FeO 对钒钛烧结矿产质量影响的研究.docx

1、FeO 对钒钛烧结矿产质量影响的研究FeO 对钒钛烧结矿产质量影响的研究甘勤1 何木光2 何群1(11 攀枝花钢铁研究院21 攀钢炼铁厂)摘要针对攀钢目前的烧结生产情况,在实验室进行了FeO 对钒钛烧结矿产、质量影响的试验研究。结果表明,在烧结矿FeO 含量4134 %8144 %的范围内,随着FeO 含量增加,烧结矿转鼓强度和成品率提高,产量上升,冶金性能改善;当烧结矿FeO 含量 9137 %后,烧结矿的产质量均呈下降趋势。从目前攀钢的生产条件来看,钒钛烧结矿FeO 含量的控制范围以7124 %8144 %为宜。关键词FeO 钒钛烧结矿产量质量冶金性能1 前言FeO 含量是评价烧结矿质量的

2、重要指标之一,它直接影响到烧结矿的机械强度、还原性等,对高炉冶炼的技术经济指标具有重大的影响。不同原料、工艺和设备条件下FeO 对烧结矿产、质量的影响及其适宜的控制范围,是国内外钢铁企业长期以来十分关注的问题。攀钢高钛型钒钛磁铁精矿虽然FeO 含量很高( 30 %) ,但由于混合料配碳低,烧结矿中的FeO 含量却不高,投产初期为9171 % ,目前在715 %左右,在国内处于较低水平。针对攀钢钒钛烧结矿TiO2 、Al2O3 、MgO 含量高, SiO2 含量低的特点,攀钢曾进行过FeO对钒钛磁铁精矿烧结影响的研究1 。然而,近年来随着生产的发展,攀钢烧结条件发生了很大的变化,高品位富矿粉配比

3、增加、攀精矿配比减少后,烧结矿中TiO2 从11 %以上降到7 %8 % ,MgO 从310 %410 %降到215 %左右,碱度从1170 提高到2145 左右,料层也有较大提高,这就使得过去试验结果的适用性受到较大的限制。因此,在新的生产条件下研究FeO 对钒钛烧结矿产质量的影响及其适宜的控制范围,对指导攀钢烧结生产具有十分重要的意义。2 原、燃料条件试验用原料、燃料全部取自生产现场。各种原、燃料的化学成分见表1 。表1 原、燃料主要化学成分( %)原料名称TFe FeO SiO2 CaO Al2O3 MgO V2O5 TiO2 P S Ig攀精矿52159 33171 3190 1115

4、 4127 3121 01569 12190 01010 0165 - 1130高攀精54140 33119 2172 0191 3190 2195 01585 12189 01005 0167 - 1159澳矿62155 01772 3180 01109 3142 011 - - 01040 01010 2140混匀粉56145 1415 7175 2143 1196 1172 - - 01081 0119 1105中加粉52135 215 14123 01932 3185 01682 - - 01095 01053 2136高褐粉55150 015 3194 2102 01749 2160

5、 011 011 01018 01079 9113石灰石110 5215 110 115 01011 0102 40174生石灰1120 87150 015 212 01011 0101 9167焦粉C固80138 V 2142 A 16172 0156114烧结球团Sintering and Pelletizing第34 卷第1 期2009 年2 月3 试验方法烧结试验在300 800 mm 的烧结杯中进行。试验配料以目前攀钢生产配料为基准: 铁精矿为攀精矿,进口矿采用现场经常使用的澳矿粉, 再配加国内中加粉、混匀粉; 烧结矿TFe4910 015 % ,碱度214 0105 ,混合料水分为

6、712 011 % ,生石灰配比固定为710 % ,通过改变焦粉配比来调整烧结矿的FeO 含量。FeO含量的选择参照目前国内外烧结矿的成分,以及在攀钢原料条件下可能达到的范围,确定为415 %、515 %、615 %、715 %、815 %、915 %、1015 %、1115 %、1215 %九个试验点。烧结矿低温还原粉化性能的测定按GB13242 - 91 进行,还原气体组成为CO 30 % +N2 70 % ,取- 3115 mm 粒级的重量百分数作为低温还原粉化指数(RDI) ;中温还原性能测定按GB13244 - 91 进行,还原气体组成为CO 30 % +N2 70 % ,取180

