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摘 要：基于唐钢原料条件，进行了司家营精粉烧结特性的试验研究。主要研究了司家营精粉配比(50％～100％)变化对烧结矿品位、强度及冶金性能的影响规律。 关键词：司家营精粉 …
摘 要：基于唐钢原料条件，进行了司家营精粉烧结特性的试验研究。主要研究了司家营精粉配比(50％～100％)变化对烧结矿品位、强度及冶金性能的影响规律。
关键词：司家营精粉 烧结特性
1 引 言
司家营铁矿地处河北滦县，是冀东矿脉的一部分，是我国东部地区目前唯一尚未正式开发利用的特大型铁矿床，其丰富的矿石资源占冀东地区矿石资源总储量的40％以上。
司家营铁矿矿体南北10公里，东西2公里，全区矿体分为南、北两区，合计资源总储量为23．48亿吨，被称为亚洲第一铁矿。其中氧化矿3．227亿吨，磁铁矿20．253亿吨。司家营铁矿属于“鞍山式”沉积变质铁矿床，浅层以赤铁石英岩为主，深层过渡为磁铁石英岩，属于磁、赤混合矿。
司家营铁矿的开发建设，将大大缓解唐钢对国外铁矿石的依赖，显著增强企业市场竞争力。
依据该矿的产能，唐钢拟在烧结生产中配加50％以上司家营精矿粉；球团采用100％司家营精粉。而司家营精粉属于新开发的矿种，且粒度极细(－200目高于95％，－325目达60．0％)，大量使用司家营精粉，没有可借鉴的经验。为此唐钢司家营钢铁基地筹建部委托河北理工大学进行“司家营铁精粉烧结、球团特性研究”，为司家营钢铁基地建设提供设计依据，也为今后生产提供合理的生产技术参数。
本文介绍的是关于司家营铁精矿烧结特性研究结果。
2 实验原燃料条件
2．1原燃料化学成分
实验用原燃料由唐钢提供，其化学成分见表1、表2及表3。
2．2原燃料粒度组成
从唐钢司家营钢铁基地筹建部提供的原料中取样烘干，用分样筛对原料进行粒度分析。原料的粒度组成如表4、表5所示。
实验用原燃料主要特点：
司家营精粉的含铁品位较低，硅含量较高；外矿粉除巴西C粉的品位较高外，澳矿、MAC粉的品位也较低。
司家营精粉粒度极细，－200目超过95．0％。－325目也达60．0％。
三种外矿粉及高返、自返和球返的粒度都较粗，大于3 mm的比例较高。
石灰石的粒度较粗，大于3 mm粒度达到35％。一般烧结生产要求石灰石粒度应小于3 mm。
石灰石粒度过细，不仅增加设备和电耗造成不必要的耗费，而且会使烧结透气性变差，影响强化效果。石灰石的粒度过大，会影响石灰石的分解与矿化程度，导致烧结矿中出现“白点”，影响烧结矿的质量。
3 试验方法与目的
烧结试验在(Ø230 mm×370 mm烧结杯中进行。试验的总原料量为30 kg，混合料的水分控制在9％左右。
一混在摇滚混合机内混匀3 min，二混在圆筒混合机内进行，加水时间为3 min，混合制粒时间为5 min。
烧结点火负压为3．92 kPa，点火温度为l 150℃左右，选用气体燃料(液化气)点火，点火时间为1 min。
烧结抽风负压为7．84 kPa，用10～25 mm的烧结矿1 kg作为铺底料进行烧结，以烧结废气温度开始下降时作为烧结终点。
烧结完成后，倒出烧结矿，进行落下试验，接着筛分测粒度组成及成品率；将＞10 mm的烧结矿缩分取样，采用1／5ISO标准转鼓，进行强度指标检验。
