混合料组成及烧结技术对Itakpe铁精粉高碱度烧结矿强度的影响.pdf

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1、， f 一 7 厂 J 前 吾 高 椴 腮七 矿 j 度 啕圜 专 一昆 合 料组 成及烧结技 术对 I t a k p e 铁精粉高碱度烧结矿强度 的影 响 0 尼 日利 亚 )S IOk e k e 0 k e k 1 孝 动 P 羔 T P 口 f 尼 日丰 =j 亚政府 目前正在 k wa r a州 A j a o k u t a建设一个钢 铁联 合企业 。其第一期工 程是 要建 造具有两 台 3 1 2 m 烧结机的烧 结厂 ， l 0 0 ， 生产熔剂性烧结 矿a还 有高炉 和氧气顼吹转炉 。A j a o k t l t a饶结 厂烧 结混 合料 计划 消耗量 见表 1 。 表

2、l 烧 结矿 原料 单耗 ( 湿基 ) 水份 消耗 量 消耗 比 l L a k p e 铁精 粉 氧 化铁_旺 牺土 矿诸 锰矿 石灰石 筛下 生石 灰 白云石 焦粉 返矿 铁 厂筛 下饶 结矿 总 计 4 31 O n 79 0 3 l 32 1 65 8 07 0 20 1 86 5 05 31 1 0 3 拍 1 O O 冶炼 用炉 料制备方法的改进 是现代 冶金工业进步的一个最重要方 面。 烧结矿仍 是高炉冶炼最广泛使用 的炉料 。其设备问题解决简单 ， 利用 系数高 ， 设备成 本最 低 ， 烧结矿强度 高 ( 保 证其在高炉炉身部位不碎 ) ， 所有 这些因 素综 合起来 ， 使

3、得烧 结成为高炉 冶炼用矿最适 宜的基本制备方法 之一 。 现代大型高炉 要求 高质量的烧结矿 ， 这主要是指其机械强度。因此 ， 冶金学家的注意 力主 要集 中在提高烧结 矿碱度 的研究上 。 高碱度烧结 矿是一种具 有 良好可熔性 、 氧 化度高的有用炉料。 高碱度烧结矿 为高炉提 供熔 一6 9一 6 7 7 7 = 8 8 8 2 跞 维普资讯 http:/ 剞 即 为炉料 中的 矿石提供熔剂 。 生产和使用高喊度烧结矿代替普通烧结矿 ， 宴际 上还 有一个主要原 因 ， 是 由于其 不会额外 增 加 基 建 投资 。 尽 管有 这些 有利因素 ， 但高碱度烧结矿还 没有被普遍使用 。

4、 一个原因可能是对高碱度烧 结 矿 开发 试验不成功 缺乏 理论探 时， 而且未 为成功提 出推荐意见 。另一个原 因是 当碱度 增加到 l 2 1 4时 ， 饶 结矿强度变低 ， 对 此原 因存在着不 同的解释 。 考虑 到这些 因素 ， 本文 是研 究混 合料组成和 烧结技术对用 1 t a k p e 全 精粉 生产高碱度 烧结 矿的强度影响 对遇到的各种问题提出解释 。 本 研究对阻碍高碱度烧结矿工业使用 的反常 数据 避 行解释的 一个步骤。 2 理 论 碱 度 大 于 1 2 1 d的烧 结 矿 常 被 称 为 高 碱度 烧 结矿 。l 9 3 5年 ， 前 苏 联 K r u g

5、 l o v和 R 。 ， p o v首先提出生产高炉用高碱度烧结矿 。 他们用 Go r o b l y o d a t s k精矿 粉和 石灰 石泥台 在试 驻室 生产碱度近 7 8的烧结矿 。顺 便说说 ， 正如作者指出的， 该烧结矿 自然是很跪的 1 9 5 0 l 9 5 3年 由 Y a r l o等人首先进行 了高碱度烧结 矿的工 业生产和 使用 。碱度 约为 3 5 的烧结矿 生产后 当时的强度很高 ， 但强度随后迅速下降 ， 以至于降到必须进行二次烧结 ， 才能 将 越 f 【 烧 结 矿用 于 高 炉 冶 炼 。 后 ， Ra s p o p o v等人朋 K r i v

6、o u r o 8矿生产碱度为 d 2 1 2的烧结 矿 。这种饶结矿 蹦于平 烁 。泼烧 结矿具有足够高的强度 ， 但古有大量细粉 ， 使其 冶炼操作 不可能达 到设计效 果。 生产和使用高 碱度烧结 矿的最初 试验 不成功 ， 不仅说明当时烧 J 技术落后 而且说 明对原 料质 蜃要求缺乏 了解； 对高碱度 烧结 矿的强度 和碱度的相关性 不了解 。 9 6 0年 ， Mi l l e r 确认 ， 碱度 5 0的烧结矿 ， 其 强度 比普通烧结矿大得 多 随后 ， 根据强度最 低值 椰最高 值 ， 确立 了饶结 矿的碱度 界限 。 由 O s t r i k 等 人进 行的研究 ， 证