7、min 时的还原度为还原度指数(RI) 。烧结矿熔滴性能测定在铁矿石软熔滴落装置中进行。试样在Ar2 保护下升温至900 时改通还原气体(CON2 = 3070) ,流量为10 L/min。升温速度: 1 000 为3 4 /min ;荷重为110 kg/ cm2 。以试样收缩10 %和40 %时温度为开始软化温度( Ta) 和软化终了温度( Tb) ,以开始熔融( Ps = 50 918 Pa) 时的温度为开始熔融温度( Ts) 。为了更好地衡量炉料的熔滴性能,引入了熔滴性能总特性值(S) 的概念,S 值越小,熔滴性能越好。其计算式为2 :S =TdTs(Pm - Ps) d T (1)式中

8、: Ts 开始熔融温度, ;Td 开始滴落温度, ;Ps 开始熔融时压差,50 918 Pa ;Pm 最大压差,Pa 。4 试验结果与分析411 FeO 对转鼓强度和成品率的影响FeO 对钒钛烧结矿转鼓指数和成品率的影响如图1 所示。从图1 中可见,FeO 对钒钛烧结矿转鼓指数和成品率有较大的影响。FeO 含量为4134 %时,烧结矿的转鼓指数和成品率均较低,转鼓指数仅为73133 % ,成品率仅57104 %;此后随着FeO 含量升高,烧结矿的转鼓强度和成品率逐渐提高。FeO 含量8144 %时提高较快;8144 %9137 %时增幅则趋于平缓;当FeO= 9137 %时,转鼓强度和成品率达

9、到最大值;当FeO 含量 9137 %时,随FeO 含量继续增加,烧结矿的转鼓强度和成品率则逐渐下降。值得注意的是,与过去的研究相比1 ,本次试验烧结矿的转鼓强度和成品率随着FeO 含量增加而提高的幅度明显减小,原因是在目前的高碱度条件下,铁酸钙含量比过去有了较大增加,铁酸钙已成为烧结矿强度提高的主要因素,而FeO 含量的影响相对减弱。图1 FeO 与强度、成品率的关系岩相分析表明: FeO 含量在4134 % 5139 %时,由于烧结温度不足,烧结矿矿物晶体不能发育长大,基本上是由表面熔融后的混合料小球之间粘接而成,主要物相钛磁铁矿和钛赤铁矿处于连晶程度较差的半自形和它形粒状结构,硅酸盐粘结

10、相未能充分均匀地形成,烧结矿宏观结构呈不规则多孔薄壁疏松状,石灰白点较多,因而强度较差;当FeO 含量为6159 %9137 %时,随着配碳提高,烧结矿FeO 含量上升,烧结热量充足,矿物晶体发育情况逐渐变好,结晶比较完善,钛磁铁矿与钛赤铁矿形成连晶结构,其间被铁酸盐相所包围,硅酸盐和铁酸盐相形成的熔融致密层较多,且各种矿物分布2009年第1 期甘勤等FeO对钒钛烧结矿产质量影响的研究15均匀,尤其是在FeO 含量为9137 %的烧结矿中这种结构特征更为明显,故强度最好;当FeO 含量10157 %时,由于配碳过高,烧结矿过熔,铁矿物与铁酸盐、硅酸盐相等产生大量的熔融层,形成大孔薄壁结构,另外

11、由于还原性气氛增强,烧结温度高,铁酸钙含量减少,性脆的钙钛矿增加(见表2) ,因此,烧结矿的强度变差。表2 烧结矿的矿物组成及体积含量( %)编号FeO 钛赤铁矿钛磁铁矿铁酸钙玻璃相钙钛矿硅酸盐相磁黄铁矿游离CaO 硅酸二钙F - 1 4134 2526 2831 202417 45 0151110 1314 偶见12 12F - 2 5139 2425 3034 19122216 45 015112 1415 偶见12 12F - 3 6159 2425 3135 18132117 34 015112 1415 偶见12 12F - 4 7124 231724 3336 17152015 3

12、316 017113 1516 偶见1117 12F - 5 8144 221523 361738 161518 3311 018115 151615 011012 0171 1212F - 6 9137 2122 384112 151715 2183 112118 161715 011012 0151 12F - 7 10157 2021 39154210 1417 2215 114210 171812 013014 014018 12F - 8 11142 1820 404317 1417 118210 116212 171519 015016 013016 12F - 9 13135 1

