釩鈦磁鐵精礦高鐵低硅燒結(jié)試驗(yàn)研究

16 2009 年第 32 卷第 3 期 釩鈦磁鐵精礦高鐵低硅燒結(jié)試驗(yàn)研究 吳力華，何木光，張義賢 （新鋼釩煉鐵廠） 摘 要： 為強(qiáng)化攀鋼超高堿度高鐵低硅燒結(jié)，運(yùn)用單因素和正交試驗(yàn)等手段，研究了高鐵低硅對(duì)釩鈦磁鐵精礦燒結(jié)的影響。單因素研究表明，隨燒結(jié)礦品位的提高，燒結(jié)利用系數(shù)降低，燒結(jié)礦強(qiáng)度指標(biāo)下降；正交試驗(yàn)結(jié)果表明，超高堿度下高鐵低硅燒結(jié)適宜采取 “小水、中碳、厚料層、慢機(jī)速 ”的操作方針。 關(guān)鍵詞： 燒結(jié)；超高堿度；高鐵低硅；正交試驗(yàn)；成品率；利用系數(shù) 0 引言 高鐵低硅燒結(jié)可提高高爐生鐵產(chǎn)量，降低焦比，是高爐冶煉優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的基本保證。 攀鋼燒結(jié)礦 量目前已降到 右，但與國內(nèi)外先進(jìn)水平還有一定距離。 因此，高鐵低硅是目前攀鋼燒結(jié)技術(shù)發(fā)展的方向。然而，當(dāng) 燒結(jié)礦中 量降到 5%以下時(shí) ,由于燒結(jié)過程中產(chǎn)生的硅酸鹽粘結(jié)相含量較少 ,會(huì)引起燒結(jié)礦強(qiáng)度指標(biāo)下降 , 差，產(chǎn)量降低 1 加之攀枝花釩鈦磁鐵精礦燒結(jié)的特殊性，嚴(yán)重制約著高鐵低硅燒結(jié)技術(shù)的發(fā)展。 “高堿度燒結(jié)礦 +酸性球團(tuán)礦 ”被公認(rèn)為高爐理想的爐料結(jié)構(gòu) ,已成為高爐爐料結(jié)構(gòu)發(fā)展的趨勢(shì)。 因此 ,低硅燒結(jié)通常與 高堿度燒結(jié)配合使用。為了探索在超高堿度（堿度達(dá)到 ） 情況下進(jìn)一步提高低 釩鈦型燒結(jié)礦強(qiáng)度及冶金性能變化趨勢(shì)，開展了超高堿度下優(yōu)化高鐵低硅燒結(jié)制度的研究。 1 試驗(yàn)方案 因素試驗(yàn)方案 為了滿足高爐需求，單因素試驗(yàn)采取固定料層、燃料配比、堿度方案。燒結(jié)礦 量分別設(shè)定為： 交試驗(yàn)方案 采取正交方案 9(34)試驗(yàn)。根據(jù)文獻(xiàn) 3，結(jié)合攀鋼釩鈦磁鐵礦燒結(jié)生產(chǎn)實(shí)際，正交試驗(yàn)的因子及水平分別設(shè)定如下：水分為 焦粉配比為 料 層為 530、 580、630 交試驗(yàn)及試驗(yàn)因素水平設(shè)置分別見表 1、表 2。 表 1 試驗(yàn)因素水平設(shè)置 水平號(hào) 水分 (A)/ 燃料配比 (B)/ 料層 (C)/ 30 2 80 3 30 表 2 正交情況 9(34) 編號(hào) 水分 (A) 燃料配比 (B) 料層 (C) 1 1 1 1 2 2 2 3 3 3 單因素條件下試驗(yàn)結(jié)果及分析 因素試驗(yàn)結(jié)果 單因素條件下燒結(jié)礦化學(xué)成分列于表 3，燒結(jié)試驗(yàn)結(jié)果列于表 4。 表 3 單因素試驗(yàn)的燒結(jié)礦主要化學(xué)成分 % 單因素 試驗(yàn)號(hào) o 17 表 4 單因素試驗(yàn)結(jié)果 單因素 試驗(yàn)號(hào) 燒結(jié)速度 / (1) 利用系數(shù) / t （ h） 1 成品率 （ 10 （ 5 、 4 可見，在單因素條件下，隨著燒結(jié)礦品位的提高，垂直燒結(jié)速度逐步降低，利用系數(shù)不同程度下降，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度逐步降低，燒結(jié)礦抗磨指數(shù)變差；但是，燒結(jié)礦成品率有所提高，燒結(jié)礦平均粒徑逐步上升。