烧结厂优化分析

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1、3.1我厂烧结厂优化分析：3.1.1我厂烧结原燃料成分：我厂烧结各种原料成分如表5所示。烧结用燃料的工业分析见表6。表5 我厂原料化学成分 %种类TFeFeOCaOSiO2MgOAl2O3TiO2V2O5含钒精矿粉64.0926.160.783.001.861.603.750.55普通精矿粉66.7828.030.684.050.862.191.71矿砂56.5828.301.774.073.812.617.50高炉返矿53.688.889.144.064.252.203.720.48球团返矿62.5715.101.354.451.120.903.240.40钢渣34.5230.9231.78

2、6.497.992.341.261.43黑山精粉60.7929.380.212.051.943.267.200.77生石灰39.001.5827.280.660.075镁灰44.762.4831.350.550.050白煤+焦粉3.015.220.971.580.045混灰55.143.8017.661.160.10表6 烧结用燃料的工业分析（%）种类FCdAdVdSt.dMad白煤70.7123.136.160.793.65焦粉80.2116.593.200.672.64由上述两表可以看到：1）含钒精矿粉的含铁品位比较低，FeO含量比较高，是一种比较典型的磁铁矿；含钒精矿粉的TiO2和Al2

3、O3含量比较高，而SiO2含量则比较低。2）焦粉的固定碳比白煤高，灰分和挥发分含量却比白煤低，这意味着，焦粉的发热值要高于白煤。利用LS激光粒度分析仪对铁精矿粉进行了粒度分析，含铁精矿粉的粒度组成见表7。从表7中可以看出：含钒精矿粉的粒度组成明显比普通精矿粉细，-300目的比例高11个左右百分点，平均粒度低28m左右。表7 含钒铁精矿粉的粒度组成 (%)品 种+300目300-200目200-100目100-50目-50目平均粒度m含钒精矿粉54.3711.2927.086.201.0663.82普通精矿粉43.069.7425.7113.168.3391.193.1.2钒钛磁铁精矿烧结矿的矿

4、物组成： 钒钛烧结矿的矿物组成主要有：钛赤铁矿、钛磁铁矿、钙钛矿、铁酸钙、钛辉石、钛榴石和玻璃体等。其次，还可能有钙铁硅酸盐、钙硅酸盐、游离CaO、浮石体和金属铁的存在。我厂烧结矿矿相结构组成比较复杂。黏结相主要以钙钛矿、铁酸钙、硅酸二钙和玻璃质组成，烧结矿中均存在钙钛矿，但其数量对烧结矿的冷机械强度影响不明显。 1钛赤铁矿它是烧结矿的主要含Fe物相，是赤铁矿一钛铁矿固溶体，除Fe、Ti外，还有Mg、Al、Mn等元素固溶其中。它通常出现在空洞周边，或沿钛磁铁矿晶粒边缘形成花瓣结构，有的占据钛磁铁矿立方理解面成网格状结构，有的成板条状或片状独立存在，在一些氧化度高的烧结矿中，赤铁矿不仅局限在空洞

5、和裂缝附近，而往往是大片出现，表明氧化是在液相尚未完全固结时进行的。 2钛磁铁矿 它也是主要的含Fe物相。它以Fe3O4为基的复杂周溶体，有Ti、Mg、Al、Mn和V等元素固溶其中。低温时保持原精矿中磁铁矿的颗粒形状，但内部的网格状钛铁矿已转变成赤铁矿钛铁矿固溶体。镁铝结晶石破碎，更细的钛铁晶石消失。中等温度时，磁铁矿多数以菱面体和粒状存在，其边缘有钛赤铁矿固溶体。高温时，磁铁矿连晶发育，有些同铁酸钙和钙钛矿形成连晶。3钙钛矿它是熔剂性烧结矿中的主要含Ti矿物，多以粒状、纺锤状、树枝状和骨架状分散于硅酸盐渣相中，或钛磁(赤)铁矿的晶间。过去有人认为钙钛矿是烧结矿的粘结相之一，但最近的研究表明钙

