钒钛磁铁矿对烧结及炼铁的影响分析①_李建.pdf

钒钛磁铁矿对烧结及炼铁的影响分析 ① 李 建， 毛晓明 宝山钢铁股份有限公司 中央研究院,上海 201900 摘 要 研究了烧结配矿中钒钛磁铁矿用量对烧结利用系数、燃耗和低温还原粉化率的影响,结果表明,烧结矿中 TiO2含量增加 1 个百分点,烧结产量下降 11.1％,固体燃耗增加 3.99％,RDI＋3.15 mm降低 3.96 个百分点；根据烧结低温还原粉化率与高炉产量和燃料 比的影响关系,将使得高炉铁水产量降低 3.04％,焦比增加 11.01 kg/ tHM。 通过本分析,可定量地评估钒钛磁铁矿对烧结、高炉炼铁 的影响。 关键词 配矿； 钒钛磁铁矿； 烧结； 低温还原粉化； 高炉产量 中图分类号 TF046文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2018.04.025 文章编号 0253-6099201804-0098-04 Effect of Vanadium Titanium Magnetite on Sintering and Iron Making LI Jian, MAO Xiao-ming Research Institute, Baoshan Iron Steel Co Ltd, Shanghai 201900, China Abstract Effect of vanadium titanium magnetite on sintering productivity, fuel rate and low-temperature reduction degradation index RDI was studied. Results indicated that when TiO2content in sinter was increased by 1 percentage point, the sintering output was decreased by 11.1％, the solid fuel consumption rose by 3.99％ and RDI＋3.15 mmfell by 3.96 percentage points. According to the correlation between RDI and fuel rate, the hot metal production from blast furnace will be reduced by 3.04％ and coke rate will be increased by 11.01 kg/ tHM. Based on such analysis, the effect of vanadium titanium magnetite on sintering and blast furnace iron-making can be quantitatively uated. Key words ore blending； vanadium titanium magnetite； sinter； low temperature reduction degradation； blast furnace production 随着钢铁市场回暖,高品位铁矿石价格重新上涨。 含一定量 TiO2的钒钛磁铁矿价格相对较低,但其配入 烧结时,对烧结和高炉都将带来一定的影响,但目前对 具体影响程度缺乏定量分析。 国内学者对攀枝花、承德的钒钛磁铁矿烧结研究 较多［1-6］,烧结矿中 TiO2含量达到 7％ ～10％,在该原 料条件下,烧结的技术指标及产质量与普通烧结矿存 在较大差异,高炉需匹配相应的冶炼制度。 另有部分 学者对钒钛磁铁矿在直接还原和含碳球团方面的应用 开展了深入研究［7-10］。 传统钢厂在考虑配少量钒钛磁 铁矿降低配矿成本的同时需兼顾钛对高炉冶炼的影 响,烧结中 TiO2含量通常在 1％左右。 本文就钒钛磁 铁矿对烧结和高炉的影响进行了定量试验和分析。 1 原料性能及试验方法 试验所用原料化学成分如表 1 所示。 