% 后,垂直烧结速度和成品率下降,固体燃料消耗上升,但烧结矿的强度指标仍然保持在较好水平。在生产实践中,通过配矿结构优化、改变烧结生产工艺条件和技术参数等措施,褐铁矿配比成功配加到 60%,赤铁矿等配比大幅度下降,烧结矿质量稳定性良好,达到了优化结构、降低配矿成本的效果。 关键词: 烧结; 褐铁矿; 高配比; 试验研究; 生产实践
 高褐铁矿的烧结试验研究及生产实践

吴洪义,夏志坚,陈晓光

(宁波钢铁有限公司,浙江 宁波 315807)

摘 要: 利用 X 射线衍射及烧结杯试验分别对褐铁矿的矿物组成和烧结性能进行了研究。研究结果表明,该褐铁矿同化温度低、液相流动性好,其配比从 30% 逐步增加到 70% 后,垂直烧结速度和成品率下降,固体燃料消耗上升,但烧结矿的强度指标仍然保持在较好水平。在生产实践中,通过配矿结构优化、改变烧结生产工艺条件和技术参数等措施,褐铁矿配比成功配加到 60%,赤铁矿等配比大幅度下降,烧结矿质量稳定性良好,达到了优化结构、降低配矿成本的效果。

关键词: 烧结; 褐铁矿; 高配比; 试验研究; 生产实践

1 前 言

随着钢铁市场的快速发展,优质的粉矿资源逐步减少,褐铁矿作为一种较为廉价的矿石逐步推向市场。在烧结工序中,提高相对廉价褐铁矿的使用量,在满足质量要求的基础上,可以有效地降低烧结矿成本。国内很多钢铁企业通过调整料层厚度和水炭配比,褐铁矿配加到 30% 以上,其中宝钢最高,短暂的配到了55%[1]。宁波钢铁从 2015 年开始着力进行高配比褐铁矿的试验研究和生产实践攻关,通过原料结构优化和对烧结料层厚度、烧结负压、烧结矿碱度等一系列调整措施,褐铁矿配比从35% 成功提高至 60%,烧结矿质量保持在较好的水平,满足了高炉高效顺行的要求。

2 高褐铁矿烧结试验研究

2. 1 褐铁矿的矿物性能分析

澳洲杨迪矿属于河道型褐铁矿,结晶水含量高,其通用化学式为 mFe2O3 ·nH2O ( m = 1~3,n =1 ~4) 。其 X 射线衍射结果见表1 与图1。可见,该矿物主要由褐铁矿、赤铁矿和极少数磁铁矿及少量脉石组成。

图片1 

2. 2 试验参数和方案

试验采用300 mm ×700 mm 烧结杯系统。试验过程中,一次混合加水润湿,二次混合制粒 3 min; 试验工艺参数为:制粒时间 3 min,料层厚度 650 mm,点火时间 1. 5 min,铺底料厚度约30 mm,点火温度 1 050 ±50 ℃,点火负压 8 kPa,烧结负压 12 kPa,冷却负压 8 kPa,冷却时间 3 min,冷却温度 <250 ℃。

试验取用宁钢生产中使用的原料,烧结矿碱度为 1. 80,MgO 含量固定为 1. 5%,熔剂用石灰石和白云石粉。试验具体配比详见表 2。

图片2 

2. 3 烧结杯试验原燃料分析

本次烧结杯试验所用原料及燃料成分分别见表 3 与表 4,含铁原料的粒度组成见表 5。

图片3 

图片4 

2. 4 试验结果及分析

试验褐铁矿配比从 30% 增加到 70%,其结果详见表 6。

图片5 

从表 6 的试验结果可得出以下几个结论:

(1) 随着褐铁矿的配比从 30% 提高到70%,垂直烧结速度呈下降趋势。其主要原因是虽然随着褐铁矿的配比增加,混合料变得疏松,原始透气性变好,但是褐铁矿的同化温度低、液相生成能力强、流动性高于其它赤铁矿石,增加了燃烧带的厚度,从而影响了燃烧带的透气性,导致垂直烧结速度不升反降[2]。另外,过多的水分增加了气流带出水分的负荷,气流蒸汽饱和后,水不再以气体的形式迁移,以液体的形式向料层下部迁移,易堵塞气流通道,从而降低料层透气性。

