鞍钢高炉入炉天然块矿的性能研究.pdf

第3 3 卷第4 期 2 0 1 3 年0 8 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM 哐T A I J ，U R G I C A LE N G D 嘎冠R 矾G V 0 1 ．3 3M 珥 A u g u s t2 0 1 3 鞍钢高炉入炉天然块矿的性能研究① 刘杰，周明顺，翟立委，张辉，徐礼兵 鞍钢股份有限公司技术中心。辽宁鞍山1 1 4 0 0 9 摘要研究了鞍钢常用的几种天然块矿的冶金性能、微观结构以及结晶水较高块矿的热分解特性，并介绍了P B 块在高炉的实际 应用情况。结果表明，块矿无论在爆裂指数、还原性方面都能满足鞍钢高炉的需求；P B 块的热分解速度快于纽曼块，反应区间更窄，单 位质量的吸热量远小于纽曼块，有利于降低高炉焦比。在鞍钢高炉炉料中添加1 6 ％比例的块矿可以提高高炉的技术经济指标。 关键词炉料结构；配矿；天然块矿；冶金性能；热分解 中图分类号- I 盯0 l文献标识码A d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．0 2 5 3 - 6 0 9 9 ．2 0 1 3 ．0 4 ．0 2 4 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 3 0 4 0 0 9 4 0 4 R e s e a r c ho nN a t u r a lL u m pO r e si nA n s t e e l 7SB l a s tF u r n a c e L I UJ i e ，Z H O UM i n g - s h u n ，Z H A IL i - w e i ，Z H A N GH u i ，X UL i - b i n g T e c h n o l o g yC e n t r eo f A n g a n gS t e e lC o m p a n yL i m i t e d ，A n s h a n11 4 0 0 9 ，L i a o n i n g ，C h i n a A b s t r a c t T h em e t a l l u 晒c a lp r o p e r t i e sa n dm i c m s t r u c t u r e so fs e v e r a lk i n d so fn a t u r a ll u m po r e sc o m m o n l yu s e di n A n s t e e l ．硒w e l la st h et h e r m a ld e c o m p o s i t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft h o s el u m po r e sw i t hm u c hc r y s t a lw a t e rh a v eb e e n s t u d i e d ．T h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o n so fP Bl u m po r e si nb l a s tf u r n a c ew e r ei n t r o d u c e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tb o t h d e c r e p i t a t i o ni n d e x e sa n dr e d u c i b i l i t y o ft h el u m po r e sc a nm e e tt h er e q u i r e m e n t so ft h eb l a s tf u r n a c ei nA n s t e e l ． C o m p a r e dt oN e w m a nl u m po r e s ，P Bl u m pO r e sh a v eh i g h e rt h e r m a ld e c o m p o s i t i o nr a t e ，n a r r o w e rr e a c t i o ni n t e r v a la n d m u c hl o w e rh e a ta b s o r p t i o n ，w h i c hC a nh e l pt od e c r e a s et h ec o k er a t i oo ft h eb l a s tf u r n a c e ．