邯钢非主流矿的基础特性与互补配矿的试验研究

贾文君 刘晓明 王金龙 郭兰芬

(河北钢铁集团邯钢公司)

邯钢非主流矿的基础特性与互补配矿的试验研究

贾文君 刘晓明 王金龙 郭兰芬

(河北钢铁集团邯钢公司)

对邯钢烧结用非主流矿的物化性能及高温特性进行了系统研究，并针对南非精粉同化性及流动性差的问题开展了互补配矿的优化研究。结果表明，杨迪粉与南非精粉混合比例为3:1时，混合矿粉的同化性能和液相流动性明显改善，可以达到烧结生产提质增效的要求。

非主流矿 物化性能 高温特性 南非精粉 互补配矿

0 前言

长期以来，邯钢烧结原料以品位高、烧结性能优良、有害元素低、成分稳定的澳矿粉(包括PB和纽曼)、巴卡粉、南非粉、邯邢精粉为主。近年来，随着钢铁企业的成本急剧上升，利润大幅度下滑，为了降低原料成本，烧结系统开始配加一些低价的褐铁矿粉和小品种矿粉(定义为非主流矿)。随着对褐铁矿研究的不断深入，邯钢烧结中杨迪矿粉的配比不断提高，目前已达到了35%的水平，已经上升为主流矿，而对使用非主流矿的影响还没有做过深入研究。因此为确保非主流矿的合理应用，实现“低成本，高效益”高炉炼铁，我们围绕非主流矿的基础特性及互补配矿开展了一系列的研究，主要内容包括：物化性能分析；高温基础性能研究；互补配矿研究。通过一系列试验研究，为优化配矿和指导烧结操作提供了指导，保证非主流矿使用后,烧结及高炉生产技术指标的稳定。

1 烧结用非主流料的物化性能分析

1.1 化学成分

铁矿石的化学成分中包括TFe、SiO2、MgO、Al2O3、TiO2、S、P、K2O 、Na2O 、ZnO等，铁矿石的化学成分不仅决定烧结矿的化学成分,而且是影响铁矿石烧结性能的一个重要因素。邯钢烧结用的铁矿石主要分为两类：主流料和非主流料，主流料主要有杨迪、PB、纽曼、巴卡粉、南非粉、邯邢精粉等，非主流料主要包括南非精粉、沙河精粉、高碱粉及小巴卡粉等，邯钢烧结用铁矿石的化学成分见表1。

由表1可见，主流料中杨迪矿粉属于典型的褐铁矿,其特点是品位低、烧损大,含有大量的结晶水；其余主流料如PB粉、纽曼、巴卡、南非、邯邢精粉等，特点为品位高、有害杂质含量少。

非主流料中南非精粉、沙河精粉、高碱粉同属磁铁矿，三种精粉均属于碱性精粉，CaO和MgO含量较高。这三种精粉和主流料中的邯邢精粉相比，品位偏低，部分有害杂质含量较高。南非精粉的品位为58.5%，TiO2%含量是所有矿粉中最高的，含量为2%；沙河精粉品位较高为63.32%，SiO2含量较高为4.59%；高碱粉品位最低为51.08%，成分十分复杂，其中FeO含量高达32%，SiO2、CaO和MgO含量均较高，分别为7.2%、15.08%、3.9%，有害杂质S、P、K2O、Na2O和Zn含量均较高；小巴卡粉属于巴西赤铁矿粉，和主流料中的巴卡粉相比，品位较低为62.5%，SiO2含量较高为5.76%。

表1 邯钢烧结用铁矿石的化学成分

1.2 物理性能

铁矿石的物理性能包括粒度组成、吸水特性等。邯钢烧结用铁矿石的物理特性见表2：

表2 邯钢烧结用铁矿石的物理性能

铁矿石粒度组成影响烧结混合料制粒性质,从而影响铁矿石烧结性能产质量指标[1]。由表2可见,非主流料中三种精粉在制粒过程中主要起粘附粉的作用，但其粒度较主流料中的邯邢精粉粗，其中髙碱粉粒度最粗；三种精粉的中间粒子(0.63 mm～0.2 mm粒级)含量均较高，粘附粉的比例(<0.2 mm粒级)较低，不利于烧结制粒，其中南非精粉的中间粒子含量最多；小巴卡粉和主流料中的巴卡粉相比，粒度粗，但中间粒子含量低于巴卡粉。

不同矿物的吸水特性有较大差异，湿容量及吸水速率表征的是原料的吸水特性，对烧结混合制粒具有非常重要的意义。由表2可见，三种精粉中高碱粉的湿容量与邯邢精粉相当，吸水速度稍慢于邯邢精粉；沙河精粉的湿容量最大，而且吸水速度慢；南非精粉的湿容量居中，但吸水速度最快。小巴卡粉和主流料中的巴卡粉比湿容量稍大，吸水速度稍慢。

