超细赤铁精矿小球烧结试验研究

刘庆华

(中冶北方工程技术有限公司，辽宁 大连 116000)

0 引言

随着钢铁工业的发展，高炉精料方针也随之提出，促进了烧结、球团等造块工艺的发展。虽然球团矿在强度和冶金性能方面比烧结矿有一定的优势，但是烧结工艺在处理复杂含铁原料以及生产高碱度熟料方面的作用却是目前球团工艺无法取代的[1]，特别是在气体燃料缺乏的地区，烧结比球团工艺更具有优势。一般的情况下，选矿厂生产的铁精矿粒度细，不适合烧结制粒，更适合球团生产工艺。但是，球团工艺适合处理的含铁原料基本局限于铁精矿，以磁铁精矿为主，对于赤铁矿、褐铁矿等都不太适用。而烧结工艺却能处理各种含铁原料，特别是小球烧结工艺在处理铁精矿烧结方面有着一定的优势。随着铁矿资源的利用，选矿得到的高品位赤铁矿也将被用于钢铁生产中。这类赤铁矿品位高，杂质少，所以研究如何有效的利用赤铁精矿生产高炉熟料，将对钢铁生产的发展具有一定的意义。

1 原料的特点

由于赤铁矿不太适合球团生产工艺，同时又由于本研究中所用的精矿粒度很细，也不太适合普通烧结工艺。为了解决超细赤铁精矿的应用难题，采用小球烧结工艺来探索超细赤铁精矿生产烧结矿的可行性。试验中所用的试验原料主要化学成分和物理特性如表1、表2和表3所示。

表1 原料化学性质检验结果(质量分数) %

表2 赤铁矿中铁物相分析结果(质量分数) %

表3 铁精矿粒度组成检测结果

由铁精矿主要化学成分可以看出：铁精矿品位比较高，在65.0%以上，而且杂质少。作为烧结原料，精矿中SiO2含量比较低，只有4.01%，更适合生产高碱度的烧结矿。由赤铁矿中铁的物相分析结果可以看出，试验所用铁精矿中铁主要以赤铁矿形式存在，此种铁精矿不适合球团使用，除此之外还含有一定量的褐铁矿，这对烧结也会有一定的不利影响。从原料的粒度组成可以看出，这种铁精矿粒度非常细，比表面积也非常大，在烧结中很少用到，这样大的比表面积即使在球团用精矿中也不多见。

2 研究方法

试验前根据设定的烧结矿碱度和燃料用量进行配料计算，将铁精矿和熔剂以及燃料按计算的比例进行混合。一次混合采用人工混合方式，先在混合料中加入部分水进行混匀，再将一次混合后的混合料装入规格为Ф600 mm×1 200 mm的圆筒混合机中，进行二次混合造小球，边混合边加水，待混合一定时间后，边混合边加入外配的焦粉，并滚焦粉1 min。检测混合料的水分、粒度组成及混合料透气性指数。

烧结试验是在烧结杯试验系统上进行的，实验室烧结杯试验系统主要有由筒形布料器、烧结杯(Ф250和Ф150烧结杯)、烧结抽风机、点火器、助燃风机等组成。烧结杯底部放有孔径Φ6 mm的箅子，箅子上铺有粒度为10～20 mm的铺底料，铺底料高度约20 mm。将混合料由筒形布料器均匀布入烧结杯中，根据设定的点火制度由点火器进行点火烧结。点火完成后在设定的烧结负压下进行烧结试验，并记录烧结时间。

烧结结束后，将烧结饼倒出烧结杯，并记录烧结饼质量。烧结饼经破碎机破碎后，进行烧结矿落下强度试验，烧结矿被提升至2 m高度后落下，反复落下三次后，烧结矿放入多层往复筛筛分，筛框尺寸：800 mm×500 mm ，筛孔尺寸：5 mm×5 mm、10 mm×10 mm、16 mm×16 mm、25 mm×25 mm和40 mm×40 mm 。大于5 mm粒级为成品烧结矿，小于5 mm粒级为返矿。对成品烧结矿进行转鼓指数、抗磨指数检测。

转鼓检测设备采用1/2 ISO标准，规格Ф1 000 mm×250 mm，转速为25 r/min 。按各粒级所占比例，取40～10 mm粒级烧结矿7.5 kg，装入鼓中，转200转，以+6.3 mm粒级质量百分数为转鼓指数，小于0.5 mm粒级质量百分数为抗磨指数。并取样进行烧结矿化学成分分析和冶金性能检测。

3 试验结果及分析

3.1 混合料制粒

烧结能够进行，烧结混合料必须有一定的粒度组成。二混是混合料制粒的主要阶段，二混的时间和二混加水量是影响混合料粒度组成的主要因素。实验中一次混合采用人工混合，并加入总加水量的60%～70%，混匀后装入圆筒混合机内进行二次混合制粒，边混合边加水，待混合一定时间后，加入外配的焦粉，滚焦粉时间固定1 min。圆筒混合机转速15 r/min。

试验探讨混合料水分以及二次混合强化制粒时间对混合料粒度组成及混合料透气性指数的影响。二混时间以二混后混合料小球粒度+3 mm粒级>80%为主要考核目标。试验结果见表4。

表4 二混制粒造球试验结果

由试验结果可以看出，随着混合料水分的不断增加，混合料中+3 mm粒级含量呈现出由逐渐提高到再逐渐降低的规律。如当混合料水分由8.0%增加到9.0%时，+3 mm粒级由68.8%增加到92.2%。当混合料水分由9.0%增加到11.0%时，+3 mm粒级由92.2%逐渐降到66.0%。随着二混时间由4 min延长至4.5 min和5.0 min，混合料粒度组成中+10～8 mm粒级明显增加，透气性指数增高。但透气性过高时垂直烧结速度加快，会影响烧结矿质量。综合考虑，在保证混合料+3 mm粒级满足≥80%情况下，二混制粒造球时间选择4 min(其中含1 min滚焦粉时间)。

