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第 35 卷矿冶工程Vol.35 2015 年 1 月MINING AND METALLURGICAL ENGINEERINGJanuary 2015 ① 收稿日期2014-12-12 作者简介李肇佳1963-，男，湖南长沙人，高级工程师，主要从事烧结球团和冶金工艺技术开发与设计工作。 一种添加一种添加 10褐铁矿粉的混合铁矿粉烧结工艺 优化研究 褐铁矿粉的混合铁矿粉烧结工艺 优化研究 ① 李肇佳，万洪强，赵强，欧阳红勇，张丽芬，马艺骞 长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012 摘要进行了一种添加 10褐铁矿粉WPF 矿粉的混合铁矿粉烧结工艺优化研究。研究了燃料用量、混合料水分、抽风负 压、点火制度对烧结指标的影响。研究表明，WPF 矿粉具有较好的制粒和烧结性能，添加 10的 WPF 矿粉进行配料烧结， 通过与其它矿种的合理搭配和必要的烧结工艺参数优化，可获得粒度组成合适、颗粒强度较高的混合料，其成品烧结矿具有 强度较大、成品率较高、固体燃耗低、高温冶金性能好、微观结构良好等特点，能满足高炉冶炼的要求。 关键词澳大利亚褐铁矿；混合铁矿粉；原料性能；烧结性能；烧结试验 中图分类号TF046文献标识码Adoi 10.3969/j.issn.0253-6099.2015.Z1.016 文章编号0253-60992015Z1-0065-05 Optimization of Sintering Process byAdding 10 Limonite to a Mixed Iron Ore Fines LI Zhao-jia, WAN Hong-qiang, ZHAO Qiang, OUYANG Hong-yong, ZHANG Li-feng, MAYi-qian Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy Co Ltd, Changsha 410012, Hunan, China Abstract An experiment was conducted on the sintering process with mixed iron ore powder by adding 10 limonite WPF ore powder, with impacts of fuel rate, moisture of blend, section pressure and ignition system on the sintering inds specially studied. Results show that WPF ore powder is good for pelleting and sintering, and the sintering process with the mixed iron ore powder by adding 10 limonite can generate a mixture with proper size composition and higher particle strength, after sintering parameters are optimized. It is found that the finished sintered products are characterized with more satisfied mechanical strength and chemical constitution, higher yield and lower fuel-consumption, as well as good metallurgical properties at high temperature, which completely meet the requirement in blast furnace process. Key words Australian limonite; mixed iron ore powder; raw material properties; sintering characteristics; sintering test 随着我国钢铁工业的飞速发展，钢铁产能不断 扩大，对铁矿石的需求不断增长，供求矛盾日益突 出，进口铁矿数量逐年增加，我国钢铁冶金科研和 生产面临若干新课题[1-2]。 