唐钢烧结配加巴西CVRD矿粉的研究与应用

2011-03-21赵勇胡宾生田欢王沧贵永亮

华北理工大学学报(自然科学版) 2011年1期

赵勇，胡宾生，田欢，王沧，贵永亮

（1. 河北理工大学冶金与能源学院，河北唐山063009；2. 唐山钢铁公司炼铁厂）

唐钢炼铁厂北区有一台265 m2带式烧结机、两台210 m2带式烧结机和一台180 m2带式烧结机，烧结生产能力为880万吨/年。烧结用的含铁原料除本地磁精矿粉外，大部分是进口矿粉。目前，在唐钢进口矿粉中，巴西CVRD矿粉（主要包括巴西精粉、中特粉和巴卡粉）的使用比例占38%左右[1-3]。本文结合唐钢的实际原燃料情况，考察了巴西CVRD矿粉的基础性能、烧结和冶金性能，并根据在唐钢进行实际烧结生产，提出了一些对策和技术措施。

1 CVRD矿粉的化学成分和矿物结构

各种CVRD矿粉都取自唐钢烧结生产现场，其化学成分、熔点和最低同化温度见表1，其矿物组成及铁矿物和脉石矿物的平均粒度见表2，为便于比较，表1和表2中还列出了本地精粉的结果。

表1 巴西CVRD矿粉的化学成分（%）及熔点和最低同化温度（℃）

表2 巴西CVRD矿粉的矿物组成（%）

由表1和表2可以看出：（1）巴西精矿粉的含铁品位非常高，SiO2比较低，铁矿物以赤矿物为主，脉石矿物的数量非常少，以石英为主；（2）中特粉的含铁品位一般，SiO2比较高，铁矿物主要为赤铁矿和磁赤铁矿，脉石矿物主要为石英和硅酸盐；（3）巴卡矿粉的含铁品位很高，SiO2比较低，铁矿物主要为赤铁矿和磁赤铁矿，还有少量的褐铁矿，脉石矿物主要为石英和硅酸盐；（4）三种CVRD矿粉的熔点都在1500℃以上，最低同化温度也都在1250℃以上，同化性能较差，在烧结过程中不利于液相的形成，影响烧结矿的强度，因此，在烧结配矿中应注意与同化性能好的铁矿粉搭配使用。

2 CVRD矿粉的烧结与冶金性能

2.1 实验方法

在保证烧结矿碱度2.0和MgO含量2.6%不变的条件下，将三种巴西CVRD矿粉和本地精粉进行单独烧结试验，考察其烧结和冶金性能。烧结杯内径300 mm，混合料水份7%，圆筒混料机尺寸为 600 mm× 1200 mm，混匀造球时间7 m in。烧结料层厚度500 mm，烧结负压12 000Pa。点火温度1150℃，点火时间1.5 m in，点火负压6000 Pa，将烧结废气温度开始下降时定为烧结终点。烧结饼置于2米高自由落下至铁板3次，取大于10 mm的百分比作为烧结成品率。

按照《烧结矿和球团矿转鼓强度的测定方法》（YB/T5166-1993）考察烧结矿的转鼓指数和抗磨指数。根据《铁矿石低温粉化试验静态还原后使用冷转鼓的方法》（GB/T13242-91）测定烧结矿的低温还原粉化性能。根据《铁矿石的还原性测定方法》（GB/T13241-91）测试烧结矿的还原性能。

2.2 实验结果

巴西CVRD矿粉的烧结及冶金性能见表3。从烧结过程来看，三种巴西CVRD矿粉的烧结成品率、烧结利用系数和烧结矿的转鼓指数都很低，而抗磨指数却很高，巴西精粉单独烧结时的垂直烧结速度较低，而中特粉和巴卡粉的垂直烧结速度相对较高。

三种巴西CVRD矿粉单独烧结的烧结矿中温还原性能很好，尤其巴西精粉和巴卡粉烧结矿的中温还原度(RI)高达89%左右，原因是这两种烧结矿以铁矿物为主，烧结矿中磁铁矿和赤铁矿之和达到了90%左右，粘结相数量比较少，而磁铁矿和赤铁矿的还原性能要优于包括铁酸钙在内的各种粘结相，中特粉烧结矿中温还原性能好的原因是其气孔率较大，残存赤铁矿数量较多，硅酸二钙和玻璃质含量比较高导致还原过程中的体积变化大。

