论文部分内容阅读
[摘 要]阐述了高比例配用褐铁矿对烧结过程的影响机理。褐铁矿比例提高时，由于其高同化性，不仅烧结过程中液相生成量增多，而且液相性质也发生改变，烧结过程中出现液相粘度升高、气泡难以溢出等现象，最终导致烧结利用系数下降，成品率降低。通过采取压料、厚料层、高碱度、防止过度同化等措施，可以为提高褐铁矿配比提供支撑。针对邯钢某地料比的实验室研究表明，通过优化配矿，烧结配加50%褐铁矿后，生产指标较配30%褐铁矿时有所改善。
[关键词]褐铁矿；烧结机理；配比研究
中图分类号：P635 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）04-0366-01
引言
近年来，随着优质铁矿粉资源日趋减少，低品质矿粉的使用量逐渐增加。在澳矿当中，褐铁矿和马拉曼巴矿逐步取代布鲁克曼赤铁矿，成为市场供应的主体矿种。褐铁矿的性能被众多烧结工作者所关注，其具有含铁品位低但烧后品位高、粒度粗、结构疏松气孔多、堆密度小、含结晶水多、易熔化、还原性高等特性，这决定了它在烧结过程中与赤铁矿、磁铁矿等的表现存在差异。当褐铁矿在烧结料中的比例升高到一定程度后，已被反映出将造成利用系数降低、成品率下降、转鼓指数降低、固体燃耗升高等问题。
1.高配比褐铁矿烧结影响烧结矿质量的机理分析
1.1 液相生成问题
烧结过程中，赤铁矿与褐铁矿最重要且明显的差异就在同化性上。褐铁矿结构疏松、多孔且结晶水含量高，故其与熔剂的反应动力学条件更好，在烧结过程中的同化性较赤铁矿为高，致使其在烧结过程中产生的液相发生变化，主要体现在液相量增加和液相性质改变两方面。
（1）液相量增加。检测表明，褐铁矿的最低同化温度远低于巴西赤铁矿和国内磁铁矿。故当烧结温度一定时，褐铁矿将比赤铁矿更多地被液相所同化，使液相生成量更多。
（2）液相的成分和性能发生变化。不仅液相量增加，液相的成分也发生变化，进而导致液相性能发生变化。
1.2成品率和强度
肥田行博等认为，褐铁矿的高同化性，使液相粘度增加并在其中包裹了大量气体，这造成了许多大孔的形成，使得起着粘结作用的同化部分脆化。这是烧结矿强度和成品率降低的主要原因。同时，褐铁矿的高同化封闭了烧结料层液相带的空隙，不仅降低了料层透气性，而且加剧了烧结料层中焦粉燃烧形成的横向不均匀性，这也导致成品率下降。一般来讲，配加褐铁矿后，烧结料层上部的成品率会因褐铁矿易熔、易同化的特点而改善，但料层下部的成品率则可能由于热量不足而下降。在高褐铁矿配比下适当提高配碳量可使高温液相生成时具有一定的过热度，从而有利于提高烧结矿强度。
1.3固体燃耗
高比例配加褐铁矿时，带给烧结中较多的水分（物理水和结晶水），这些水分在烧结过程中蒸发、脱除，需消耗一定的能量。但事实上，烧结中去除这些水所耗的能量并不高，远小于熔剂分解所消耗的能量。在生产实践中，使用高比例褐铁矿时配碳量（固体燃耗）是否增加，结论并不一致，这可能取决于各厂的生产操作和原料条件，甚至是使用褐铁矿前后的工艺变化。从促进SFCA生成的角度来看，较少的配碳量有利于营造低温、高氧化的适合铁酸钙生成的气氛；而从避免欠烧、保证成品率和强度的角度出发，较多配碳量也是可取的。
1.4冶金性能
配加褐铁矿以后，由于影响因素较多，故冶金性能的变化可能需视情况而定。褐铁矿有利于改善烧结矿的还原性（RI）已被广泛认可，但对低温粉化性能（RDI）的影响而言，结论并不一致，因为影响冶金性能的因素自身在配加褐铁矿后就可能有多种变化。如烧结矿中的FeO含量是影响烧结矿燃耗、强度、RDI和RI的重要参数之一。C.E.LOO分析了配加褐铁矿后影响烧结矿FeO含量的一系列因素的变化情况：①矿物还原性改善，故磁铁矿含量提高，从而提高烧结矿FeO含量；②烧结温度降低，故赤铁矿向磁铁矿的分解减少，从而降低烧结矿FeO含量；③同化性提高，熔相中碱度下降，Fe3+/Fe2+比值下降，从而提高烧结矿FeO含量；④火焰前锋速度加快、热容降低，使冷却速度提高，减少了磁铁矿向赤铁矿的再氧化，从而提高烧结矿FeO含量。
2.应对高比例褐铁矿烧结的技术措施
2.1抑制同化、利用同化的策略
