優(yōu)化高褐粉燒結(jié)研究

26 2009 年第 32 卷第 5 期 優(yōu)化 高褐粉燒結(jié)研究 張義賢 1，何木光 1，肖 均 1，羊小東 2 （ 釩煉鐵廠； 釩生產(chǎn)部） 摘 要： 運(yùn)用均勻設(shè)計(jì)手段，研究了攀鋼配加高褐粉對燒結(jié)的影響，結(jié)果表明：配加高褐粉后，燒結(jié)礦利用系數(shù)下降，固體燃耗上升，燒結(jié)礦的強(qiáng)度指標(biāo)變差，礦物組成有所改善，還原性改善。探索出配加高褐粉的最佳操作方針為：高褐粉配比 焦粉配比 水分 料層 567 關(guān)鍵詞： 燒結(jié)；高褐粉；均勻設(shè)計(jì)；優(yōu)化 0 引言 隨著鋼鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，粉石資源緊缺的形勢日趨突出，優(yōu)質(zhì)粉石儲量及供應(yīng)量減少。 褐鐵礦由于具有疏松多孔，還原性好，熔化溫度低，易同化 1，單燒品位較高的特點(diǎn)，且供應(yīng)量充足，價(jià)格便宜，燒結(jié)配用部份褐鐵礦有利于緩解資源緊缺狀況和降低燒結(jié)原料成本。因此，國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)燒結(jié)中大量使用褐鐵礦。其中日本的各大鋼鐵廠及韓國浦項(xiàng)配用褐鐵礦（揚(yáng)迪礦、羅布河礦）比例一般在 30%以上，高的達(dá) 40% 45%，甚至 50%2，寶鋼的揚(yáng)迪褐鐵礦配比也達(dá)到 30%3。 攀鋼使用褐鐵礦已有多年的歷史，但用量極其有限，年用量一般在 3 5萬 均配比在 3%左右 4。調(diào)研表明， 攀枝花周邊地區(qū) 高品位褐鐵礦粉（簡 稱高褐粉）資源豐富，且價(jià)格相對便宜。隨著攀鋼煉鐵規(guī)模的擴(kuò)大和礦石資源的日趨緊張，增加燒結(jié)中的高褐粉配比非常必要。為了充分利 用 資源并兼顧燒結(jié)礦質(zhì)量，通過研究高褐粉的物化性能、優(yōu)化燒結(jié)配礦方案和工藝參數(shù)，為提高褐鐵礦在攀鋼燒結(jié)中的配比提供參考依據(jù)。 1 褐鐵礦性能 褐鐵礦種類 褐鐵礦為含結(jié)晶水的赤粉，粒度較粗，堆比重小，疏松多孔，還原性好，熔化溫度低，易同化。常見的褐鐵礦種類大致分 6 種 5，不同種類的結(jié)晶水含量差別大，從 等，見表 1。由于褐鐵礦含有結(jié)晶水，在燒結(jié)過程中分解發(fā) 生爆裂，產(chǎn)生大氣孔，燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)疏松。國內(nèi)外實(shí)踐表明，配加褐鐵礦使燒結(jié)礦強(qiáng)度變差，成品率降低，固體燃耗增加，料層收縮率增大，產(chǎn)率低。 表 1 褐鐵礦的理論分類 % 水赤粉 褐鐵礦 針赤粉 水針粉 黃針粉 黃赭石 分子式 1/2)4/3)論鐵含量 晶水含量 高褐粉理化性能 攀鋼目前主要使用的高褐粉， 右，燒損 高褐粉單燒后品位為 屬于典型的針赤粉；高褐粉的粒度較細(xì)，平均粒徑3 右， 3 粒級不足 60%。見表 2。純針褐鐵礦理論品位為 但由于脈石含量不同， 3% 18%之間，致使單燒品位相差很大。 攀 鋼 技 術(shù) 27 表 2 高褐粉的化學(xué)成分和理化性能 化學(xué)成分 /% P 比重 /(tm 3) 水分 /% 粒度組成 (% 燒值 /% 8 85 53 31 0， 1)，模型值與實(shí)際值擬合高度顯著。 (3) 固體燃耗 32 g 2124234 324131 9 9 3 0 1 8 6.0 相關(guān)系數(shù) R=1，決定系數(shù) =， 2)， 模型值與實(shí)際值擬合高度顯著。 (4) 綜合評價(jià) 2121 z 31212322 423241 相關(guān)系數(shù) R=1，決定系 數(shù) F=0， 1)，模型值與實(shí)際值擬合顯著。 驗(yàn)證性試驗(yàn) 主要燒結(jié)指標(biāo) 為了驗(yàn)證均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)直觀選擇的參數(shù)組合與模型尋優(yōu)的參數(shù)組合的實(shí)際效果，特進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)，以確定最佳參數(shù)組合。驗(yàn)證性試驗(yàn)的參數(shù)為直觀擇優(yōu)與模型尋優(yōu)的綜合評價(jià)所對應(yīng)的參數(shù)組合，試驗(yàn)結(jié)果與基準(zhǔn)期對比進(jìn)行綜合評價(jià)，見表 7。