1.3 综合分析

从物化性能来看，四种非主流料的品位较同类型主流料品位偏低，部分有害杂质含量较多；一般粒度较粗，精粉类中间粒子含量较高，粘附粉的比例含量较低，不利于烧结制粒；四种精粉中沙河精粉和南非精粉的吸水特性较为特殊，所以在烧结过程中配加沙河精粉和南非精粉在制粒时加水量及制粒时间要有所区别。

2 邯钢烧结用非主流料的高温基础特性分析

目前，国内大型钢铁企业和科研机构对铁矿石的研究不仅停留在其常温特性的研究，对铁矿石的高温性能更加重视。南非精粉、沙河精粉、高碱粉、小巴卡粉四种矿粉为邯钢近期烧结小批量配加的非主流原料，对这几种原料的高温特性数据目前尚不清楚，因此对四种矿粉开展高温基础特性试验研究，并与主流料进行对比分析，掌握其高温性能的优缺点，探索减弱或消除其性能不足之处的可行性办法，以便为优化配矿和指导烧结操作提供指导。

2.1 高温基础特性试验研究[2，3]

已有的研究结果表明:铁矿粉的同化性、液相流动性不宜过高或过低,应在一个适宜的区间,而黏结相的自身强度则应尽可能高。根据对邯钢实际烧结生产的铁矿粉高温特性适宜区间的统计分析可知:铁矿粉的适宜同化温度区间在1 250 ℃～1 280 ℃,而液相流动性指数在2.3～3.3之间较为适宜。

为掌握烧结原料基础特性，对近期使用的几种非主流料进行了同化性、液相流动性和粘结相强度试验研究，试验是在WSXT-01微型烧结设备中进行的，邯钢烧结用铁矿石的高温特性见表3。

表3 邯钢烧结用铁矿石的高温特性

2.2 试验分析

非主流料南非精粉、沙河精粉、高碱粉及小巴卡粉因成分差异大，其高温基础特性也存在较大差别。

2.2.1 同化性能分析

同化性表征铁矿粉在烧结过程中生成液相的难易程度,用最低同化温度表示。由表3可见，四种矿粉中南非精粉同化温度最高>1 330 ℃(因设备能力有限，无法测得具体温度),同化性能非常弱，在正常烧结温度范围内南非精粉难于同化，不利于液相的生成；沙河精粉同化温度也较高，为1 310 ℃，比邯邢精粉高15 ℃左右；高碱粉和小巴卡粉的同化温度均为1 285 ℃，同化性能较为适宜，其中髙碱粉的同化温度比邯邢精粉低10 ℃左右，与其自身成分复杂性有关，小巴卡粉同化温度高于巴卡粉18 ℃。

2.2.2 液相流动性分析

液相流动性是指铁矿粉与CaO在烧结过程中反应生成的液相流动的难易程度，是烧结矿有效固结的基础,以其流动性指数予以考察评价。已有研究结果表明: 烧结液相的流动性处于较高水平时，可扩大其粘结周围未熔物料的范围，从而提高烧结矿的固结强度; 然而，液相流动性也不宜过大，否则会造成粘结层厚度减薄而形成薄壁大孔结构，反而使烧结矿整体变脆，强度下降。

本试验是在二元碱度为4.5，焙烧温度为1 280 ℃条件下进行测定的。由于南非精粉同化温度>1 330 ℃，极其不易与CaO反应生成铁酸钙，而且还含有2%的TiO2%，因此在上述实验条件下未发生任何变化，流动性指数为0； 沙河精粉流动性指数为2.39，流动性能比较适宜；高碱粉指数为5.72，属于强流动性矿种，这与其SiO2含量高达7.2%有关；小巴卡粉流动性指数为4.92，比巴卡粉要高很多，这同样与小巴卡粉SiO2含量较高有关。

2.2.3 粘结相强度分析

粘结相自身强度是指铁矿粉在烧结过程中形成的液相对其周围的矿粉进行固结的能力。以试样小饼试验后的抗压强度表示。四种非主流矿粉中南非精粉粘结相强度均较高，比邯邢精粉高100N左右；沙河精粉次之，比邯邢精粉低250N左右；高碱粉粘结相强度最低，为1 113N；小巴卡粉的粘结相强度也较低，与巴卡粉相当。

2. 3 综合分析

根据对四种非主流料高温基础特性的研究可知，沙河精粉、高碱粉、小巴卡粉均具有一定的同化能力和液相流动能力，基本能够满足烧结过程对矿粉特性的要求，但配加高碱粉和小巴卡粉时需要采取相应措施避免其强液相流动性对烧结矿强度造成的不利影响。四种非主流矿中，南非精粉的高温性能最差，如何有效应用还需要进一步试验研究。

3 优化南非精粉使用效果的试验研究[4]