其中利用价廉质次的褐铁 矿粉生产高品质烧结矿、提高经济效益，是每个钢 铁企业所追求的目标。 澳大利亚某公司生产的 WPF 铁矿粉属典型褐 铁矿。其结构疏松，堆密度小，自然碱度低，结晶 水含量大，在烧结过程中，由于结晶水的热分解和 水分迁移，使生产率和烧结矿强度降低、燃料消耗 增高[3]，因此通过研究其矿物特性、强化烧结措施， 提高效率，降低消耗，使其能更经济合理的利用，确 保钢铁工业可持续发展具有十分重要的战略意义[4]。 1试验方法及设备 本试验按照铁矿粉烧结一般试验方法进行[5-8]。 采用质量配料法配料，人工干混三次，加水湿混三 次，混匀后在Φ600 mm1200 mm 圆筒混合机中制 粒，圆筒混合机转速 20 r/min。制粒完毕后，取样 测定混合料水分、粒度组成及堆比重。 混合料烧结在烧结杯上进行。烧结杯为倒圆台 形，斜率为3.3，下底直径为150 mm，上底直径300 66矿冶工程第 35 卷 mm，高700 mm，采用石油液化气点火，抽风风机 采用二号叶氏风机。烧结过程完成后，用抽风法进 行烧结矿的机上冷却，记录烧结终点时间及冷却终 点时间。 落下试验机落下行程2000 mm， 按规范进行 烧结饼落下试验并计算成品率；采用1/2 ISO转鼓试 验机测定烧结矿转鼓强度。烧结矿的化学分析取样 量每次为1 kg，用振动磨矿机磨至200目0.074 mm 后，再进一步缩分送样进行化学分析。 烧结矿冶金性能检测包括还原性RI、 低温还原 粉化指数RDI3.15、 软熔温度及软熔温度区间。 烧结 矿的冶金性能测定按国家标准进行。 采用光学显微镜、扫描电镜等现代微观检测设 备，研究烧结矿的矿物组成、矿相结构主要矿相、 晶体粒度及嵌布关系、粘结相种类和数量等。对烧 结矿常温和高温冶金性能进行工艺矿物学解释，为 改善烧结矿质量提供依据和指导。 2原料性质 WPF矿粉化学成分分析结果见表1，熔剂化学成 分分析结果见表2，焦粉工业分析结果见表3。 表 1含铁原料化学成分分析结果质量分数/ 矿石种类TFeFeOFe2O3SiO2Al2O3CaOMgOMnOK2ONa2OPSCuPbZnAs WPF粉56.090.3579.805.623.870.0170.0950.110.0230.0110.0760.0260.00060.00420.00820.0085 国内铁精粉54.2222.8052.186.551.806.052.170.380.160.0660.121.420.0740.431.070.15 澳粉PB粉63.029.3079.764.461.330.210.100.310.0220.0140.0770.0310.00060.00430.00960.012 印粉59.213.1481.164.173.850.180.111.290.0340.0110.0520.0140.00100.00430.00950.022 FMG矿粉57.810.1782.464.773.210.220.120.510.0270.0140.0680.0450.00100.00440.0200.017 大宝山矿粉51.320.5172.809.984.200.150.110.0680.130.0100.0840.500.210.110.250.086 国内富矿48.7010.3058.179.678.792.241.560.160.130.0150.580.380.0100.0340.0710.021 污泥粉45.5117.6945.454.331.8911.282.110.500.330.110.0920.340.0270.160.420.019 水洗铁精70.835.5715.464.680.849.252.021.160.0380.0370.210.120.0570.00130.0200.020 返矿50.937.3364.665.802.2813.092.750.480.130.0650.0780.100.0150.0130.0870.0088 巴西矿64.060.6690.862.361.010.230.0620.061.440.110.0230.0280.0690.030.10.01 从表 1 可知，澳大利亚某公司生产的 WPF 矿粉 Fe 品位低、脉石含量较高，其中 SiO2含量为 5.62， Al2O3含量为 3.87，属典型褐铁矿；烧损大，有效铁 品位达 61.95，另外其碱金属含量低，S、P 含量低， 有害金属 Cu、Pb、Zn、As 含量低，所以仍不失为一 种良好的炼铁原料。 