表 1 原料化学成分质量分数 / 原料TFeFeOSiO2Al2O3CaOMgOTiO2 钒钛精粉56.0225.704.393.681.071.7010.55 铁原料 A64.7027.494.541.541.481.140.28 铁原料 B63.3228.454.830.591.890.720.13 铁原料 C57.234.676.471.962.501.050.31 铁原料 D73.4565.440.380.080.850.0350.11 铁原料 E38.1124.416.052.186.221.050.51 生石灰0.143.600.6681.552.040.02 石灰石0.201.510.4551.782.530.03 焦粉2.516.973.752.030.410.04 原料MnOPS Na2OK2O 烧失水分 钒钛精粉0.0260.0160.2000.0120.0060.933.10 铁原料 A0.0180.0120.0240.0150.0120.963.70 铁原料 B0.9770.0250.2970.2210.1100.863.13 铁原料 C0.0160.0320.1930.0130.0075.583.80 铁原料 D0.0980.0080.0370.0070.0010.040.92 铁原料 E0.0200.0450.3700.0010.05129.491.46 生石灰0.0070.0010.0010.0580.11511.72 焦粉0.0290.0340.1100.0360.04282.916.77 ①收稿日期 2018-01-14 基金项目 国家重点研发计划2017YFB0304300,2017YFB0304301 作者简介 李 建1979-,男,湖南长沙人,高级工程师,博士研究生,主要从事烧结、球团及非高炉炼铁技术研究。 第 38 卷第 4 期 2018 年 08 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.38 №4 August 2018 ChaoXing 分析结果表明,含铁原料中,钒钛精粉含 TiO2最 高；其次为铁原料 E；其它含铁原料 TiO2含量均低于 0.5％。 铁原料 A、B 铁品位较高,FeO 含量较高,均为 磁铁矿类型铁精矿。 铁原料 D、E 为钢铁厂内部含铁 二次资源。 从原料分析结果还能发现,铁原料脉石成 分中,均含有一定量的 CaO 和 MgO。 原料粒度组成如表 2 所示。 可见铁原料 B 粒度 最细,其次为铁原料 B、E,其它几种铁原料粒度略粗。 表 2 原料粒度组成及平均粒度 原料 各粒级mm物料含量/ ％ ＋8 5～83～51～30.5～1 0.25～0.5-0.25 平均粒度 / mm 钒钛精粉1.422.344.3830.4814.136.8140.431.23 铁原料 A01.083.064.102.050.8688.850.40 铁原料 B00001.062.1396.810.14 铁原料 C0.002.149.4726.409.673.0449.281.19 铁原料 D3.767.5713.9342.0814.394.3513.912.33 铁原料 E1.581.250.722.196.326.0681.890.45 生石灰001.3827.5914.5111.2045.330.81 石灰石00.188.2046.7419.993.6621.231.46 焦粉2.8212.27 10.3223.0617.926.3927.222.09 原料的制粒性与亲水性存在密切关系,通常用静 态成球性指数表征亲水性的强弱。 试验用原料成球性 指数如表 3 所示。 试验研究所用铁矿中,除铁原料 D 外,其余铁矿的静态成球性指数均在 0.36 以上。 根据 对成球性指数的定义及其对物料成球性难易程度的区 分,铁原料 D 的成球指数在 0.2 以下,属无成球性物 料,结合粒度分析,其细粒级部分含量较少,对烧结制 粒影响不大。 其余铁原料静态成球性指数大于 0.35 但小于 0.6,属弱成球性物料。 铁原料 A 成球性指数 大于 0.60,属于具有良好成球性的原料。 表 3 原料静态成球性指数 原料最大毛细水/ ％最大分子水/ ％静态成球性指数 钒钛精粉17.424.620.361 铁原料 A17.636.710.614 铁原料 B17.085.000.414 铁原料 C16.254.400.372 铁原料 D0.000.60 铁原料 E26.698.160.441 烧结采用质量配料法配料,人工干混 3 次,加水湿 混 3 次,混匀后在 Φ600 mm 300 mm 的圆筒混合制 粒机内进行制粒。 