6、钛矿不是粘结相。因为，钙钛矿的熔点很高(1970)，在冷却过程中它最先析出，且为其他低熔点硅酸盐或玻璃相所包围粘结，它本身本无粘结作用，即使它存在于钛磁铁矿晶粒间起某种“连晶”界面，但受外力作用下，此种“连晶”界面也易破坏，未给强度带来有益影响。可见，控制和限制钙钛矿的形成，对改善熔剂性钒钛烧结矿强度有重要意义。4铁酸钙 一般用化学式nCaOmFe2O3表示，实际上它还固溶一部分Si02和A1203在钒钛烧结矿中，铁酸钙形状有针状、粒状和柱状。由于它熔点较低，所以析出晚，可同其他低熔点硅酸盐起粘结作用。对普通熔剂性(特别是高碱度)烧结矿，它的存在常常是改善烧结性能的重要因素。对于钒钛烧结矿，它

7、同样也是一种要求发展的矿物组成。 5铁榴石 它是熔剂性钒钛烧结矿中常见的含钍硅酸盐矿物，化学分子式复杂。在烧结中它多呈粒状、浑圆状和树枝状集合体。由于它熔点低，所以结晶晚，对烧结有一定的粘结作用。 6钛辉石它也是一种熔点较低的成分复杂的含钛硅酸盐矿物。在熔剂性烧结矿中，常呈短柱状、块状集合体，充填于钙钛矿、钛磁铁矿之间。是重要的硅酸盐粘结相。此外，在钒钛烧结矿中还存在一定量的玻璃体。它是熔点低凝固最晚的硅酸盐粘结相。他的折射率高于钙铁橄榄石，故其中含有一定量的钛化物。在自然碱度烧结矿和高燃耗的过熔试样中，还可看见假板钛矿和黑钛石的周溶体，呈板粒状、性脆、还原性差，对烧结矿性能不利。3.1.2影

8、响钒钛烧结矿矿物组成的因素 钒钛烧结矿的矿物组成，是随烧结料的组成、温度水平和气氛条件而变化的。其中最重要的影响因素是碱度、焦粉配比、TiO2含量等。 1碱度的影响 在自然碱度的烧结矿中，除大部分钛磁铁矿被氧化成钛赤铁矿外，其余还有铁橄榄石、辉石和玻璃体。钛赤铁矿和钛磁铁矿的连晶和硅酸盐渣相是两种重要的固结形式，结构致密，气孔小而均匀，强度好，成品率高，脱硫率高。由于磁铁矿大量被氧化，故烧结速度较慢，利用系数较低。 随碱度升高，钛磁铁矿有所增加，而钛赤铁矿明显减少；铁酸钙和钙钛矿明显增多，硅酸盐渣相逐渐减少。在自熔性烧结矿中，固结形式以硅酸盐渣相为主，钛赤铁矿和钛磁铁矿的连晶为辅，其气孔多而分

9、布不均，壁薄而强度低，烧结速度增加。在高碱度烧结矿中，固结形式以铁酸钙和钛磁铁矿连晶为主，硅酸盐渣相为辅。烧结矿呈大孔厚壁致密结构，强度好但平均粒度稍小；烧结速度快，但成品率有所降低。 2燃料配比的影响 燃料配比的变化改变了烧结过程的气氛性质和温度水平，给矿物组成带来很大的影响。随配碳量增加，烧结温度提高和还原气氛加强，磁铁矿增多，赤铁矿减少，钙钛矿增多。由此可见，对于钒钛磁铁矿，过多提高配碳量，对烧结强度不利。 3. Ti02含量的影响 随烧结矿中Ti02含量的增加，明显地表现在钙铁矿增加，铁酸钙减少，因为Ti02同CaO的结合力大于Fc203同CaO的结合力，而且随钙钛矿的增加，可同Fe2

10、03结合的CaO量减少，钛磁铁矿和赤铁矿略有升降。因此，从宏观上看，随Ti仍增加，烧结矿的脆性增大。增加烧结矿中Si02含量，可以降低钙钛矿和铁酸钙的含量，增加硅酸盐粘结相，磁铁矿增加，赤铁矿减少，因为Si02同CaO的结合力大于Ti02和Fe2O3同的结合力。同时，随Si02升高，Ti02含量下降。因此，适当增加烧结矿中Si02含量(如配加少量普通矿)，则可以改善烧结矿强度。3.1.3钒钛磁铁烧结矿的矿物形成过程 钒钛烧结矿的矿物形成过程，包括固相反应，氧化还原，受热分解，熔体形成，冷却结晶和再氧化，同烧结过程的进行紧密相关。其中石灰石热分解和铁氧化物的还原，以及氧化过程与普通矿烧结基本相同