7、明了高碱度烧结 矿具有良好 的还原 睦， 这 就证实 了 Ra mm预 测搿 碱度饶结 矿的高炉 冶炼前景 。 开发 葛碱度 烧结矿生产工 艺的需 求 ， 正 在不断增 长 副 1 9 6 3年 ， 前苏 聪高炉 一年 约处理 l 【 6 0万吨百灰石 ， 即 ： 有 3 0 0 万 吨 昂贵的 焦炭 被浪费肆 约 ；i 失 4 6 0 吨生铁 。对高 碱度 烧结 矿 托 生 产及性 质研 究和 增 加应 甩 ， 进行 了大 量研 究 然 而 ， 到 1 9 7 0年 ， 高 截 瘦烧 结 矿 仅在 C h u s o v s k i 冶金炉和 N T MK的高炉 中以及 在 C h e r

8、e p o v e t s和 S e r o v s k i 冶盒 厂的平炉 中使用 ( 全部 存砸苏联 ) 。 注意高碱度烧结矿的生产 ， 不是偶然的。 因为随着碱度 增加 ( 到 1 2 1 5以下) ， 烧结 矿强 度 降低的现象 ， 在许 多烧结厂是经 常的。 尽管长期 以来 随 着烧结技术和工艺的域 f t 化 ， 石 灰西 和 焦炭破碎质量的 改进 ， 混 合料各成 份称 量 自动化 t 以及烧结 过程的 自动化 ， 烧结矿 碱度 不断 增 加 的来说 ， 烧结矿强度降低仍是一个问题 。 高碱度烧结 矿的组成 已被 Kn e p p e r 等人研究过 Wi l d往两 种富矿的混

9、 合料中加 入石灰石 ， 生产碱度 0 5 5 0的烧结 矿。除 碱度 1 5外 ， 所有 碱度 均能生 产出强度 好的烧 结矿 。现在 ， 普遍认为 ， 在碱度 附近 烧结矿强度最低 。 一70 一 维普资讯 http:/ 囊所 剥 烧结矿耪柬对高炉 琦炼参数影响 很大 例 如 报据 Mi g u k i 等 得到的 熬摄 ， 分 离 出 0 0 m枝度 的细 粒娆 结矿 ， 使得高炉冶炼利用系敬增 加 i 6 d ， 焦 比降低 6 ， 5 饶 绪 矿 一 5 N 部分 低 1 ， 等于高炉利 刚系 数增加 0 8 6 l - 5 ， 焦 比下降 1 5 l - 6 此 ， 本 文研 究是

10、用 l t a k p e铁精粉 E产高碱度烧结矿的物理 性能 3 试 验 方法 在 尼日利亚 1 o s国家 冶金研 究中心( N MD C ) 进行了一摹到试 验 ， 以研 究混台料组 成和烧结 工 艺技术 对烧结矿强度的影响 。 试 验 用 饶 结 杯 的 内 径 为 2 0 0 ram。是 由 NMI X： 研制的 ， 尼 日利 亚 首 次使 用这 种 型 式的 饶 结杯 。设 备简 图见 图 l 。 3 i 原料 此 项 研究 用 的所 有 原 料的 化学成分见表 2 和 表 3 。原 料混 合前 先进行详划计 算 ， 确定 。 I i 记 录 江 抽 RH 1 【 _ l j 广

11、一 图 l 烧结试验装置 风机 机 矗 生产 碱埋 C a O S i O 在 1 2 5 0范 圈内变化的饶 结矿 所需各组成的量 。 表 2 原料的化 学组 成( 重量百分数 ) 表 3 焦粉的化学组成 ( 重 量百分数 ) c 一固 定罐 V 钮的 体积百 升数 用 l t a k p e铁精粉生产烧结矿 ， 这种精矿的粒度小于 1 ram， 平均 含铁 6 2 6 熔剂是 3 a k u r a 石灰石 在一些 试验 中返矿百分数在 3 O 仰 范 围内变化 ， 另一些试验中保持在 3 5 不变 。 3 2烧结 ，料 层厚度 3 0 0 ram， 用 天然气和 空气混合点火一分钟 ，

12、负压保持 在 6 K P a不 变 。 点火 后 ， 负压 一7 l 一 制 I _ 一 一 囊 - ， f 一 维普资讯 http:/ 增加到 i 2 MP a 检验包 括 ： 计算利用 系数 ， 进行 I S O ( 国际 标准化组织 ) 转鼓试 验 ， 确 定烧结 矿的 物理强 度 ， 进行化学分析以确定 F c O F e 。 O ， 、 C a O 、 S J O ，以及游离 C a O含 量 ， 测 量孔 睬率 ， 进 行落 下试 验和还原试验 。 利用系数 利用系数表示 为每小时每平方米炉 篦面积的烧 结矿吨数 ， 根 据落下试验后 十5 mm部分 的 重量来计算 。因此， 利用

