烧结矿添加制酸副产物的烧结杯实验

2021-07-20顾武安武鑫龙苗育民

四川冶金 2021年3期

顾武安，万新，武鑫龙，张可，苗育民

(1.四川大学，四川成都 610065; 2.重庆科技学院，重庆 401331 )

目前，磷石膏和钛石膏资源综合利用是行业热点之一，随之是工业石膏制酸副产物铁酸钙的综合利用，其在烧结领域的应用也备受关注。攀钢烧结以攀西地区的钒钛磁铁精矿为主，由于钒钛磁铁精矿TiO2含量高、粒度粗的特殊性，其烧结性能差，造成烧结矿强度差、产量低、能耗高，技术经济指标较落后，也成为高炉高产的制约环节[1,2]。为此，开展烧结矿添加制酸副产物的烧结技术研究，一方面，拓展钛石膏应用领域，将磷石膏和红石膏等工业石膏副产物铁酸钙应用于铁矿烧结领域[3]，提高烧结铁矿的质量及冶金性能，满足和适应现代化高炉低成本、高效生产高质量铁水的要求；另一方面，探索提高钒钛磁铁烧结矿产质量烧结新技术，保证高炉生产顺行。

1 烧结杯实验条件

通过烧结杯实验模拟烧结实际生产条件和工艺，探索通过添加制酸副产物铁酸钙提高烧结矿的质量和产量、优化烧结固结机理等烧结工艺参数。

1.1 烧结杯实验设备和工艺流程

烧结杯实验设备和工艺流程如图1所示，其中配料和混料工序是准备烧结杯实验的两个关键步骤。

图1 烧结杯实验工艺流程

配料，是分析实验原料的化学成分，测其碱度，计算烧结杯实验的烧结矿配料方案。据此计算的结果，称量所需实验原料质量，完成烧结杯实验配料。

混料，是将称量好的各种原料进行混和。本次烧结杯实验进行两次混料，其中一次混料是将原料放进卧式自动搅拌机内加入适量的水开始搅拌，等原料润湿混匀后倒出；二次混料是将润湿混匀的一次混合料，加入圆筒混料机内，盖好盖子，混合3 min后取出。

1.2 配矿方案

烧结杯实验原料化学成分如表1所示。由表1可知，所有矿粉混匀后含铁品位为 53.54%，水分保持在8%。

表1 烧结杯实验原料化学成分

众所周知，铁酸钙在烧结过程中的液相固结机理，为了评价外配铁酸钙的可靠性，采用实验制备铁酸钙，作为烧结杯实验外配铁酸钙原料。其制备的原料为纽曼粉、活性石灰，其中纽曼粉属赤铁矿，属富矿粉且烧结性能较好，纽曼粉的含铁品位约在62.5%左右。按CaO与Fe2O3摩尔比为1∶1称量，纽曼粉和活性石灰的比约为3:1。把称量好的实验样品放入较大的刚玉坩埚，混合均匀；混合完毕后，将样品放入马弗炉中，炉温由室温升至1250 ℃，恒定在1250 ℃维持5 min，确保液相反应充分，恒温结束后，样品随炉冷却。将实验制备的铁酸钙，采用密封式制样粉碎机磨成粉，作为烧结杯实验外配铁酸钙原料。

如表2所示，配矿方案有未外配铁酸钙方案和外配铁酸钙两种方案，配比按100 kg干料进行。其中内返矿、二次高炉返、除尘灰、一次返矿粉、含钒细钢渣、除尘灰+杂料、铁精粉由钢铁企业配为混匀料，共计27.98 kg，烧结杯实验时直接称量即可，并对所用烧结矿粉进行系统分析。焦粉水含量较高，在配矿时应注意这一点。表2是进行烧结杯实验的配料方案，通过控制混料过程中是否配入1%的铁酸钙进行烧结，其中在二混过程中添加铁酸钙为预熔铁酸钙与烧结铁酸钙混匀，其配比约为1:4，其余工况条件均保持一致。

表2 烧结杯实验配料方案

1.3 烧结杯烧结料层参数及其点火工艺

(1)料面高度

料面高度h，h=H-H1-H2

①

①中H是烧结杯总高度；H1是铺底料高度；H2是布料高度。

铺底料高度H1：称取粒度为10～20 mm的成品烧结矿5 kg作为铺底料在杯底铺平，出料面到烧结杯口的高度记作H1，测量并记录H1的测量数值。

布料高度H2：称取一定量的二次混合料，经布料器加入烧结杯中，不能压实，自然平铺，然后记下加入的混料质量m1，此时料面到烧结杯口的高度记作H2，测量并记录H2的测量数值。