由于巴西精粉和巴卡粉烧结矿的中的粘结相数量非常少，气孔率较大，残存赤铁矿的数量较多，导致其还原粉化性能很差。中特粉烧结矿较高的垂直烧结速度、较大的热应力、较高的硅酸二钙和玻璃质含量比较高、较大的气孔率也使其还原粉化性能很差。这三种巴西CVRD矿粉单独烧结时都不能满足唐钢低温还原粉化性能的指标要求。

表3 巴西CVRD矿粉的烧结和冶金性能

巴西CVRD矿粉单独烧结的烧结矿化学成分及矿物组成见表4。从化学成分上来看，三种巴西CVRD矿粉单独烧结时烧结矿的含铁品位都比较高，尤其是巴西精粉和巴卡粉烧结矿的品位达到了64%以上；巴西精粉、巴卡矿粉单独烧结时烧结矿的SiO2含量很低，只有2.2%左右；另外，中特粉烧结矿的SiO2和FeO含量比较高，而巴卡粉和巴西精粉烧结矿的SiO2和FeO含量相对较低。

表4 巴西CVRD烧结矿的化学成分及矿物组成（%）

巴西精矿粉和巴卡矿粉单独烧结时烧结矿中的铁矿物比较多，以磁铁矿(Fe3O4)为主，磁铁矿和赤铁矿(Fe2O3)之和达到了90%左右。这两种烧结矿中的粘结相以铁酸钙(CaO·Fe2O3)、钙铁橄榄石(CaO·FeO·SiO2)为主，含有少量的硅酸二钙(2CaO·SiO2)和玻璃质，粘结相的数量比较少，其中铁酸钙的含量低于10%。中特粉烧结矿中的铁矿物以磁铁矿为主，含有数量较多的赤铁矿，粘结相以铁酸钙、硅酸二钙和玻璃质为主，含有少量的钙铁橄榄石。CVRD矿粉的熔点高、同化性能差、烧结液相流动性小，烧结过程中成矿的速度慢，成矿过程进行得不完善，因而玻璃质含量比较高。硅酸二钙主要是通过固相反应生成，高熔点为固相反应提供了有利的条件，过高的硅酸二钙和玻璃质含量对提高烧结矿的强度十分不利。

3 CVRD矿粉在唐钢的应用效果

根据实验室研究结果，结合唐钢实际生产和资源情况，2005－2009年在烧结混合料中一直使用不同比例的巴西CVRD矿粉，其配比和烧结生产指标见表5。

表5 2005-2009年巴西CVRD矿粉在唐钢烧结混匀矿中的配比及烧结生产指标

巴西精粉成球性能不好，配比超过10%时，在其它工艺条件不变的情况下，烧结矿产量指标及部分质量指标会受到一定程度的影响。但提高巴精的使用配比，对降低烧结矿Al2O3含量、提高烧结矿品位有明显的作用。提高巴卡粉配比（相应降低巴精的配比）对于改善烧结产质量指标有较好的效果，但在使用过程中要综合考虑增加巴卡粉对烧结成本的影响，平均配比提高到15%左右最佳。中特粉的品位比巴卡粉和巴精低 2～3个百分点，对于烧结而言，粒级组成不如巴卡粉合理，但其价格较低，因此其适宜的配比在现有的基础上也可适当提高。鉴于三种CVRD矿粉不同的烧结性能和价格，考虑到唐钢烧结增产的实际需要和矿粉资源情况，2010年，混匀矿中巴西精粉的配比控制在10%以内，巴卡粉的配比提高到15%左右。

通过近几年唐钢使用巴西CVRD矿粉的生产实践发现，随着CVRD矿粉在烧结混合料中配比的增加，烧结矿的 RDI-3.15指标有所变差，随着巴西精粉配比的增加，对改善烧结料层的透气性不利，但对降低烧结矿Al2O3含量、提高烧结矿品位有明显的作用。针对这些情况，唐钢采取了下列措施：（1）提高FeO含量，目前控制在8.5%～10.5%之间；（2）在成品烧结矿表面喷洒3%-5%的CaCl2水溶液；（3）烧结生产采用均匀烧结技术，采用自动加水、混合机内衬改造、采用多辊布料器等措施，提高了烧结过程的稳定性；（4）采用高效的混合料矿槽蒸汽预热技术，提高混合料料温到 40℃以上；（5）改造烧结机台车、大烟道喷涂及烧结机头机尾采用新型密封板等措施，大幅度降低了烧结机抽风系统的漏风率。