鞍钢铁矿石基础特性试验研究.pdf

第3 3 卷第3 期 2 0 1 3 年0 6 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM 咂1 瞄山L U R G I C A LE N G D 嘎雹R D i G V 0 1 ．3 3 №3 J u n e2 0 1 3 鞍钢铁矿石基础特性试验研究① 王俊山1 ，周明顺2 ，翟立委2 ，刘 杰2 1 ．鞍山钢铁集团公司科技质量部，辽宁鞍山1 1 4 0 2 1 ；2 ．鞍钢股份有限公司技术中心，辽宁鞍山1 1 4 0 0 1 摘要系统研究了鞍钢常用的5 种铁精矿和2 种外购粉矿的同化特性、铁酸钙生成能力、液相流动性、液相固结强度和连晶能力 等基础烧结特性。对几种典型铁矿石的烧结基础特性进行了测试与评价，其中，国产精矿的同化温度均在13 2 0 ℃以上；在1 ．8 5 倍 碱度下，D 矿的铁酸钙生成能力最强；c 矿的液相流动性指数和固结强度最高；E 矿的连晶能力最强，达到32 5 0N 。在此基础上给 出了铁矿石的互补性配矿建议，为优化烧结和球团配矿提供技术支持。 关键词烧结球团；铁矿石；基础特性；配矿 中圈分类号T F 0 4 6文献标识码Ad 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 3 ．0 2 5 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 3 0 3 0 0 9 4 0 4 E x p e r i m e n t a lS t u d yo nB a s i cS i n t e r i n gC h a r a c t e r i s t i c so fI r o nO r ei nA n S t e e l W A N GJ u n ．s h a n l ，Z H O UM i n g ．s h u n 2 ，Z H A IL i w e i 2 ，L I UJ i e 2 1 ．T h eD e p a r t m e n to fT e c h n o l o g ya n dQ u a l i t y ，A n s h a nI r o na n dS t e e lG r o u pC o r p o r a t i o n ，A n s h a n11 4 0 2 1 ，L i a o n i n g ， C h i n a ；2 ．T e c h n o l o g yC e n t r e ，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 1 ，L i a o n i n g ，C h i n a A b s t r a c t E x p e r i m e n t sw e r ec o n d u c t e df o rt h ec o m n l o ni r o nf i n e su s e db yA n s t e e l f i v et y p e so fs e r f - p r o d u c e di r o no r e a n dt w ot y p e so fo u t s o u r c e do r ep o w d e r ，S Oa st os y s t e m a t i c a l l yi n v e s t i g a t et h ef u n d a m e n t a ls i n t e r i n gc h a r a c t e r i s t i c s i n c l u d i n ga s s i m i l a b i l i t y ，t h ea m o u n to fc a l c i u mf e r r i t et ob ep r o d u c e d ，f l u i d i t yo fl i q u i dp h a s e ，l i q u i d p h a s eb o n d i n g ，a s w e l la sc r y s t a ls t o c ka b i l i t y ．