梅钢高烧损铁料的试验研究与应用

2．1试验原料

    在梅钢现有高烧损铁料(低磷矿)烧结条件下，铁料配矿主要局限于澳A、澳B、澳C和C(标)四种原料，试验原料的化学成分见表l。
    四种铁料的主要矿物结晶为：

    1)澳A铁料铁矿物主要为赤铁矿(Fe₂O₃)，部分褐铁矿 (Fe₂O₃ ·nH₂O)，极少数磁铁矿(Fe₃O₄)。赤铁矿主要为粒状、针叶状集合体，少部分与褐铁矿共生在一起，磁铁矿沿着解理缝和边缘较多氧化为假象赤铁矿。

    2)澳B铁料铁矿物主要为褐铁矿(Fe₂O₃ ·nH₂O )，少数赤铁矿(Fe₂O₃)。褐铁矿主要为鲕状，蜂窝状结构，赤铁矿与褐铁矿共生在一起。

    3)澳C铁料铁矿物主要以褐铁矿(Fe₂O₃ ·nH₂O )和赤铁矿(Fe₂O₃)为主。赤铁矿与褐铁矿多共生在一起，以土状、粒状存在，少数鲕状结构。

    4)C(标)铁料铁矿物主要为赤铁矿(Fe₂O₃)，少数为镜铁矿，极少数磁铁矿(Fe₃O₄)和褐铁矿(Fe₂O₃ ·nH₂O )，赤铁矿主要为板状、片状，粒状或板、片状集合体和粒状集合体。

    四种铁料中澳B和澳C铁料属褐铁矿，其烧损分别高达11．4％和6．61％，澳A铁料主要以赤铁矿为主，但也含一定量的褐铁矿。

2．2试验条件

    第一阶段的试验条件为：烧结矿碱度1．8(倍)；MgO 2．0％；外配返矿25％；料层700 mm；混合料水分6．8％；点火负压8 kPa；烧结负压16．5 kPa。

    第二阶段试验条件为：料层提高到750mm，混合料水分7．0％；料层730 mm，混合料水分6．7％二个台阶，而其它条件不变。

2．3配矿方案设计

    试验以2007年3月12日～22日烧结工业性试验配矿比为基准，优化六组调整料比。试验首先探索高烧损铁料(低磷矿)适宜配料比，并在此基础上摸索不同的烧结料层及混合料水分，寻求较佳的工艺操作参数，以提高烧结矿质量，具体试验料比见表2。

    其中试验－l、试验－2、试验－3料比主要减少价格较高的C（标）用矿，增加价格相对较低的高烧损澳A或澳B或澳C，目的是为了降低用矿成本；试验－4、试验－5、试验－6料比是为了提高澳B或澳A，减少澳C用矿，以寻求不同配矿条件下，提高烧结矿质量和降低用矿成本。

3  试验结果与分析

3．1第一阶段试验结果与分析

    试验结果见表3。

3．1．1  转鼓强度

    在基准试验与六组调整试验中，以提高烧结矿质量为前提，试验－2的转鼓强度最好，试验－1次之。其主要原因是：在二组试验中澳B矿的配加比例最高为31．6％。从澳B矿的烧结基础特性同化性能来看，它的同化温度较低，表明澳B矿与CaO的反应能力强，形成的液相量温度低；同时配加31．0％以上的澳B矿的液相流动性指数也非常好，使澳B矿在烧结过程中其粘结周围物料的能力强和范围大，对提高烧结矿强度，降低槽下返回率有利；液相流动性指数随着碱度和温度的提高而提高，这主要是澳B矿是高烧损褐铁矿，其结晶水含量高、结构疏松的特点所决定的。澳B矿还具备在烧结过程中形成的粘结相对其周围的铁矿粉固结能力大的特点，是目前梅钢烧结配矿中固结能力最强的粉矿之一。

