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承德建龙提高钒钛烧结矿转鼓强度的研究

赵钢 

（承德建龙特殊钢有限公司   承德  河北067000）

摘 要： 承德建龙钢铁公司烧结厂为改善钒钛烧结矿质量，通过优化配矿、提高料层以及烧结矿二元碱度等措施 ，使烧结矿转鼓强度从 70.34 %提高到 75 %以上，取得了显著的效果。

关 键 词：钒钛烧结矿；转鼓强度； 

Research of Improving the Tumbler Strength of Chengde Jianlong Vanadium -Titanium Sinter

Zhao Gang, Dong Shipeng

(Chengde Jianlong Steel)

Abstract: In order to improve the quality of vanadium and titanium sinter quality ,Chengde Jianlong steel improved material layer, Optimized mine as well as adjusted basicity of sinter that making the sinter tumbler strength increased from 70.34% to 75%,achieved significant results.

Keywords: vanadium titanium sinter; tumbler strength;

1 前  言

目前，承德建龙钢铁公司已经形成以高碱度钒钛烧结矿为主 ，配加一定比例球团矿的炉料结构。而且，随着高炉强化冶炼程度的提高，钒钛烧结矿的质量越来越受到关注，不仅要求其成分稳定，而且对其强度和粒度组成的要求也越来越高[1-2]。承德建龙在烧结生产中使用钒钛矿存在烧结矿冷强度差、粒度偏小、含粉率高、高炉槽下返矿量大的问题，严重制约了高炉的顺行和炼铁系统成本的降低。与国内钢铁厂比较烧结矿品味和转鼓强度均较低，如表1所示，承德建龙的烧结矿转鼓指数长期维持在70%左右，满足不了现代高炉精料入炉的生产需要，给高炉冶炼带来很大影响。为保证高炉稳定顺行，我厂在烧结生产中对引起烧结矿转鼓强度下降的原因作了全面分析，并采取一系列措施，使烧结矿强度逐步恢复稳定在75%以上。

表 1  承德建龙与国内大烧结机对比

2 承德建龙烧结矿的化学成分和矿相分析

承德建龙钢铁公司烧结厂主要使用钒钛磁铁矿进行烧结，其烧结矿的化学成分如表2所示，由表可知，2012年5至8月的亚铁含量较高，SiO2含量较低，CaO含量较低，TiO2含量较高。

表2 承德建龙烧结矿成分/%

由于钒钛磁铁矿 TiO2和 Al2O3含量较高 ,而 TFe 和 SiO2含量较低，生成的烧结矿中普通硅酸盐粘结相量仅有 10～15% ，铁酸钙组分也仅为15 %左右,见表2。钙钛矿本身的抗压强度低 ，仅为复合铁酸盐(SFCA) 的 1/ 4 ，而且，钙钛矿的熔化温度高，表面张力小，在烧结过程中最先晶出 ，充填于硅酸盐、钛磁铁矿和钛赤铁矿晶粒之间 ，使得烧结矿孔隙率高，各种矿物之间的粘结力减弱 ，烧结矿的强度差[3-4]。烧结矿的成矿主要基于粘接相的固接作用，在烧结矿的所有粘结相中，SFCA 粘结相是最优的[5-6]。要改善承德建龙烧结矿的转鼓指数，必须改善烧结矿矿相构成 ，确保烧结矿中较多的 SFCA 数量并与赤铁矿等形成熔融交织结构[7]。SFCA 在 1250～1270 ℃含量达到最高，而原始赤铁矿则随 SFCA 的生成而下降，在高温时熔于熔体中，在冷却时以再生赤铁矿析晶[1]。在 1250 ℃以上玻璃相数量增加。SFCA 的形态随温度变化而变化:1250 ℃以下为纤细状 ，在 1275 ℃时一些熔体形成，有些从玻璃相中析出，在 1350 ℃以上时在玻璃相中出现自行晶。研究表明[1]：在 1210 ℃时 SFCA 开始迅速生成，并明显向针状发展。对磁铁矿来说，SFCA 发展最快的温度为 1230～1250 ℃。超过上限温度 SFCA 明显分解为 Fe2O3、C2F 与液相。低温烧结时 SFCA 为针状 ,随烧结温度升高逐渐变为以板状、柱状为主。影响 SFCA 生成特性的因数归纳起来主要为两个方面[8]：一是铁矿粉的性质，二是烧结工艺参数，包括烧结温度、烧结气氛和配碳量，在较低的烧结温度、较强的氧化气氛条件下，可以促进SFCA 的生成。承德建龙钒钛磁铁矿烧结时，大量的磁铁矿被氧化时放热，加剧了高价铁氧化物的分解，不利于 SFCA 的生成，因此烧结工艺参数的合理控制对承德建龙烧结而言更为重要。

