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钒钛磁铁精矿预制粒烧结研究

何木光，张义贤，宋剑，蒋大军，李程，肖均

(攀钢钒公司炼铁厂，四川 攀枝花617022)

摘 要：通过采取不同精矿比例与不同生石灰比例参与预制粒进行烧结试验研究，探索了强化钒钛磁铁矿烧结的新途径。结果表明：在钒钛磁铁精矿烧结中，精矿参与预制粒比例增加，烧结速度提高;生石灰比例增加，烧结矿强度指标改善，利用系数提高。结合攀钢的生产实际，采取预制粒精矿在25%～50%、生石灰配比在4%等措施，可以起到强化烧结的作用。

关 键 词：钒钛磁铁精矿;生石灰;预制粒

钒钛磁铁精矿烧结中存在烧结矿强度低、烧结矿粒度组成差、入炉粉末较多等具体问题，制约了高炉冶炼强 度的进一步提高[1-5]。有关 资料 研究表明[6-11]：采取预制粒能够使烧结料层透气性改善，局部形成高碱度，提高烧结矿强度，从而达到强化精矿烧结目的。

预先制粒技术是指先把精矿配入一定比例生石灰和适当的水分，在圆盘造球机上滚动10min左右，使精矿成为直径1～3mm的小球;粉矿与剩余的生石灰、其他熔剂和燃料一起加水混合，再与制成一定粒度的精矿混合进行二次制粒。为寻求提高攀钢烧结矿产质量的有效途径，特在实验室进行精矿预先制粒烧结试验研究。

1 原料条件、试验方法及试验方案

1.1 原料条件

根据现场物料进行搭配，试验配比调整保证烧结矿的主要指标稳定。烧结矿化学指标要求：w(FeO)控制在(7.5±0.5)%范围;w(TFe)为(49.0±0.5)%;二元碱度w(CaO)/w(SiO2)在(2.40±0.05)。

1.2 试验方法

烧结试验在250mm×750mm烧结杯中进行，根据生产实际情况，模拟6号机操作参数条件进行控制。烧结杯铺底料粒度10～20mm，铺底料厚度20mm，料层高度650mm。点火负压6860Pa，烧结负压13720Pa，点火时间2min。烧结矿性能检测：转鼓强度测定用1/2ISO转鼓机，按GB8200-87进行。低温还原粉化性能测定采用静态法，参照GB/T13242-91进行，还原气体组成为φ(CO)+φ(CO2)+φ(N2)=20%+20%+60%，取+3.15mm粒级的质量百分数作低温还原粉化指数(RDI+3.15)。中温还 原性能测定 采用失重法，按照GB/T13241-91进行，还原气体组成为φ(CO)+φ(N2)=30%+70%，还原时间180min时的还原度为还原度指数(RI)。

1.3 试验方案

结合攀刚钒炼铁厂新建烧结机在一、二次混合机之间既采用燃料分加，又有熔剂分加的实际情况，根据有关研究结论[12-14]，烧结杯精矿预先制粒试验，采取既有燃料分加，又有熔剂分加的烧结杯试验，熔剂分加采用生石灰，试验方案设定见表1。基准1为既没有燃料分加，又没有熔剂分加条件;基准2为既有 燃 料 分 加，又 有 熔 剂 分 加 条 件;Y100、Y75、Y50、Y25分别为精矿参与预制粒比例100%、75%、50%、25%，在之间选优X(设定25%);S0.5、S1、S2、S4分别为在确定精矿参与比例(X=25%)基础上，进行熔剂分加比例0.5%、1%、2%、4%试验，在之间选优Z(设定4%)，探索适合的精矿预制粒比例和适宜的生石灰参与比例。