    在烧结过程较高的碱度和较低的温度条件下，澳C矿和澳A矿能生成较多的铁酸钙(SFCA)粘结相，而大量铁酸钙粘结相使烧结矿具有较高的强度和较好的高温冶金l生能。

    试验－4、试验－5、试验－6不具备上述条件而使烧结矿转鼓强度较差。分析表明试验－2的转鼓强度最好。

3．1．2  高烧损褐铁矿与出矿率、成品率的关系

    由表3所示，理论烧结矿出矿率基本随着高烧损褐铁矿配加比例的增加而下降，其中试验2高烧损褐铁矿+精矿比例占铁料的63．05％为最高，而出矿率最低为80．71％，显然，这是由于澳洲矿中高烧损褐铁矿中含大量结晶水所致(近年来梅钢的澳洲矿中澳A的烧损有上升的趋势)。而试验中烧结矿成品率随着澳B矿配加比例的增加而上升，根据烧结基础特性研究结果表明，这主要是澳B矿的同化温度低，即澳B矿在较低的温度条件下就能形成液相量，同时澳B矿的液相流动性较好，且流动性指数随着温度的提高而升高，因此，随着澳B矿配加量的增加，烧结矿成品率有所提高，出矿率、成品率与烧结能耗负相关。

    在试验中，试验－4、试验－5二组试验的成品率为最高分别是72．9l％和72．87％，其次是试验－2为72．67％，三组试验相差不多。从成品矿的粒度组成看(见表4)，试验－2的平均粒度是14．41 mm，与最好的试验－4也仅相差0．08 mm。表明：试验－2成品率略高、成品矿粒度组成也较好。

3．1．3燃料消耗

    在七组试验中，燃料消耗最低的是试验－5和试验－4，次好为试验－2，这与成品率高成反比例。在试验－2中燃料消耗略高，主要与出矿率下降有关。

3．1．4成本分析

    在七组试验中，基准试验的烧结矿成本略高为543．40元／t。试验－3、试验－2和试验一l的烧结矿成本较低，分别是540．99元／t、541．55元／t和542．06元／t，试验－3烧结矿成本最低，试验－2其次。烧结矿成本较低主要是用矿价格相对低廉，高烧损褐铁矿的澳B矿和澳C矿配加量占总铁料量较高，使烧结矿成本下降。

    依据第一阶段试验得出以下三条结论：

    1)试验－2的利用系数为1．331t／(m²·h)，是最低的，但能满足生产的需求，利用系数较低对烧结电耗产生一定的影响；

    2)试验－2是梅钢目前高烧损铁料较为适宜的试验料比；

    3)综合比较转鼓强度、成品率、燃料消耗等技术指标参数，试验－2的试验结果较为理想，成本542．06元／t也是较低的。

3．2第二阶段试验结果与分析

    在上述较为适宜的试验料比的基础上，探索不同料层和混合料水分的试验，以寻求较佳的烧结工艺参数。试验结果见表5。

    在基本料比不变的条件下，提高混合料水分至7．0％和提高烧结料层至750 mm，两组试验(基准－l、试验－2．1)结果显示，烧结矿的质量没有得到改善，反而有所下降。这主要是高烧损铁料中，澳A矿、澳B矿和澳C矿的粒度组成较粗，平均粒度大，其中澳B矿平均粒度为4．11 mm，若再进一步提高混合料水分，使烧结速度过快，高温保持时间短，烧结矿强度下降，成品率下降，因此高烧损铁料烧结时混合料水分不宜过高。

    当料层为730 mm，水分为6．7％时，烧结矿质量指标明显好转，基准－1．1和试验－2．1．2的烧结矿强度明显上升，其中试验－2．1．2强度达到69．1％，而且烧结矿平均粒度也有明显上升。从产出的烧结矿表观看，烧结矿结构非常致密，孔隙小，体积重，具备良好的烧结矿强度。

    依据第二阶段试验得出以下结论：

    提高混合料水分至7．0％，烧结矿的质量没有得到改善，反而有所下降。为此梅钢高烧损铁料烧结时，混合料水分不宜高。

4  矿相组成

    烧结矿矿物组成见表6。
    由烧结矿矿物组成可以看出：试验－2．1．2烧结矿中赤铁矿含量高于基准－1．1烧结矿，磁铁矿低于基准－1．1烧结矿。其余烧结矿中矿物含量基本变化不大。

4．1烧结矿组织结构

    基准－1．1：烧结矿中多数磁铁矿与铁酸钙形成交织熔蚀结构(见照片1)，部分磁铁矿与铁酸钙形成熔蚀结构(见照片2)，一些铁酸钙自身形成交织结构，少数粒状结构存在。烧结矿中铁酸钙为主要粘结相，玻璃相起到辅助粘结作用。烧结矿中铁酸钙为针状、细针状、片状和柱状。

    由于烧结矿中以铁酸钙为主要粘结相，多数为交织熔蚀结构，较多的赤铁矿含量，使烧结矿强度和还原性较好。但烧结矿组织结构不够均匀，铁酸钙有一些低温态的细针状存在，也有一些高温大片状。块状烧结矿中观察，玻璃相较多，在一些粒状结构和熔蚀结构存在。少数玻璃相存在于大粒原生赤铁矿内部。