13、719 414412 131617 117119 117213 18131915 017018 012015 12412 FeO 对烧结速度和产量的影响由图2 可知, 当FeO 含量为4134 %8144 %时,随FeO 含量增加,虽然垂直烧结速度下降,但由于烧结矿强度和成品率增加的幅度较大, 故利用系数呈上升趋势, FeO 含量为8144 %时利用系数最高;当FeO 含量为8144 %9137 %时,由于烧结矿强度和成品率增加幅度减小,而垂直烧结速度持续下降,故烧结利用系数开始下降;当FeO 含量 9137 %时,由于烧结温度过高,烧结料层过熔,料层阻力升高,垂直烧结速度下降加快,同时,烧结

14、矿强度和成品率有所降低,因此,烧结利用系数下降幅度增加。413 FeO 对烧结矿贮存性能的影响从表3 可见,随着FeO 含量增加,烧结矿的贮存粉化率降低,即贮存性能变好,这与普通高图2 FeO 与烧结速度、利用系数的关系硅烧结矿的变化规律有所不同34 。原因是钒钛烧结矿中生成的在冷却过程中引起相变和体积变化的硅酸二钙(2CaOSiO2) 量较少,其贮存粉化的原因主要是残余游离CaO 吸水膨胀所致,而游离CaO 随着烧结矿FeO 含量增加而减少(见表2) 。此外,随着FeO 含量增加,烧结矿强度提高,也有利于抑制贮存过程中产生粉化。表3 不同FeO 含量烧结矿的贮存性能( 8144 %时还原度下

15、降幅度明显增加, FeO含量每提高1 个百分点,还原度平均下降2103个百分点。表5 不同FeO 烧结矿还原性与低温还原粉化性试验结果编号低温还原后的粒度组成/ % 613mm 6133115mm 3115015mm 015mmRDI - 3115/ % RI/ % FeO/ %F1 2104 13105 66129 18162 84191 86175 4134F2 6122 18193 57131 17154 74185 84144 5139F3 10153 2412 50192 14135 65127 83132 6159F4 1614 22133 47165 13162 61127 82

16、161 7124F5 20134 1919 46121 13155 59176 80194 8144F6 21188 20121 46189 11102 57191 76182 9137F7 23167 22104 44153 9176 54129 73153 10157F8 22176 22142 44116 10166 54182 72126 11142F9 23115 21172 45104 10109 55113 70198 13135还原性的好坏主要取决于烧结矿的矿物组成和显微结构。矿相分析表明,钒钛烧结矿中的FeO 主要赋存在钛磁铁矿 m FeOFe2O3 n (FeOTiO2)

17、、钛铁矿( FeOTiO2 ) 、钛铁晶石2009年第1 期甘勤等FeO对钒钛烧结矿产质量影响的研究17(2FeOTiO2) 、以及钛辉石和钙铁橄榄石( FeOCaOSiO2) 等硅酸盐类矿物中。因此,随着FeO含量增加,烧结矿中难还原的钛磁铁矿、硅酸盐相、钛铁晶石增多,而容易还原的钛赤铁矿、铁酸盐等矿物减少(见表2) 。另外, FeO 含量增加,烧结温度升高,液相量增加,烧结矿的结构变得致密,气孔率下降,也使烧结矿的还原性降低。417 FeO 对软熔滴落性能的影响对部分烧结矿样进行了软熔滴落性能测定,结果见表6 。从中可见,随着FeO 含量增加,烧结矿的软化开始温度( Ta ) 和熔化开始温

18、度( Tb) 下降,软化温区(Tba) 和熔滴温区( Tds) 变宽,滴落带变厚,最高压差(Pmax) 上升,熔滴温度( Td) 略有降低,熔滴性能总特性值( S) 增大。当FeO 含量从4134 %增加到7124 %、9137 %时,软化开始温度分别下降18 、33 ,熔化开始温度分别下降10 、18 ,软化温度区间分别增加8 、15 ,熔滴温度区间增加13 、20 ,熔滴温度降低5 、10 ,最高压差上升686 Pa 、1 176 Pa 。显然,随着FeO 含量增加,烧结矿的软熔滴落性能变差。表6 烧结矿软、熔滴落性能测定结果试样编号FeO/ %软化性能/ 熔滴性能/ 滴落带/ mmTa