B a s e do nt h et e s t sa n de v a l u a t i o no ft h ef u n d a m e n t a ls i n t e r i n gc h a r a c t e r i s t i c sf o rs e v e r a l k i n d so ft y p i c a li r o no r e ，i tW a sf o u n dt h a tt h et e m p e r a t u r eo ft h ea s s i m i l a t i o no fe a c hk i n do fs e r f - p r o d u c e di r o no r e sw a s a b o v e13 2 0 ℃；t h el a r g e s ta m o u n to fc a l c i u mf e r r i t eW a sp r o d u c e df r o mi r o no r eDw i t ha l k a l i n i t yc o e f f i c i e n to f1 ．8 5 t i m e s ；i r o no 他Ch a dt h eh i g h e s tl i q u i d p h a s ef l u i d i t yi n d e xa n db o n d i n gs t r e n g t h ；i r o no r eEs h o w e dt h es t r o n g e s tc r y s t a l s t o c k ，u pt o32 5 0N ．B a s e do nt h i ss t u d y ，i ti ss u g g e s t e dt h a to r ep r o p o r t i o n i n gb ep e r f o r m e da c c o r d i n gt oc o m p l e m e n t a r i t y o fi r o nO r e ，w h i c hc a l lp r o v i d et e c h n i c a ls u p p o r tf o ro p t i m i z i n go r ep r o p o r t i o n i n gf o rs i n t e r i n ga n dp e U e f i f i n g ． K e yw o r d s s i n t e r e dp e l l e t ；i r o no r e ；f u n d a m e n t a lc h a r a c t e r i s t i c s ；o r ep r o p o r t i o n i n g 铁矿石高温基础特性研究包括铁矿石的同化性 能、液相流动性能、粘结相强度性能、铁酸钙生产能力 以及连晶性能，主要研究铁矿石在高温状态下所呈现 的基础冶金性能，可以具体辨别各种铁矿石所具有的 独特高温性质。利用矿石高温状态下的基础特性不仅 可以快捷有效地分析铁矿石高温性能的差别，还可以 通过铁矿石特性的差异性，更高效地利用各种品级的 铁矿资源，从而使低品质的铁矿资源得到利用。目前， 铁矿石高温基础特性的研究在各大钢企已经得到了广 泛推广，也得到了业界的一致认同。4 j 。 而在烧结生产中，各项技术经济指标和烧结矿性 能不仅仅取决于铁矿石的常温性能，更大程度上依赖 于高温状态下铁矿石的烧结基础特性，这是过去依据 常温性能评价铁矿石的方法所无法获得的重要认识。 由于鞍钢拥有丰富的铁矿资源，烧结用的自产精矿占 含铁原料使用总量的5 0 ％以上，但由于地质条件不 同，各种铁矿石天然属性差异较大，对烧结矿的产量和 质量有较大影响∞。9J 。基于资源的战略性考虑，有必 要对烧结用的鞍钢自产铁矿粉的高温基础特性进行全 面研究。在前期工作中，鞍钢在对自产铁精矿的高温 烧结性能及其对烧结矿产量和质量影响方面的研究尚 属空白，为此本文根据鞍钢烧结用原料的实际情况，对 ①收稿日期2 0 1 2 - 1 2 1 6 基金项目辽宁省“百千万人才工程”培养经费资助 作者简介王俊山 1 9 6 5 一 ，男，河北阜城人，高级工程师，硕士，主要从事烧结技术研究、炼铁技术研究、科研管理工作。 万方数据 第3 期 王俊山等鞍钢铁矿石基础特性试验研究 铁精矿高温烧结特性进行了基础研究，以充分发挥各 种铁矿石的特点和优势互补，以达到改善烧结矿质量 的目的，为鞍钢炼铁原料生产提供理论指导。 1 试验原料及试验方法 1 ．