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第3 2 卷第6 期 2 0 1 2 年1 2 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G V o l3 2N 0 6 D e c e m b e r2 0 1 2 结晶水含量对褐铁矿烧结性能的影响及分析① 谢路奔 湘钢集团瑞通球团有限公司，湖南湘潭4 1 1 1 0 0 摘要研究了4 种褐铁矿的烧结性能。结果表明烧结的适宜焦粉配比随着褐铁矿结晶水含量的升高而升高，当结晶水高日寸．，要 获得适宜的烧结矿质量，需要增加焦粉配比；在相同配碳量及相当烧结速度的水分条件下，矿种结晶水含量越高，烧结矿转鼓强度 越低。利用铁矿石成矿及成矿过程液相渗透行为实验研究了影响烧结矿转鼓强度的原因。结果表明结晶水脱除后铁矿石出现很 多孔洞，烧结过程液相会渗透到孔洞中．孔洞数量多则渗透到孔洞中的液相增多，用于粘结作用的液相则减少了，这是烧结矿转鼓 强度低的一个重要原因。 关键词烧结球团；褐铁矿；结晶水；孑L 洞；液相渗透 中图分类号T F l D 4 6文献标识码A 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 2 0 6 0 0 9 3 0 3 A n a l y s i so fI n f l u e n c eo fC r y s t a lW a t e rC o n t e n to nL i m o n i t eS i n t e r i n gP r o p e r t i e s X I EL u ．b e n X i a n g t a nR u i t o n gP e l l e t i z i n gC oL t d ，X i a n g t a nI r o na n dS t e e lC oL t d ，X i a n g t a n4 1 1 1 0 0 ，H u n a n ，C h i n a A b s t r a c t T h es i n t e r i n gp r o p e r t i e so ff o u rt y p e so fl i m o n i t ew e r es t u d i e d ．T h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h es u i t a b l ec o k er a t i o f o rs i n t e r i n gr o s ew i t ht h ei n c r e a s eo ft h ec o n t e n to fc r y s t a lw a t e r ．T h ec o k er a t i os h o u l db ei n c r e a s e dt o g e ts a t i s f i e d s i n t e rq u a l i t yw h e nt h ec o n t e n to ft h ec r y s t a lw a t e rw a sh i g h ．U n d e rt h ec o n d i t i o n so fs a m ec o k er a t i oa n ds i n t e r i n g s p e e d ，t h eh i g h e rt h ec r y s t a lw a t e rc o n t e n t ，t h el o w e rt h ed r u ms t r e n g t ho ft h es i n t e r ．T h ef a c t o r sa f f e c t i n gt h ed r u m s t r e n g t hw a si n v e s t i g a t e db yt h ee x p e r i m e n t so nm i n e r a l i z a t i o no fi r o no r ea n dp e r m e a t i o nh e h a v i o ro ft h el i q u i dp h a s e d u r i n gt h em i n e r a l i z a t i o n ．T h er e s u l t ss h o w e dt h a th o l e sa p p e a r e di nt h ei r o no r ea f t e rt h er e m o v a lo ft h ec r y s t a lw a t e r ． T h el i q u i dp h a s ep e n e t r a t e di n t ot h eh o l e sd u r i n gt h es i n t e r i n g ．