表3 烧结矿主要矿相及含量

3 提高烧结矿强度的措施

根据以往行业研究成果可知，烧结矿强度及粒级组成的影响因素是多方面的，既有碱度和矿物组成，SiO2、MgO和Al2O3等化学成分的影响，又有配碳量和FeO含量、热返矿粒度和返矿量、熔剂和燃料粒度、配矿及反应性的影响，还有料层厚度、抽风负压等工艺操作参数的影响。另外 ，烧结矿冷却设备及其工艺参数也对烧结矿强度有不同的影响，因此，首先从入烧结构变化引起的烧结参数控制上做文章，改进配矿和工艺参数控制。

3.1 优化配矿

由于承德建龙自身条件的限制，含铁原料供应受市场影响较大，尤其是外矿资源匮乏，品种杂， 质量不稳定。在这种条件下，常因外矿短缺而被迫变更原料结构，引起生产参数变化，难以保持烧结生产的长期稳定。如何在本厂资源条件下优化配矿，提高烧结矿质量就成为我们首要解决的问题。

我厂因资源条件所限，原料结构中外矿的比例受市场影响，波动较大，一般在 5 %～15 %之间，钒钛精矿占大部分比例。由于酸性矿的 SiO2含量较高 ，故烧结矿中 SiO2含量的变化与其配比有很大关系。2012 年 1 月，我厂为了提高烧结矿品位，降低铁前成本，根据自身缺乏高品位外矿的特点，配矿时大幅度提高了碱性矿比例，使烧结矿 SiO2含量降到了5.6 %。但是，在缺乏了酸性精矿搭配后，烧结过程液相生成不足，粘结相强度差，烧结矿强度出现较大幅度的滑坡。之后，又逐步上调酸性精矿配比，使液相生成增加，强度逐步恢复到以前水平。

据我厂的经验，在钒钛烧结矿的 SiO2含量控制在6.7 %～7.0 %时，便可保证烧结过程生成合适的液相。因此，我们确立了按 1∶2 的比例搭配酸、碱精矿的配料原则，并收到了一定的效果。

3.2 提高料层厚度

厚料层烧结由于高温保持时间长，烧结反应和热交换充分，对提高烧结矿强度的作用勿庸置疑。以前在承德建龙的烧结料层厚度较低，根据各种实践后料层厚度达到了680mm左右，为了提高烧结矿的转鼓强度，在2012年9月，再次提高料层厚度到730mm左右，10月厚底更达到了740mm。为了实施厚料层烧结 ,我们根据现有原料条件，采取了一系列改善料层透气性的措施：（1）通过外配一定比例的马来西亚粉来改善料层原始透气性；（2）加强与原料采购部门联系，改善进厂生石灰质量；（3）采用高温水消化生石灰，提高消化效果；（4）对松料器加以改进，增加排数， 并改造成层数可变式结构。实施这些措施后，两个系统的料层厚度已经稳定在710 mm 以上，对提高烧结矿强度起到了很大的作用。

