烧结矿碱度与烧结工艺参数的关系

杨改彦,方觉,时国松

(河北联合大学冶金与能源学院,河北 唐山063009)

0 引 言

随着铁矿石以及原燃料价格的增加,各大钢企都本着开源节流、降本增效的原则,不断加大技术革新和流程优化的力度,尤其是在炉料结构优化方面下足了功夫。高碱度烧结矿具有强度好,冶金性能优越,经济效益可观的特点,故其作为高炉主要入炉原料的重要地位不可动摇,但是高碱度烧结矿使用量的增加势必会加大酸性球团矿的使用量,球团矿不论是外购还是自产,成本都不低,这与各大钢企的整体利益相悖。为了找到一种替代酸性球团的合适原料,低碱度烧结矿可作为首选原料。本试验通过对R=0.06-3.0的烧结矿进行研究(其中0.06为不配石灰粉情况下烧结混合料的碱度),初步分析不同碱度烧结矿与烧结时间、烧成率、常温抗压强度等烧结工艺的关系,从而对高低碱度烧结矿合理搭配提供一些参考值,并且也为后续研究提供依据。

1 试验内容

1.1 烧结矿试样的制备

试验中烧结试样的制取由本实验室自行设计开发的 Φ60mm的小型烧结杯模拟现场生产进行烧结试验,其结构图如图1所示。烧结所用矿粉和焦粉均由唐钢烧结厂提供,石灰粉为实验室自备。原燃料化学成分分析结果如表1,表2所示。

根据唐钢所用矿粉使用情况,实验中烧结原料的配矿方案是:20%冀东精粉+35%进口矿粉A+ 45%进口矿粉 B。实验中每杯烧结杯所装混合料210g、铺底料15g、点火木炭20g、总重为245g。烧结过程中的鼓风量为 1.6 m3◦h-1,烧结温度为1070℃。

图1 小型烧结杯结构示意图

表1 焦粉的化学成分/%

表2 原料化学成分/%

1.2 抗压试验

因小型烧结杯加工的产品呈圆柱体,截面直径约40 mm,所以需用岩石切片机将外观良好的烧结矿切成厚15±0.2mm的片状,每一个碱度烧结矿制取10个试样,然后再采用弹簧压力机对每个碱度下的10个片状烧结试样进行抗压试验,再根据式(1)计算出每个烧结试样的抗压值,然后对10个试样求平均值作为此碱度下烧结矿的抗压值。。

式中:P—抗压值,MPa;

F—压力值,N;

S—横截面积,mm2。

2 试验结果及分析

烧结杯试验结果见表3～8。

表3 烧结试验参数(碱度0.06-3.0)

表4 R=2.4时烧结试验参数

表5 R=1.8时烧结试验参数

表6 R=1.3时烧结试验参数

表7 R=1.1时烧结试验参数

表8 R=0.7时烧结试验参数

这里要说明的是因为本次试验熔剂全部使用的是石灰,所以配碳量相对高一些,加上小型烧结杯有边缘效应,为了减少边缘效应也要多配碳,正常情况下,本实验中配碳量要比实际生产中多0.5～0.8个百分比。

从表3可以看出烧结矿的常温抗压强度随着碱度的增大是先降低到一最小值然后再升高到一峰值,后又有所回落的一个趋势。明显分界点为R=1.2时,此时的常温抗压强度SP仅为8.89MPa,最大值是在碱度为2.8时,SP=34.26MPa。R=1.2时,烧结矿为自熔性烧结矿,其粘结相是由脆性大的钙铁橄榄石代替了强度好的铁橄榄石,并且在这个碱度内极易发生正硅酸钙的相变,使体积膨胀引起粉化从而导致强度最低。R＜1.2时,随着碱度的增加烧结矿强度是逐渐下降的,这是因为在碱度小于1的区间内烧结矿属于低碱度烧结矿,低碱度烧结矿的粘结相主要是铁橄榄石,铁橄榄石强度很好,且在碱度低时含量多,所以在低碱度范围内碱度的增加会使铁橄榄石量减少所以烧结矿强度会降低。碱度在1.0～1.2的烧结矿属于自熔性烧结矿,此时强度好的铁橄榄石逐渐被脆性大的钙铁橄榄石代替,并且此时正硅酸钙的量也开始增加,并逐渐对烧结矿强度起主要影响作用。因此随碱度增加正硅酸钙增多,强度降低,到碱度为1.2时强度最低。R＞1.2时,随着碱度的增加,烧结矿强度呈上升趋势,但碱度为2.8以后烧结矿强度略有降低。这是因为碱度大于1.2后烧结矿粘结相中铁酸钙和正硅酸钙的数量逐渐增多,且铁酸钙逐渐对烧结矿强度占主要作用,铁酸钙是强度和还原性都很好的一种粘结相,但碱度过高也会生成强度差一些的铁酸二钙,所以碱度大于1.2后烧结矿强度逐渐升高,到2.8时达到最高,强度为34.26MPa,碱度再增高烧结矿的强度有所回落。

从表3及表4～8可以看出烧结矿的烧成率在低碱度和高碱度范围内较好,自熔性碱度范围内的较差。烧结时间和配碳量与烧结矿碱度没有明显的关系。

表4～8是对选出的几个代表性碱度0.7,1.1,1.3,1.8,2.4的烧结原料进行烧结所得数据。通过对表4～8横向和纵向对比可以看出烧结矿的抗压强度和烧成率均随着烧结配碳量的增加而升高。

通过表3～8知在超高碱度和超低碱度范围内烧结原料的配碳量相对高些,主要是因本实验熔剂全为石灰粉,石灰分解吸热,故高碱度烧结矿配碳量较多;低碱度烧结矿中液相量较少,为了达到适合的强度和烧成率也必须加大配碳量,故低碱度配碳也较多。

综合表3～8可以总结出不论何种碱度烧结矿,可以通过适当的增大配碳量来提高烧结矿的强度和烧成率。表4～8中显示出R=2.4时适宜的配碳量为5.23;R=1.8时适宜的配碳量为4.5;R=1.3时适宜配碳量为4.42;R=1.1时适宜配碳量4.42;R=0.7时适宜配碳量为4.58。纵观表3～8数据并考虑小型烧结杯的边缘效应,整个碱度范围内适宜的烧结配碳量为5.3%。

3 结 论

(1)烧结矿常温抗压强度随着碱度的增加呈先降低后升高然后又回落的趋势。其中最低点出现在R= 1.2时,最高点在R=2.8时。

(2)高碱度和低碱度范围内烧结矿的烧成率较高,自熔性范围内烧结率较低。

(3)在本实验烧结配碳量下,烧结矿的烧成率和常温抗压强度均随配碳量的增加而升高。(4)烧结时间和烧结矿碱度没有明显的关系。

(5)整个碱度范围内适宜的烧结配碳量为5.3%。

[1] 李炳焕,郎建峰.烧结矿出现强度-碱度低凹区的机理研究[J].矿产综合利用,2002(6):28～31.

[2] 王筱留.高炉生产知识问答[M].2版.北京:冶金工业出版社,2004

[3] 王筱留.钢铁冶金学(炼铁部分)[M].2版.北京:冶金工业出版社,2000

[4] 周传典.高炉炼铁生产技术手册[J].北京:冶金工业出版社,2002