1 试验原料 试验原燃料取自鞍钢炼铁总厂烧结车间，化学成分 如表I 所示，其中A 、B 、C 、D 、E 、F 均为鞍钢自产精矿。 表I 基础特性试验铁矿粉化学成份 质量分数 ／％ 1 ．2 试验方法 试验设备为鞍钢技术中心新购置的烧结基础特性 测定仪。 制样将混合料装入自动退模制样器的压样模中， 压动压杆制样，压力由装置上的油压表读出。 烧结将样品放在R H L - 4 5 型红外线快速高温试 验炉的升降装置上的样品台上 样品要对中 ，启动升 降装置开关，将样品升入红外线加热炉中烧结。 测量抗压强度将试样放置于试样台上，按下开 关，抗压强度检测装置自动测量抗压强度。 同化性能测定方法分别将铁矿粉和C a O 试剂磨 制成小于1 0 0 目 一0 ．1 4 7m n l 的粉状，将铁矿粉和 C a O 试剂分别按一定的质量在1 0M P a 的压力下，保持 2m i n ，压制成圆柱状小饼。将矿粉试样放置在C a O 试 剂压制成的试样上，当铁矿粉小饼与C a O 小饼接触面 上生成略大于铁矿粉小饼一圈的反应物，此时的实验 温度为铁矿粉的同化性温度。 液相流动特性测定方法将处理过的铁矿粉和 C a O 试剂按一定的碱度混合配料，将混合料按一定的 质量在1 0M P a 的压力下，保持2m i n ，压制成圆柱状小 饼。在低温烧结温度 I2 8 0 ℃ 下测其流动面积，并 计算流动性指数。 粘结相强度特性、铁酸钙生产能力与连晶性能测 定方法与上述方法基本类似。 2 试验结果与分析 2 ．I 同化性能 对于铁矿石而言，表征其同化性能的一个重要指 标是它与C a O 反应生成低熔点液相的能力。低熔点 液相的生成是烧结矿成矿的基础，故铁矿石同化性直 接影响着烧结矿的产量和质量。鞍钢炼铁常用的8 种 铁矿石原料同化性能测定结果见图I 。 p ＼ 越 赠 篡 匿 矿石种类 图I 鞍钢铁精矿同化性 由图l 可见，除F 矿外的其它5 种国产矿石的同 化温度都比较高，均达到I3 2 0 ℃以上，尤其是D 矿最 高，不宜大量同时使用。而进口矿石的同化温度则较 低，巴西矿石为I3 0 3 ℃，澳粉仅为I2 2 2 ℃。因此，烧 结生产中应使用同化温度较高的国产矿配加部分同化 温度低的进口矿粉或F 矿。 结晶水含量及矿石自身的致密性是决定矿石同化 性大小的主要因素。铁矿石的同化性能与其结晶水含 量呈显著的正相关关系。铁矿石的同化性能与其致密 性呈明显的负相关关系，因为矿石致密，不利于反应物 的扩散，反应进行缓慢，导致矿石的反应性较差。一般 情况下，较高的S i O 含量会增加矿石的同化性，但其 作用远不如结晶水、致密性等因素明显。A I O ，也对 同化性有一定的影响，一般来说，A I O ，含量与同化性 成正相关关系。 2 ．2 铁酸钙生成能力 铁酸钙生成特性是指在烧结过程中复合铁酸钙的 生成能力。 图2 为碱度为I ．8 5 倍条件下5 种常用铁矿石铁 酸钙生成能力测定结果。图3 为铁酸钙生成能力较强 的两种铁矿石铁酸钙生成量随碱度的变化情况。 由图2 可见，碱度1 ．8 5 倍条件下，D 矿的铁酸钙 生成能力最强，约5 ．6 ％，烧结生产中应当尽量多使用 这种矿石；A 矿和C 矿的铁酸钙生成量最少，只有 2 ．0 ％～2 ．5 ％，烧结生产中应当尽量少使用这两种矿 石。由图3 可见，当碱度由I ．8 5 倍增加到2 ．2 倍，D 矿的铁酸钙生成量从5 ．6 ％增加到8 ．2 ％，E 矿的铁酸 钙生成量从4 ．I ％增加到7 ．3 ％。 姗枷瑚姗瑚狮枷m抛瑚姗 1 ■1 ■1 1 l ■ I■■11 1 ■ l l l 万方数据 矿冶工程 第3 3 卷 矿石种类 图2 鞍钢铁精矿铁酸钙生成能力 图3 铁酸钙生成能力与碱度的关系 2 。3 液相流动性 液相流动性是指在烧结过程中与铁矿石生成粘结 相的流动能力。烧结矿主要是通过液相固结。因此有 效液相量对烧结矿质量有重要的影响。 在测定流动性的过程中，一般用粘度来衡量液相 流动性的大小。但是，在试验所确定的温度 12 8 0 ℃ 和时间 z 4r a i n 条件下，一般粘结相不会全部熔 化，或者粘度很大，因此，无法用通常的粘度测定方法 来确定粘结相流动性的大小。根据上述情况，本试验 采用了基于流动面积的粘度测定法。将要考察的试样 压制成小饼，然后根据试验条件放入红外线快速高温 试验炉中焙烧，取出小饼试样冷却后，根据流动后的面 积来确定其流动性。 8 种铁矿石在不同温度下的流动性见图4 。