太和釩鈦磁鐵精礦燒結(jié)試驗研究

12 2010 年第 33 卷第 4 期 太和釩鈦磁鐵精礦燒結(jié)試驗研究 張義賢 （攀 鋼釩煉鐵廠） 摘 要： 通過開展太和釩鈦磁鐵精礦燒結(jié)試驗研究，掌握其燒結(jié)特性。太和精礦與攀精礦相比， 粒度細 ， 小于 200目 )含量高 具有 特點 。 采用 太和礦全部替代攀精礦，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度提高 品率提高 結(jié)礦 勻設(shè)計結(jié)果 表明，在料層 720 分 混合料含碳量 件下， “25% 40%白馬球團礦 +55% 70%太和燒結(jié)礦 ”爐料結(jié)構(gòu)可使太和燒結(jié)礦 轉(zhuǎn)鼓 強度達到 成品率達到 關(guān)鍵詞： 釩鈦磁鐵精礦；燒結(jié)；均勻設(shè)計；強度；利用系數(shù) ；成品率 0 引 言 為達到增加攀鋼的鋼鐵生產(chǎn)規(guī)模，擴大釩、鈦等稀有金屬的產(chǎn)量之目的，攀鋼擬 在西昌新建一座年產(chǎn) 400 萬 t 左右新基地。西昌新高爐建成投產(chǎn)后，將主要立足于攀西地區(qū)現(xiàn)有的資源狀況和攀鋼冶煉技術(shù)特點，以冶煉高鈦型釩鈦磁鐵礦為主。根據(jù)規(guī)劃情況來看，新基地高爐爐容與目前攀鋼 2000 爐的容積 較為接近 ，根據(jù) 攀西地區(qū) 的 資源情況，新基地高爐除了使用白馬釩鈦精礦外，還要使用本地的太和釩鈦精礦。對于太和釩鈦精礦，攀鋼建廠初期曾對其進行過全釩鈦燒結(jié)的 試驗 室研究，研究表明 1，高堿度太和全釩鈦礦（ R=有良好的還原性能和較高的軟化溫度。但在目前燒結(jié)原料結(jié)構(gòu)多樣條件下，太和礦對燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的影響，對高爐爐料結(jié)構(gòu)的影響如何，有待進行深入研究。因此根據(jù)現(xiàn)有的礦石資源（白馬礦、太和礦、周邊普通礦等），分析新基地高爐所需原料水平及新基地的原料結(jié)構(gòu)及質(zhì)量，提出改善原料質(zhì)量的措施，為西昌項目高爐的設(shè)計提供分析依據(jù)，以及新基地大高爐快 速達產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)的原料，具有十分重要的意義。 1 原料條件與試驗方案 原料條件 試驗所用的太和釩鈦 磁鐵 精礦取自 西昌 的 太和，其他原料均取自生產(chǎn)現(xiàn)場。為了減少原料物理、化學(xué)指標波動給試驗帶來的影響，所有原料均采取一次性取回。兩種釩鈦磁鐵精礦的化學(xué)成分列于表1，粒度組成列于表 2。 表 1 釩鈦磁鐵精礦化學(xué)指標情況 % 礦名 2 攀精礦 和礦 2 釩鈦磁鐵精礦粒度組成（水篩） % 礦 名 精礦 和礦 鋼 技 術(shù) 13 從表 1 可看出，太和礦與攀精礦化學(xué)成分相比，具有 量高， 和 的特點，其中 約 百分點， 別高 百分點； S 含量分別低 百分點。 由 表 2 可知，太和礦粒度較攀精礦細，小于 200目的占 70%，而攀精礦粒度小于 200 目 )為 兩者相差 百分點 。 試驗方案 單因素試驗方案 為了研究太和礦全部替代攀精礦對 燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的影響， 進行 太和礦全部替代攀精礦的燒結(jié)試驗，燒結(jié)配礦 具體 方案見表 3，除固定燒結(jié)參數(shù)外，其它 試 驗參數(shù)為：水分 料層 650 礦外配比例 25%，混合料含碳量 均勻設(shè)計試驗方案 本試驗主要考察在攀鋼當(dāng)前情況下使用太和礦的配比、燒結(jié)料層、混合料水 分 、燃料配比等 4個因素的影響。