按GB／T13242—91标准进行烧结矿低温还原粉化性能测定；按GB／T1324．1－91标准进行烧结矿还原性能测定；并进行荷重软化性能试验，试样粒度为2～3 mm，荷重为1 kg／cm2，料柱高度为40 mm。在升温过程中，当料柱高度收缩10％时的温度为软化开始温度(T10％)，收缩40％时的温度为软化终了温度(T40％)，△T=T40%—T10％为荷重软化温度区间。
参照唐钢烧结厂目前原料条件，改变司家营精粉、MAC粉、巴西C粉的配比、碱度及配碳量来进行烧结杯试验。固定自返、高返、生石灰、除尘灰、球返、钢渣配加比例，用石灰石调整烧结矿碱度，用镁灰调整MgO含量，用MAC粉、巴西C粉来调整配比。
在烧结杯试验的基础上，探索司家营精粉的烧结特性。主要考察司家营精粉配比、碱度及配碳量对烧结过程和烧结矿质量的影响，并确定司家营精粉合理配比、最高配比以及合理的烧结工艺参数，进而找出提高司营矿粉配比的限制性环节。
4试验结果分析
1)烧结矿品位
由于司家营精粉含铁品位低，SiO2含量高，因此随司家营精粉配加量提高，烧结矿品位下降。司家营精粉配加量、碱度及配碳量变化对烧结矿品位的影响趋势见图1和图2。
由图可以看出，烧结矿含铁品位随司家营矿配比、烧结碱度及配碳量的提高而降低。 比较而言，其中碱度的影响最明显，其次是司家营精粉的配比。虽然烧结配碳量的影响相对较小，但是燃料灰分中的SiO2不容忽视，特别是随司家营精粉配比和碱度的提高，更应该注意燃料的质量。
2)烧结矿转鼓强度
随司家营精粉的配比、烧结矿碱度及配碳量的变化，烧结矿转鼓指数变化规律分别示于图3和图4。
图3是固定配碳为3．5％，选定烧结矿碱度水平分别为1．7、1．8、1．9、2．0、2．1，试验所得出的司家营矿配比变化对烧结矿转鼓强度的影响。由图可知，烧结矿转鼓指数变化的总体趋势是，随司家营精粉配比的提高，烧结矿的转鼓指数改善；但司家营精粉配比超过70％，烧结矿的转鼓指数有所降低。烧结过程中观察，司家营精粉的配比高于70％，烧结配碳量略显不足，烧结矿表层有烧不透的现象，烧结矿液相量略显不足。司家营精粉配比在50％。100％范围内，配碳量为3．5％时，烧结矿转鼓强度随着碱度的提高而改善，这符合一般烧结规律。
图4是配碳量对烧结矿转鼓指数影响的试验结果，我们固定碱度为1．9，配碳量选3．5％、3．75及4．0％三个水平，进行了不同配碳量和不同司家营精粉配比对烧结矿转鼓强度的影响的试验。
由图4可知，配碳量从3．5％增加到3．75％时，随配碳量提高，烧结矿强度指标改善；当配碳量提高到4．0％，强度指标反而下降。
从图3、图4可看出，烧结矿的主要指标转鼓强度，除碱度1．7相对较低外，其它全部试样的转鼓指标均可，基本在60％左右。宏观烧结矿液相量充分，强度较好，均能满足生产要求。
当司家营精粉增加到100％，转鼓强度随配碳量提高而改善。
以上规律说明随司家营精粉配比的变化，应有相适宜的配碳量；司家营精粉配比增加，配碳量应适当提高。
3)烧结混合料的水分
司家营精粉的粒度细，为了找出其合适的混合制粒参数，我们进行了烧结混合料适宜水分的实验。结果表明，烧结混合料的合适水分偏高，在9．0％左右。
4)烧结速度
影响烧结速度的因素很多，其中烧结料的制粒效果是主要因素之一。本次实验的烧结速度基本波动在23 mm／min左右，烧结速度正常。
5)烧结矿冶金性能
所有试验烧结矿的冶金性能均较好，尤其是还原和低温还原粉化性能指标。还原性能除碱度1．7外，还原度指数(RI)均在85％以上；RDI+3．15，值均在73％以上，基本波动在75％左右。软化开始温度和软化区间也都在正常范围内。