另外四种国外粉矿中巴西粉矿 Fe 品位最高，为 63.86，FMG 矿 Fe 品位最低，为 57.81；硅含量都较高，在 4.17～4.77之间。三 种国内矿中，国内铁精粉 Fe 品位 54.22，硅含量 6.55，CaO 含量 6.05；国内富矿的 Fe 品位最低， 为 48.70，其硅和铝的含量高，分别为 9.67和 8.79；大宝山矿粉的 Fe 品位为 51.32，硅含量最 高，为 9.98，烧损为 10.59。 表 2熔剂化学成分分析结果质量分数/ 矿石种类TFeSiO2Al2O3CaOMgO 生石灰0.0590.910.06565.860.58 石灰石0.186.470.07049.780.36 白云石-0.710.6632.6419.83 从表 2 可知，生石灰 CaO 含量仅为 65.86， 是因生石灰破碎、 取样、 制取样品过程中部分被消化。 表 3 焦粉工业分析结果 风干料固定碳 / 风干料分 / 干料灰分 / 干料挥发分 / S 含量 / 81.703.9016.022.280.64 由表 3 可知，本次试验用的焦粉固定碳含量达 81.70，挥发分、灰分含量适中，质量较好。 WPF 矿粉物相分析结果见表 4。 表 4WPF 矿粉物相分析结果 相态铁含量/分布率/ 碳酸铁0.220.39 硫化铁0.020.04 磁铁矿0.090.16 假象赤铁矿2.434.33 赤褐铁矿53.0294.53 硅酸铁0.310.55 TFe56.09100.00 由表 4 可知，WPF 矿粉主要由褐铁矿组成，赤 第 35 卷李肇佳等 一种添加 10褐铁矿粉的混合铁矿粉烧结工艺优化研究67 铁矿次之，含硅酸铁较低，为 0.31。 为了考查制粒性能，对原料及焦粉进行了粒度 组成分析，结果见表 5。可见含铁原料中部分粉矿 粒度偏粗， 其中8 mm 粒级产率为 20.84。 在制粒 过程中，-0.25 mm 粒级为粘附粒子，1～8 mm 粒级 为核颗粒，0.25～1 mm 粒级颗粒难于粒化，属于中 间粒子；而8 mm 粗颗粒矿因其在烧结过程中难以 矿化，易使烧结矿“夹生”而影响烧结矿强度，因 此其含量最好能予以控制。而焦粉相对于烧结来说 粒度偏粗。烧结所用熔剂粒度组成亦列于表 5 中。 其中石灰石用鄂式破碎机、对辊破碎机破碎，符合 烧结对熔剂粒度的要求。 表 5 原料及焦粉粒度组成分析结果 粒级/mm 产率/ 原料焦粉石灰石白云石 820.847.3600 1～835.0452.7230.9157.61 0.25～119.8120.3239.6414.21 -0.2525.1519.629.4228.18 为了查明 WPF 矿粉在加热过程中的行为、结 晶水的分解温度以及结晶水的含量，对 WPF 矿粉 进行了热分析，结果见图 1，由热分析结果可知， WPF 矿粉结晶水分解开始温度为 260.4 ℃，结晶水 含量为 8.8左右。 图 1WPF 矿热分析结果 由反应式 mFe2O3nH2O→ mFe2O3 nH2O 4932 kJ/kg水 可知结晶水分解时需要吸收大量热。 对于1 t含8.8 结晶水的褐铁矿，其结晶水的分解热为 Q＝质量结晶水含量单位质量结晶水分解热 ＝1000 8.8 4932 434016 kJ/t褐铁矿 折合标煤为 14.83 kg，这是褐铁矿烧结能耗高于磁 铁矿、赤铁矿的主要内在原因。 3烧结试验结果及分析 3.1烧结工艺条件优化试验 3.1.1正交试验 添加 10 WPF 矿粉的烧结条件优化试验在某 厂基准配料的基础上进行[5-7]。 试验含铁原料配比见 表 6，烧结料配比见表 7，主要研究混合料水分、焦 粉配比、点火制度和烧结负压对烧结过程的影响。 固定试验条件烧结矿碱度 2.1 左右，返矿 28， 铺底料粒度为 10～16 mm，用量 1.0 kg，在烧结杯 中冷却， 冷却负压 4900 Pa， 废气温度达到 200 ℃为 冷却终点。试验按正交表 L934进行。正交试验各 因素水平选择见表 8，正交试验结果见表 9。 