13、系数( P R) 定义： 豫 一褫 式中， 烧结矿产量是落下试验后5 ra m部分的重量。烧结时间是从点火开始到废气温度达到 最高这 一段 时问 ， 废 气温度达到最高 表 明大部分火 焰前峰到达炉 篦 ( 对应烧结终 点) 。 应该注意的是， 利用系数对烧结时间或烧结矿重量出现的小误差都相当敏感因此， 得到 鲍结 果仅是 近似的 ， 不过 ， 表示趋势是 足够精确的 。 孔 隙率 孔隙 率测 定 ； 用 磨得很 细的 粉末和 比重瓶 首先 测量真 密度 ， 然后 测量 视 比重 ( 或 堆密 度 ) 。 视密度的测 定是用一种液体充填全部开气孔 ， 再称量在空气中和浸在液体 中的 粉末重量

14、隙率=盟 ) 还原性试验 还原性 试验是在某一特定温度下 ， 用 H ： 还原 已知重量的试样 2 3小时 直到在 此温度 下 泓有明显减重量为止。 装有试样的 ( 多孔的) 金属丝网篮用镍铬合金丝悬在天平上， 篮子悬挂在 炉 f里的不锈钢套管 内。 炉 温用 插在 悬挂试样 中心 的镍铝一镍 铬热 电偶测量 ， 井用 恒温器控 制 在 5 C内变化 。H： 流量用 已标准过 的流量表测 量。试样在氮 气氛 中加热到所 要求 的试验 温 度 当达 到要求温度时 ， 关 闭氮气 ， 并将 H： 通入系统 。 I S O转鼓 试验 标 准试 验是称取 1 5 k g有代表性的烧结矿样 ， 在转速

15、2 5 l转 分 的转鼓 中转 2 0 0转 。 筛分 试样， 以+1 0 m m烧结矿的百分数， 作为强度指数。 烧结速度 烧结 时间是指从点火 开始到废气温度达到最高这 一段 的时期 ， 表示大 部分 火焰前锋到达 炉蓖。因此 ， 烧 结速 度定义为 ； 、 烧 结 速 度 = l l 孺cm m m n s ， 4 结果和 讨论 d 1 碱 度和混 台料组成 该 最丈 烧结 矿强度 ( 碱度 2 7 ， 焦粉 6 时得到最大 强度 6 1 2 ) 相 当于上 面讨 论的本 工 艺开发的 最高 水平 。 进 一步 增加碱度 ， 强度反而下降 ， 这主要是 因为烧 结矿 结构 的孔睬率增加

16、， 以及大量石灰石的同化程度下降。 值得注意的是， 即使混合料中仅古 l S J O 。 ， 强度最小值” 仍 明显存在 这表 明 ， 当硅酸盐粘结相 的量低时 ， 孔隙率对强度的影响具有决定意义 。 一72 ，一 h 维普资讯 http:/ ， ， 当碱度在 l 3 1 5范 围内时 ， 烧结 矿强堙 最低 这一现象 正被 其他研究者报导过 。 形成 粘结相 的融 体 ( 液相 ) 组 啦， 不周 于烧 结块的组成 。 液相组成取决于熔剂的量 ( 熔剂必 须完全 同化 ) 以及 能够 转化 成液 相的 矿石 量。 为 了产生形 成粘 结相 的物质而 降低 颗粒尺寸 自 然导致碱度 增加 。

17、由图 2可见 ， 对于用细精粉的 混合 料 和焦 粉 含 量 6 生 产的烧 结矿 ， 其碱度 在 1 7以上 ， 就 可以增加强度 。 加 2 0 粒度 小 于 l O mm的矿 石 ( 见表 4 ) 使得 碱度 为 5的烧 结矿组 成 中， 未 消化 的 C a O 含 量增 加 。在典 型条 件下 ， 未 消化量 增 加 1 5 倍 。为 了在 某种 程度 上弥补大 颗粒尺寸 的不 利 影 响 增加矿石 中 O 1 mm细颗粒 比例是可行的 消化 的 C a O含量儿 乎下降半 一 一一 。 、f 一 钉f L ， 3 5 碱度 + 7 5 c 。 h b ， e e z 自 焦 幡 9