由于因素較多，采用均勻設(shè)計法可有效減少試驗次數(shù)。均勻設(shè)計是 1978 年方開泰研究員和數(shù)學(xué)家王元提出的一種設(shè)計好的表格安排試驗 的方法 2。正交設(shè)計具有均勻分散性和整齊可比性，代表性強等特點。因此， 試驗運用 均勻設(shè)計法 2，采用了 行研究，即 “5 水平 4 因素 ”均勻設(shè)計，具體見表 4。燒結(jié)杯試驗基本配礦方案見表 5，方案 1、方案 2、方案 3、方案 4、方案 5 對應(yīng)的高爐爐料結(jié)構(gòu)中白馬球團礦配比分別為 20%、25%、 30%、 35%、 40%。各因素水平設(shè)計見表 6。 表 3 太和礦全部替代攀精礦燒結(jié)配礦方案 釩鈦礦 進口粉 混勻粉 中加粉 瓦斯灰 生石灰 石灰石 焦粉 鋼渣 4 均勻設(shè)計方法 試驗號 2 4 2 3 1 1 4 5 4 2 1 3 4 3 5 3 5 3 2 3 4 1 4 2 5 4 1 1 2 5 5 2 表 5 不同太和礦配比 的 燒結(jié)配礦方案 % 方案號 燒結(jié)配料方案 爐料結(jié)構(gòu)中白馬球團配比 太和礦 進口礦 混勻粉 中加 粉 高褐粉 瓦斯灰 生石灰 石灰石 0 5 0 5 0 14 2010 年第 33 卷第 4 期 表 6 各因素水平設(shè)置 水平號 料層厚度 (： 示太和鐵精礦配比（方案 1、方案 2、方案 3、方案 4、方案 5） 。 2 釩鈦 磁鐵 精礦特性對比 礦物組成 兩種釩鈦精礦的礦物組 成見表 7。 從表 7 可知，兩種釩鈦鐵精礦礦物組成相同， 均由鈦磁鐵礦、鈦鐵礦、硅酸鹽、尖晶石，硫化物組成，兩者的主要區(qū)別在于：太和礦具有較高的鈦磁鐵礦含量，其它脈石成分較低。從主要礦物粒度分布來看，太和礦中鈦磁鐵礦粒徑為 精礦中鈦磁鐵礦粒徑為 表 7 兩種釩鈦鐵精礦礦物組成及體積含量 % 礦名 鈦磁鐵礦 鈦鐵礦 硫化物 尖晶石 硅酸鹽 攀精礦 75 80 5 7 4 13 15 太 和礦 77 82 4 8 3 10 13 熔化性溫度及單燒試驗 半球點測試采用 1 型熔點測試自動控制儀，在爐溫 1100 時放入圓柱狀（ 3 樣，升溫速度為 10 /內(nèi)通 護，以試樣收縮一半的溫度為半球點熔化溫度。 對太和礦及攀精礦進行單燒試驗，試驗參數(shù)為：水分 料層 600 R=合料含碳量 試驗結(jié)果見表 8、表 9。 表 8 單燒試驗結(jié)果 礦名 垂直燒結(jié)速度 / (1) 轉(zhuǎn)鼓強 度 /% 成品率 /% 攀精礦 和礦 9 燒結(jié)礦化學(xué)成分 % 礦名 2精礦 和礦 球點熔化性溫度測試 結(jié)果見圖 1。由圖 1 可知，太和礦的半球點溫度為 1 501 ，攀精礦的半球點溫度達到 1 517 ，由于攀精礦含有較高的鎂鋁高熔點物質(zhì)，其半球點熔化性溫度高于太和釩鈦磁鐵礦。 鐵礦石單燒是考察其利用價值的重要手段之一。試驗所用的兩種釩鈦磁鐵精礦的單燒指標情況見表 8。由表 8 可知，單燒時，太和精礦的垂直燒結(jié)速度比攀精礦單燒時提高了 百分點；燒結(jié)礦的強度指標有所改善，其中轉(zhuǎn)鼓強度提高了 品率上升了 百分點。根據(jù)燒結(jié)經(jīng)濟指標結(jié)果，顯然太和礦單燒性能優(yōu)于攀精礦。從表 9 可知，在 ，太和精礦比攀精礦的單燒燒結(jié)礦 量高 百分點， 量高 百分點， 量高 百分點， 別下降 百分點 。 