11、。 1固相反应 固相反应产物可影响下一步熔体形成的温度，在低温烧结的条件下也可能将固相反应的产物保留在最终的矿物组成中。据热力学分析，以钛铁矿和钛铁晶石状态的TiO2在周相状态下是完全可以同CaO和铁酸钙形成钙钛矿。CaO同SiO2和Fe2O3经固相反应可以生成硅酸钙和铁酸钙。后两者反应的发展将限制钙钛矿的固相形成。 2液相熔体的形成和特性 随温度逐渐升高，烧结料中低熔点物质首先熔化形成出生液相。烧结料中所有单一的氧化物都具有较高熔点，所以只有他们相互作用形成新的化合物才能获得低的熔点。对于熔剂性钒钛磁铁精矿烧结料，石灰石分解后的CaO可同磁铁矿(钛铁矿和钛铁晶石)被氧化生成的Fe203反应形

12、成低熔点铁酸钙，到1200生成液相熔体。 CaO同SiO2反应生成硅酸钙的热力学可能性虽较其他反应为大，但由于矿粉中SiO2少,且又多以辉石和长石等复杂硅酸盐矿物存在，实际反应条件差，难以形成硅酸钙矿物。而CaO2可同FeO(还原产物)和辉石等脉石矿物形成低熔点的液相矿物。含Ti矿物(钍铁矿和钛铁晶石)也可以同CaO作用形成较低熔点的液相(在CaO-FeO-Ti02系中有1288和1299共晶物)。初生液相在高温下可以同周围的固态物质起溶蚀作用，不断改变液相成分。因此，烧结液相熔体是一个十分复杂的体系。在烧结温度下，烧结层也是一个固、液共存的体系。 烧结矿的固结基本上属液相固结型。液相存在对周

13、围的物料浸润、粘附和充填孔隙，使相互粘结。因此，液相熔体的性质对于烧结矿的固结和结构有重要影响。液相的粘度小和表面张力大，有助于液相的流动和相互粘结。粘结相的自身强度也同其表面张力成正比例，而粘结相同铁矿物之间的结合强度不仅随液相表面张力升高而增加，同时还随其间的润湿角减小(润湿性好)而增大。由于烧结矿中铁矿物碎化，若干粘结相矿物具有弱磁性以及不同矿物产生连晶体，故不能用机械方法分离出其中液相。用人工合成方法模拟烧结液相成分（Fe2O3-TiO2-MgO-Al2O3-CaO-SiO2多元系)结果表明，当碱度在(CaOSi02)11.6之间时，液相具有良好流动性。液相流动性好，可以获得结构均匀强

14、度好的烧结矿。 Ti02是表面活性物质，熔体中Ti02含量增加，其表面张力降低。研究表明碱度为(CaOSiO2)1.10、A120314、Mg05的熔渣，在1425时渣中Ti02从10增加30到时，表面张力从436dynecm下降到414dynecm。据资料介绍，CaOFe203、CaOSi02和FeOSi02表面表面张力分别为415、490和480dynecm，均高于钛渣的的表面张力，故Ti02粘结相的自身粘结强度是不高的。 用Al2O3作垫片，钛渣(Ti0210，A120311，Mg09，CaO/Si02为13，Fe203020)在其熔化温度下测定的润湿角345830，表明钛渣同A1203

15、之间闻的润湿角一般尚可。 提高钛渣碱度和MgO含量，可增加渣相表面张力。 由上述可见，为改善钒钛磁铁烧结矿的液相性能和烧结矿的强度，应适当高碱度，加入适量MgO和维持一定的氧势使液相中含有一定的Fe2O3等。 3冷却凝固 高温渡相熔体在冷却过程中产生结晶和凝固，钒钛烧结矿中的液相熔体的是一个成分复杂的多元体系目前尚无此类多元系相图可供研究。但是，其中FexO(Fe及Fe203)、CaO及TiO2之和接近90，故可用CaO-FexO-Ti02三元系相图研究其液相结晶过程。在冷却过程中，首先结晶出的是高熔点的钙钛矿，熔体中铁氧化物浓度提高，继之析出的是铁赤铁矿(如氧化性气氛强)和钛磁铁矿(如还原性