A d d i t i o no fl u m po r e st ot h e b l a s tf u r n a c eb u r d e na tar a t i oo f1 6 ％C a ni m p r o v et h et e c h n i c a la n de c o n o m i ci n d e x e s ． K e yw o r d s b u r d e nc o m p o s i t i o n ；p r o p o r t i o n i n g ；n a t u r a ll u m po r e ；m e t a l l u r g i c a lp r o p e r t y ；t h e r m a ld e c o m p o s i t i o n 随着钢铁工业的发展，通过大量的研究与实践，高 炉的炉料结构在我国日趋多样化，目前形成了以高碱 度烧结矿配加酸性球团矿和天然块矿为主要形式的炉 料结构。其中，天然块矿在我国各大钢厂都占有很重 要的地位，2 0 11 年鞍钢集团使用的天然块矿达到4 0 0 万吨，所以有效的利用各种天然块矿是保证高炉产质量 的重要途径。在鞍钢的高炉生产实践中，对于烧结和球 团的研究都有比较成熟和丰富的经验，但是天然块矿在 高炉的使用还是比较粗放，也仅用爆裂指数来评价天然 块矿的好坏，研究并不全面，这就需要对天然块矿进行 更加深入的基础研究。本文通过对天然块矿一系列的 基础检测和研究，使高炉工作者能够更加清晰的了解块 矿的性能，以期能够对生产有一定的指导意义。 1 试验原料 试验采用的原料为鞍钢高炉常用的5 种典型的外 购天然块矿，其主要化学成分见表1 。 表l 块矿的化学成分／％ 表l 中，除印度块F e O 含量较高外，其余含量皆 低于1 ％，且印度块A 1 O ，含量较高。P B 块和纽曼块 结晶水含量高，烧损较大。 2 块矿的冶金性能 2 ．1 块矿的热爆裂性 爆裂指数通常是企业评价块矿的主要标准之一。 根据其检测原理，块矿的爆裂指数反应了其在高炉上 部区域由于温度的快速升高，其抗热冲击能力的大小， 一般抗热冲击能力越大，其爆裂指数越小，产生的粉末 ①收稿日期2 0 1 3 - 0 2 - 0 4 基金项目国家发改委项目 辽经科技[ 2 0 0 8 ] 1 9 5 号 ；辽宁“百千万人才工程”培养经费资助 作者简介刘杰 1 9 8 2 一 ，男，山东临沂人，硕士，工程师，主要从事烧结球团、选矿研究。 万方数据 第4 期刘杰等鞍钢高炉入炉天然块矿的性能研究 越少。如果天然矿石中含有较高的结晶水或碳酸盐， 也会降低矿石的抗热冲击能力，会导致大量的粉末产 生，影响高炉上部的透气性，导致炉墙结厚。其原因为 铁矿石中物理水和结晶水的迅速排出，以及矿石结构 沿各晶面的热膨胀不同所致。 图1 所示为5 种典型块矿的爆裂指数的测定结 果。其中，P B 块的爆裂性能最差，巴西块次之，印度块 和纽曼块居中，南非块爆裂指数最好。除P B 块爆裂 指数达到8 ％外，其它块矿的爆裂指数均在6 ％以下， 在块矿的爆裂指数方面，各种外购块矿基本能够满足 现代高炉的需求。 P B 块纽曼块南非块巴西块印度块 图1 块矿的热爆裂指数 一6 ．3m m 2 ．2 块矿的还原性 块矿的还原性是在温度9 0 0 ℃，7 0 ％N 和3 0 ％ C O 的还原气氛下，反应3h 测定的。它是反应矿石还 原难易程度的一项重要指标。还原性越好，越有利于 提高高炉的生产效率。 在图2 所示的块矿还原性中，5 种典型块矿的还 原性均大于7 0 ％。其中P B 块达到了7 8 ％，还原性最 好，其次是纽曼块、巴西块、印度块和南非块。各块矿 在还原性方面也基本能满足高炉的需求。 图2 块矿的还原性 2 ．