碱度对高铬型钒钛矿烧结生产的影响-有色金属科学与工程

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1、碱度对高铭型斜钛矿烧结过程的影响张立恒李万礼岳宏瑞薛向欣 (东北大学 材料与冶金学院，辽宁 沈阳110819) 摘要：针对某钢铁厂高铭型钮钛烧结矿适宜碱度的确定问题，利用烧结杯试验，在新的配矿条件下分别对高铭型倒钛磁铁烧结矿的生产指标、烧结矿强度以及烧结矿荷重软熔性能在不同碱度下进行了研究。结果表明：随着高铭型倒钛烧结矿碱度由1.5增加到2.3,烧结成品率、抗磨指数下降，垂直烧结速度、利用系数、转鼓强度均有提高；烧结矿的还原粉化指数 RDI-0.5和RDI-3.15指标降低，而RDI+6.3提高；软熔带下移，软熔区间变窄，透气性提高，对 于高炉顺行有积极的意义。通过分析不同碱度下烧结矿的各项指

2、标，高铭型钮钛烧结矿碱度控制在1.92.0比较适宜。关键字：碱度；高铭型机钛磁铁矿；烧结Effect of Basicity in High Chromium Vanadium-Titanium Magnetite on Sintering Process Zhang Li-heng, Li Wan-li, Yue Hong-rui, Cheng Gong-jin, Liu Jian-xing, Xue Xiang-xin (School of Materials and Metallurgy, Northeastern University, Shenyang 100819, China )

3、 Abstract ： In order to explore the suitable basicity of high chromium vanadium-titanium magnetite in a factory, the influence of different basicity in high chromium vanadium-titanium magnetite on production index、sinter strength and the load softing property is studied by sintering pot test. The re

4、sults show that the sintering yield、abrasion index、RDI-0.5 and RDI-3.15 are decreased, while the vertical sintering speed、utilization coefficient、tumbler strength and RDI +6.3 are increased with the increasing of sintering basicity. These is positive significance for blast furnace own to the shiftin

5、g down of soft melting zone ,the turning narrow of soft melting and the permeability increasing. Analyzing all the indexing in the different basicity, the sinter basicity is more appropriate at 1.92.0.Key words : basicity; high chromium vanadium-titanium magnetite; sinter0前言引钛磁铁矿是一种复合矿产资源，在我国分布广泛，储量

6、丰富，储量和开采量居全国铁矿的第三位，已探明储量超过100亿t,远景储量达300亿t以上，主要分布在四川攀西（攀枝花-西昌）地区、河北承德地区等地区。引钛磁铁矿的特点为“贫、细、散、杂” ，按照含 有C2O3质量分数的高低，可以将其划分为普通引钛磁铁矿和高铭型引钛磁铁矿1-3。高铭型引钛磁铁矿的矿物组成比普通钮钛磁铁矿更复杂，原料特性更特殊。国内某钢铁企业利用地缘优势，积极拓展铁矿资源来源，每年从国外进口大量的高铭型引钛磁铁矿用于高炉生产， 不仅满足了对铁矿石原料的需求，而且开发出了高附加值的锐需产品，其成分和国内的红格矿区引钛磁铁矿相似4。碱度既影响烧结过程和烧结矿的产量及质量，又影响高炉冶

7、炼中的高炉炉料结构和升温还原过程，是烧结生产过程中最重要的控制参数之一59,国内外科研工作者已经对其做了大量的研究10-15,高铭型钮钛磁铁矿烧结过程适宜碱度的研究还未见报道。为此，本文在对高铭型倒钛磁铁矿烧结碱度进行了系统研究，探索了获得优质高铭型引钛磁铁矿的烧结碱 度，为高炉冶炼高铭型机钛磁铁矿提供理论依据和技术支撑，促进炼铁前工序强化冶炼和节能降耗。 基金项目：国家自然科学基金重大项目（51090380）作者简介：张立恒（ 1984-）,男，博士研究生，主要从事烧结工艺研究，E-mail ： zhangliheng198400 薛向欣（1954-）,男，博士生导师，主要从事冶金资源循环科

