承鋼釩鈦磁鐵精礦燒結工藝參數的正交試驗研究

1、第45卷第9期2010年9月鋼鐵Iron and SteelVol.45,No.9September 2010承鋼釩鈦磁鐵精礦燒結工藝參數的正交試驗研究王文山1,孫艷芹2,任剛2,李福民2,呂慶2(1.東北大學材料與冶金學院,遼寧沈陽110004;2.河北理工大學冶金與能源學院,河北唐山063009摘要:承鋼燒結生產目前主要以釩鈦磁鐵精礦為含鐵物料,但其成品燒結礦強度低、低溫還原粉化嚴重。針對這一問題,通過燒結杯試驗研究了燒結礦堿度、混合料燃料配比、燒結礦MgO 含量和混合料水分等工藝參數對燒結礦機械強度和低溫還原粉化的影響,得出了承鋼在當前原燃料條件下合理的燒結工藝參數為堿度2.6,燃料配比

2、4.5%,燒結礦中MgO 質量分數4.0%,混合料水分7.5%。為實際生產提供了理論依據。關鍵詞:