由图 4 可见，国产矿中C 矿和A 矿的液相流动性较好，B 矿、E 矿与D 矿的液相流动性较差。液相流动性过高 或过低都不利于生产高强度的烧结矿，因此前两种精 矿应与后两种进行搭配使用。进口矿粉 澳粉和巴西 矿 和B 矿的液相流动性较差，应与流动性较好的C 矿和A 矿搭配使用 此时应注意铁酸钙的生成量，可 加入部分E 矿或D 矿 。 2 ．4 粘结相强度 铁矿石在不同碱度下的液相固结强度见图5 。 裁 寒 趟 擦 嚣 Z ＼ R 翟 j I { } 匣 矿石种类 图4l2 8 0 ℃时铁精矿的液相流动性 碱度／倍 图5 铁精矿在不同碱度时的液相固结强度 由图5 可见，在碱度为1 ．8 5 2 ．2 倍范围内，E 矿 和B 矿的固结能力最弱，只有15 0 0 2 0 0 0N ，烧结生 产中不宜同时使用；C 矿和D 矿的固结能力最强，达 25 0 0 30 0 0N ，比较适合于烧结生产。 为了验证试验结果的准确性，进行了不同铁料配 比的粘结相强度测定，试验结果见表2 。 表2 不同铁料配比的粘结相强度测定结果 由表2 可见，在D 矿和C 矿配加量相同的情况 下，随着E 矿配加量的增加，压溃强度降低，可见E 矿 的固结能力相比D 矿和c 矿较弱；在E 矿的配加量固 定，D 矿和C 矿的总配加量不变的前提下，C 矿的配加 量越高，压溃强度越高，可见，c 矿的固结能力要高于 D 矿。 万方数据 第3 期王俊山等鞍钢铁矿石基础特性试验研究 2 ’5 徽铁矿石在烧结过程中靠晶键连接获得 3 结论 连晶强度是指铁矿石在烧结过程中靠晶键连接获得 。 ，Hm 强度的能力。8 种铁矿石的连晶能力测定结果见图6 。 3 5 0 0 3 0 0 0 三2 5 0 0 o 盘2 0 0 0 嚣l S 0 0 1 0 0 0 5 0 0 0 E 矿澳粉C 矿A 矿F 矿B 矿D 矿巴西_ 考；} 矿石种类 图6 鞍钢铁精矿连晶能力 由图6 可见，国产矿中D 矿的连晶能力最弱，只 有20 0 0N ，A 矿和F 矿次之，约25 0 0N ，这些矿石都 不适合于球团生产；E 矿的连晶能力最强，为32 5 0N ， 比较适合于球团生产，C 矿和A 矿的连晶能力在25 0 0 30 0 0N 之间，可根据需要在烧结和球团中适当调配； 两种外矿中，澳矿连晶能力较强，约30 0 0N ，巴西矿非 常差，只有约12 0 0N ，但由于外矿基本都是用于烧结生 产，因此对烧结矿的强度影响不会很大。 2 ．6 小结 通过以上研究，得出鞍钢铁矿石冶金基础特性汇 总见表3 。 表3 鞍钢铁矿石冶金基础特性 对于鞍钢烧结生产而言，除了考虑铁矿石的烧结 基础特性的互补性，还需要兼顾国外铁矿资源的利用， 根据以上原则，结合试验结果，得出如下结论 1 D 矿石具有较好的烧结性能，表现在铁酸钙生 成能力强、液相固结能力强、液相流动性适中。但是， 其同化性较差，烧结生产中应配以一定量的同化性能 较好的外矿或F 矿。 2 进口矿石和B 矿石的液相流动能力较差，若要 应用在烧结生产中，需搭配一定量的液相流动性好的 矿石，如A 矿和C 矿等。 3 E 矿石的烧结性能一般，表现在同化性和液相 固结强度差，铁酸钙生成能力和液相流动性适中，但其 具有良好的连晶能力，因此建议将该矿石用于球团 生产。 参考文献 罗果萍，孙国龙，赵艳霞，等．包钢常用铁矿粉烧结基础特性[ J ] ． 过程工程学报，2 0 0 8 ，8 增刊1 1 9 8 2 0 4 ． 刘振林，温洪霞，冯根生，等．济钢常用铁矿石烧结基础特性的研 究[ J ] ．钢铁，2 0 0 4 ，3 9 7 7 一1 1 ． 武轶。吴胜利，杜建新．马钢常用铁矿石的烧结基础特性研究 [ J ] ．钢铁研究，2 0 0 8 ，3 6 4 5 8 ． 翟立委，周明顺，李艳茹．几种典型铁矿石烧结基础特性的实验 与评价[ J ] ．鞍钢技术，2 0 0 7 3 1 2 2 5 ． C a p p e lF ．T h eH i s t o r ya n dD e v e l o p m e n to fI r o nO r eS i n t e f i n g [ c ] ／／ I r o n m a k i n gC o n f e r e n c eP r o c e e d i n g s ．1 9 9 l 5 2 5 - 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