可見， 攀 鋼 技 術(shù) 15 1490150015101520攀精礦 太和礦半球點熔化溫度/圖 半球點熔化性溫度測試結(jié)果 采用太和精礦替代攀精礦不僅可以提高燒結(jié)礦的品位，還可以提高鐵水的 量。 3 試驗結(jié)果及分析 單因素試驗情況及分析 為了研究太和礦全部替代攀精礦對燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的影響，采用以太和礦全部替代攀精礦的單因素?zé)Y(jié)杯試驗，試驗結(jié)果見表 10、 11。 表 10 單因素 試驗主要結(jié)果 情況 礦 種 燒結(jié)速度 (/mm) 轉(zhuǎn)鼓強度 /% 成品率 /% 攀精礦 和礦 11 單因素試驗 燒結(jié)礦成分 % 礦名 20 攀精 礦 和礦 表 10、 11 可知，太和礦全部替代攀精礦，與攀精礦相比，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度提高 百分點，成品率提高 百分點，燒結(jié)礦 量提高 百分點， 量下降約 分點，堿度分別提高 于 太和 礦粒度較細，有利于燒結(jié)礦制粒，同時 量高、 ，在相同的熔劑配比情 況下，有利于低熔點液相鐵酸鈣生成和燒結(jié)礦強度提高。 均勻設(shè)計試驗情況及分析 根據(jù)均勻設(shè)計方法 用 5 水平進行試驗10 次，試驗結(jié)果見表 12。 表 12 不同太和礦配比對燒結(jié)礦質(zhì)量的燒結(jié)杯試驗方案及結(jié)果 試驗編號 2/ % % % 轉(zhuǎn)鼓強度 /% 成品率 /% 利用系數(shù) /t(m2h) 30 60 50 90 20 90 30 50 20 60 對上述試驗試驗因素與試驗結(jié)果進行多元回歸結(jié)果如下： 1）燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度 轉(zhuǎn)鼓強度（ % ） = 16 2010 年第 33 卷第 4 期 （ 1） 復(fù)相關(guān)系數(shù) R= F 分布 F(5,10)=于 臨界值 5， 10） =此該方程式顯著。 從式 (1)可知，要使燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度取最 大值，應(yīng)提高料層厚度（ 降低水分（ 提高混合料含碳量（ 以及降低原料 量（ 隨著 量下降，即燒結(jié)原料中釩鈦礦配比下降，普通礦配比增加，在料層不變情況下，應(yīng)適當(dāng)增加水分、提高混合料碳含量來提高燒結(jié)礦強度。 2）燒結(jié)礦成品率 成品率（ % ） = （ 2） 復(fù)相關(guān)系數(shù) R= F 分布 F(5， 10)=界值 5， 10） = 從式 (2)可知，要使燒 結(jié)礦成品率取最大值，應(yīng)提高料層厚度（ 降低水分（ 提高混合料含碳量（ 以及降低原料 量（ 3）燒結(jié)杯利用系數(shù) 利用系數(shù) = （ 3） 復(fù)相關(guān)系數(shù) R= F 分布 F(5， 10)=界值 5， 10） = 從式 (3)可知，要使燒結(jié)杯利用系數(shù)取最大值，應(yīng)降低料層厚度（ 提高水分（ 降低混合料含碳量（ 以及降低原料 量（ 根據(jù)上述關(guān)系式，在料層 720 分 混合料含碳量 件下可得到燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度、成品率與不同太和礦配比的關(guān)系見圖 2。 