(1)烧结矿的低温还原粉化指数
司家营精粉配比、碱度及配碳量变化对烧结矿低温还原粉化指数的影响规律，如图5、图6所示。
烧结矿的低温还原粉化指数随司家营精粉配比的提高而改善(见图5)。主要原因可能是司家营精粉粒度细，比表面积大，矿化性能好，为生成更多复合铁酸钙提供了条件，而金属相中Fe2O3含量减少。
烧结矿的低温还原粉化指数随碱度的提高而改善。这主要是由于碱度提高后，CaO量多，铁酸钙含量增加，而易于产生低温还原粉化的再结晶Fe2O3，含量相应减少，这与一般的烧结规律相同。
由图6可知，烧结矿的低温还原粉化指数随烧结配碳量的提高而改善。主要原因是配碳量提高，还原性气氛加强，FeO量提高，有利于改善烧结矿的低温还原粉化指标。
(2)烧结矿的还原度
司家营精粉配比、碱度及配碳量变化对烧结矿还原度的影响规律，如图7和图8所示。
由图7可知：烧结矿的还原度随司家营精粉配比的提高而略有改善。由矿相分析可知，随司家营精粉配比的增加，强度与还原性都较好的铁酸钙含量增加，改善了烧结矿的还原性，这是烧结矿还原性能改善的原因之一。
烧结矿的还原性能随碱度的提高而改善，这符合一般烧结矿的规律。总体而言，随着碱度的提高，铁酸钙含量增加，烧结矿的气孔率增加，还原速度加快，还原度提高。
随烧结配碳量提高，还原度略有降低(见图8)。主要原因是随配碳量提高，烧结过程中氧化气氛降低，会使FeO含量增加。
(3)烧结矿的软化开始温度
司家营精粉配比、碱度及配碳量变化对烧结矿软化开始温度的影响规律，如图9、图10所示。
评价烧结矿的软化性能主要是软化开始温度的高低，软化开始温度高，有利于提高高炉的透气性。本次所有试样的软化开始温度处于一般水平，随司家营精粉配比及碱度提高，烧结矿的软化开始温度(T10％)有所改善，见图9。
影响软化的因素很多，如温度、晶格结构、孔隙度(气孔度)、还原度、粒度、含铁量、原始氧化状态、脉石的特性及其含量、碱度等等；主要是烧结矿的渣相数量和熔点，FeO含量及与其形成的矿物的熔点。渣相的熔点取决于它的组成。并能在较宽的范围内变化，显著影响渣相熔点的是碱度和MgO。
粒度细硅高的矿物易生成高熔点的物相(如硅酸钙等)，随司家营精粉配比的提高，烧结矿渣相数量和熔点有所提高，是软化开始温度提高的主要原因。
烧结矿的软化开始温度随配碳量的提高而略有降低(见图10)。这是因为配碳量高时，易于生成低熔点FeO矿物。
5 结 论
1)碱度在1．7～2．1范围内，除碱度1．7外，其它配比试样的烧结矿转鼓强度和冶金性能都较好，转鼓强度均在60％以上；还原度指数(RI)均高于85％；低温还原粉化指数(RDI+3．15)均高于73％，且随司家营精矿配比的增加，碱度的提高，低温还原粉化指标改善。软化开始温度和软化区间也都在正常范围内。宏观烧结矿的液相量充分，且强度较好。司家营精粉具有较好的烧结特性。
2)碱度在1．8～2．1范围内是可行的，推荐碱度为1．9。
3)从制粒效果和烧结过程来看，混合料的透气性较好，垂直烧结速度正常。
4)司家营精粉的粒度细，烧结混合料适宜水分比一般混合料偏高，应控制在9．0％左右。
5)随司家营精粉配比的变化，与之适应的配碳量亦不同；司家营精粉配比增加，配碳量应有所提高。现场适宜的配碳量应控制在3．3％左右。采用较高司家营精粉烧结时，配碳量应适当提高。
延伸阅读
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