表 6含铁原料配比 矿石种类配比/ WPF 粉10 国内铁精粉10 澳粉PB 粉15 印粉10 FMG 矿粉10 大宝山矿粉5 国内富矿5 污泥粉8 水洗铁精2 返矿5 巴西矿20 表 7烧结料配比 矿石种类 水平 123 混匀矿55.455.054.6 生石灰555 石灰石2.52.52.5 白云石5.55.55.5 焦碳粉3.64.04.4 返矿282828 表 8烧结正交试验表 水平 因 素 ABCD 混合料水分 / 焦粉配比 / 烧结负压 /Pa 点火制度 /℃min 17.03.6780010501.5 27.54.0880011001.5 38.04.4980011501.5 68矿冶工程第 35 卷 表 9烧结正交试验结果 试验 编号 试验因素试验结果 ABCD 成品率 / 利用系数 /tm-2h-1 转鼓强度 / 1111178.321.18361.20 2122277.040.89864.20 3133377.470.93664.40 4212379.581.52958.93 5223181.151.67160.87 6231282.601.54560.67 7313278.941.55962.07 8321381.541.58563.13 9332182.051.71260.80 成 品 率 1 k 77.61078.94780.82080.507 2 k81.11079.91079.55779.527 3 k80.84380.70779.18779.530 R3.5001.7601.6330.980 利 用 系 数 1 k 1.0171.4171.4311.515 2 k1.5821.3851.3801.334 3 k1.6191.4154.4061.368 R0.6020.0320.0510.181 转 鼓 强 度 1 k 63.26760.73361.66760.957 2 k60.15762.73361.31062.313 3 k62.00061.95762.44762.153 R3.1102.0001.1371.356 由表 9 可知，在该水平下，影响烧结矿成品率的 主次顺序为烧结混合料水分＞焦粉配比＞烧结负压 ＞点火制度，其最优水平组合为 A2B3C1D1验证 1； 影响烧结矿产率利用系数的主次顺序为混合料水 分＞烧结负压＞点火制度＞焦粉配比，其最优组合为 A3D1C3B1验证 2； 影响烧结矿转鼓强度的主次顺序 为烧结混合料水分＞焦粉配比＞烧结负压＞点火制 度，其最优水平组合为 A1B2D2C3验证 3。 3.1.2验证试验 根据正交分析结果，进行了验证试验，结果分 别见表 10～11。 表中验证 1成品率、验证 2利用系数、验证 3转鼓强度为正交试验的最优组合试验，其中验证 1成品率试验成品率达到 83.06，验证 2利用系 数试验利用系数达 1.73 t/m2h，验证 3转鼓强度 试验的转鼓强度达到 65.0。验证试验结果均达到 或优于上述 9 个正交试验中的任何一个，表明试验 结果及其分析是可靠的。 表 10烧结料混合制粒验证试验结果 试验 方案 水分/ 透气性 指数 混合料粒度组成/ -0.25 mm 0.25～1mm 1～8mm8mm 验证 1 设计值 实测值 7.5 7.5 0.166.412.279.42.0 验证 2 设计值 实测值 8.0 7.8 0.176.413.278.02.3 验证 3 设计值 实测值 7.0 6.8 0.1212.513.169.64.8 表 11混合料烧结验证试验结果 编号 垂直烧结速度 /mmmin-1 成品率 / 利用系数 /tm-2h-1 固体燃耗 /kgt-1 转鼓强度 / 验证 118.7783.061.42652.8662.6 验证 223.1380.121.73048.6059.4 验证 314.6479.881.10353.8265.0 3.1.3综合条件试验 在验证试验基础上， 进行B1 综合条件试验。 混合 料干基为混合矿粉60，生石灰4，白云石4， 焦粉4，返矿28。混合制粒时间4 min，烧结混合 料水分7.5。烧结杯直径150mm，料高700mm，铺 底料粒度10～16mm，用量1.0kg，压料深度15mm， 点火负压 4900 Pa，点火温度 1100 ℃，点火时间 1.5 min，烧结负压 9800 Pa，冷却方式为杯中冷却，冷却 负压4900Pa，以废气温度达到200℃为冷却终点。