2 试验结果及分析

2.1 精矿预制粒对烧结指标的影响

从表2可以看出，进行精矿预制粒后的混合料粒度指标均有不同程度提高。其中Y25至Y75分别为精矿参与预制粒比例25%、50%、75%，较基准1、2的混合料粒度情况有明显改善，参与预制粒精矿比例越多，混合料粒度越好;精矿参与预制粒比例在100%(即Y100)时变化不大。产生的主要原因为：精矿全部参与预制粒，混合过程中1～3mm的成核粒子增多，削弱了其作为黏附层的作用。可见，在预制粒比例上并不是比例越大就对混合料粒度改善更有效。进行精矿预制粒后的烧结速度、利用系数都有不同程度提高，见表3和图1。在精矿参与预制粒比例分别为25%、50%、75%、100%情况下，随着精矿、熔剂参与预制粒比例的逐步上升，烧结速度也呈现逐步上升的趋势，利用系数受烧结成品率指标的影响，有所波动，但总体来看，较基准1的烧结速度、利用系数都是有不同程度的提高。分析认为：一是由于参与精矿预制粒的熔剂中的CaO对燃料的燃烧有催化作用，可加快制粒颗粒表层燃料速度;二是采用预制粒，混合料粒度组成改善，料层透气性好，垂直烧结速度提高。

从表3可见，进行精矿预制粒后的烧结矿强度指标都有不同程度改善。在精矿参与预制粒比例为25%、50%、75%、100%的情况下，由于熔剂参与预制粒比例也相应增加，反映出相应的规律。随着参与精矿预制粒比例的逐步下降，烧结成品率、转鼓指数、烧结矿粒度指标都呈现逐步上升的趋势，见图1。结果表明，采取精矿预制粒后，预制粒颗粒碱度增加，有利于矿化，适宜强度提高。氧化性气氛加强，有利于铁酸钙等生成等原因。在上述条件下由于没有采取提高料层或压料及改善燃料配加量和粒度等措施，导致垂直烧结速度的进一步提高，从而缩短了烧结时间，高温保持时间缩短，烧结液相量的生成量减少，使得烧结矿的成品率、转鼓强度、烧结矿粒度指标都不同程度的下降。

2.2 生石灰预制粒对烧结指标的影响

从精矿预制粒结果看出，虽然精矿参与预制粒比例为50%时，烧结综合指标最为理想。但结合攀钢无干燥、润磨工艺和今后的预制粒生产能力和试验结果，确定采用精矿预制粒比例为25%的条件进行下一步研究。

在精矿预制粒比例为25%情况下进行熔剂分加比例0.5%、1%、2%、4%试验。随着参与预制粒的熔剂配比的逐步增加，其结果如下。

1)混合料粒径呈现逐步上升的趋势，见表2;这主要是因为生石灰的黏结性较强，改善了混合料的成球性能及小球的热稳定性。

2)烧结速度、利用系数、成品率呈现逐步上升的趋势，见表3与图2;分析认为由于生石灰消化后，粒度细微的消石灰颗粒呈胶体粒子与预制粒精矿粉紧密地接触，利于更快更好地产生固、液相反应，促使烧结料早期熔化，这不仅加速烧结过程，促使CaO的反应完全，更容易生成低熔点化合物，使液相流动性好凝结快，可以降低燃烧带阻力，从而促进烧结速度、利用系数、成品率的提高。

3)烧结转鼓指数呈现先升后降，烧结矿粒度指标呈现下降趋势，与垂直烧结速度增加，冷却速度加快，烧结矿玻璃相比例将增加有关，但与基准1、2指标相比，仍有所提高，见表3与图2;预先制粒能够强化烧结的原因主要有2个方面：一是生石灰与精矿预制粒后，强化了精矿制粒，使烧结料层透气性得到改善的同时，氧化性气氛增加，促进优质铁酸钙黏结相生成，提高了烧结矿强度;另一方面，生石灰分加比例提高后，预制粒颗粒碱度逐步提高，形成局部超高碱度，也促进局部铁酸钙的生成[2]，因此，部分生石灰分加有利于小球表面生成更多的铁酸钙，烧结矿质量得到显著改善。

为解决由于制粒性能和透气性过好，造成冷却速度加快、部分热量被带走，不利于矿化和结晶，造成烧结矿转鼓指数下降的问题，需要采取相应措施。试验表明生产应用预制粒技术要采取适宜的混合料水分，适当提高烧结料层，合理控制的烧结机速、烧结负压和点火强度，才有利于改善烧结经济技术指标。从以上分析和图2知，生石灰分加配比4%最佳，其综合评价分最高，为98.50分。

