伊凤永1, 李福民1, 孙恺1, 白瑞国2, 吕庆1

( 11 河北联合大学 冶金与能源学院, 唐山 河北 063009;21 河北钢铁股份有限公司承德分公司, 河北 承德 067002)

摘 要: 根据河北钢铁集团某分公司的烧结配矿结构, 研究了混合铁矿粉的烧结基础性能与化学成分间的关系。结果表明: 同化温度随 TFe、CaO 和 MgO含量的增加而升高, 随 Al2O3含量和烧损的增加而降低; 液相流动性随 SiO2含量的增加而增大, 随 MgO 和 TFe 含量的升高而减小; 粘结相强度随烧损、SiO2含量的增加而降低, 随着 MgO和 TFe 含量的增加而升高。采用多元回归得到了烧结基础性能与化学成分的关系式, 可用于烧结配矿的快速决策。

关键词: 混合铁矿粉; 同化温度; 液相流动性; 粘结相强度;化学成分

1 前 言

烧结基础性能是评价铁矿粉质量好坏的重要指标之一, 通过不同种类矿粉的烧结基础性能间存在的互补关系指导配矿, 提高烧结矿产质量已被广大冶金工作者所接受。通常认为,混合矿的烧结基础性能可由单种矿的基础性能和配比通过线性加和关系来确定[ 1, 2], 但曹立刚等人的研究结果表明: 不同矿种的烧结基础性能间不存在完全的互补关系[ 3], 而对于混合矿烧结基础性能的确定方法尚未形成一致意见。前人的研究结果表明, 烧结矿产量、质量与混合矿粉化学成分间存在着密切的联系[4], 因此, 研究混合铁矿粉的烧结基础性能与化学成分间的关系, 对于指导配矿具有重要意义。

2 试验设备及方法

混合铁矿粉的烧结基础性能测定在 TSJ- 3型微型烧结装置中进行, 设备还包括自动退模制样器和抗压强度测定仪。烧结基础性能的测试方法如下:

( 1) 同化温度: 将矿粉小饼置于 CaO 纯试剂小饼的上方中心部位, 一起放入微型烧结装置中, 根据设定的升温曲线和实验气氛进行烧结。以铁矿粉与 CaO 小饼接触面上生成略大于铁矿粉小饼一圈的反应物为其同化特征, 测定达到这一同化特征的温度, 即最低同化温度。

( 2) 液相流动性: 将 CaO 纯试剂和铁矿粉按410 的二元碱度配成烧结粘附粉, 混匀后压制成试样小饼, 根据设定的升温曲线和实验气氛进行烧结, 测定小饼烧结前后的面积, 计算铁矿粉的流动性指数:

( 3) 粘结相强度: 将 CaO 纯试剂和铁矿粉按210 的二元碱度配成烧结粘附粉, 混匀后制成试样小饼放入微型烧结装置中, 根据设定的升温曲线和实验气氛进行烧结。用抗压强度测定仪测定烧结后小饼的抗压强度, 以此抗压强度来表示粘结相强度。

根据生产实际, 将河北钢铁集团某分公司的常用矿粉按产地分为 4 类, 并从每类矿中选取1 种代表性矿粉进行研究, 如表1 所示。采用四因素四水平的正交试验进行测试, 各种矿粉配比做到均匀分散, 齐整可比, 试验方案见表 2。

3 试验结果及分析

混合铁矿粉的理论化学成分和烧结基础性能测试结果列于表 3。

吴胜利等人提出, 混合矿的高温特性可由其单种矿高温特性和其配比计算得到[5]:

式中: HTPh ) 混合矿的高温特性, 即同化性、液相流动性或粘结相自身强度; HTPi) 铁矿粉 i 的高温特性; ri) 铁矿粉 i 的配比; n ) 铁矿粉种类的数量。

由图 1 可知, 混合矿烧结基础性能的实测值与式(1) 所得计算值的变化规律基本一致, 但存在着一定的差距, 特别是液相流动性指数和粘结相强度差别较大。这说明各种矿烧结基础性能间存在一定的互补关系, 但混合矿烧结基础性能不能直接由单种矿烧结基础性能的线性加和来确定。

混合矿烧结基础性能与化学成分间也存在着一定的线性关系, 但由于影响混合矿烧结基础性能的因素不是单一的, 烧结基础性能与各化学成分间线性关系的拟合度普遍较低, 因此对试验数据进行处理并进行了多元回归。

3、1 同化温度的影响因素

将16 个混合矿按照同化温度从小到大排列, 把同化温度相同的混合矿分为一组, 在每组中分别求得化学成分和同化温度的平均值来考察同化温度与化学成分的关系。研究发现, 拟合度由高到低 依次为 TFe、烧损、MgO、CaO 和Al2O3含量。同化温度随 TFe、CaO、MgO 含量的增加而升高, 随 Al2O3含量和烧损的增加而降低,如图 2 所示。