8、学研究，E-mail ： xuexx1实验方法及方案1.1实验条件实验的原料、燃料来源于生产现场，其化学成分列于表烧结杯试验是对某钢铁集团烧结厂的实际生产情况的模拟。案配料，将烧结废气温度开始下降时定为烧结终点。表1原料化学成分/%1,表 2。各次试验用料按试验设计方T FeSiO2CaOMgOAl 2O3TiO2V2O5PCr2O3高铭帆钛粉61.422.540.321.202.955.021.010.030.5111.54印度粉矿56.075.570.060.155.630.21/0.07/13.80自溶粉65.563.040.463.500.650.09/0.01/9.50冷返54.06

9、5.3710.392.722.451.780.330.06/槽返54.965.359.372.692.311.780.340.06/瓦斯灰33.287.265.651.984.551.320.250.08/弃渣30.6816.972.442.821.539.811.220.07/磁选粉21.2010.5837.899.494.341.251.601.10/白灰/2.5283.073.50/“/表2燃料成分/%项目MtAdVdafFcadSt.d白煤1010.497.6982.280.76焦粉11.314.21.483.540.671.2实验方案烧结原料主要为高铭型锂钛精矿粉、冷返、槽返、印度矿

10、粉、自溶粉、瓦斯灰、弃渣、磁选粉等。以烧结实际配矿方案为基础，考虑原料条件和高炉实际生产需要，试验研究阶段碱度变化范围为1.52.3,具体试验方案列于表 3。根据原料实际情况，固定碳含量，同等返矿条件，水分控制在 7.5%,使用白灰调节碱度。研究碱度变化对于烧结矿质量的影响规律。各种矿粉做到均匀分散，齐整可比。表3烧结所用铁矿化学成分/%编R高铭型 引钛粉冷返槽返印度矿粉自溶粉瓦斯灰弃渣磁选粉配碳量CaO/SiO214518108511.523.21.524518108511.523.21.634518108511.523.21.744518108511.523.21.854518108511

11、.523.21.964518108511.523.22.074518108511.523.22.184518108511.523.22.294518108511.523.22.32实验结果与分析2.1 碱度对高铭型钮钛烧结矿生产指标的影响碱度对高铭型烧结矿利用系数、垂直烧结速度、烧结成品率的影响结果如图1图3所示。从图1到图3可以看出，烧结矿碱度提高后，烧结利用系数略有升高，垂直烧结速度 增加，烧结成品率随碱度的提高呈下降趋势。提高碱度对烧结生产指标的改善是由于随烧结料中CaO含量增多，生产铁酸钙(CaO Fe2O3)等低熔点、强度高的粘结相增多，烧结料 层的透气性改善，烧结生产率提高。烧结矿

12、由于料层温度低，不易产生过熔，因而大块烧结矿减少，粒度组成均匀合理。随着烧结矿碱度的提高，也会带来一些负面影响，一方面烧结 矿品位会降低，这是因为配入了较多的溶剂，使得全铁品位降低； 另一方面硫含量升高，碱度升高，烧结料中 CaO含量高，其具有较强的吸硫能力，可以生产稳定的CaS,而且碳酸盐分解吸热，高碱度烧结料层高温区温度降低，烧结速度较快，高温时间短，对去S不利。因此碱度的增加会产生双方面的效果，并不是越高越好，而太低会对烧结利用系数和速度有限制，碱度控制在 1.92.0较为适宜。图1碱度对烧结利用系数的影响h2*ma数系用利图2碱度对垂直烧结速度的影响-pm用度速结烧直垂图3碱度对烧结成

13、品率的影响率品成2.2 碱度对烧结矿强度的影响经过转鼓试验测定，烧结矿碱度提高后，转鼓指数升高，抗磨指数降低，烧结矿的冷态机械强度提高，如图 4, 5所示。这是由于烧结矿碱度提高后，一方面烧结矿中产生了大量的铁酸钙液相，对周围物质的粘结能力加强；另一方面，碱度提高，烧结矿中的FeO和SiO2含量比较高，生成脉石的熔点降低，液相量增多，局部出现交织溶蚀结构，从而改善了 烧结矿冷态机械强度。数指鼓转数指磨耐图4碱度对烧结矿转鼓指数的影响图5碱度对烧结矿抗磨指数的影响由表4可知，烧结矿碱度提高，烧结矿的RDI-0.5和RDI-3.15指标明显降低，而 RDI+6.3指标则明显升高，改善了烧结矿还原粉