隨著燒結(jié)礦品位的提高，垂直燒結(jié)速度分別下降了 利用系數(shù)分別下降了 ；燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度分別下降了 百分點(diǎn)；成品率分別提高了 百分點(diǎn)；燒 結(jié)礦的平均粒徑分別提高了 隨著燒結(jié)礦品位的增加，燒結(jié)礦中 量逐漸減少， 配入量也 降低（見表 3） ， 影響燒結(jié)礦中低熔點(diǎn)粘結(jié)相的生成，從而降低燒結(jié)流動(dòng)性，這是導(dǎo)致垂直燒結(jié)速度、利用系數(shù)下降的主要原因。 在超高堿度情況下，隨著燒結(jié)礦品位的提高，燒結(jié)礦中 量減少， 量下降幅度更大 ，這就必然影響燒結(jié)礦中粘結(jié)相的生成，從而降低燒結(jié)礦的強(qiáng)度 ； 熔劑配比的減少， 制粒效果下降，燒結(jié)過程氧化氣氛減弱，還原氣氛增強(qiáng)，從而抑制鐵酸鈣的生成，促進(jìn)鈣鈦礦、鈦榴石等物質(zhì)的生成，從而影響燒結(jié)礦的強(qiáng)度指標(biāo)。 隨著燒結(jié)礦品位的提高，混合料的制粒效果呈下降趨勢(shì)，燒結(jié)料層透氣性下降，燒結(jié)速度下降，高溫保持時(shí)間增長；加之國高粉的 量高，其配比增加引起氧化放熱增強(qiáng)， 燒結(jié)液相增多，有利于生成大孔厚壁的燒結(jié)礦，從而提高了燒結(jié)礦的成品率及粒度組成。 總之，在超高堿度燒結(jié)時(shí)，隨著燒結(jié)礦品位的提高，垂直燒結(jié)速度減慢，利用系數(shù)降低，燒結(jié)礦強(qiáng)度指標(biāo)變差，燒結(jié)礦的成品率和平均粒度指標(biāo) 有所上升。 3 正交條件下試驗(yàn)結(jié)果及分析 正交試驗(yàn)結(jié)果及處理 在表 2 所示的 正交條件下，燒結(jié)試驗(yàn)結(jié)果列于表 5， 根據(jù)表 5 結(jié)果整理的 單項(xiàng)指標(biāo)處理情況列于表 6。 因?yàn)楦鞣N指標(biāo)對(duì)應(yīng)的最佳組合不同，為了找出均衡各種指標(biāo)后，有利于生產(chǎn)的最佳組合，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)對(duì)各指標(biāo)間需求的重要性進(jìn)行評(píng)分。以權(quán)重為 100 分為滿分，利用系數(shù)為 30 分，成品率（ 10 為 35 分，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)為 35 分，評(píng)分結(jié)果如表 7 所示。表 5 正交試驗(yàn)結(jié)果 正交試驗(yàn)樣號(hào) 成品率 （ 10 % 成品率 （ 5 (1) 利用系數(shù) / t （ h） 1 轉(zhuǎn)鼓 / % 抗磨 / % 平均粒徑 / 攀 鋼 技 術(shù) 18 2009 年第 32 卷第 3 期 表 6 單項(xiàng)指標(biāo)試驗(yàn)處理情況 水平號(hào) 成品率 /% 利用系數(shù) /t （ h） 1 轉(zhuǎn)鼓 /% 水分 A 焦粉配比 B 料層 C 水分 A 焦粉配比 B 