低硅含鎂含鈦球團(tuán)礦的成礦基礎(chǔ)研究

低硅含鎂含鈦球團(tuán)礦的成礦基礎(chǔ)研究鋼鐵工業(yè)能耗約占我國工業(yè)總能耗的15%,其中鐵前工序能耗占到噸鋼能耗的70%以上,而降低鐵前工序能耗的關(guān)鍵在于做好精料工作。球團(tuán)礦相比于燒結(jié)礦存在諸多優(yōu)勢,如能耗低、鐵品位高、還原性能好、粒度均勻等。近年來,隨著鐵礦資源的劣化以及高爐長壽的需要,球團(tuán)礦的功能角色不斷多樣化:為了應(yīng)對高鋁渣流動性能差、MgO含量高惡化燒結(jié)礦強(qiáng)度等問題,發(fā)展了鎂質(zhì)球團(tuán)技術(shù);為了高爐護(hù)爐需要,發(fā)展了鈦球技術(shù)。但是在球團(tuán)礦中同時添加MgO和TiO₂,尤其是針對低硅含鐵原料條件下,生產(chǎn)低硅含鎂含鈦球團(tuán)礦的技術(shù)尚屬空白。本論文以首鋼京唐鋼鐵公司504m2帶式焙燒機(jī)為依托,針對首鋼京唐球團(tuán)生產(chǎn)用低硅磁鐵礦粉資源、含鎂添加劑資源和含鈦礦粉資源,開展低硅含鎂含鈦球團(tuán)礦生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)研究,具有非常重要的科學(xué)意義和實用價值。首先,對單一低硅磁鐵礦粉的造球性能、生球質(zhì)量、球團(tuán)礦冶金性能以及改變不同SiO₂含量對球團(tuán)礦還原膨脹率的影響進(jìn)行了研究。低硅磁鐵礦粉的SiO₂含量是1.52%,加入0.5%膨潤土制備球團(tuán)礦時,球團(tuán)礦SiO₂含量是1.8%,焙燒球團(tuán)內(nèi)液相很少,還原后球團(tuán)礦中出現(xiàn)了非常明顯的鐵晶須,球團(tuán)礦的還原膨脹率高達(dá)76%,屬于惡性膨脹,不能夠直接入爐;隨著球團(tuán)礦SiO₂含量的提高還原膨脹率降低,當(dāng)SiO₂含量在3.4%以上時,球團(tuán)礦的還原膨脹率低于20%,達(dá)到18.7%,但是提高SiO₂含量會增大高爐渣量,造成高爐燃料比升高,所以球團(tuán)礦在降低SiO₂含量的同時控制一定的還原膨脹率是關(guān)鍵。其次,研究了不同MgO含量和使用不同含鎂添加劑對低硅球團(tuán)礦冶金性能的影響、不同焙燒溫度對低硅含鎂球團(tuán)礦質(zhì)量的影響,以及低硅含鎂球團(tuán)礦還原動力學(xué)及其對綜合爐料冶金性能的影響。隨著MgO含量的提高,低硅球團(tuán)礦的抗壓強(qiáng)度明顯下降,需要提高焙燒溫度來進(jìn)行補(bǔ)償。焙燒溫度低時,存在未反應(yīng)的MgO,隨著焙燒溫度的提高,球團(tuán)內(nèi)部形成較均勻的鎂鐵礦,球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度能達(dá)到2800N/P以上;球團(tuán)礦的MgO提高到3.4%以上時還原膨脹率可以降到16.5%;配加MgO可以明顯改善球團(tuán)礦的還原度和熔滴性能;配加鎂橄欖石、氧化鎂粉和蛇紋石能控制低硅球團(tuán)礦的還原膨脹率,其中氧化鎂粉的SiO₂含量低,MgO含量高,更有利于降低球團(tuán)礦SiO₂含量和控制還原膨脹率;MgO含量適宜、焙燒溫度較高的低硅含鎂球團(tuán)礦還原時主要被固相擴(kuò)散控制,鐵離子擴(kuò)散受限,產(chǎn)生的鐵晶須少,還原膨脹率低。然后,研究了TiO₂對低硅球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度和冶金性能的影響,研究了MgO和TiO₂的協(xié)同作用對低硅球團(tuán)礦質(zhì)量的影響及機(jī)理。球團(tuán)礦直接加入TiO₂時,形成鈦磁鐵礦有利于改善還原膨脹率,但不利于球團(tuán)礦的還原性,而在加入TiO₂的同時加入MgO,可以改善含鈦球團(tuán)礦的還原性和熔滴性能;球團(tuán)加入MgO和TiO₂時可形成鎂鐵礦和鈦磁鐵礦,有效控制球團(tuán)礦的還原膨脹率,降低SiO₂含量,MgO和TiO₂含量分別提高至1.7%和1.2%時,球團(tuán)礦的SiO₂含量可降低至2.8%;物相結(jié)構(gòu)中磁鐵礦和鈦鐵礦含量高的含鈦礦粉對球團(tuán)抗壓強(qiáng)度影響相對較小,且有利于控制球團(tuán)礦還原膨脹率;配加含鈦礦粉后,低硅含鎂球團(tuán)礦的焙燒溫度需要提高10℃左右。最后,進(jìn)行了大型帶式焙燒機(jī)生產(chǎn)低硅含鎂含鈦球團(tuán)礦的工業(yè)試驗研究,以及高爐應(yīng)用低硅含鎂含鈦球團(tuán)礦的效果分析。低硅含鎂含鈦球團(tuán)礦的焙燒溫度比低硅含鎂球團(tuán)礦的要高一些,焙燒溫度適當(dāng)提高后,球團(tuán)礦的抗壓強(qiáng)度和冶金性能可以滿足大型高爐入爐要求;低硅含鎂含鈦球團(tuán)礦SiO₂含量從3.5%降低至2.82%,MgO從自然含量提高至1.72%,TiO₂從自然含量提高到1.2%,球團(tuán)礦還原膨脹率控制在20%以下,球團(tuán)礦還原度和熔滴