14、化性能，提高了高炉块状带的透气性。主要原因是烧结矿碱度提高后，铁酸钙含量增加，赤铁矿体积膨胀减小，而且增加了粘结相的数量，因此,适当提高烧结矿的碱度是增加烧结矿中粘结相数量的唯一有效方法。所以碱度在可控的情况下，应该适当的增加。表4低温还原粉化性能测定结果试验号碱度低温还原粉化率/%RDI +6.3RDI-3.15RDI -0.511.518.1750.2317.1121.618.1848.7716.1331.720.8547.6815.2541.821.4846.2714.3451.923.7845.7113.4762.025.0344.5912.4972.127.8843.7411.558

15、2.228.5942.8810.6292.330.2340.9410.612.3 碱度对高铭型烧结矿荷重软熔性能的影响试样粒度为1.52.5mm,荷重为1kg/cm2,料柱高度为40mm。荷重软熔试验装置示意 图见图6。由表5可知，随着碱度从1.5上升到2.3,高铭型钮钛精矿烧结料的熔化温度由1390c下降到1361 C,熔点比普通烧结矿高，主要是由于产生了钙铁橄榄石和铁酸钙等低熔点共 晶化合物。1-硅碳棒；2-电炉；3-土甘摒底座；4-试样；5-硅碳棒压杆；6-紧固螺丝；7-配重;8-百分表；9-钢棒压杆；10-支架；11-石墨塔蜗；12-热电偶；13-温控仪图6荷重软熔试验装置示意图表5不

16、同碱度烧结混合料软熔温度测定结果123456789碱度1.51.61.71.81.92.02.12.22.3初熔温度/C131813151309130412991295129212891286融化温度/C139013901386138013751374137013671361由表6可以看出，高铭型钮钛烧结矿的软化终了温度T40%在1200c以上，熔融终了温度Td也高于1500 C,均比普通烧结矿要高，可以表明，成渣带与软熔带位置较低，有利于 高炉顺行。碱度从1.5上升到2.3,烧结矿软化开始温度 0%上升，软熔区间变窄，开始软化温度 T10%同时由1092c上升到1136 C,软化区间T40%

17、-T10%由112c下降到101C,有利于高炉软 熔带的下移，减薄软熔带，改善料柱的透气性。熔滴性能的规律和软化性能的规律相似，提 高碱度之后，熔融开始温度 Ts不断上升，,落区间 Td-Ts逐渐变窄。高碱度烧结矿具有较高 的软化温度和熔融低落温度，在高炉操作中，对于减薄融化层与成渣带，提高透气性具有重要意义。表6不同碱度烧结矿软熔性能测定结果碱度T10%/cT40%/CT40%-T 10%/cTs/CTd/Td-Ts/C11.5109112031121202150830621.6109612071111207151030331.7110212111091211151130041.811081

18、2161081216151329751.9111412201071221151429462111612211051222151028872.1111912241051228150928182.2112212251031229150827992.311351237102123915212823结论1）随着高铭型倒钛磁铁矿烧结碱度由1.5增加到2.3,烧结成品率随碱度的提高呈下降趋势, 垂直烧结速度提高，烧结利用系数略有升高。2)随着碱度的上升，烧结矿转鼓强度提高，抗磨指数降低；烧结矿的还原粉化指数RDI-0.5和RDI-3.15指标降低，而 RDI+6.3提高。3)高铬型钒钛烧结矿的荷重软熔性能

19、随着碱度的提高，软熔带下移，软熔区间变窄，透气性提高，对于高炉顺行有积极的意义。4)综合考虑烧结矿碱度对烧结过程和烧结矿强度等因素的影响，高铬型钒钛烧结矿碱度适宜控制在 1.92.0 。参考文献：1 Akimoto S ， Katsura T. Magnetochemical study of the generalized titanomagnetic in volcanic rocksJ. Journal of Geomagnetism and geoelectricity ， 1959(10):69-90.2 Katsura T. Generalized titanomagnetic i

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