制粒完毕后,将混合料布料至直径 100 mm 的烧结杯中,杯底铺有 0.5 kg 铺底料,装料高 度 700 mm；采用天然气点火,点火时间 1.5 min,点火 温度 1 18050 ℃,点火负压 6 kPa,烧结负压 13 kPa, 抽风负压13 kPa。 从点火至烧结废气温度达到最高后 开始降温时所需时间即为烧结时间。 到达烧结终点 时,抽风负压调低至 6 kPa,冷却 5 min 后卸料,然后进 行落下,检测成品率、转鼓强度等冷态性能。 取成品烧 结矿按 GB/ T 24204-2009/ ISO 139302007 检测其低 温还原粉化指数RDI。 2 试验结果及讨论 2.1 钒钛磁铁矿配比对烧结的影响 按照表 4 所示的配矿方案,通过烧结杯试验,研究 钒钛磁铁矿对烧结的影响。 主要考察钒钛精粉 TiO2含 量对烧结产质量的影响,以达到返矿平衡1.00 0.05 为前提,调整混合料的水和碳。 表 4 配矿方案及烧结矿主要成分 编号 配比/ ％烧结矿成分/ ％ 钒钛精粉铁原料 B生石灰MgOTiO2TFe P60.0060.957.650.920.1758.97 P75.0055.957.650.980.7258.58 P815.0045.957.651.081.8257.81 P920.0040.907.701.132.3857.40 注 ① 4 种配方的计划碱度均为 1.64；② 4 种配方中铁原料 A、C、D 和 E 的配比均为 18.00％、7.00％、1.20％和 1.20％；③ 4 种配方中 焦粉的配比均为 4.00％。 随着钒钛精矿配比由 0％增加到 20％,烧结矿中 TiO2含量由 0.17％增加到 2.38％。 在确保返矿平衡 1.00 0.05的条件下,调整烧结过程燃料、水分含 量,钒钛磁铁矿配比对烧结指标的影响如表 5 所示。 可见,烧结成品率和转鼓强度变化无明显的规律性,但 利用系数显著下降,烧结固体燃耗明显增加。 将钒钛磁铁矿与烧结利用系数、固体燃耗的关系 进行相关性分析,如图 1 所示。 随着烧结矿中 TiO2含 量增加,烧结利用系数显著下降,对其进行线性模拟, 表 5 钒钛磁铁矿配比对烧结指标的影响 钒钛精矿配比 / ％ 燃料 / ％ 水分 / ％ 成品率 / ％ 垂直烧结速度 / mmmin -1 利用系数 / tm -2 h -1 固体燃耗 / kgt -1 转鼓强度 / ％ 返矿平衡 系数 05.937.9378.1212.831.02111.2544.931.04 57.668.1277.6610.880.88113.1641.911.05 157.668.2278.3710.710.84114.5946.651.00 207.668.3378.319.580.73122.6251.470.99 99第 4 期李 建等 钒钛磁铁矿对烧结及炼铁的影响分析 ChaoXing 得到回归方程为y＝ -0.112 4x＋1.010 5,回归系数 R2 达到 0.893 1,说明在本次烧结试验中,利用系数的变 化有 89.3％是由烧结矿中 TiO2含量即钒钛磁铁矿配 比变化引起的。 根据该回归方程可知,烧结矿中 TiO2 含量增加 1 个百分点,烧结产量下降 11.1％。 随着烧 结矿中 TiO2含量增加,烧结矿固体燃耗显著增加,得 到回归方程为y ＝ 4.386 4x＋109.82,回归系数 R2为 0.781 4,即固体燃耗增加有 78.1％是由钒钛磁铁矿配 比增加导致的。 烧结矿中 TiO2每增加 1 个百分点,固 体燃耗增加 3.99％。 烧结矿TiO2含量/ 1.05 1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 0.50.01.01.52.02.5 y - 0.1124x 1.0105 R2 0.8931 利用系数/t m-2 h-1 ◆ ◆ ◆ ◆ 烧结矿TiO2含量/ 124 120 116 112 108 0.50.01.01.52.02.5 y 4.3864x 109.82 R2 0.7814 固体燃耗/kg t-1 ◆ ◆ ◆ ◆ 图 1 TiO2含量对烧结利用系数及固体燃耗的影响 2.2 钒钛磁铁矿对高炉指标的影响 李涛［11］介绍了钛矿对八钢高炉的影响2014 年, 八钢高炉入炉 TiO2负荷为 10～15 kg,日本鹿岛 3＃高 炉 5 050 m3操作实践表明,TiO2负荷 15 kg,铁水和炉 渣的流动性并没有恶化到影响高炉操作的程度［12］。 