    由于烧结矿组织结构不均匀，对烧结矿强度和还原性会产生一些影响。

    试验－2．1．2：烧结矿中赤铁矿含量明显增加，较多大粒原生赤铁矿(见照片3)，少数散粒原生。赤铁矿中多数为原生状，少数再生赤铁矿。原生赤铁矿被交织熔蚀结构粘结。

    烧结矿组织结构较基准－1．1烧结矿均匀，主要为磁铁矿与铁酸钙形成的交织熔蚀结构，少数为磁铁矿与铁酸钙形成熔蚀结构(见照片4)，很少数的粒状结构。铁酸钙为主要粘结相，呈针状、片状和柱状。玻璃相较少，主要存在于大粒原生赤铁矿之中。

    由于较多的赤铁矿存在，较多的交织熔蚀结构，较为均匀的组织结构，烧结矿的强度比基准－1．1好。

5  高温冶金性能

    表7所列为烧结矿高温性能，从结果可以看出：试验－2－2的软化开始略高，软化区间比基准－2窄；但是熔融开始温度低，熔融区间比基准－2宽。在高炉冶炼过程中，为改善炉身中下部的透气性，应尽可能提高熔融开始温度，熔融区间越窄越好。两组试验中RDI_+3．15都偏低，还原度(RI)也偏低。这对高炉冶炼不利，有待进一步研究。
6  烧结生产应用

    依据技术中心烧结实验室试验结果，6月27日至7月8日，3^# 烧结机进行高烧损铁料(低磷矿)的工业性试验。试验的主要参数见表8、表9。

    试验期间，对烧结生产工艺要求如下：

    1)操作上实行厚料慢转方针，料层不低于720 mm；烧结机速在1．7～1．8 m／min。

    2)适当降低水分，控制制粒机出口水分在6．5％，泥辊下料处水分不高于6．8％。

    以6月份变料前的生产数据为基准期(6．1～6．26)，高烧损铁料生产试验期间(6．27～7．7)数据与之相比较。

    从表8中可看出，与基准期相比，由于料层厚度增加了5l mm，机速降到1．7 m／min，烧结时间延长，烧结矿结晶更加充分，大孔薄壁结构减少；加上碱度提高到1．80，高烧损铁料烧结矿中铁酸钙比例增加，使烧结矿强度有明显的改善，转鼓指数提高了1．6个百分点，低温还原粉化性能也有所改善，RDI_+3．15提高1．15％。同时烧结矿强度提高，使内返矿率、槽下返回率下降。高烧损铁料生产料层透气性得到改善，在料层提高的前提下，总管负压依然降低了0．7 kPa，烧结利用系数提高0．023 t／(m²•h)。

7  结  语

    1)经烧结生产应用，梅钢目前用矿条件下，澳A 23％、澳B 32％、C(标)5％、澳C矿16％左右是高烧损铁料较适宜的配比。

    2)在上述配矿条件下，烧结料层目前来看以730 mm为宜，混合料水分应控制在6．7％左右，烧结各项综合指标较好，成本低。

    3)虽然工业性试验转鼓强度有所提高，但提高幅度离预期仍有一定差距，因此须对高烧损铁料的配矿、工艺及操作参数作进一步改进。主要技术措施有：

    ①采用富氧烧结技术。梅钢富氧烧结工艺由向料层吹氧和富氧点火二部分构成，工业性试验表明富氧后，表层烧结矿强度得到改善，转鼓强度提高1．52％，同时烧结固燃和煤气消耗下降。

    ②使用消化器对生石灰进行提前消化，充分发挥消石灰在制粒过程中的粘结造球作用，并减少烧结矿中的白点数量，从而提高烧结矿强度。

    ③进行低碱度全梅精和高碱度全富粉烧结杯试验，改变梅钢烧结矿碱度一直在1．75徘徊的局面。通过高低碱度烧结矿搭配使用，改善矿相结构，为提高烧结矿强度创造条件。

    4)在高炉冶炼过程中由于磷含量的降低及炉渣中A1₂O₃含量的增加，导致渣铁流动性降低，容易粘沟导致炉前的工作量增加，这需要进一步优化配矿来解决A1₂O₃在炉渣中含量过高的问题。另有必要研究一下A1₂O₃对炉渣流动性的影响，找出一些规律。