改善烧结配矿结构实验

杜长坤1，罗清明2，鄢刚2，万新1，袁晓丽1，柳浩1

(1．重庆科技学院2．四川德胜集团钢铁有限公司)

摘 要：通过对四川德胜集团钢铁有限公司(简称德胜川钢)烧结厂使用的五种配矿结构进行实验室烧结杯实验，通过对烧结过程的烧结性能、烧结矿的低温还原粉化和矿相结构的检测。研究结果表明：五种配矿方案各项指标最好的是方案二；弯丘大理矿粉最佳配加比例为5～7％；用弯丘大理矿粉置换平川粉矿，会对烧结矿的转鼓强度不利。

关 键 词：配矿；弯丘大理矿粉；烧结性能；冶金性能

1 前言

四川德胜集团钢铁有限公司(简称德胜川钢)拥有年产200万吨钢的生产能力，现有60m2×2和一台260m2带式烧结机三台，分别向450m3×2和一座1350m3的高炉的高炉提供烧结矿。烧结的平均利用系数约1．0t/(m3．h)左右，年产烧结矿约230万吨，烧结生产情况不理想，难以满足3座高炉对烧结矿的需求。因此，尽可能提高烧结矿的产质量是目前德胜川钢的当务之急，而德胜川钢烧结厂生产原料目前发生了较大变化，使用钒钛磁铁精矿大量增加，使用国内矿代替了进口矿，那么寻找合适的配矿结构成为是德胜川钢实现烧结矿高产高质的一大关键因素。

2 实验研究方法

烧结杯试验是在模拟德胜川钢烧结厂实际生产条件下进行的。试验所用烧结杯内径为300mm，每次实验的混合料量总量为80kg，用天平人工称量原料后，经搅拌机进行一次混匀，然后将原料倒入二次圆筒混料机内混匀制粒。混合料水分控制为7％，用10~16mm的成品烧结矿作铺底料，铺底料量为5kg，厚度为40~50mm，料层厚度为700mm。采用石油液化气点火，点火温度为1100~1150℃，点火间2min，点火负压为5kPa，烧结负压为15kPa，以烧结废气温度开始下降时作为烧结终点。配碳按照4．0~4．2％控制；将烧结饼于2m高处自由落下至铁板落下三次，取大于5mm的百分比作为烧结成品率。采用1／2ISO转鼓测量转鼓指数。入鼓料按照成品烧结矿比例(10~16mm、16~25mm、25~40mm)取7．5kg。在进行冶金性能测试实验中，还原性实验执行GB／T13241—91标准，低温还原粉化实验执行GB／T13242—91标准。矿相实验对所选试样的烧结矿经过做实验样品准备、磨片(粗磨、细磨、精磨)、抛光(磨片、打光)等过程把烧结矿样本制作成光片，然后在金相显微镜奥林巴斯GX71下进行观察其矿相结构，放大倍数为300倍。

3 实验的原料及配矿方案

3．1 实验的原燃料条件

实验所用的原燃料及其化学成分均由德胜川钢提供，见表1。

从表1可以知，平川精粉最高，为60．80％，武定粉和湾丘矿粉比较低，分别为45％和46．5％，钒钛精粉为55．5％，整体来说铁矿含铁品位均不高。

3．2 烧结实验配矿方案

烧结杯实验重点关注停配进口矿，用平川粉矿替代进口矿，分别配加不同比例的武定粉、弯丘大理矿粉、西藏矿粉对烧结矿产质量的变化，烧结配矿方案见表2。

4 实验结果与讨论

每个配矿方案做了三种计算碱度2．0、2．1和2．2的烧结杯试验。不同配矿方案的烧结性能和冶金性能的的影响见图1—图5。

4．1 不同配矿方案对成品率的影响

从图1可知，当碱度为2．0时，五种配矿方案的烧结矿的成品率高低排序为：方案一>方案三>方案二>方案五>方案四。当碱度为2．1时，五种配矿方案的烧结矿的成品率高低排序为：方案二>方案一>方案四>方案五>方案三。当碱度为2．2时，五种配矿方案的烧结矿的成品率高低排序为：方案一>方案二>方案四>方案三>方案五。因此，从不同碱度对配矿方案的烧结矿成品率的影响综合看，方案一和方案二比较高，方案三和方案四次之，方案五的整体成品率不高，结合配矿方案可以看出，方案一和方案二湾丘大理矿粉配比分别为5％和7％，而方案三没有配湾丘大理矿粉，方案四和方案五湾丘大理矿粉配加分别达到10％和12％，因此可以得知，随着湾丘大理矿粉配比从0～12％，烧结矿的成品率先提高然后下降，最合适的比例在5％~7％。

4．2 不同配矿方案对垂直烧结速度的影响

从图2可知，当碱度为2．0时，五种配矿方案的垂直烧结速度快慢排序为：方案二>方案一>方案三>方案四>方案五。当碱度为2．1时，五种配矿方案的垂直烧结速度快慢排序为：方案二>方案一>方案三>方案四>方案五。当碱度为2．2时，五种配矿方案的垂直烧结速度快慢排序为：方案一>方案四>方案二>方案五>方案三。从不同碱度对配矿方案的垂直烧结速度的影响综合看，方案二垂直烧结速度比较快，方案一次之，方案三和方案四次再次之，方案五的整体垂直烧结速度最慢。垂直烧结速度与烧结料层透气性成正比，而料层透气性与烧结料混合制粒状况正相关。在精粉比例保持不变的情况下，仅仅变化其它铁料加入量，对透气性影响不大。据查有关文献可知，不同铁矿粉在烧结过程中的高温行为可以通过同化性和液相流动性的烧结基础特性来衡量[1-2]。这主要弯丘大理矿粉增加较多时，在烧结高温性中表现的液相流动性较差，引起垂直烧结速度下降。

