有色金属科学与工程  2014, Vol. 5 Issue (4): 18-22
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张立恒, 李万礼, 岳宏瑞, 薛向欣. 碱度对高铬型钒钛矿烧结过程的影响[J]. 有色金属科学与工程, 2014, 5(4): 18-22. DOI:10.13264/j.cnki.ysjskx.2014.04.004.
ZHANG Liheng, LI Wanli, YUE Hongrui, XUE Xiangxin. Effect of basicity in high chromium vanadium-titanium magnetite on sintering process[J]. Nonferrous Metals Science and Engineering, 2014, 5(4): 18-22.DOI: 10.13264/j.cnki.ysjskx.2014.04.004.
碱度对高铬型钒钛矿烧结过程的影响[PDF全文]
张立恒, 李万礼, 岳宏瑞, 薛向欣    
东北大学材料与冶金学院,沈阳 110819
基金项目：国家自然科学基金重大项目(51090380)
通信作者：薛向欣(1954- ),男,教授,博导,主要从事冶金资源循环科学方面研究,E-mail:xuexx@mail.neu.edu.cn
作者简介： 张立恒(1984- ),男,博士研究生,主要从事烧结工艺方面研究,E-mail:zhangliheng198400@126.com
收稿日期：2014-04-28
摘要：针对某钢铁厂高铬型钒钛烧结矿适宜碱度的确定问题,利用烧结杯试验,在新的配矿条件下分别对高铬型钒钛磁铁烧结矿的生产指标、烧结矿强度以及烧结矿荷重软熔性能在不同碱度下进行了研究.结果表明:随着高铬型钒钛烧结矿碱度由1.5增加到2.3,烧结成品率、抗磨指数下降,垂直烧结速度、利用系数、转鼓强度均有提高；烧结矿的还原粉化指数RDI-0.5和RDI-3.15指标降低,而RDI+6.3提高；软熔带下移,软熔区间变窄,透气性提高,对于高炉顺行有积极的意义.通过分析不同碱度下烧结矿的各项指标,指出高铬型钒钛烧结矿碱度控制在1.9~2.0比较适宜.
关键词： 碱度    高铬型钒钛磁铁矿    烧结    
Effect of basicity in high chromium vanadium-titanium magnetite on sintering process
ZHANG Liheng, LI Wanli, YUE Hongrui, XUE Xiangxin    
School of Materials and Metallurgy, Northeastern University, Shenyang 110819, China
Abstract: In order to explore the suitable basicity of high chromium vanadium-titanium magnetite in a factory, the influence of different basicity in high chromium vanadium-titanium magnetite on production index、 sinter strength and the load softing property is studied by sintering pot test. The results show that the sintering yield、abrasion index、RDI-0.5 and -3.15 are decreased, while the vertical sintering speed、utilization coeffi-cient、tumbler strength and RDI+6.3 are increased with the increasing of sintering basicity. These is positive significance for blast furnace own to the shifting down of soft melting zone ,the turning narrow of soft melting and the permeability increasing. Analyzing all the indexing in the different basicity, the sinter basicity is more appropriate at 1.9~2.0.
Key words: basicity    high chromium vanadium-titanium magnetite    sinter    
0 引言

饥铁磁铁矿是-种复合矿产资源，在我国分布广泛，储量丰富，储量和开采量居全国铁矿的第3 位，已探明储量超过100 亿t，远景储量达300 亿t 以上，主要分布在四川攀西(攀枝花-西昌)、河北承德等地区.饥铁磁铁矿的特点为"贫、细、散、杂"，按照含有Cr2O3 质量分数的高低，可以将其划分为普通饥铁磁铁矿和高铭型饥铁磁铁矿[1-3].高铭型饥铁磁铁矿的矿物组成比普通饥铁磁铁矿更复杂，原料特性更特殊.国内某钢铁企业利用地缘优势，积极拓展铁矿资源来源，每年从国外进口大量的高铭型饥铁磁铁矿用于高炉生产，不仅满足了对铁矿石原料的需求，而且开发出了高附加值的饥铭产品，其成分和国内的红格矿区饥铁磁铁矿相似[4].

碱度既影响烧结过程和烧结矿的产量及质量，又影响高炉冶炼中的高炉炉料结构和升温还原过程，是烧结生产过程中最重要的控制参数之一[5-9]，国内外科研工作者已经对其做了大量的研究[10-15]，高铭型饥铁磁铁矿烧结过程适宜碱度的研究还未见报道. 为此，本文对高铭型饥铁磁铁矿烧结碱度进行了系统研究，探索了获得优质高铭型饥铁磁铁矿的烧结碱度，为高炉冶炼高铭型饥铁磁铁矿提供理论依据和技术支撑，促进炼铁前工序强化冶炼和节能降耗.

1 实验方法及方案 1.1 实验条件

实验的原料、燃料来源于生产现场，其化学成分列于表 1，表 2.

表1 原料化学成分/%
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表2 燃料成分/%
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烧结杯试验是对某钢铁集团烧结厂的实际生产情况的模拟. 各次试验用料按试验设计方案配料，将烧结废气温度开始下降时定为烧结终点.

1.2 实验方案

烧结原料主要为高铭型饥铁精矿粉、冷返、槽返、印度矿粉、自溶粉、瓦斯灰、弃渣、磁选粉等.以烧结实际配矿方案为基础，考虑原料条件和高炉实际生产需要，试验研究阶段碱度变化范围为1.5-2.3，具体试验方案列于表 3.