表 7 高褐粉燒結(jié)均勻設(shè)計(jì)驗(yàn)證性試驗(yàn)結(jié)果 項(xiàng)目 試驗(yàn)參數(shù) 試驗(yàn)結(jié)果 參數(shù) 來源 配比 /% 焦粉 配比 /% 水分 /% 料層 /鼓 /% 利用系數(shù) /t h 1 固體燃耗 /(t 1) 綜合評價(jià) 指數(shù) 成品率 /% 燒結(jié)速度 /(1) 基準(zhǔn)期 參數(shù)中心值 0 90 00 驗(yàn)期 直觀選優(yōu) 82 型選優(yōu) 67 表 7 可見，通過均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果直接選優(yōu)和模型選優(yōu)確定的參數(shù)組合進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)，均取得了滿意結(jié)果。轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、利用系數(shù)、固體燃耗均比 12 組試驗(yàn)結(jié)果的平均值先進(jìn)，同時(shí)模型選優(yōu)參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)于直觀選優(yōu)。以基準(zhǔn)期試驗(yàn)結(jié)果的綜合評價(jià)指數(shù)為 100 計(jì)，則驗(yàn)證性試驗(yàn)結(jié)果的綜合評價(jià)指數(shù)達(dá) 此次試驗(yàn)運(yùn)用均勻設(shè)計(jì)法進(jìn)行參數(shù)尋優(yōu)表明，在合理的工藝參數(shù)情況下配用適當(dāng) 的高褐粉的燒結(jié)效果與不使用高褐粉非常接近。在驗(yàn)證試驗(yàn)中，高褐粉的效果也比較理想， 此可見，均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)尋優(yōu)的參數(shù)組合是可行的，在生產(chǎn)中可以實(shí)施。 用模型尋優(yōu)的參數(shù)組合優(yōu)于直接從試驗(yàn)結(jié)果中選出的參數(shù)組合，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度與利用系數(shù)均高于試驗(yàn)值，固體燃耗略高于試驗(yàn)值，于試驗(yàn)值的 100，見表 8。 30 2009 年第 32 卷第 5 期 表 8 高褐粉試驗(yàn)?zāi)Ｐ途鶆蛟O(shè)計(jì)尋優(yōu)結(jié)果 項(xiàng)目 高褐粉配比 /% 焦粉配比 /% 水分 /% 料層 /型尋優(yōu) 結(jié)果 試驗(yàn)最優(yōu) 結(jié)果 轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度 51 用系數(shù) 35 體燃耗 19 合評價(jià) 67 照上面的綜合評價(jià)方法，對選出的最好因子作加權(quán)平均處理，綜合評價(jià)最優(yōu)組合參數(shù)為：高褐粉 焦粉配比 水分 料層 567 際生產(chǎn)中高褐粉 配比 也有短時(shí)間 達(dá)到 7%，但是實(shí)際操作中燃料配比 水分 因此生產(chǎn)中沒有找到最優(yōu)組合。通過試驗(yàn)找出了最佳組合，對生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)作用。實(shí)際生產(chǎn)中高褐粉配比均較低，只有 3% 5%，無論通過試驗(yàn)直接擇優(yōu)還是建模尋優(yōu)，指標(biāo)最好時(shí)高褐粉平均配比均在 7%以上，因此，為了緩解礦石資源緊張的局面，在攀鋼現(xiàn)有的燒結(jié)條件下，生產(chǎn)中可以將高褐粉配比量增加 到 8左右。 燒結(jié)礦礦相與冶金性能 對驗(yàn)證性試驗(yàn)的部份燒結(jié)礦取樣進(jìn)行礦相分析與冶金性能檢測。燒結(jié)礦主要物相及其含量對比列于表 9，燒結(jié)礦的中、低溫還原性能情況列于表10，軟熔、滴落性能情況列于表 11。 