鼓強度，成品率/%成品率%轉(zhuǎn)鼓強度%圖 不同太和礦配比對燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量影響 運用均勻設(shè)計手段結(jié)果表明， 在料層 720 分 混合料含碳量 件下，隨著太和礦配比減少，燒結(jié)礦強度和成品率增加 （ 如圖 2 所示 ） 。燒結(jié)原料中太和礦配比由 至 30%左右時，燒結(jié)礦強度由 高至 增加約 結(jié)礦成品率由 高至 提高約 百分點。 巖相分析 對太和礦替代攀精礦燒結(jié)方案 進行燒結(jié)礦巖相檢測， 兩 種 燒結(jié)礦巖相 礦物組成 結(jié)果見表 13。 對配加 30%、 35%全釩鈦球團礦的方案進行燒結(jié)礦巖相結(jié)構(gòu)檢測，基準方案及 燒結(jié)礦巖相照片鑒定見 圖 3、 4、 5。 由表 13 可知，太和礦替代攀精礦后，燒結(jié)礦物相結(jié)構(gòu)無變化，其組成含量有所變化，主要表現(xiàn) 表 13 太和礦替代攀精礦方案的 燒結(jié)礦主要物相的體積含量 % 礦名 鈦赤鐵礦 鈦 磁鐵礦 鐵酸鹽 鈣鈦礦 硅酸鹽總量 攀精礦 24 27 20 22 31 34 1 3 19 21 太和礦 26 29 18 20 32 35 2 4 17 19 為鈦磁鐵礦有所下降，鐵酸鹽含量增加，硅酸鹽總量下降。 太和礦替代攀精礦后，燒結(jié)礦中鐵酸鹽相增加了 1 個百分點，鈦赤鐵礦增加 2 個百分點，鈣鈦礦增加了 1 個百分點，硅酸鹽相總量降低了 2 個百分點，鈦磁鐵礦降低了 2 個百分點。分析 主要原因是這種礦比攀精礦的 量高， 量較低，替代后導(dǎo)致燒結(jié)礦 升， 結(jié)礦堿度上升，鐵酸鹽生成條件改善。 1面掃； 2、 3鈦赤鐵礦； 4、 5硅酸鹽 ； 6、 7鐵酸鹽 圖 基準燒結(jié)礦 太和礦配比 /% 攀 鋼 技 術(shù) 17 1面掃； 2、 3、 8 鐵酸鹽 ； 4 鈦赤鐵礦 ； 5磁鐵礦； 6、 7 硅酸鹽 ； 圖 和燒結(jié)礦 1面掃； 2、 3 鈦赤鐵礦 ； 4、 7 鐵酸鹽 ； 5、 6 硅酸鹽 ； 8 鈣鈦礦 圖 和燒結(jié) 礦 從宏觀結(jié)構(gòu)來看，基準方案的燒結(jié)礦配攀精礦的燒結(jié)礦邊部孔隙較多，以中孔厚壁結(jié)構(gòu)為主，其次為小孔薄壁結(jié)構(gòu)。燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)致密，殘余石灰白點偶見。而 結(jié)礦 的孔隙較多，以中孔厚壁結(jié)構(gòu)為主，次為大孔厚壁結(jié)構(gòu)。燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)致密，殘余石灰白點少見。 從 圖 3、 、 可知，細針狀、 細條狀、 板狀，長板狀交織的鐵酸鹽連接 80%左右燒結(jié)礦，少部分未消化的富礦顆粒，磁鐵礦聚集區(qū)是由硅酸鹽交接，燒結(jié)礦燒結(jié)比較均勻。 圖 短板狀較多，而 圖 其結(jié)構(gòu)為短板狀居多， 圖 為基準燒結(jié)礦，以板狀結(jié)構(gòu)居多。從顯示結(jié)構(gòu)可看出，太和燒結(jié)礦方案（ 于釩鈦礦配比較高，其顯微結(jié)構(gòu)以短板狀為主。 4 結(jié)論 1）分析表明，根據(jù)攀鋼高爐目前的冶煉參數(shù)，西昌高爐球團礦配比 小于 30%時，采用太和礦進 行燒結(jié)的爐料結(jié)構(gòu)，具有燒結(jié) 礦 量高、 2）單燒 試驗 表明，太和礦單燒性能優(yōu)于攀精礦，與單燒攀精礦相比 ，太和礦 量高 量高 百分點 ，