M o r eh o l e sw o u l di n c r e a s et h el i q u i dp h a s ep e n e t r a t e di n t o t h eh o l e sa n dd e c r e a s et h el i q u i dp h a s ef o rb o n d i n g ．T h i sw a sa f t i m p o r t a n tr e a s o nw h yt h es i n t e rd r u ms t r e n g t hr e d u c e d ． K e yw o r d s s i n t e r e dp e l l e t s ；l i m o n i t e ；c r y s t a lw a t e r ；h o l e ；l i q u i dp h a s ep e n e t r a t i o n 褐铁矿是含有氢氧化铁的矿石。它是针铁矿和鳞 铁矿两种不同结构矿石的统称，也有人把它主要成分 的化学式写成m F e O ，n H O 。⋯。由于在烧结生产过 程中，原料成本占烧结矿总成本的8 0 ％，冶金工作者 们开始研究多配加褐铁矿和廉价铁矿石的烧结技术和 生产工艺，从源头抓起，大幅度降低烧结矿成本，来达 到进一步降低生铁成本的目的心。。另外，世界铁矿的 主要供应地巴西南部矿区铁英岩矿物在增加，澳大利 亚低磷的布鲁克曼矿在减少，高磷化、针铁矿化不可避 免，豆状褐铁矿开采量在迅速增加j 川。但是褐铁矿用 于烧结一般影响烧结矿强度和台时产量，粉焦单耗上 升，高配比时使T I 、R D I 变差’4 。5J ，因而限制了褐铁矿 在钢铁企业烧结生产中的推广应用。因此对褐铁矿烧 结的研究势在必行。 1 原料物化性能及实验方法 1 ．1 原料物化性能 实验用铁矿石的化学成分见表l 。5 种铁矿石铁 品位较高、亚铁含量低，其他脉石矿物含量都不高。除 作为参照的赤铁矿巴西粉外，铁矿石结晶水含量都较 高，F M G 结晶水含量达到了9 ．0 5 ％。 熔剂、焦粉和返矿化学成分见表2 。所用熔剂有 石灰石、白云石和生石灰。石灰石主要矿物为C a C O ，， C a O 含量为5 0 ．6 6 ％；白云石主要矿物有C a C O ，和 M g C O ，，C a O 和M g O 含量分别为3 2 ．6 4 ％和1 9 ．8 3 ％； 生石灰主要矿物为C a O 和未煅烧完全的C a C O ，，C a O 含量为7 1 ．1 5 ％。焦粉性能良好，适合烧结用。所用 返矿性质稳定，成分和粒度波动很小。 ①收稿日期2 0 1 2 - 0 6 1 5 作者简介谢路奔 1 9 8 7 一 ，男，江西高安人。硕士，从事铁矿石造块研究 万方数据 矿冶工程第3 2 卷 表1铁矿石化成成分 质量分数 ／％ 表2 熔剂、焦粉和返矿化学成分 质量分数 ／％ 1 ．2 实验方法 1 ．2 ．1 烧结杯实验混合料制粒时间为4r a i n ，烧结 试验采用q b l 5 0m m 的烧结杯，料层厚度为7 0 0m m ，点 火温度为l1 0 0 ℃，点火时间1r a i n ，烧结抽风负压 1 0k P a ，到达烧结终点后冷却3m i n ，进行落下、分级及 转鼓强度检测等。 1 ．2 ．2 铁矿石成矿及液相渗透行为实验将铁矿石 颗粒分为核颗粒 2 ～3m m 和粘附粉 一0 ．5m m ，控 制铁矿石中核颗粒比例为2 5 ％，添加生石灰作为熔剂 并保证粘附层中C a O 比例为1 2 ．5 ％，将粘附粉、核颗 粒、生石灰充分混匀后，压团并在13 0 0 ℃下烧结1 0 r a i n 。观察烧结块的微观结构。 2 实验结果与分析 分别对4 种褐铁矿及作为对比实验的一种赤铁矿 巴西粉进行单烧实验。首先考察了水分对烧结矿产质 量指标的影响，然后在各自适宜水分下，研究焦粉配比 对烧结矿产质量指标的影响，并研究了铁矿石成矿及 液相渗透行为。 2 ．1 制粒水分对烧结矿产质量指标的影响 在焦粉配比为5 ％的条件下，研究了水分对烧结 矿产质量指标的影响，结果见表3 。制粒水分的改变对 烧结矿产质量指标有明显的影响，综合考察烧结速度、 成品率、利用系数和转鼓强度得到5 种铁矿石适宜的制 粒水分分别为7 ．5 ％、8 ．5 ％、8 ．0 ％、8 ．5 哆租暑．O ％。 2 ．2 焦粉配比对烧结矿产质量指标的影响 在5 种铁矿石各自适宜的水分条件下，对比了不 同焦粉配比下烧结矿产质量指标间的关系，结果见表 4 。由表4 可知5 种铁矿石适宜的焦粉配比分别为 5 ．O ％、5 ．3 ％、5 ．3 ％、5 ．6 ％和6 ．2 ％。