3.3 提高烧结矿二元碱度

碱度是影响烧结矿矿物组成和强度的主要因素之一，在相同工艺条件下，不同碱度的烧结矿矿物组成略有差别，致使烧结矿强度相差很大。根据铁酸钙系矿物的成矿机理[9]，液相生成初期为铁酸钙系，铁酸钙熔化，脉石熔于其中，使液相成分改变，氧化铁析出，其成分为磁铁矿或赤铁矿或二者兼而有之，这要取决于氧位和熔体中 SiO2的数量。在较高温度下，固态氧化铁和熔体共存，凝固时依据碱度不同分别生成以铁酸钙为主或以硅酸盐系矿物为主的粘结相。这两类液相的碱度理论分界值为 R= 1.87，当碱度高于 1.87 时，在高氧化气氛条件下以铁酸盐为主，否则以硅酸盐为主。我厂曾在 2012 年 1月为提高烧结矿品位，将碱度下调至 0.95 ，导致强度好的铁酸盐系矿物被强度差的硅酸盐系所取代，烧结矿强度受到影响；而且，碱度下调后生石灰配加量减少，混合料的成球性恶化，烧结机机速降低，产量下降，生产组织陷入被动。为改变这种被动局面， 2月又将碱度上调为1.90，9 月份调整为 1.95，不仅改善了烧结矿的机械强度，而且由于生石灰配比提高，制粒效果有所改善，烧结矿产量上升，显示了生石灰强化烧结的重要作用。

3.4 改善烧结矿添加剂

在高炉精料的要求下，烧结厂不断改善烧结矿抑制剂的配比和种类，在2012年9月采用最新的低氯含硼添加剂之后，对烧结矿强度有一定的提升。

4 生产效果

自 2012 年 5月以来 , 烧结矿主要技术经济指标列于表 3。由表可知，9月以来，FeO 含量下降 1.26 个百分点，筛分指数降低，料层厚度提高，碱度提高，采取上述措施后 ,烧结矿强度上升了6.26个百分点，取得了较好的效果。

表4 烧结技术指标

5 结  语

影响烧结矿转鼓强度的因素是很多的，不同情况下不同的因素所发挥的作用不同。承德建龙为提高转鼓强度采取了几个措施包括:根据现有资源合理搭配矿种 , 是改善烧结矿强度的重要手段；厚料层烧结能延长高温保持时间 ，使烧结过程的热交换和物化反应充分，从而获得高强度的粘结相，是改善高碱度烧结矿质量的重要手；提高烧结矿二元碱度，能促使铁酸钙粘结相生成，同时，提高生石灰配比，可使强化烧结的作用大大增强；采用高效的添加剂，提高烧结矿质量。经过努力，烧结矿转鼓强度逐步稳定在75%以上.

参 考 文 献：

[1] 杜鹤桂. 高炉冶炼钒钛磁铁矿原理[ M] . 北京: 科学出版社, 1996.

[2] 蒋大军. 钒钛磁铁精矿的矿物特性与造块强化技术[J]. 钢铁，2010，45(1)：24-27.

[3] 任允芙，杨李香. 有关攀钢烧结矿中钙钛矿的研究[J].烧结球团，1987，(1)：35-38.

[4] 王文山, 杨树明, 隋孝利, 等. 承钢钒钛烧结矿产量提高的技术进步[ J] .四川冶金,2005, 27( 5) : 7- 10.

[5] 王喜庆. 钒钛磁铁矿高炉冶炼[ M] . 北京: 冶金工业出版社, 1994: 5-6.

[6] 吴力华. 提高攀钢烧结矿转鼓指数的合适操作参数探讨[J]. 四川冶金 ,2006 , (1) :10～14.

[7] 王素涛，赵成等. 烧结矿转鼓强度下降的原因及改进措施. 2009年河北省冶金学会炼铁技术暨学术年会论文集[ M], 2009.

[8] 傅菊英，石军. 提高钒钛磁铁精矿烧结产质量的研究[J]. 烧结球团，1999，24(4)：19-24.

[9] 张世娟 ,王树同. 针状铁酸钙形成机理的试验研究[J]. 钢铁 ,1992 , (7) :7～12.