料層 C 水分 A 焦粉配比 B 料層 C 1 差 著性 A A 優(yōu) 3 1 1 7 正交試驗(yàn)處理結(jié)果 正交試驗(yàn) 樣號(hào) 試驗(yàn)因素 試驗(yàn)指標(biāo) 水分 / % 焦粉配比/ % 料層 / 用系數(shù) / t （ h） 1 成品率 / % 轉(zhuǎn)鼓 / % 綜合評(píng)分 30 30 80 80 30 30 30 80 30 差 值 數(shù) 水平 的綜合 評(píng)分 1 水平 2 水平 3 水平 各水平的綜 合評(píng)分極差 正交試驗(yàn)分析 最佳參數(shù)組合 轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度的最佳組合 由表 6 可見，在超高堿度下高鐵低硅燒結(jié)時(shí)，單項(xiàng)指標(biāo)中轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度的最佳組合為：水分 焦粉配比 料層 630 利用系數(shù)的最佳組合 從 表 6 可知，在超高堿度下高鐵低硅燒結(jié)時(shí)，單項(xiàng)指標(biāo)中利用系數(shù)的最佳組合為：水分 焦粉配比 料層 530 成品率的最佳組合 由表 6 可知，在超高堿度下高鐵低硅燒結(jié)時(shí)，單項(xiàng)指標(biāo)中成品率的最佳組合為：水分 焦粉配比 料層 630 18 綜合最佳參數(shù)組合 通過綜合加權(quán)評(píng)分將數(shù)據(jù)處理，根據(jù)上述綜合評(píng)分結(jié)果，從表 7 的 “各水平的綜合評(píng)分極差 ”欄的極差表可見，在燒結(jié)礦 利用系數(shù) 占 30 分，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度及成品率 各 占 35 分的條件下，燒結(jié)水分對(duì)綜合指標(biāo)影響最大，其次是 料層，最后是燃料配比。其中水分在 料層在 530 580 圍變化時(shí)，影響相對(duì)較小。 由試驗(yàn)指標(biāo)的綜合評(píng)分欄中可知，此次試驗(yàn)指標(biāo)最好的一欄是第一組（水分 料層 630 即超高堿度下高鐵低硅燒結(jié)時(shí)適宜采取 “小水、低碳、厚料層 ”操作方針。 各因素對(duì)燒結(jié)指標(biāo)的影響 混合料水分的影響 根據(jù)表 6 可知，隨著混合料水分的提高，利用系數(shù)呈遞增的趨勢(shì)，燒結(jié)礦的強(qiáng)度指標(biāo)逐步下降。水分在 右時(shí)對(duì)燒結(jié)指標(biāo)的影響更加明顯。分析認(rèn)為，水分提高，制粒效 果改善，潤滑氣流通道，提高垂直燒結(jié)速度，從而提高了利用系數(shù)；另一方面過快的垂直燒結(jié)速度和較高的水分降低了燒結(jié)溫度，液相量減少，成礦條件變差，成品率和轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度下降。綜合評(píng)分指數(shù)表明，在超高堿度下高鐵低硅燒結(jié)時(shí)，混合料水分對(duì)綜合指標(biāo)的影響最顯著，最佳水分為 料層的影響 隨料層提高，燒結(jié)利用系數(shù)呈下降趨勢(shì)，但燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、成品率均提高，并呈很強(qiáng)的線性關(guān)系，料層在 630 為最佳值，見表 6。