一方面，考虑到褐铁矿高同化性给烧结过程带来的诸多问题，发展抑制褐铁矿同化的技术，成为提高褐铁矿使用比例的重要手段。日本新日铁上世纪90年代开发的褐铁矿自致密化和高熔点液相烧结工艺（SHS），即实现了“抑制”褐铁矿的同化。
另一方面，褐铁矿的易熔、高同化性，对于烧结节能也有一定的积极作用。烧结中配加致密难熔、同化性较低的矿粉，如巴西赤铁矿、国内磁铁矿等与褐铁矿搭配使用，可使混合料的同化性不至于过高。而当混合料同化性较低时，则可以提高杨迪粉的使用比例，使混合料的同化性改善，此即“利用”了褐铁矿的同化性。
2.2具体工艺措施
为克服使用高比例褐铁矿对烧结矿质量的影响，烧结工作者根据褐铁矿的特点，采取了相应的工艺措施，如提高配水量、高碱度烧结、压料等。90年代以来，随着国外褐铁矿资源不断进入国内市场，包括国内高校、研究院所和钢铁厂、国外矿企在内的研究人员对褐铁矿的研究越来越全面和具体。邯钢通过对褐铁矿性能的研究和一系列工艺措施的改进，使得褐铁矿使用水平达到国内领先。
邯钢通过采取优化配矿（配加致密难熔矿）、提高燃料用量和放宽燃料粒度上限（配比控制在4.1%～ 4.4%，0～ 3 mm比例从85%调至75%）、提高配水（8%～ 9%）、提高点火温度（1 050℃增至约1 100℃）和延长点火时间（1.5 min延至2.0 min）、提高料层（压料后在500～ 550 mm）、适当压料（15～ 30 mm）、高碱度烧结（1.7提至2.1）、改善生石灰质量（提高有效CaO量及活性度）等措施，最终在褐鐵矿配比为40%时，取得了较好的生产效果。
3结论
通过归纳、总结前人的研究结果及实践经验，并针对邯钢料比，进行了高杨迪粉配比的烧结杯试验，传统上对高褐铁矿配比烧结带来的生产率低、成品率低和固体燃耗高的担忧，在一定程度上可通过优化配矿来缓解。实验室研究表明，在杨迪粉配比达50%时，烧结指标较配比30%时为好。
参考文献
[1]胡晓鸣.杨迪粉烧结性能研究与应用[C].2003年中国钢铁年会论文集，2003：330- 334.
[2]杨玉兵，张红丽，周永平.高配比褐铁矿烧结的实验研究[J].河南冶金，2009，17（5）：4- 5，8.
[3]李艳茹，周明顺，翟立委，等.褐铁矿用于烧结的试验研究[J].烧结球团，2005（1）：4- 7.
[关键词]褐铁矿；烧结机理；配比研究
中图分类号：P635 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）04-0366-01
引言
近年来，随着优质铁矿粉资源日趋减少，低品质矿粉的使用量逐渐增加。在澳矿当中，褐铁矿和马拉曼巴矿逐步取代布鲁克曼赤铁矿，成为市场供应的主体矿种。褐铁矿的性能被众多烧结工作者所关注，其具有含铁品位低但烧后品位高、粒度粗、结构疏松气孔多、堆密度小、含结晶水多、易熔化、还原性高等特性，这决定了它在烧结过程中与赤铁矿、磁铁矿等的表现存在差异。当褐铁矿在烧结料中的比例升高到一定程度后，已被反映出将造成利用系数降低、成品率下降、转鼓指数降低、固体燃耗升高等问题。
1.高配比褐铁矿烧结影响烧结矿质量的机理分析
1.1 液相生成问题
烧结过程中，赤铁矿与褐铁矿最重要且明显的差异就在同化性上。褐铁矿结构疏松、多孔且结晶水含量高，故其与熔剂的反应动力学条件更好，在烧结过程中的同化性较赤铁矿为高，致使其在烧结过程中产生的液相发生变化，主要体现在液相量增加和液相性质改变两方面。
（1）液相量增加。检测表明，褐铁矿的最低同化温度远低于巴西赤铁矿和国内磁铁矿。故当烧结温度一定时，褐铁矿将比赤铁矿更多地被液相所同化，使液相生成量更多。
（2）液相的成分和性能发生变化。不仅液相量增加，液相的成分也发生变化，进而导致液相性能发生变化。
1.2成品率和强度
肥田行博等认为，褐铁矿的高同化性，使液相粘度增加并在其中包裹了大量气体，这造成了许多大孔的形成，使得起着粘结作用的同化部分脆化。这是烧结矿强度和成品率降低的主要原因。同时，褐铁矿的高同化封闭了烧结料层液相带的空隙，不仅降低了料层透气性，而且加剧了烧结料层中焦粉燃烧形成的横向不均匀性，这也导致成品率下降。一般来讲，配加褐铁矿后，烧结料层上部的成品率会因褐铁矿易熔、易同化的特点而改善，但料层下部的成品率则可能由于热量不足而下降。在高褐铁矿配比下适当提高配碳量可使高温液相生成时具有一定的过热度，从而有利于提高烧结矿强度。