18、 c c et e e z e 圜 2 烧 结矿 强度 和 碱度 疑 焦 粉 百 分数 的 关 系 这样 ， 用 5 6 3 细颗粒 ( 而 不是用 2 O ) 未 表 矿石粒 度对高碱度烧 结矿质量的影响 l 一6号 音 2 |8 石 灰石 ， 7号 鲁 4 0 2 石 灰石 - 7 5焦 粉 - 料层厚 度 3 0 0 u t m 这种现象可解释如 下。增加颗粒粒度 ， 可起 电冰箱 ( 致 冷器 ) 的作用 ， 阻碍液相的形成和流 动。这在高碱度烧结期间尤其有害， 高碱度烧结的 昆 者料， 要求增加生石灰的消化量。 体积收缩量的增加， 结果烧结速度增加( 见表 d ) 。例如， 烧结速度

19、从 2 9 ( 碱度 5时) 增加到 4 0 mm ml n 。矿石 颗 粒 不能顺利地加热到 要求的温 度水 平 ， 来形 成必要的液相量 。熔剂 同化量 几 乎减少四分之三 。 。 其它试验表明 在细磨精粉中混有 2 0 5 0 矿扮 这能改善烧结混台料的透气性 使得煤 气一空气流分布均匀， 改变烧结混台料的组成， 以使碱度增加- 当预先没有配置铺底料时， 还能 保护炉 篦。 一73 一 _ 维普资讯 http:/ 4 ， 2 焦粉 含量 、 饶结速 度以及料 层厚度 本试验表 明 调节烧结 焦粉含量 ， 能 改变 液相 量。 但是 ， 增加 焦粉 含量不能 消除烧结碱度在 1 2 1 5

20、之间的强度最小值。 其影响见图 2 。 这种现象易用硅酸钙的同素异构观点来解释。 事 实上 ， 随着混 合料中焦粉含量的增加 ， 产生 额外 的灰份 因此 ) S i O 含量( 灰份中 的组 成 ) 增 加 温度和液相量的增加 ， 使得 这种化台物晶粒尺 寸增 加到 一个 临界 值 有时 ， 降低烧 结料层厚度 ， 以增加烧镭速度 l 导 卜 Ts、Iv一 炉 芜 负 压 (分 别 代 表 点 火 前 和 一 数 ； L 。 ， 2 0 0 2 。 j 3 、m m 囤 3烧结参数与料层 厚度 的关系 由图 3 可见， 料层厚度 2 0 0 ra m时 ， 焦粉含量 5 4 ， 能得到碱度为

21、 5 的烧结矿。试验还表 明， 料层厚度从 l O O m m提高到 3 0 0 ra m， 使得饶结矿强度增加， 烧结产量增l加 ， 反 之， 垂直烧结 速度从 0 6 6 5 降到 0 2 5 0 m m s ， 利用系数降到 0 8 2 t m = h 。 3 返矿质 量和数 量 由表 5可见， 当焦粉 6 O 时， 混合辩 中加入 3 5 返矿( O 1 5 m m) ， 能得封强疫好的烧结 矿( I S O转鼓试验后， l O mm量占 7 8 ) 。即使混合料中返矿量降到 3 O ， 焦粉降到 5 5 2 ， 烧结矿强度仍 足够高 ， 但此时 烧结矿 中擗离 C a O含量增加 ，

22、 利用系数降到 l - 1 6 t h 。 一74 一 、 c | 一 f r； 一 点 维普资讯 http:/ 表 5 返矿量 0 和粒 度 D的影响 ( 碱 度 5 ， 料层厚度 2 0 0 ram) D烧结 返矿鞋 度 l c焦 橱 - V垂直烧 结遘度 - P R稠 用摹数 往混合料 中加 3 5 粒度为 0 l 0 ram的返矿 ， 不仅能得到高利 用系数 ， 而且强度也好 5 结 论 1 烧 结矿强度 达到最大后 ， 进 一步 增加碱度 ， 强度反而 下降 ， 这 主要是 因为烧结矿 结构 的 孔 隙率增 加 生石灰消化量 降低的结果 2 为了消除 大颗 矿石粒度 的不 利影 响

23、， 应该增加矿石中 0 i mm细粉的 比例 。 3 增加 焦粉 配比 ， 不会消除碱度 在 1 2 1 5范 围内的烧 结矿强度最小 值 。当碱度 为 2 5 3 0值时 ， 增加焦粉配 比， 可使烧 结矿 强度 提高。 4 烧结料层 厚度从 1 0 0增加到 3 0 0 ram， 可使烧结矿 强度提高 ， 产量提高 ， 但垂直烧结速 度 下降， 从而影响利用系数， 使利用系数下降。 5 混合 料中 加 3 5 返矿 ( 0 1 5 ram) ， 能增加高碱度烧结矿的强度。 李瑞兰译 自 I r o n ma k i n g a n d S t e e l m a k i n g 1 9 9 2 N 9- 2 ， P I 3 l 1 3 5 壹望信校 75 - r 维普资讯 http:/