表3 烧结所用铁矿化学成分/%
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根据原料实际情况，固定碳含量，同等返矿条件，水分控制在7.5 %，使用白灰调节碱度.研究碱度变化对于烧结矿质量的影响规律. 各种矿粉做到均匀分散，齐整可比.

2 实验结果与分析 2.1 碱度对高锚型饥铁烧结矿生产指标的影响

碱度对高路型烧结矿利用系数、垂直烧结速度、烧结成品率的影响结果如图 1-图 3 所示.

图 1 碱度对烧结利用系数的影响

图 2 碱度对垂直烧结速度的影响

图 3 碱度对烧结成品率的影响

从图 1 到图 3 可以看出，烧结矿碱度提高后，烧结利用系数略有升高，垂直烧结速度增加，烧结成品率随碱度的提高呈下降趋势.提高碱度对烧结生产指标的改善是由于随烧结料中CaO 含量增多，生产铁酸钙(CaO.Fe2O3)等低熔点、 强度高的却结相增多，烧结料层的透气性改善，烧结生产率提高.烧结矿由于料层温度低，不易产生过熔，因而大块烧结矿减少，粒度组成均匀合理.随着烧结矿碱度的提高，也会带来-些负面影响，-方面烧结矿品位会降低，这是因为配入了较多的溶剂，使得全铁品位降低;另-方面硫含量升高，碱度升高，烧结料中CaO 含量高，其具有较强的吸硫能力，可以生产稳定的CaS，而且碳酸盐分解吸热，高碱度烧结料层高温区温度降低，烧结速度较快，高温时间短，对去S 不利.因此碱度的增加会产生双方面的效果，并不是越高越好，而太低会对烧结利用系数和速度有限制，碱度控制在1.9-2.0 较为适宜.

2.2 碱度对烧结矿强度的影响

经过转鼓试验测定，烧结矿碱度提高后，转鼓指数升高，抗磨指数降低，烧结矿的冷态机械强度提高，如图 4，图 5所示.这是由于烧结矿碱度提高后，-方面烧结矿中产生了大量的铁酸钙液相，对周围物质的却结能力加强;另-方面，碱度提高，烧结矿中的FeO 和SiO2含量比较高，生成脉石的熔点降低，液相量增多，局部出现交织溶蚀结构，从而改善了烧结矿冷态机械强度.

图 4 碱度对烧结矿转鼓指数的影响

图 5 碱度对烧结矿抗磨指数的影响

由表 4 可知，烧结矿碱度提高，烧结矿的RDI-0.5 和RDI-3.15 指标明显降低，而RDI+6.3 指标则明显升高，改善了烧结矿还原粉化性能，提高了高炉块状带的透气性.主要原因是烧结矿碱度提高后，铁酸钙含量增加，赤铁矿体积膨胀减小，而且增加了勃结相的数量，因此，适当提高烧结矿的碱度是增加烧结矿中勃结相数量的唯-有效方法. 所以碱度在可控的情况下，应该适当的增加.

表4 低温还原粉化性能测定结果
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2.3 碱度对高锚型烧结矿荷重软熔性能的影响

试样粒度为1.5-2.5 mm，荷重为1 kg/cm2，料柱高度为40 mm.荷重软熔试验装置示意图见图 6.

1.硅碳棒;2.电炉;3.增塌底座;4.试样;5.硅碳棒压杆;6.紧固螺丝;7.配重;8.百分表;9.钢棒压杆;10.支架;11.石墨增塌;12.热电偶;13.温控仪. 图 6 荷重软熔试验装置示意图

由表 5 可知，随着碱度从1.5 上升到2.3，高铭型饥铁精矿烧结料的熔化温度由1 390 ℃下降到1 361 ℃，熔点比普通烧结矿高，主要是由于产生了钙铁橄榄石和铁酸钙等低熔点共品化合物.

表5 不同碱度烧结混合料软熔温度测定结果
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由表 6 可以看出，高铭型饥铁烧结矿的软化终了温度T40%在1 200 ℃以上，熔融终了温度Td 也高于1 500 ℃，均比普通烧结矿要高，可以表明，成渣带与软熔带位置较低，有利于高炉顺行.

表6 不同碱度烧结矿软熔性能测定结果
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碱度从1.5 上升到2.3，烧结矿软化开始温度T10%上升，软熔区间变窄，开始软化温度T10%同时由1 091 ℃上升到1 135 ℃，软化区间T40%-T10%由112 ℃ 下降到102 ℃，有利于高炉软熔带的下移，减薄软熔带，改善料柱的透气性.熔滴性能的规律和软化性能的规律相似，提高碱度之后，熔融开始温度Ts 不断上升，滴落区间Td-Ts 逐渐变窄. 高碱度烧结矿具有较高的软化温度和熔融低落温度，在高炉操作中，对于减薄融化层与成渣带，提高透气性具有重要意义.

3 结论

1) 随着高铭型饥铁磁铁矿烧结碱度由1.5 增加到2.3，烧结成品率随碱度的提高呈下降趋势，垂直烧结速度提高，烧结利用系数略有升高.

2) 随着碱度的上升，烧结矿转鼓强度提高，抗磨指数降低; 烧结矿的还原粉化指数RDI-0.5 和RDI-3.15 指标降低，而RDI+6.3 提高.

3) 高铭型饥铁烧结矿的荷重软熔性能随着碱度的提高，软熔带下移，软熔区间变窄，透气性提高，对于高炉顺行有积极的意义.

4) 综合考虑烧结矿碱度对烧结过程和烧结矿强度等因素的影响，高铭型饥铁烧结矿碱度适宜控制在1.9-2.0.

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