3 烧结矿矿相及冶金性能结果分析

结合试验数据结果及分析与今后生产实际情况，本次试验选择预制粒精矿比例为25%、生石灰分加4%条件为对比样，选无燃料、熔剂分加条件为基准样进行矿物组成和矿物结构的矿相分析与冶金性能检测分析。

3.1 烧结矿物相组成及其质量分数

基准烧结矿样和对比烧结矿样的烧结矿主要物相及其质量分数情况列于表4。

从表4可知，对比烧结矿样和基准烧结矿样最大的差别是：铁酸盐相增加4%～5%，钛赤铁矿增加3%～4%，游离CaO小幅度降低，钙钛矿降低0.6个百分点。从烧结矿主要物相及其质量分数表明：采取精矿预制粒技术和提高预制粒颗粒熔剂比例后，一方面可以进一步改善制粒混合料的成球性能，透气性改善，有利于磁铁矿氧化;同时预制粒颗粒由于结合更多的熔剂，预制粒颗粒表面及内部碱度相对提高，有利于预制粒颗粒生成更多的铁酸钙，从而改善烧结矿质量。

3.2 烧结矿宏观、显微结构特征

从烧结矿的宏观结构看，基准样的烧结矿主要是大孔薄壁结构，样品烧结矿较致密、易碎、孔隙较多，残余石灰白点少见。对比样的烧结矿致密、孔隙多，以多孔厚壁结构为主，烧结矿残余石灰白点未见。对比样的烧结矿中孔隙和显气孔较多，易于铁酸盐相的形成。

从矿物组成和矿物结构看，此次基准期烧结矿以钛赤铁矿为主，次为铁酸钙盐相及钛磁铁矿，磁黄铁矿、钛榴石均未见，见图3。在对比烧结矿样中，以钛赤铁矿为主，次为铁酸钙盐相及钛磁铁矿。磁黄铁矿、钛榴石均未见，在同一矿样中的物相分布较均匀，大部分区间被铁酸盐相所胶结，但有的矿样则以硅酸盐胶结为主。残余富矿粉颗粒在多孔结构烧结矿中难见，在致密烧结矿中偶见，见图4。

从烧结矿的矿相分析表明，采取精矿预制粒后的烧结矿中孔隙和显气孔较多，易于铁酸盐相的形成，采取精矿预制粒后的烧结矿物相分布较均匀，大部分区间被铁酸盐相所固结，有利于改善烧结矿的强度和还原性能。

3.3 烧结矿冶金性能

从表5可见，试验中对比样比较基准样的低温还原粉化率改善了6.19个百分点，中温还原性略有提高。表明采取精矿预制粒后，有利于小球表面生成更多的铁酸钙，从而改善烧结矿质量。采取精矿预制粒后的烧结矿软化区间、熔滴区间变窄，滴落带厚度变薄，见表6。烧结矿软化区间、熔滴区间变窄对强化高炉冶炼有积极作用，表明采取精矿预制粒对改善烧结矿冶金性能有一定效果。

4 结语

1)钒钛磁铁精矿采取预制粒后，在相同的烧结参数条件下，随着精矿预制粒比例的增加，混合料制粒效果得以改善，随着参与精矿预制粒比例的逐步上升，烧结速度、利用系数、成品率、转鼓强度也呈现先升后降的趋势。因此，生产应用中要采取掌握适宜的混合料水分，适当提高烧结料层，控制合理的烧结机速、烧结负压和点火强度，才有利于改善烧结经济技术指标。

2)在此次试验中，参与生石灰预制粒比例控制为4%最佳。随着预先制粒参与生石灰比例的增加，混合料制粒效果得以改善，垂直烧结速度和利用系数有明显提高，烧结矿的强度指标逐渐改善，有利于改善烧结矿的矿物组成和冶金性能。

3)结合攀钢的生产实际情况，在新建360m2烧结机工艺上采取预制粒精矿比例控制在25%～50%范围、生石灰参与预制粒比例控制在4%，有利于强化钒钛磁铁精矿烧结。

参 考 文 献：

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