国内研究者也对含钛烧结矿的软熔性能进行了深入的 研究［13-15］,表明随着矿石 TiO2含量提高,矿石的软化 温度升高,软熔区间变宽,但其研究的矿石含 TiO2通 常达到 6％～14％,且未能得出软熔性能变化对高炉消 耗指标的影响。 鉴于八钢所用烧结矿 TiO2含量远低 于国内其它研究者的研究值,且软熔性能与高炉消耗 的指标缺乏量化的关系,故本文将研究重点放在不同 TiO2含量烧结矿的低温还原粉化变化上,进而根据低 温还原粉化对高炉产量及消耗指标的影响,分析矿石 中 TiO2含量变化对高炉指标的影响。 图 2 为不同 TiO2含量烧结矿的低温还原粉化指 标。 研究结果表明,随着烧结矿中 TiO2含量提高,烧 结矿低温还原粉化指数显著恶化。 这是由于随着钒钛 矿配比增加,烧结矿内钙钛矿、钛赤铁矿、钛磁铁矿等 含量增多,烧结矿矿相组成更加复杂,抵抗低温还原应 力能力变差,故粉化指数恶化。 2 个回归方程的回归 系数 R2均大于 0.9,表明低温还原粉化的变化与烧结 矿 TiO2含量显著相关。 烧结矿 TiO2含量每增加 1 个 百分点,RDI＋6.3 mm降低 4.269 7个百分点,RDI＋3.15mm降低 3.964 5 个百分点。 烧结矿TiO2含量/ 61 59 57 55 53 51 49 47 0.50.01.01.52.02.5 y - 4.2697x 59.673 R2 0.9178 RDI6.3mm / RDI3.15mm / ◆ ◆ ◆ ◆ 烧结矿TiO2含量/ 83 81 79 77 75 73 0.50.01.01.52.02.5 y - 3.9645x 82.365 R2 0.9545 ◆ ◆ ◆ ◆ 图 2 烧结矿 TiO2含量对低温还原粉化指数的影响 国内炼铁工作者通过烧结矿喷洒 CaCl2溶液工业 试验,研究了低温还原粉化与高炉操作指标之间的关 系［16-19］,表 6 为比较典型的研究结论。 表 6 低温还原粉化指标对高炉的影响 项目 炼钢 单位 产量增加 / ％ 焦比降低 / kgtHM -1 RDI＋6.3 mm 增加 10 个百分点 柳钢2.078.58 湘钢 RDI＋3.15 mm 增加 10 个百分点 柳钢5.0220.76 湘钢10.3034.77 注 ① 柳钢数据来源于文献［16］,4＃高炉,306 m3； ② 湘钢数据来源于文献［17］,2＃高炉,750 m3。 对比研究结论,可发现有如下规律RDI＋3.15 mm的变 化对高炉消耗影响更为明显。 取两者数据的平均值作 001矿 冶 工 程第 38 卷 ChaoXing 为参考,即 RDI＋3.15 mm增加 10 个百分点,对产量的影响 为 7.66％,焦比为 27.77 kg/ tHM,结合前面 RDI＋3.15 mm研 究结果推算,烧结矿中 TiO2含量增加 1 个百分点,高炉 产量降低 3.04％,焦比增加 11.01 kg/ tHM。 3 结 论 综合上述研究和分析,烧结过程中增加钒钛磁铁 矿配比,虽然配矿成本降低,但烧结矿产量降低、固体 燃耗增加,且烧结矿低温还原粉化指数恶化,进而影响 高炉产量和燃料消耗。 具体影响幅度为烧结矿中 TiO2含量在 0.17％ ～ 2.38％之间,随着烧结矿中 TiO2 含量增加 1 个百分点,烧结矿产量降低 11.1％,固体燃 耗增加 3.99％,低温还原粉化率 RDI＋3.15 mm降低 3.96 个 百分点,高炉铁水产量预计降低 3.04％,焦比增加 11.01 kg/ tHM。 参考文献 ［1］ 李凤臣,孙艳芹,孙丽芬,等. 承德钒钛磁铁矿低碱度烧结试验研 究［J］. 钢铁研究, 2012,4051-4. ［2］ 孙艳芹,王瑞哲,吕 庆,等. 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