3 块矿的微观结构 自然界中，不同种类的铁矿石，由于成矿的地质作 用不同，在成矿过程中所受的压力、温度及其它环境等 因素的影响也不同，故反映在各自的矿物组成和显微 结构上有很大差异。分析矿物的微观结构可以揭示矿 石在爆裂指数和还原性方面的差异，可以合理的选择 人炉块矿的种类。 试验采用了低倍率和高倍率两种放大倍率，低倍 率用于考查矿石的“宏观”形态，而高倍率主要用于考 查矿石的空隙率、晶粒直径与形状等。如图3 所示的 各块矿的微观结构，在致密性方面，南非块矿最为致密， 所以其还原性最差，但与之相反，其爆裂指数最好；巴西 块、纽曼块、印度块次之；P B 块最为疏松，故还原性最 好，又由于烧损和结晶水较大，所以热爆裂性能最差。 ◆ 卜～ I ‘j 箩，’‘艇1 隧聚≤妻镧 图3 块矿的微观结构 a P B 块低倍照片； b P B 块高倍照片； c 纽曼块低倍照片； d 纽曼块高倍照片； e 南非块低倍照片； f 南非块高倍照片 g 巴西块低倍照片； h 巴西块高倍照片； i 印度块低倍照片 j 印度块高倍照片 9 3 7 6 5 4 3 2 l O 零＼籁茸丰承蹬 静弛“％伪““记n加田 零＼籁袈掣隧亚} 万方数据 矿冶工程第3 3 卷 在矿物粒度和空隙率方面，巴西块的晶体粒度最 大，其它次之，纽曼块最小，但纽曼块的小气孔比较致 密，较均匀。 2 ．4 块矿的热分解特性 本文采用综合热分析技术，对块矿的结晶水进行 研究分析。 由于南非块、巴西块和印度块的结晶水含量比较 低，其热分解的影响程度甚微，需进一步的研究，本文 重点针对P B 块和纽曼块进行分析，结果见表2 。 表2 块矿结晶水热分解的特征参数 试验过程中同时测量试样的质量损失 T G 、质量 损失速率 D T G 和热流速率 D S C 曲线，／X H 为单位 质量结晶水分解热。 在总趋势上，P B 块和纽曼块的热分解特性比较接 近，都是缓慢- 快速．缓慢的过程⋯，见图4 ，在2 5 0o C 以 前都有一个相对缓慢的脱除过程，在3 8 0 ℃左右脱除 过程急速加剧。在整个脱除过程中，P B 块的反应温度 区间更窄，反应开始和结束温度更低，可见P B 块由于 微观结构疏松，还原性好，而纽曼块构造致密，在结晶 水分解过程中，反应速度比纽曼块要快，促进了高炉上 部的间接还原过程。从△日的数据比较分析，在同样 的条件下，P B 块单位质量的结晶水所耗热量一1 8 1n O 也远比纽曼块一3 2 0m J 要低，故在相同的原料条件 下，P B 块所耗焦碳要比纽曼块所耗焦炭量要低。综合 比较，P B 块在高炉中应用要优于纽曼块。 o b D 阜 ’ 昙 、 葛 。 温度／℃ 图4 铁矿石结晶水热分解0 S C 与温度的关系 3 炉料结构的研究与应用 鞍钢某高炉2 0 1 0 年1 1 2 月生产实际所用烧结 矿和球团矿的化学成分见表3 ，块矿的软融性能指标 实验室检测结果见表4 。 表3 化学成分 质量分数 ／％ 表4 软融性能指标 由表4 可知，随着块矿比例提高，炉料的软化区间 都要比基准期高，但是软化温度均大于10 0 0 ℃，最大 压差随块矿比例的提高而变小，且滴落温度也随之增 大，软化区间均小于1 8 0 ℃，并不影响高炉料柱的透气 性。由于P B 块结构疏松，其软化开始温度较低，故随 块矿比例的提高，L 。逐渐降低，而在块矿比例1 6 ％时， r 值最高，其软熔带在高炉的位置最低，软化区间也 小于1 8 0 ℃。而随块矿比例的增加，在比例I 达到1 6 ％ 时，熔融区间也较窄。 有关研究表明[ 2 ] ，在高炉炉料中，从块矿角度分 析，加入烧结矿可以改善炉料的液相粘度，从烧结矿角 度分析，加入块矿降低了C a O ／S i O 的比值，降低了生 成C a S i O 的倾向，从而降低了压差和熔化温度。所 以在高炉炉料中加入块矿，能改善炉料的软熔性，混合 后，混合料的还原性由还原性低的块矿决定，而混合料 的软熔行为呈现烧结矿和块矿相加的关系。 综合分析，在软融区间相差最小的情况下，块矿比 例提高到1 6 ％左右完全可以得到较好的软融指标，但 块矿的配加量不宜超过2 0 ％。 按照实验室确定的高炉炉料结构，2 0 1 0 年1 ～1 2 月在鞍钢某高炉进行了应用。