(2) 烧结矿的成品率随着褐铁矿配比的升高而降低。褐铁矿配比在 30% 时,烧结的成品率为 75. 14%,当褐铁矿配比增加到 70% 时,成品率下降到71. 91%。其主要原因是褐铁矿烧结容易形成薄壁大孔结构,使烧结矿整体变脆,在运输和整粒过程中容易破碎导致成品率低;另外,因为褐铁矿液相生成温度低,容易产生大量液相,而且液相的流动性好,容易封闭料层的孔隙,使烧结料层的透气性不均匀,加剧烧结料层中焦粉燃烧形成的横向不均匀性所致。

(3) 因成品率和垂直烧结速度随着褐铁矿配比升高而降低,导致烧结利用系数也随着褐铁矿配比的升高而降低。褐铁矿配比为 30%时,利用系数达到 1. 51 t/ ( m2 ·h) ,当褐铁矿配加到70%时,利用系数降低到1. 28 t/ ( m2 ·h) 。

(4) 烧结固体燃耗随褐铁矿配比升高而增加,主要是由于结晶水含量高需要消耗大量的热及成品率的降低所致。

(5) 随着褐铁矿配比的提高,烧结矿质量指标仍然较好。褐铁矿配比从 30% 提高到 70%后,烧 结 矿 转 鼓 指 数 从 72. 83% 提 高 到73. 06%,最高到 73. 47%,转鼓指数略趋好;烧结矿平均粒径均保持在 25. 3mm 以上,其 5~10mm 的含量从 16. 96% 降低到 15. 21%。主要原因是褐铁矿生成铁酸钙的能力大,随着褐铁矿配比的增加,烧结矿铁酸钙生成能力提高,从而导致烧结强度略趋好。

3 高褐铁矿烧结生产实践

3. 1 生产工艺调整

在生产实践中,随着褐铁矿配比的提高,烧结配矿结构和部分生产工艺参数也做了相应的动态调整,具体如下。

3. 1. 1 调整配矿结构

因褐铁矿的同化温度低,液相流动性普遍较好,在选择精粉品种时,尽量选用同化温度相对较高的磁精粉,实践中选择配加的磁精粉有南非精粉、智利精粉,磁精粉配比保持在8% 以上,以改善混匀矿烧结性能的匹配程度[3]。此外,精粉配比的增加,也提高了混合料的堆比重,减少了烧结过程中出现的大量收缩,对提高烧结矿强度和成品率有利。实践中褐铁矿配比超过 50%时,精粉配比保持在 15%以上,2017 年精粉配比达 19%。

3. 1. 2 实行厚料层烧结

烧结过程自上而下是一个自动的蓄热过程,随着烧结料层的提高,自动蓄热的热量不断增加[4]。应用厚料层烧结技术还可以有效地降低烧结固体燃料的配加,同时提高烧结过程的氧化气氛,延长烧结高温保温时间,促进铁酸钙的形成,从而改善烧结矿的质量。烧结料层厚度初始设计为 650 mm,后来通过对台车墙板的加高和采用烧结溢流布料技术,料层厚度从650 mm 提高到 780 mm。

3. 1. 3 适当提高烧结矿碱度

混合料中 CaO 的存在有利于易还原铁酸钙CaO·Fe2O3 的生成。随着烧结矿碱度的提高,除了与 SiO2 和 FeO 结合的 CaO 外,还有多余的CaO 和 Fe2O3 反应生成铁酸钙,碱度越高,出现的铁酸钙越多,从而可改善烧结矿的强度和还原性。在生产高碱度烧结矿时,铁酸钙液相起主导作用,因此在高褐铁矿烧结时,可以适当提高烧结矿的碱度来改善烧结矿的各项指标[5]。2013 年、2014 年,生产中烧结矿碱度基准控制在 1. 79 ~1. 82 之间,2015 年以后,生产中将烧结矿碱度基准从 1. 82 提高到目前的1. 88,烧结矿质量良好,高炉稳定顺行。