(2)烧结杯烧结点火

开启液化气与助燃风机，开始点火烧结，点火时间为2 min，并记录烧结时间、最高废气温度等烧结过程中有关参数，并检验转鼓强度、抗磨指数等指标。

1.4 烧结杯烧结矿转鼓指数和抗磨指数

由表3烧结杯实验数据可知，无论方案1为外配铁酸钙还是方案2为外配铁酸钙方案，烧结杯实验铺底料都是5 kg，标准转鼓指数检测原料也均是15 kg。

表3 烧结杯实验数据

转鼓指数的检测，抗磨指数的界定，根据国家标准进行。取粒度在25～40 mm 、16～25 mm、10～16 mm三段范围的烧结矿，按一定比例计算分别称量，配成标准转鼓指数检测原料15 kg，以m4计，放入直径1000 mm，宽度500 mm的转鼓内，转鼓转速为25 r/min，转动8 min。然后，采用方孔筛对转鼓检测试样，按粒级为6.3 mm和0.5 mm进行筛分。粒度在6.3 mm以上的烧结矿质量以m5计，m5占入鼓烧结矿质量m4的百分比称为烧结矿的转鼓指数。粒度在0.5 mm以下的烧结矿质量以m6计，m6占入鼓烧结矿质量m4的百分比称为抗磨指数。

2 实验结果与分析

2.1 烧结矿质量

2.1.1 烧结矿质量指标

添加制酸副产物烧结杯实验的烧结矿形貌如图2所示，添加制酸副产物烧结杯实验的烧结矿形貌与未添加制酸副产物烧结杯实验的烧结矿形貌大致相同，从外观看差别不大。由表4可知，添加制酸副产物烧结杯实验的烧结矿质量指标主要包括转鼓指数和抗磨指数。其中未外配铁酸钙的烧结杯实验烧结矿转鼓指数为46.67%，而外配铁酸钙的烧结杯实验烧结矿转鼓指数为62.67%，明显好于未外配铁酸钙的烧结杯实验烧结矿转鼓指数，达到国标二级品烧结矿的要求。无论是未外配铁酸钙的烧结杯实验烧结矿还是外配铁酸钙的烧结杯实验烧结矿，抗磨指数均为1.33%，远远低于国标≤7.00%的标准。由此可见，烧结杯实验烧结矿抗磨性能优异。

图2 烧结矿试样形貌图

表4 烧结杯烧结矿物理性能/%

2.1.2 烧结杯实验工艺

表5表示烧结杯实验烧结工艺参数，方案1烧结准样为没有添加铁酸钙的烧结杯实验烧结矿，方案2对比样为添加铁酸钙烧结杯实验的烧结矿。由表4和表5可知，在保持其他工况一定时，随着方案2混合料1%铁酸钙的配入，转鼓强度由44.67%大幅提高到62.67%，烧成率由方案1的90.92%提高到方案2的94.38%，利用系数由方案1的1.36提高到方案2的1.38，成品率由方案1的77.47%提高到方案2的78.95%，都略有提升。然而，燃耗由方案1的52 kg/t降至方案2的49 kg/t，返矿率由方案1的27.51%降至方案2的25.82%，均呈下降的趋势。由此可见，方案2混合料1%铁酸钙的配入烧结杯实验烧结，在一定程度上提升了烧结矿质量，高质量烧结矿冶炼有助于高炉生产顺行，促进产量的增加。

表5 烧结杯实验烧结参数

2.2 烧结矿微观

图3和图4所示分别为方案1和方案2两组烧结矿试样放大200倍和500倍的显微矿相图。由图2可见，尽管方案1和方案2两组烧结矿试样形貌差异不大，但对烧结杯实验所得方案1和方案2两组成品烧结矿两种样品用奥林巴斯倒置金相显微镜进行微观分析发现，不添加铁酸钙所得成品烧结矿为方案1基准样与添加铁酸钙所得烧结矿为方案2对比样显微结构有所不同。由图3和图4放大200倍和500倍的烧结矿矿相图可见，方案1基准样的矿相显微结构呈现斑状、板状状结构，这是由于烧结矿中自形晶程都较强的磁铁矿斑状晶体与较细粒的黏结相矿物粘结。方案2对比样的矿相结构相比于方案1基准样，明显更紧密，呈现交织状甚至针状形态，说明对比样的铁酸钙形态更优于基准样，从而添加铁酸钙进行烧结获得的烧结矿冶金性能更优于普通烧结矿，烧结矿质量更优于普通烧结矿。