试验过程发现，由于铁精矿粒度非常细，同一般粗粒烧结原料相比制粒相比，其吸水性强，加水量较多时才易成球，二混加水时成球效果显著，二混加水量占总加水量的30%～40%为宜，和矿粉制粒有着较大区别。混合料形状以球形为主，混合料透气性比铁矿粉混合料要好。

通过混合料水分试验和二混时间试验结果的分析，可以确定混合料水分以9.0%～9.5%为宜，二混制粒时间4 min为宜。

3.2 烧结试验

3.2.1 混合料水分试验

试验是在前面混合制粒试验结果的基础上进行的。试验中设定烧结矿碱度1.8，焦粉用量5.5%，其中内配20%，外配80%，二混制粒造球时间4 min(含滚焦粉1 min),料层高度600 mm ,点火温度1 150±50 ℃、点火负压5 880 Pa，点火时间1 min，烧结负压11 760 Pa。探讨混合料水分对烧结指标的影响。试验得到混合料水分对烧结矿成品率、烧结工艺利用系数和烧结矿转鼓强度影响规律见图1混合料水分对烧结技术指标的影响(a)、(b)和(c)。

(a)混合料水分与成品率

由试验结果可以看出，随着混合料水分由8.48%增加至10.40%时，利用系数和转鼓指数提高，但是成品率却在混合料水分9.0%～9.5%之间出现了峰值，这与前面混合料水分试验确定的适宜混合料水分一致，这表明制粒效果对赤铁精矿烧结矿成品率影响更直接。通过混合料水分烧结试验也可以看出，在混合料水分适宜的情况，超细赤铁精矿也可以用于烧结工艺。

3.2.2 燃料用量试验

混合料含碳量对烧结料层的温度、气氛、烧结速度、Fe0含量及转鼓强度等烧结产质量起到决定性作用的重要因素之一。在烧结矿中Fe0含量≤10%的情况下，尽量提高烧结矿的成品率、利用系数和转鼓指数。

试验中设定烧结矿碱度1.8，焦粉内配20%、外配80%，混合机混合制粒造球时间4 min(含滚焦粉1 min),料层高度600 mm ,点火温度1 150±50 ℃、点火负压5 880 Pa，点火时间1 min，烧结负压11 760 Pa。探讨燃料用量对烧结指标的影响，试验结果如表5。

表5 焦粉用量试验结果

随着焦粉量由5.0%增加到5.3%和5.5%，烧结垂直速度、成品率、利用系数和转鼓指数提高，成品率略有提高，但是当燃料用量增加到5.8%时，烧结矿强度指标和烧结工艺技术指标均有所下降，因此1.8碱度时焦粉用量以5.5%为宜。

3.2.3 烧结矿碱度试验

适当的烧结矿碱度，可改善烧结矿的机械强度和冶金性能，从而提高烧结矿的质量。特别是对于硅含量较低的赤铁矿烧结而言，提高烧结矿碱度，可以增加粘结相，提高烧结矿的强度。考核烧结工艺的成品率、利用系数、烧结矿转鼓指数和抗磨指数等指标，时间结果如表6所示。

表6 碱度烧结试验结果

由烧结碱度条件试验可以看出，烧结矿由1.8提高到2.2，烧结矿的成品率和利用系数没有明显的变化趋势。烧结矿的转鼓强度和抗磨指数随着碱度的提高有所改善，这表明烧结矿强度随着碱度提高得到了提高。但是随着碱度的提高，适宜的焦粉用量增加。如2.0碱度时焦粉量由5.5%提高到5.8%，2.2碱度时焦粉量由5.8%提高到6.0%。通过烧结碱度试验可以看出，1.8碱度时适宜的焦粉用量为5.5%，2.0碱度时适宜的焦粉用量为5.8%，2.2碱度时适宜的焦粉用量为6.0%。总的来看，在烧结工艺制度适宜的情况下，超细赤铁精矿的烧结矿强度和烧结技术指标均比较好。

3.3 冶金性能检测

对不同碱度条件的烧结矿进行冶金性能进行检测，探讨超细赤铁精矿的烧结矿在高炉冶炼中的行为。对1.8碱度、2.0碱度和2.2碱度的烧结矿分别进行还原度、低温还原粉化和荷重还原软化—熔滴性能检测。检测结果如表7所示。

表7 烧结矿冶金性能检测结果

由烧结矿冶金性能检测结果可以看出，三种碱度烧结矿的还原度非常高；除1.8碱度的烧结矿外，2.0碱度和2.2碱度的烧结矿低温还原粉化性能也比较好；除1.8碱度的烧结矿的软化区间比较宽外，2.0碱度和2.2碱度烧结矿的软熔性能比较好。总的来看，超细赤铁精矿在碱度合适的情况下可以生产出冶金性能较好的烧结矿。

4 结语

通过对超细赤铁精矿烧结试验的研究，在混合料水分适宜的情况下，超细赤铁精矿通过圆筒混料机可以得到适合烧结的混合料粒度组成，但二混加水比例比较高。在碱度适宜的情况下，可以生产出强度指标和冶金性能均较好的烧结矿，且烧结工艺技术指标也比较好。所以对于超细的赤铁精矿，可以通过探索应用于小球烧结工艺来生产高碱度烧结矿。