研究表明，料層提高后，阻力增加，一方面有效解決了超高堿度情況下，垂直燒結(jié)速度過快造成燒結(jié)過程的燃燒與傳熱脫節(jié)的問題；另一方面料層提高，自動(dòng)蓄熱作用明顯，高溫區(qū)溫度提高，利于提高燒結(jié)礦強(qiáng)度。料層提高后透過料層的風(fēng)量減少，利用系數(shù)隨之下降。從綜合評(píng)分指數(shù)分析，在超高堿度下高鐵低硅燒結(jié)時(shí)，燒結(jié)料層對(duì)綜合指標(biāo)影響較大，料層在 630 最有利改善燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)。 焦粉配比的影響 由表 6 可知，隨焦粉配比的增加，燒結(jié)利用系數(shù)和燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度逐步下降，燒結(jié)礦成品率指標(biāo)隨焦粉配比的增加而提高。在焦粉配比為 ，燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、利用系數(shù)等指標(biāo)最佳， t/（ h） 。由于燃料配比的提高，燒結(jié)液相增多，氣流阻力上升，垂直燒結(jié)速度降低，致使燒結(jié)利用系數(shù)下降；燒結(jié)過程溫度升高，過熔現(xiàn)象加劇，微氣孔減少，還原性氣氛增強(qiáng)，擴(kuò)散條件下降，造成燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)致密而發(fā)脆，燒結(jié)礦強(qiáng)度降低；焦粉配比提高，燒結(jié)液相增多，成品率隨之上升。從綜合評(píng)分指數(shù)分析，在超高堿度下高鐵低硅燒結(jié)時(shí)，焦粉配比的影響相對(duì)較小，燒結(jié)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)處于理想水平。 綜合尋優(yōu) 根據(jù)表 7 的 “各水平的綜合評(píng)分 ”數(shù)據(jù)綜合尋優(yōu)后，進(jìn)行尋優(yōu)補(bǔ)充燒結(jié)試驗(yàn)，結(jié)果見表 8。根據(jù)尋優(yōu)燒結(jié)補(bǔ)充試驗(yàn)并結(jié)合攀鋼釩鈦磁 鐵精礦燒結(jié)生產(chǎn)實(shí)際，綜合評(píng)分在超高堿度下高鐵低硅燒結(jié)最優(yōu)的組合為：水分 焦粉配比為 料層 630 明超高堿度下高鐵低硅燒結(jié)適宜采取 “小水、中碳、厚料層、慢機(jī)速 ”的操作方針。表 8 尋優(yōu)燒結(jié)補(bǔ)充試驗(yàn)結(jié)果 水分 / % 焦粉配比 /% 料層 / 結(jié)速度 / （ 1） 利用系數(shù) / t （ h） 1 成品率 / % 轉(zhuǎn)鼓 / % 平均 粒徑 /30 燒結(jié)礦物相組成與冶金性能 結(jié)礦物相組成及顯微結(jié)構(gòu) 選擇試驗(yàn)中利用系數(shù)最佳組合（水分 焦粉配比 料層為 530 基準(zhǔn)樣，尋優(yōu)后最佳組合（水分 焦粉配比 料層為 630 對(duì)比樣進(jìn)行比較。其燒結(jié)礦主要物相及其含量列于表 9。 19 攀 鋼 技 術(shù) 2009 年第 32 卷第 3 期 表 9 燒結(jié)礦主要物相及其含量（體積分?jǐn)?shù)） 鈦赤 鐵礦 鈦磁 鐵礦 鐵酸 鹽相 鈣鈦 礦 鈦榴 石 磁黃 鐵礦 玻璃 質(zhì)相 硅酸鹽相 總量 基準(zhǔn)樣 23 0 33 22 25 3 14 15 對(duì)比樣 23 9 4 29 見 1 3 表 9 可見，對(duì)比燒結(jié)礦樣和基準(zhǔn)樣差異為：燒結(jié)礦的鐵酸鹽相增加 2 4 個(gè)百分點(diǎn)，鈦磁鐵礦降低了 1 百分點(diǎn)，鈣鈦礦降低了 百分點(diǎn)，玻璃質(zhì)相有所降低，降低了 百分點(diǎn)，鈦榴石含量降低 百分點(diǎn)。 