在高炉添加块矿后，对 高炉采取了一系列的技术管理措施①加强混匀造 万方数据 第4 期 刘杰等鞍钢高炉入炉天然块矿的性能研究 堆，提高混匀矿质量；优化配矿，严格按照“二十八字 操作方针’’的制度进行生产‘33 ；②减少原料人炉粉 末，提高焦炭质量；③提高炉顶压力；④提高人工操 作管理水平。 ． 添加块矿后高炉主要指标见图5 。 产 7 b 昌 毫 ＼ 籁 嘶 罡 霹 集 坦 产 ● 邑 ＼ 丑 姐 繇 图5 块矿比例与高炉各指标的关系 图5 中，高炉添加块矿后利用系数逐渐提高，综合 焦比有所下降，综合入炉品位基本维持在5 9 ％以上， 由于高炉渣A 1 O ，含量较高，碱负荷较大，不宜过多使 用氧化铝较高的块矿。综合现场应用情况，鞍钢高炉 添加适宜比例的块矿后，对高炉的技术经济指标是有 利的。 4 结论 1 鞍钢外购的5 种天然块矿中，爆裂指数从差到 优依次为P B 巴西 纽曼 印度 南非；还原性从 差到优依次为南非 印度 巴西 纽曼 P B 。 2 在矿物致密性方面，南非块最为致密，P B 块最 为疏松；巴西块的晶体粒度最大，其它次之，纽曼块 最小。 3 P B 块和纽曼块的热分解过程，都是缓慢一快速一 缓慢的过程；P B 块的热分解速度快于纽曼块，反应区 间更窄，并且单位质量的吸热量远小于纽曼块；综合比 较，P B 块在高炉中应用要优于纽曼块。 4 P B 块在高炉的实际应用证明，当鞍钢高炉添 加不超过2 0 ％的块矿时，虽然对人炉品位有较小影 响，可以提高高炉利用系数、降低综合焦比，有效提高 高炉技术经济指标。 参考文献 [ 1 ] 李金莲，刘万山，李艳茹，等．热分析技术在褐铁矿结晶水热分解 中应用研究[ J ] ．钢铁，2 0 1 1 ，4 6 5 1 9 - 2 2 ． [ 2 ] 杨李香，F ．D e s y l v a ．单种铁料和混合铁料的软熔行为[ c ] ／／2 0 0 8 全国炼铁生产技术会议暨炼铁年会论文集，2 0 0 8 ． [ 3 ] 韩淑峰．鞍钢鲅鱼圈分公司铁前工艺技术特点[ J ] ．炼铁，2 0 1 1 ， 3 0 1 2 0 2 3 ． 上接第9 3 页 浸出五氧化二钒新工艺流程，可以实现铁、钛、钒有效 分离。不同的粘结剂、还原剂以及还原剂用量、还原温 度、还原时间等因素均对固态还原钒钛磁铁矿有影响。 初步确定最佳工艺条件为采用有机粘结剂，用量为 2 ％；还原剂采用无烟煤，用量为矿量的3 0 ％；还原时间 印m i n ，还原反应温度12 0 0 ℃；磁选场强0 ．1 2T ；磁选 尾渣浸出硫酸浓度为2 5 ％，液固比4 1 ，氧化剂为氯酸 钠，用量为尾矿质量的5 ％，浸出温度为常温，浸出时间 1 8 0m i n 。此条件下，磁选铁精矿经8 0 0o C 氢还原3 0m i n 后，铁粉金属铁品位大于9 6 ％，达到化工铁粉质量要求。 磁选尾渣经氧化浸出后，溶液中五氧化二钒的浸出率大 于7 6 ％，浸出渣即钛精矿品位大于3 7 ％。 参考文献 [ 1 ]肖六均．攀枝花钒钛磁铁矿资源及矿物磁性特征[ J ] ．金属矿 山，2 0 0 1 1 2 8 3 0 ． [ 2 ] 石军，何群．钒钛磁铁精矿烧结特性[ M ] ．北京冶金工业出 版社。2 0 0 0 ． [ 3 ] 何木光．提高钒钛磁铁精矿烧结矿强度的集成技术应用[ J ] ．烧 结球团，2 0 1 0 ，3 5 3 5 2 5 5 ． [ 4 ] 陈庆根，黄怀国，叶志勇，等．造球焙烧- 低酸浸出五氧化二钒试验 研究[ J ] ．矿产综合利用，2 0 1 1 6 2 0 2 3 ． [ 5 ] 史占彪．非高炉炼铁学[ M ] ．沈阳东北工学院出版社，1 9 9 1 ． [ 6 ] C h o uKc ，L iQ ，t i nQ ，e ta 1 ．K i n e t i c so fa b s o r p t i o na n dd e s o r p t i o no f h y d r o g e ni na l l o y sp o w d e r [ J ] ．I n t e m a t l o n a lJ o u r n a lo fH y d r o g e n E n e r g y ，2 0 0 5 ，3 0 3 0 1 3 0 9 ． 万方数据