3. 1. 4 降低烧结过程负压

褐铁矿结构比较疏松,其在较低的抽风负压下烧结速度即可以达到较高。在高抽风负压烧结条件下,烧结速度更快,会造成烧结过程中的高温保持时间短,烧结反应时间不充分,液相生成不足,结晶也不完善,不仅会导致烧结矿成品率下降,而且也会使烧结矿强度降低。因此,降低烧结负压,可以明显改变烧结速度,增加烧结过程的高温保持时间,使烧结矿结晶更加完善。2 # 烧结机投产后,生产中对 1 # 烧结机的两台主抽风机进行了变频改造,烧结负压从设计的额定 17 kPa 降低到 12 kPa 以下,烧结矿质量良好稳定。

3. 1. 5 适当的生石灰配比

在混合料中配加生石灰可以提高混合料的料温、湿容量和改善制粒效果。但在高褐铁矿烧结时,过高的生石灰配加,会导致混合料过于疏松,烧结速度过快,烧结矿强度质量降低。因此,高褐铁矿配比生产时,合适的生石灰配比很有必要。褐铁矿配比在 30% 以下时,吨烧生石灰消耗在45 ~50 kg 之间; 当褐铁矿配比超过 50%后,吨烧生石灰消耗降低到 25 kg 以下,最低只有 16 kg,烧结矿质量保持在原来的较好水平。

3. 2 生产情况

目前两台 430 m2 的烧结机,配套两座2 500 m3 的高炉,烧结产能只需要发挥 65% ~70%。从 2015 年开始褐铁矿的配比不断提升,从 35%开始一直配加到 60%,短时间到 65%,2017 年一直保持在较高的水平。不同时期不同 配比褐铁矿生产的技术经济指标详见表 7。

图片6 

根据表 7 生产数据统计可知: 烧结矿强度变化不大,都保持在较好水平,平均粒径略微变粗;固体燃料消耗随着褐铁矿配比增加略微增加;垂直烧结速度不断下降,但成品率变化不大,均保持在 79%以上; 利用系数因烧结矿产能富余较大,只是微弱下降,没有真实反映出其规律; 褐铁矿配比升高后,烧结品位仍然保持在57. 4% 以上的较好水平,在 2017 年配加 FMG高硅、高铝的褐铁矿后,导致烧结矿二氧化硅升高,品位下降到 57. 2% 左右; 烧结矿 RDI 指标有略微劣化迹象。

4 结 论

高褐铁矿试验和生产实践证明:

(1) 经过配矿结构优化和生产工艺调整,在烧结产能富余的条件下,褐铁矿配比到 60%可行,烧结矿质量稳定。

(2) 当烧结产能富余,在不追求产能的情况下,成品率可保持在79%以上的较好水平。

(3) 褐铁矿品位较低,烧损高,配加优质低硅低铝的褐铁矿,提高褐铁矿配比后,烧结矿品位仍然可以保持在较高的水平。

(4) 当褐铁矿达到一定的配比以后,烧结混合料的水份不再随褐铁矿配比增加而增加,而是稳定在 7. 2% ~7. 4%之间。

参考文献

[1] 陈付振,孙俊波. 国内褐铁矿烧结技术发展现状及影响因素分析[J]. 鞍钢技术,2015,( 4) : 8 -12.

[2] 裴元东,赵志星,马泽军,等. 高比例褐铁矿烧结机理分析及试验研究[J]. 烧结球团,2011,6( 5) : 1 -7.

[3] 吴胜利,刘宇,杜建新,等. 铁矿石的烧结基础特性之新概念[J]. 北京科技大学学报,2002( 24) 3: 254 -257.

[4] 邱家用,李新兵,徐杨斌,等. 永通公司高比例褐铁矿烧结的生产试验[J]. 烧结球团,2010,6( 2) : 23 -26.

[5] 沈铁,陈伟. 大比例褐铁矿烧结的试验研究及应用[J].矿冶,2010,19 ( 4) : 7 -4.

 
 
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