五种矿中, 磁铁矿的 TFe 含量最高, 混合矿的TFe 含量高, 意味着磁铁矿配比增加; 磁铁矿的同化温度较高, 导致混合矿的同化温度升高。矿石在高温下焙烧时, 结晶水分解留下残余气孔, 使矿石结构疏松, 加大了反应的接触面积,同时, 新生赤铁矿的晶格能较大, 反应性增强, 所以随着烧损的增加, 混合矿的同化温度降低[6]。

通过 SPSS 软件进行多元回归, 得到同化温度与化学成分的关系式为：

从图 3 可知, 由回归关系式所得计算值和实测值相差很小, 同化温度可由式( 2) 计算得到。

3、2 液相流动性的影响因素

将 16 个混合铁矿粉按液相流动性指数从小到大进行排列后分为 5 个组, 每组中液相流动性指数的最大值与最小值之差小于0107, 分别求得各组中每种化学成分和液相流动性指数的平均值来考察他们之间的关系。研究发现,按照拟合度由高到低依次为 SiO2、TFe、MgO 含量。液相流动性指数随 SiO2含量的增加而升高, 随 MgO 和 TFe 含量的增加而降低, 如图 4所示。

矿石中 SiO2 含量较高, 则配入的 CaO 量较多, 产生的液相量也多, SiO2对液相流动性有一定的改善作用[ 6]; 五种矿中, 磁铁矿的 T Fe 含量较高, 混合矿的 TFe 含量高意味着磁铁矿配比增加, 而磁铁矿的液相流动性较低, 导致混合矿的液相流动性指数降低。

通过 SPSS 软件进行多元线性回归, 得到了多因素影响液相流动性的关系式:

从图 5 可知, 由回归关系式所得计算值和实测值相差很小, 液相流动性可由式(3)计算得到。

3、3 粘结相强度的影响因素

将 16 个混合铁矿粉按液相流动性指数从小到大进行排列并分为 6 组, 每组中粘结相强度的最大值与最小值之差< 100 N, 分别求得各组化学成分和粘结相强度的平均值来考察两者之间的关系。研究发现, 按照拟合度由高到低依次为 SiO2、TFe、烧损、MgO 含量。粘结相强度随烧损、SiO2含量的增加而降低, 随着 MgO和 TFe 含量的增加而升高, 如图 6 所示。

混合铁矿粉中 TFe 含量升高, 杂质减少, 有助于 Fe2O3和 CaO 之间接触, 生成铁酸钙的几率增加, 故粘结相强度得到改善; 由于 SiO2和CaO 的反应能力要高于 Fe2O3和 CaO 反应, 因此当 SiO2含量增加时, 烧结产生的 C2S 数量增加, 铁酸钙生成量减少, 故粘结相强度降低。

通过 SPSS 软件进行多元回归, 得到了多因素影响粘结相强度的关系式:

从图 7 可知, 由回归关系式所得计算值和实测值相差很小, 粘结相强度可由式(4)计算得到。

综上所述, 混合矿烧结基础性能与化学成分间存在着较强的对应关系, 由多元回归计算式得到的计算值和实测值之间偏差较小, 在配矿种类变化不大的情况下, 可根据化学成分计算混合矿的烧结基础性能, 用于烧结配矿的快速决策。

4 结 论

1) 同化温度随 TFe、CaO、MgO 含量的增加而升高, 随 Al2O3和烧损的增加而降低。

2) 液相流动性随 SiO2 含量的增加而增大,随 MgO、TFe 和同化温度的升高而减小。

3) 粘结相强度随烧损、SiO2含量的增加而降低, 随着 MgO 和 TFe 含量的增加而升高。

4) 利用多元回归分析得到了混合矿烧结基础性能与化学成分间的关系式, 可用于烧结基础性能的估算, 对于烧结配矿的快速决策具有重要的应用价值。

参考文献

[1]   吴胜利, 杜建新, 王军, 等 1 烧结混匀矿的同化及液相流动能力的基础实验研究[C]12004 年全国炼铁生产技术暨炼铁年会文集, 2004: 165- 1691

[2]   阎丽娟, 吴胜利, 尤艺, 等 1 各种铁矿粉的同化性及其互补配矿方法[J]1 北京科技大学学报, 2010, 32(3): 299-3031

[3]   曹立刚1 包钢用铁矿粉的烧结基础性能研究[ J]1 烧结球团, 2005, 30(5): 5- 71

[4]   王维兴 1 高炉炼铁精料技术的内容[ J] 1 炼铁技术通讯,2010(2) : 1- 5, 241

[5]   吴胜利, 戴宇明, Daut er O liveira, 等 1 基于铁矿粉高温特性互补的烧结优化配矿[J]1 北京科技大学学报, 2010, 32( 6) : 719- 7241

[6]   翟立委, 周明顺, 李艳茹 1 几种典型铁矿石烧结基础性能的实验与评价[J]1 鞍钢技术, 2007(3): 12- 141