16、气氛强)。因为Si02不高，故硅酸钙析出较少，此后将是熔点较低的铁酸钙。由于Ti02，CaO及FexO的析出，因此残余液相Si02中含量升高，随后析出的将是低熔点的含有少量Ca、Fe、Mg、Al、Ti等成分的复杂硅酸盐矿物，来不及结晶的将以玻璃相出现。烧结矿的固结将由钛赤铁矿和钛磁铁矿的连晶、铁酸钙和低熔点硅酸盐液相粘结来实现。由于在高温的烧结层中并非全部都是液态熔体，而是液固共存体系，所以它的冷却结晶过程要比单一液态熔体的冷却结晶过程复杂多。如在12001300之间，熔融的铁酸钙可同尚处与固态的钛铁矿和钛铁晶石反应生成钙钛矿。 4钒钛磁铁矿烧结矿的成矿过程在过湿层，矿物的成分无变化。在干燥层

17、，钛磁铁矿中细小的网格状钛铁矿逐渐消失，硫化物开始分解，石灰石碎屑的边缘开始热裂，随温度升高到900，在预热层中烧结料小球周围的粘结层屑大部分已氧化成钛赤铁矿固溶体，矿屑间有晶桥连接。当温度升高到900左右，石灰石剧烈分解，CaO同钛赤铁矿反应生成铁酸钙。当进入高温燃烧层时，铁酸钙分解熔化，部分未熔固相分布在其中，形成液固共存的非均相体系。在烧结矿层中，由于冷却，从熔体中可析出钛磁铁矿、钛赤铁矿、钙钛矿、硅酸钙、铁酸钙以及属硅酸盐系的辉钛石和玻璃相。钛赤铁矿的连晶和铁酸钙及硅酸盐渣相的粘结为主要的固结形式。3.1.4钒钛烧结矿的性质及其影响因素1.单矿物的还原性和抗压强度 Fe203有最好的还

18、原性，其次是Fe3O4。钛铁矿和钛铁晶石在开始阶段还原性较CaO2Fe203差，但后期好于CaO2Fe203。铁酸钙的还原性随其中CaO的增加而降低，钛辉石和钛榴石等硅酸盐的还原性较差。对于钒钛烧结矿，虽然含铁品位低，但由于Si02低，形成难还原的硅酸盐相少，氧化度高，FeO低，故还原性不比普通烧结矿差，有时还比普通烧结矿好删。 Fe203和Fe304虽未熔化，但有收缩固结。Fe304由于再结晶良好，故强度好，而Fe203在1420焙烧时可发生分解反应，影响再结晶，故强度差。铁酸钙的强度随其中CaO量的升高有所下降，但CaO2 Fe203和CaOFe203的强度较高。所有硅酸盐矿物的强度也鞍高

19、。钛铁矿和钛铁晶石的强度较差，特别是钛铁矿。在1420通过固相反应合成的钙钛矿强度很差，硬而脆，强度较差，一触即溃。钒钛烧结矿中的主要矿物是钛赤铁矿，其次是钛磁铁矿和钙钛矿，而铁酸钙和硅酸盐相对较少，故其转鼓强度较普通烧结矿为低。可见，提高烧结矿碱度，采用低温氧化性烧结，可以抑制钙钛矿生成和发展铁酸钙，适当配加普通矿粉以发展硅酸盐液相，对于提高烧结矿强度有利。 钒钛烧结矿的转鼓强度较普通烧结矿低。其原因是：矿粉含Ti02高，加CaO后易于形成脆性的钙钛矿；含Si02低，可作粘结相的硅酸盐少；精矿含Ti02高，其熔化温度高，在一般烧结温度下液相少。 增加配碳量可使转鼓强度提高，但FeO增加和脱S