1.3固体燃耗
高比例配加褐铁矿时，带给烧结中较多的水分（物理水和结晶水），这些水分在烧结过程中蒸发、脱除，需消耗一定的能量。但事实上，烧结中去除这些水所耗的能量并不高，远小于熔剂分解所消耗的能量。在生产实践中，使用高比例褐铁矿时配碳量（固体燃耗）是否增加，结论并不一致，这可能取决于各厂的生产操作和原料条件，甚至是使用褐铁矿前后的工艺变化。从促进SFCA生成的角度来看，较少的配碳量有利于营造低温、高氧化的适合铁酸钙生成的气氛；而从避免欠烧、保证成品率和强度的角度出发，较多配碳量也是可取的。
1.4冶金性能
配加褐铁矿以后，由于影响因素较多，故冶金性能的变化可能需视情况而定。褐铁矿有利于改善烧结矿的还原性（RI）已被广泛认可，但对低温粉化性能（RDI）的影响而言，结论并不一致，因为影响冶金性能的因素自身在配加褐铁矿后就可能有多种变化。如烧结矿中的FeO含量是影响烧结矿燃耗、强度、RDI和RI的重要参数之一。C.E.LOO分析了配加褐铁矿后影响烧结矿FeO含量的一系列因素的变化情况：①矿物还原性改善，故磁铁矿含量提高，从而提高烧结矿FeO含量；②烧结温度降低，故赤铁矿向磁铁矿的分解减少，从而降低烧结矿FeO含量；③同化性提高，熔相中碱度下降，Fe3+/Fe2+比值下降，从而提高烧结矿FeO含量；④火焰前锋速度加快、热容降低，使冷却速度提高，减少了磁铁矿向赤铁矿的再氧化，从而提高烧结矿FeO含量。
2.应对高比例褐铁矿烧结的技术措施
2.1抑制同化、利用同化的策略
一方面，考虑到褐铁矿高同化性给烧结过程带来的诸多问题，发展抑制褐铁矿同化的技术，成为提高褐铁矿使用比例的重要手段。日本新日铁上世纪90年代开发的褐铁矿自致密化和高熔点液相烧结工艺（SHS），即实现了“抑制”褐铁矿的同化。
另一方面，褐铁矿的易熔、高同化性，对于烧结节能也有一定的积极作用。烧结中配加致密难熔、同化性较低的矿粉，如巴西赤铁矿、国内磁铁矿等与褐铁矿搭配使用，可使混合料的同化性不至于过高。而当混合料同化性较低时，则可以提高杨迪粉的使用比例，使混合料的同化性改善，此即“利用”了褐铁矿的同化性。
2.2具体工艺措施
为克服使用高比例褐铁矿对烧结矿质量的影响，烧结工作者根据褐铁矿的特点，采取了相应的工艺措施，如提高配水量、高碱度烧结、压料等。90年代以来，随着国外褐铁矿资源不断进入国内市场，包括国内高校、研究院所和钢铁厂、国外矿企在内的研究人员对褐铁矿的研究越来越全面和具体。邯钢通过对褐铁矿性能的研究和一系列工艺措施的改进，使得褐铁矿使用水平达到国内领先。
邯钢通过采取优化配矿（配加致密难熔矿）、提高燃料用量和放宽燃料粒度上限（配比控制在4.1%～ 4.4%，0～ 3 mm比例从85%调至75%）、提高配水（8%～ 9%）、提高点火温度（1 050℃增至约1 100℃）和延长点火时间（1.5 min延至2.0 min）、提高料层（压料后在500～ 550 mm）、适当压料（15～ 30 mm）、高碱度烧结（1.7提至2.1）、改善生石灰质量（提高有效CaO量及活性度）等措施，最终在褐鐵矿配比为40%时，取得了较好的生产效果。
3结论
通过归纳、总结前人的研究结果及实践经验，并针对邯钢料比，进行了高杨迪粉配比的烧结杯试验，传统上对高褐铁矿配比烧结带来的生产率低、成品率低和固体燃耗高的担忧，在一定程度上可通过优化配矿来缓解。实验室研究表明，在杨迪粉配比达50%时，烧结指标较配比30%时为好。
参考文献
[1]胡晓鸣.杨迪粉烧结性能研究与应用[C].2003年中国钢铁年会论文集，2003：330- 334.
[2]杨玉兵，张红丽，周永平.高配比褐铁矿烧结的实验研究[J].河南冶金，2009，17（5）：4- 5，8.
[3]李艳茹，周明顺，翟立委，等.褐铁矿用于烧结的试验研究[J].烧结球团，2005（1）：4- 7.