针对南非精粉同化性能及流动性差的特性，采取如下两种措施，改善南非精粉的使用效果：一是提高碱度和温度，探索南非精粉对碱度和温度的敏感性；二是选取同化性及流动性好的矿粉与南非精粉混合，研究南非精粉的互补配矿的效果及规律。

3.1 南非精粉对碱度、温度敏感性试验

温度和碱度是影响铁矿粉烧结过程液相流动性的敏感因素，一般情况下，铁矿粉的烧结液相流动性随烧结温度升高或碱度增大而增大，因此，本试验采取通过提高碱度和温度，探索南非精粉对碱度和温度的敏感性，拟改善南非精粉的液相流动性。试验设定南非精粉的碱度为R=4.5、5.5、6.5三个等级，分别测定其1 280 ℃、1 300 ℃、1 330 ℃下的流动性指数，南非精粉温度、碱度敏感性试验结果见表4：

表4 南非精粉温度、碱度敏感性试验结果

由表4数据可见，南非精粉在提高温度和碱度的情况下流动性能仍然很差，说明南非精粉极难与CaO反应生成液相，南非精粉对碱度、温度不敏感，提高温度和碱度不能改善南非精粉的使用效果。

3.2 南非精粉的互补配矿研究

现代烧结生产不能依靠使用单种矿粉以获得优良的技术经济指标,需要根据铁矿粉自身特性互补的原则进行优化配矿。南非精粉同化性能及流动性差，需要选取同化性及流动性好的矿粉与其搭配使用。主流料中杨迪矿粉具有同化温度低，流动性强的特性，适合与南非精粉搭配使用。而且近年来，邯钢烧结中杨迪矿粉的配比 达到35%，由于其流动性高及粘结相强度低的特性，进一步提高配比,会造成烧结矿产质量下降的问题，因此进行试验研究确定这两种矿粉混合比例及互补效果，对烧结生产提质增效具有重要的现实意义。

试验采用杨迪粉与南非精粉的混合比例为1:1和3:1两种方案，测定混合矿粉的高温基础特性，试验结果见表6。

表6 杨迪矿粉与南非精粉互补特性试验结果

由表6可见，杨迪粉与南非精粉混合比例为1:1时，混合矿粉的同化温度1 324 ℃，虽然比南非精粉自身同化温度有所降低，但仍然无法满足烧结生产需求。而混合比例为3:1时，混合矿粉的同化温度降低至1 273 ℃，并且该混合矿粉的流动性指数为3.28，处于适宜范围；同时该混合矿粉的粘结相强度为665 N，比单种杨迪矿粉的粘结相强度有所提高。说明南非精粉与杨迪矿粉配合使用后，同化性及流动性得以改善，可以满足生产中对烧结矿产质量的要求。

5 结论

(1)四种非主流料的品位较同等类型的主流料品位偏低，部分有害杂质含量较多，不宜于大比例使用；

(2)四种非主流料粒度组成和吸水特性存在较大差别，在制粒时需要采取相应强化措施以改善其制粒效果。

(3)四种非主流料因成分复杂，其高温基础特性存在较大的差异。其中南非精粉同化性和流动性最差，并且其性能对温度和碱度的敏感性较差。

(4)杨迪粉与南非精粉比例为3:1时，混合矿粉的同化性能和流动性能指标明显改善，可以达到烧结生产提质增效的要求。

[1] 袁晓丽. 烧结优化配矿综合技术系统的研究[D]. 长沙:中南大学,2007 :3.

[2] 苏步新，张建良，常健等,铁矿粉的烧结特性及优化配矿试验研究[J].钢铁,2011,46(9) :23-26.

[3] 吴胜利， 戴宇明， DauterOliveira1等, 基于铁矿粉高温特性互补的烧结优化配矿[J].北京科技大学学报, 2010，32(6):722-723.

[4] 阎丽娟，吴胜利，尤艺等, 各种铁矿粉的液相流动性及其互补配矿方法的研究[J].烧结球团, 2013，38(6):2-5.

TEST RESEARCH ON BASIC SINTERING CHARACTERISTICS AND COMPLEMENTARY ORE PROPORTIONING OF NON-MAINSTREAM ORE IN HANSTEEL

Jia Wenjun Liu xiaoming Wang JinLong Guo Lanfen

(Hansteel Group of HBIS)

The physic-chemical properties and the high temperature characteristics of non-mainstream ore in Hansteel were researched, and optimization on complementary ore blending about high Assimilation temperature and low fluidity of liquid phase of South African powder were studied. The results shows that when the mixing ratio of Yandi fine ore and South African powder is 3:1,the Assimilation temperature decreased significantly and fluidity of liquid phase becomes better, both meets the requirement of sintering production .

non-mainstream ore physic-chemical properties hightemperature characteristics South African powder complementary ore proportioning

2016-8-13

*联系人：贾文君，副高级工程师，河北. 邯郸(056015)，河钢集团邯钢技术中心铁前研究室;