從燒結(jié)礦的宏觀結(jié)構(gòu)看，基準(zhǔn)樣燒結(jié)礦較堅(jiān)硬、致密、孔隙少，為細(xì)孔厚壁結(jié)構(gòu)，殘余 石灰白點(diǎn)偶見，部份較疏松、易碎。對(duì)比樣燒結(jié)礦堅(jiān)硬、致密、孔隙較少，為細(xì)孔厚壁結(jié)構(gòu)，殘余石灰白點(diǎn)難見。 從燒結(jié)礦的微觀結(jié)構(gòu)看：基準(zhǔn)樣燒結(jié)礦鈦赤鐵礦 (赤鐵礦 ) 多為半自形粒狀連晶結(jié)構(gòu)，鈦磁鐵礦(磁鐵礦 ) 多為它形粒狀連晶結(jié)構(gòu)，在鈦磁鐵礦致密地區(qū)呈星點(diǎn)狀的磁黃鐵礦可見，見圖 1。對(duì)比樣燒結(jié)礦鈦赤鐵礦 (赤鐵礦 ) 多為自形晶粒狀結(jié)構(gòu)，鈦磁鐵礦 (磁鐵礦 ) 多為半自形粒狀連晶結(jié)構(gòu)，膠結(jié)相主要為鐵酸鹽相及硅酸鹽相，鐵酸鹽相多呈粒狀與鈦磁鐵礦 (磁鐵礦 ) 成熔蝕結(jié)構(gòu)，且鐵酸鹽相較基準(zhǔn)樣明顯增加，鈣鈦礦多為半自形粒狀結(jié)構(gòu)，晶粒細(xì)小 ，鈣鈦礦有所減少，見圖 2。 1 面掃； 2、 3 鈦赤鐵礦； 4 鈦磁鐵礦； 5、 10、 11 鐵酸鹽相； 6、 7 硅酸鹽相； 8、 9 鈣鈦礦 圖 1 基準(zhǔn)樣微觀結(jié)構(gòu) 1 面掃； 2、 6 鈦赤鐵礦； 3、 5、 11 鈦磁鐵礦 4、 8 硅酸鹽相； 7 鈣鈦礦； 9、 10 鐵酸鹽相 圖 2 對(duì)比樣微觀結(jié)構(gòu) 燒結(jié)礦巖相分析表明，在超高堿度高鐵低硅燒結(jié)時(shí)，采取適宜的操作參數(shù)，有利于促進(jìn)鐵酸鈣發(fā)展，抑制鈣鈦礦、鈦榴石等物相生成；而且其晶形也發(fā)生了較大的改變，逐步由半自形晶、它形晶向自形 晶、半自形晶轉(zhuǎn)變，促進(jìn)燒結(jié)礦強(qiáng)度的改善。 結(jié)礦冶金性能 燒結(jié)礦低溫還原粉化性能 (還原率(測(cè)定結(jié)果列于表 10。從表 10 可見，對(duì)比燒結(jié)礦的低溫還原粉化性能 (善。低溫還原轉(zhuǎn)鼓后 小于 級(jí)含量由 燒結(jié)礦的相對(duì)還原率 (原來的 高到 表明在超高堿度高鐵低硅燒結(jié)時(shí)，優(yōu)化操作參數(shù)有利于改善高鐵低硅燒結(jié)礦的中、低溫 還原 性能。 5 結(jié)語 （ 1）在超高堿度燒結(jié)時(shí)，隨著燒結(jié)礦品位的提高，垂直燒結(jié)速度 減慢，利用系數(shù)降低，燒結(jié)礦強(qiáng)度指標(biāo)下降，燒結(jié)礦的成品率和平均粒度指標(biāo)有所上升。20 攀 鋼 技 術(shù) 21 表 10 燒結(jié)礦低溫還原粉化率及還原率測(cè)定結(jié)果 燒結(jié)礦低溫還原轉(zhuǎn)鼓后的粒度組成 / 6.3 0.5 0.5 準(zhǔn)樣 比樣 較 2）在超高堿度高鐵低硅燒結(jié)時(shí)，單項(xiàng)指標(biāo)最佳組合為：轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度的最佳組合為：水分 焦粉配比 料層 630 用系數(shù)的最佳組合為：水分 焦粉配比 料層 530 品率的最佳組合為：水分 焦