19、Tb Tba Ts Td Tds Pmax/ Pa A B H总特性值(S)F1 4134 1223 1310 87 1325 1452 127 5684 37 76 39 659F2 5139 1218 1307 89 1320 1450 130 5880 39 78 39 700F3 6159 1212 1305 93 1313 1450 137 6174 38 77 39 778F4 7124 1205 1300 95 1307 1447 140 6370 36 76 40 823F5 8144 1198 1296 98 1300 1445 145 6664 34 78 44 895F6

20、 9137 1190 1292 102 1295 1442 147 6860 32 79 47 936F8 11142 1180 1287 107 1290 1440 150 7056 32 79 47 985烧结矿在升温还原过程中的软熔滴落温度主要取决于其在此过程中产生的低熔点矿物数量。低熔点矿物形成的温度低、数量多,烧结矿的软熔温度就低;反之,软熔温度就高。在软熔过程中,烧结矿原始的FeO 有两种去向5 :一是被还原成金属铁;二是与脉石结合,形成低熔点液相。由于随着FeO 含量增加,烧结矿的还原性下降,使渣相中FeO 含量升高(见表7) , FeO与脉石结合形成的低熔点物质增加,从而导致渣

21、相熔点降低,软熔带增厚,透气性下降,软熔性能变差。表7 滴落渣中FeO 与烧结矿中FeO 的关系编号F1 F4 F6 F8烧结矿FeO/ % 4134 7124 9137 11142渣中FeO/ % 1199 3167 5192 61825 烧结矿适宜的FeO 含量适宜的烧结矿FeO 含量必须从烧结和高炉冶炼两方面综合考虑。在诸多指标中,应优先考虑烧结矿的强度、产量、固体燃耗、还原性、低温还原粉化性,同时也要兼顾烧结矿的含硫量、软熔滴落性能等。从以上试验结果可知,在目前攀钢烧结条件下,FeO 8144 %时,烧结温度偏高,还原气氛增强, FeO 较多地进入硅酸盐相,烧结矿的还原性和软熔滴落性能

22、明显变差,同时烧结矿含硫量增加,转鼓强度下降,固体燃耗增高。而FeO 在7124 %8144 %的范围内,烧结矿具有较好的还原性,较高的强度和较低的还原粉化率,其综合性能最好,燃料消耗也较低。因此,在目前攀钢条件下,烧结矿FeO 含量控制在7124 %8144 %较适宜。6 结论(1) 在攀钢目前条件下, 当FeO 9137 %时,烧结18 烧结球团第34卷第1 期矿的转鼓强度、成品率和产量随着FeO 含量增加而下降。( 2 ) 在本试验范围内( FeO4134 % 13135 %) ,随着FeO 含量增加,钒钛烧结矿的还原度降低,熔滴性能变差,低温还原粉化性能、贮存性能改善,含硫量上升。(3

23、) 随着钒钛烧结矿FeO 含量升高,钛磁铁矿、钙钛矿含量增加,钛赤铁矿、铁酸钙、玻璃质含量下降,矿物晶体发育情况逐渐变好,结晶比较完善, 熔融致密层增多。但当FeO 含量 9137 %时,烧结矿产生过熔现象,强度变差。(4) 在攀钢目前生产条件下,综合考虑烧结矿的产、质量指标和冶金性能,烧结矿FeO 含量控制在7124 %8144 %较为适宜。参考文献1 东北工学院等1 攀枝花钒钛磁铁矿选矿烧结高炉冶炼试验资料汇编1 北京:冶金工业出版社,197811 :82952 许满兴等1 宝钢高炉炉料结构的试验研究1 全国炼铁原料学术会议论文集,昆明:中国金属学会,2005183 黄绮君1 烧结矿FeO 含量与烧结矿产质量的关系1 烧结球团,1980 ,5 (1) :17264 周取定1 迁安磁铁精矿的烧结矿粉化原因分析及防止措施1中国铁矿石烧结研究1 北京: 冶金工业出版社,1997110 :36455 沐继尧1 高碱度烧结矿的软熔性能1 烧结球团,1986 ,11(6) :1723Study on the Influence of FeO Content on Qual ityand Qu