试 验结果为垂直烧结速度 17.38 mm/min，成品率 80.50，利用系数1.317t/m2h，固体燃耗53.04kg/t， 转鼓强度63.9。 3.2成品烧结矿常温理化性能检测 成品烧结矿粒度组成见表 12。 成品烧结矿化学 成分分析结果见表 13。 表 12成品烧结矿粒度组成 ＞40mm4025mm2516mm1610mm105mm＜5mm 16.0021.6416.8614.2412.7818.48 表 13成品烧结矿化学成分分析结果质量分数/ TFeFeOSiO2Al2O3CaOMgOK2O 53.807.825.122.0110.702.410.075 Na2OPSCuPbZnAs 0.0490.0690.0260.0250.0380.170.029 从表 13 可知，烧结矿全铁品位 53.8，FeO 含 第 35 卷李肇佳等 一种添加 10褐铁矿粉的混合铁矿粉烧结工艺优化研究69 量 7.82，MgO 含量为 2.41，二元碱度 2.09，与生 产企业要求基本一致，但 Zn 含量略高，能满足高 炉冶炼的要求。 3.3成品烧结矿矿相分析 经镜下鉴定，样品中铁矿物主要是磁铁矿、赤 铁矿和铁酸钙，次为铁酸镁；脉石矿物含量较低， 以硅质玻璃体居多，次为硅酸钙、石英和粘土质矿 物。表 14 列出了样品中主要矿物的大致含量。 表 14样品中主要矿物含量质量分数/ 磁铁矿赤铁矿铁酸钙铁酸镁硅酸钙 硅质 玻璃体 石英及 其它 3422372212 其中磁铁矿分散程度相对较高，与铁酸钙等粘 结相的关系较为密切。赤铁矿与磁铁矿相比，含量 明显较低，且分布不均匀。铁酸钙分布广泛，常呈 细小的针状或板片状。 3.4成品烧结矿高温冶金性能 B1综合试验烧结矿样还原及粉化性能见表15。 表 15B1 综合试验烧结矿样还原及粉化性能 低温还原粉化指标/ 还原度 / RDI6.3mmRDI3.15mmRDI-0.5mm 45.5577.054.7582.22 从表 15 可知，B1 综合烧结矿 RDI3.15mm值为 77.05，达到了普通铁烧结矿一级品不低于 72.0 的指标；还原度RI值为 82.22，超过了普通铁烧 结矿一级品不低于 78.0指标。 对 B1 综合试验烧结矿样进行熔滴性能检测， 结果见表 16。 表 16B1 综合试验烧结矿样熔滴性能 温度/℃ 软化开始软化结束软化区间熔融开始滴落温度软熔区间 120012969613241519195 从表 16 可见，B1 综合烧结矿软化温度高，软 化区间较窄，为 96 ℃，而熔融、滴落温度较高，分 别达到了 1324 ℃和 1519 ℃，软熔区间为 195 ℃。 可见 B1 综合烧结矿具有较好的透气性，能满足高 炉生产的需要。 3结论 1 澳大利亚 API 公司提供的 WPF 矿粉， Fe 品 位 56.09，烧损后品位提高到 61.88左右，SiO2 含量 5.62，Al2O3含量 3.87，脉石含量偏高，脉 石矿物以石英居多，次为高岭石。有害元素 S、P 及碱金属含量低， WPF 矿粉中金属矿物主要是褐铁 矿和赤铁矿。 2 在某厂基准配料的基础上进行了添加 10WPF 矿粉的烧结试验研究。结果表明烧结矿质 量综合指标良好， 在二元碱度 2.09、 配焦粉量 4.0、 混合料水分 7.5时，烧结指标成品率 80.50，利 用系数 1.317 t/m2h，固体燃耗 53.04 kg/t，转鼓强 度 63.9， RDI3.15mm值为 77.05， 达到了普通铁烧 结矿一级品不低于 72.0的指标。烧结矿软化温度 高，软化区间较窄，为 96 ℃，而熔融、滴落温度较 高，分别达到了 1324 ℃和 1519 ℃，软熔区间为 195 ℃。 3 烧结试验研究结果表明， 澳大利亚某公司生 产的 WPF 矿粉具有较好的制粒和烧结性能。添加 10的 WPF 矿粉进行配料烧结， 通过与其它矿种的 合理搭配和必要的烧结工艺参数优化，可获得粒度 组成合适、颗粒强度较高的混合料，其成品烧结矿 具有强度较大、成品率较高、固体燃耗低、高温冶 金性能好、微观结构良好等特点，能满足高炉冶炼 的要求。 参考文献 [1] 李思导. 细磨铁精矿烧结混合料制粒的研究[J]. 烧结球团, 19886 46-48. 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