不同褐铁矿烧 结的适宜焦粉配比随着铁矿石结晶水含量的增加而增 表3制粒水分对烧结矿产质量指标的影响 表4 适宜水分条件下焦粉配比对烧结矿产质量指标的影响 加。巴西粉为赤铁矿，结晶水含量只有1 ．7 6 ％，因此， 烧结适宜的焦粉配比最低为5 ．O ％；澳粉和澳B P 结晶 水含量相对偏低，分别为4 ．5 2 ％和4 ．7 5 ％，烧结的适 宜焦粉配比也低，都为5 ．3 ％；M A C 结晶水含量为 6 ．2 2 ％，对应烧结适宜的焦粉配比也提高到了5 ．6 ％； 而F M G 结晶水含量达到9 ．0 5 ％，烧结的适宜焦粉配 比则高达6 ．2 ％。褐铁矿结晶水含量越高，要获得理 想的烧结矿产质量指标就需要提高焦粉配比 万方数据 第6 期谢路奔结晶水含艟埘镯铁矿烧结性能的影响及分析 2 ．3 结晶水含量对烧结矿转鼓强度的影响及机理分析 在焦粉配比5 ．O ％、烧结速度相当的水分条件下， 烧结矿的产质量指标见表5 。由表5 可知随肴原矿 结晶水含量的升高，烧结矿转鼓强度下降。F M G 红焦 粉配比5 ．0 ％、水分8 ．O ％的条件下转鼓强度只有 4 1 ．6 7 ％。 表5 焦粉配比5 ．0 ％、烧结速度相当的水分条件下烧结 矿产质量指标 。。结晶水水分 垂直速度转鼓强度利用系数成品率 7 - 泵 ／％ ／％／ m m ．m i n 一1 ／％ ／ t ．m 一2 ．h 一’ ／％ 巴西粉1 ．7 6 澳粉4 ．5 2 澳B P 4 ．7 5 M A C6 ．2 2 F M G9 ．0 5 7 ．52 6 ．0 0 8 ．52 7 ．4 l 8 ．52 9 ．5 9 9 ．02 8 ．5 5 8 ．02 9 ．1 7 6 5 ．3 4 5 7 ．4 7 5 7 ．0 7 4 4 ．6 7 4 1 ．6 7 2 ．1 0 l 1 ．7 5 0 2 ．1 3 6 1 ．6 2 0 1 ．4 9 3 8 0 ．3 7 7 0 ．6 2 8 0 ．2 3 6 7 ．2 3 6 I ．9 7 为了分析结晶水对烧结矿转鼓强度的影响，针对 铁矿石脱除结晶水后的孔洞率，研究了孔洞对铁矿石 的成矿及成矿过程液相行为的影响，实验结果见图1 。 由图l 可知随着原矿结晶水含量的升高，脱除结晶水 后矿石孑L 洞增加。巴西粉结构致密，而高结晶水含量 的F M G 则出现大量孔洞。 ◆ 图1脱除结晶水后铁矿石显微结构 a 巴西粉； b 澳粉； c 澳B P ； d M A C ； e F M G 熙色孔洞 以脱水后孔洞少的赤铁矿巴西粉和脱水后孔洞较 多的褐铁矿M A C 为代表，研究了孔洞对铁矿石的成矿 及成矿过程液相渗透行为的影响，结果见图2 。由图2 可知两种铁矿粘附粉都很好的与牛石灰反应，而核颗 粒残存下来。对赤铁矿来说，核颗粒内部主要为赤铁 矿再结晶，未发现粘结相，即使核颗粒边缘也未渗透或 生成液相，只是核颗粒表面与其接触的C a O 反应生成 铁酸钙；而对褐铁矿来说，残存核颗粒的内部出现少量 粘结相，褐铁矿结晶水脱除后形成的疏松微孔结构反 应性好，有利于液相渗透到孔洞中。液相渗透到孔洞 后，起粘结作用的液相量就减少了，烧结矿强度自然就 下降了。 图2 铁矿石的成矿及成矿过程液相行为 a 巴西粉； b M A C 白色赤铁矿；灰色铁酸钙；暗灰色硅酸盐；黑色孔洞 铁矿石疏松的微孔多则渗透到残存的核颗粒中的 液相量增多，起粘结作用的液相量相对减少，烧结矿转 鼓强度越低。因此，在焦粉配比相同、烧结速度相当的 水分条件下，褐铁矿结晶水含量增加，烧结矿强度 下降。 3 结论 1 褐铁矿结晶水含量影响烧结适宜焦粉配比，结 晶水含量高的矿种，烧结适宜的焦粉配比高。 2 在焦粉配比5 ．0 ％、烧结速度相当的水分条件 下，褐铁矿结晶水含量越高，烧结矿转鼓强度越低。 3 褐铁矿结晶水脱除后铁矿石出现很多孔洞，烧 结过程中液相会渗透到孔洞中，孔洞数量多，则渗透到 孔洞中的液相增多，用于粘结作用的液相则减少了，这 是烧结矿转鼓强度降低的一个重要原因。 参考文献 [ I ] 傅菊英，姜涛，朱德队．烧缩J 球川学[ M ] ．长沙t f 南 I 业大学 出版社．1 9 9 6 ． [ 2 I 久叨．吲内外烧结生产J 越J 钉 l } 铁矿的现状及承钢的实验审实 验研究[ J ] ．承钢技术，2 0 0 6 2 2 7 3 0 ． [ 3 ]木f 1 i ．提高宝钢烧结配矿中褐铁矿比例的研究【C ] ／／2 0 0 0 { I i 炼铁乍产技术f 作会议雠炼铁年会论文集．2 { X O 1 3 1 一1 3 6 ． 4 一刘I l I f ，一5 金叭} } ；铁矿烧结研究1 j 乍产[ J ．钢铁，2 0 0 5 2 1 9 2 3 ． [ 5 ]贾彦忠，张丽肖，胡长松，等．配加菱铁矿生产球团矿的基础性研 究[ J ] ．矿冶工程，2 0 1 2 I 7 3 7 6 ． 万方数据