表 9 燒結(jié)礦主要物相及其含量 % 鈦赤 鐵礦 鈦磁 鐵礦 鐵酸 鹽相 鈣鈦 礦 磁黃鐵礦 玻璃 質(zhì)相 硅酸鹽相 總量 基準(zhǔn)期 21 23 26 28 28 30 2 3 3 19 22 試驗(yàn)期 25 26 22 24 30 32 1 2 3 19 21 表 10 燒結(jié)礦中低溫還原性能情況 低溫粉化粒度分析 /% 6.3 0.5 0.5 準(zhǔn)期 驗(yàn)期 11 燒結(jié)礦軟熔滴落性能情況 軟熔性能 / 熔滴性能 / 滴落帶 /a p c a A B H 基準(zhǔn)期 1129 1225 96 1227 1470 243 7871 43 65 22 試驗(yàn)期 1108 1221 113 1223 1489 266 8028 41 68 27 注： ； A： 時(shí)試樣的收縮量； B： H=。 由表可見， 配加高褐粉后，與不配加高褐粉樣品比較，各樣品顯微特征以鐵酸鈣為主，其次為鈦赤粉與鈦磁粉，有少量鈣鈦礦；隨著高褐粉配比的增加，鈦磁粉減少，鈦赤粉增加，鐵酸鹽相增加，硅酸鹽含量減少，主要是因?yàn)楹骤F礦燒損大，熔點(diǎn)低，燒結(jié)后留下的孔洞較多，燒結(jié)氧化氣氛較強(qiáng)，高堿度條件下液相量增多，鏡下觀察氣孔率大，結(jié)構(gòu)疏松，影 響強(qiáng)度。 由表 10 可見， 隨著高褐粉配比的提高，燒結(jié)礦的低溫還原粉化性略有變差，還原性改善。 其 主要原因是鈦赤粉增加引起低溫還原粉化率上升，特別是多氣孔的燒結(jié)礦這種影響更 為 嚴(yán)重，還原性改善主要是鈦赤粉與鐵酸鈣含量增加。 攀 鋼 技 術(shù) 31 從表 11 可以看出，隨著高褐粉配比的提高，燒結(jié)礦的軟化開始溫度（ 熔滴開始溫度（ T p）降低，軟化區(qū)間（ 熔滴區(qū)間（ 別加寬 17 、 23 ，最高壓差（ 升 157 落帶厚度（ H）變厚，增加了 5 結(jié)礦的軟化和熔滴區(qū)間延長，最高壓差上升，滴落帶厚 度變厚，降低軟熔帶與滴落帶的透氣性。研究表明，隨著高褐粉配比的提高，燒結(jié)礦的冶金性能變差，增加高爐中、下部透氣阻力，影響高爐冶煉強(qiáng)度的提高。 4 建議 通過試驗(yàn)可知，使用高褐粉后經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)變差，但優(yōu)化燒結(jié)工藝參數(shù)情況下合理選擇高褐粉配比，基本能保證產(chǎn)質(zhì)量及能耗指標(biāo)穩(wěn)定。通過研究表明，高褐粉燒結(jié)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。 （ 1）由于高 褐粉含結(jié)晶水 10%左右，結(jié)晶水在 405 500 分解，需要消耗一部 分 熱量 。因此，配加 高 褐粉須適當(dāng)提高燃料配比 和放寬燃料粒度上限， 同時(shí)適當(dāng) 強(qiáng)化燒結(jié) 點(diǎn)火， 這樣可以提高 表層熱量 ， 彌補(bǔ)結(jié)晶 水 分 解熱的缺陷 。 （ 2）高 褐粉孔隙多，吸水性強(qiáng)，如果混合料水 分 過低，被 高 褐粉大量吸收后用于制粒造球的水分 減少，將影響料層透氣性。 所以，配加高褐粉燒結(jié)時(shí)要略提高 混合料水 分 。 （ 3）推行“ 厚鋪 、 慢轉(zhuǎn) ，適當(dāng)壓料”的操作方針 。 高 褐粉燒結(jié) 過程中 產(chǎn)生爆裂與料層收縮的缺陷，降低強(qiáng)度與生產(chǎn)率 。采用 厚料層燒結(jié)，一是可減少收縮，增加產(chǎn)量；二是延長結(jié)晶時(shí)間，彌補(bǔ)孔隙率 造成 強(qiáng)度降低的缺陷 ；壓料可以提高堆密度，降低垂直燒結(jié)速度提高強(qiáng)度。 （ 4） 合理控制 高 褐粉配比 。高 褐粉配比 根據(jù)其性質(zhì) 控制在 5% 間， 否則 對 生產(chǎn) 有較大 影響。 5 結(jié)論 （ 1）目前攀鋼使用的高褐粉屬于典型的針赤粉，高褐粉單燒品位 高于國高粉，略低于澳礦。 （ 2）試驗(yàn)結(jié)果表明，配加高褐粉的燒結(jié)效果變差，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度與利用系數(shù)下降，固體燃耗上升，燒結(jié)礦平均粒度變細(xì)。 （ 3）運(yùn)用均勻設(shè)計(jì)法研究出配加高褐粉燒結(jié)最佳參數(shù)組合為：高褐粉配比 水分 料層 567 （ 4）配加高褐粉后，燒結(jié)礦的礦物組成 改善 ，還原性提高，軟熔區(qū)間延長，低溫還原粉化性 略有變差 。 （ 5）在攀鋼現(xiàn)有的燒結(jié)條件下， 通過優(yōu)化工藝 參數(shù)后， 高褐粉配比還可以提高到 8%的水平，可以