20、率降低。当配碳量超过一定配比时，转鼓强度反而下降。因为，增加配碳量有使液相增多改善转鼓强度的作用，但也有不利提高转鼓强度的影响。例如FeO升高，Fe203减少，铁酸钙减少，钙钛矿增多。在低碱度区，增加配碳量可以改善强度；而在高碱度区，增加配碳量则降低强度。由此可见，在生产高碱度烧结矿时，增加配碳量不一定能提高强度，困为这有助于钙钛矿形成。控制适当配碳量、发展铁酸钙和抑止钙钛矿对提高强度有利。 增加Ti02含量，有助于钙钛矿形成，故使转鼓强度降低。因此，在有条件的情况下配加适量普通矿则可降低Ti02含量，并可增加Si02量，从而可以改善强度。在全钒钛烧结的条件下，就不能配加普通矿，而需另寻其他改

21、善措施，如提高碱度和采用低温烧结，这可发展铁酸钙和减少钙钛矿的形成。2.钒钛烧结矿的还原性 钒钛烧结矿的还原性能一般比普通烧结矿好，因为钒钛烧结矿FeO含量低，氧化度高。在还原过程中,由于Fe203还原成Fe304时晶型转变，引起微裂纹，改善了气体的扩散条件。 一般增加TiO2含量，烧结矿中含铁量和含铁物质减少(如钛赤铁矿和铁酸钙等)，而脉石矿物增加(如钙钛矿和钛辉石)，增加了还原气体在矿石内部向铁矿物扩散的阻力，所以还原性变差。 钒钛烧结矿也随其碱度升高，铁酸钙增加，还原性改善，同普通烧结矿相似。3.高温冶金性能 钒钛烧结矿的高温冶金性能一般比普通烧结矿好，因为其中含有高熔点矿物。随含量增加

22、，渣相熔点升高，烧结矿的软熔温度提高。因此高温还原性能有所改善。提高碱度，软熔温度也有改善，因为高熔点钙钛矿增加，高温还原性也有改善，同时还可以抑制炉内高温区的Si、Ti还原。由于钙钛矿增加和渣相熔点升高，故滴落后的残渣率增加。所以，提高烧结矿碱度，不仅有利于提高强度和利用系数，而且也可以改善高炉冶炼过程。因此，发展双碱度和炉料结构对我厂是有益的。 随配碳量增加，FeO增高，软化熔滴温度降低，高温还原性能变差，但可抑制还原Si、Ti，残渣率和渣中TiC减少，因此烧结矿中应控制合适的FeO含量旧。此外，适当增加烧结矿中MgO的含量，也可以改善高温冶金性能和抑制在高温区熔滴带的还原。4.低温还原粉

23、化 钒钛烧结矿的低温还原粉化率(RDI)比普通烧结矿高得多。钒钛烧结矿低温还原粉化率高的原因为；钒钛烧结矿中含有大量钛赤铁矿(40)，其中约50呈骸晶状菱形赤铁矿存在，还有部分钛赤铁矿以网格状占据与钛铁矿的位置上。它们再还原成磁铁矿时，由于晶型转变而引起膨胀粉化。实验表明，钒钛烧结矿还原粉化主要发生在还原度小于11的区域，即Fe203还原成Fe3O4阶段；钒钛烧结矿中SiO2含量低，硅酸盐渣粘结相少，而且由于Ti02含量高，存在大量不起粘结作用的钙钛矿，它本身的脆性妨碍钛赤铁矿和钛磁铁矿间的连晶作用。因此烧结矿本身强度差，抵抗膨胀粉化的能力降低；钒钛烧结矿中矿物的多样性和不同的热膨胀性引起的内应力比普通矿大，在低温还原阶段(500)会导致大量微裂纹的形成，从而为在更高温度范围内形成粗大裂纹和碎化程度的加剧提供了有利条件。 虽然我厂钒钛烧结矿的低温还原粉化率很高，但根据我厂高炉长期冶炼的实践表明，高炉上部块状带的透气性并未园粉化率很高而成为限制冶炼强化的环节。可见，钒钛烧结矿虽然还原粉化率高，但粉末却不多，因此对高炉上部透气性不会造成太大影响。