4．3 不同配矿方案对转鼓强度的影响

从图3可知，当碱度为2．0时，五种配矿方案的烧结矿转鼓强度高低排序为：方案一>方案三>方案四>方案二>方案五。当碱度为2．1时，五种配矿方案的烧结矿转鼓强度高低排序为：方案一>方案二=方案四>方案三>方案五。当碱度为2．2时，五种配矿方案的烧结矿转鼓强度高低排序为：方案二>方案三>方案五>方案一>方案四。从不同碱度对配矿方案的烧结矿的转鼓强度的影响综合看，方案一和方二转鼓强度比较高，方案三和方案四次之，方案五的整体转鼓强度最低。比较方案三和方案五，用弯丘大理矿粉置换平川粉矿，会对烧结矿的转鼓强度不利。

4．4 不同配矿方案烧结矿的粒度组成

从图5可知，当碱度为2．0时，五种配矿方案的小于5mm粒级烧结矿的含量高低排序为：方案四>方案五>方案二>方案三>方案一。当碱度为2．1时，五种配矿方案的小于5mm粒级烧结矿的含量高低排序为：方案三>方案五>方案四>方案一>方案二。当碱度为2．2时，五种配矿方案的小于5mm粒级烧结矿的含量高低排序为：方案五>方案三>方案四>方案二>方案一。从不同碱度对配矿方案的<5mm粒级烧结矿的含量的影响综合看，方案五小颗粒烧结矿比例较高，方案三和方案四次之，方案一和方案二小颗粒烧结矿含量相对较少。随着弯丘大理矿粉用量的增加，小于5mm烧结矿的比例开始减少然后又增加，可以看出弯丘大理矿粉配比在5~7％比较合适。

4．6 不同配矿方案的冶金性能

从图5可知，当碱度为2．0时，五种配矿方案的烧结矿低温还原粉化指数的高低排序为：方案二>方案一>方案四>方案五>方案三。当碱度为2．1时，五种配矿方案的烧结矿低温还原粉化指数的高低排序为：方案二>方案一>方案五>方案四>方案三。碱度为2．2时，五种配矿方案的烧结矿低温还原化指数的高低排序为：方案二>方案一>方案四>方案三>方案五。从不同碱度对配矿方案的烧结矿低温还原粉化指数的影响综合看，方案二最好，然后是方案一，次之为方案四和五，方案三最差。随着弯丘大理矿粉的增加，烧结矿的低温还原粉化指标先上升然后下降。当弯丘大理矿粉达到7％时，烧结矿的低温还原粉化指标最好。

4．7 不同配矿方案的烧结矿矿相结构

为了进一步认识配矿方案对烧结矿产质量的影响，选取在碱度均为2．1的条件下，对5个配矿方案的烧结矿进行矿相显微结构的检测。每个样本选取1张有代表性的照片见图6—图10。

在图6中，亮白色的为赤铁矿，少量赤铁矿存在而且分布不均匀，灰色为磁铁矿，浅蓝色部分为铁酸钙和部分灰白色钙钛矿，暗黑色基底为硅酸盐及玻璃质。从图3中可知，有30~40％的针状铁酸钙与赤铁矿和磁铁矿有交织和熔蚀的结构出现。这对烧结矿的还原性和强度的提高起着重要的作用。这说明方案一的烧结矿强度和还原性较高。

从图7可以看出，有少量的粒状的白色赤铁矿和少量暗黑色基底硅酸盐及玻璃质分布。有大量的柱状浅蓝色铁酸钙和磁铁矿组成交织的结构，这对烧结矿强度的提高和改善烧结矿还原性非常有利。这也可以佐证了方案二各方面烧结矿的烧结性和冶金性能指标均很好。

从图8可以看出，矿相结构有典型的柱状铁酸钙和大量灰色的磁铁矿组成，但是分布比较分散，还有少量的白色赤铁矿和暗黑色的硅酸盐和玻璃质存在。

在图9中，有大孔薄壁结构出现，有较少量的板状亮白色赤铁矿存在，有一定量的灰色磁铁矿和少量针状浅蓝色的铁酸钙交织在一起。

在图10中可知，矿相结构中主要矿物为粒状和板状亮白色的赤铁矿和暗灰色的硅酸盐和玻璃质。这对烧结矿强度和还原性的提高不利。这也进一步说明了方案五的烧结性能和冶金性能均不理想。

5 结论

(1)根据德胜川钢现有的使用高钒钛磁铁矿配比情况，综合不同的碱度和不同配矿方案对烧结矿烧结性能和冶金性能的影响，配矿结构中方案二各项指标最好。

(2)综合不同的碱度对烧结矿的成品率、垂直烧结速度、烧结矿的低温还原粉化和小于5mm的颗粒比例，结合烧结矿矿相结构，弯丘大理矿粉配比为5～7％比较合适。

(3)用弯丘大理矿粉置换平川粉矿，会对烧结矿的转鼓强度不利。

6 参考文献

[1]   吴胜利，等．铁矿粉液相流动性的试验研究(第七届全国炼铁精料学术会议论文集)[M]．中国金属学会．2001：31~35．

[2]   吴胜利．铁矿石的烧结基础特性之新概念[J]．北京科技大学学报，2002，24(6)：254~257．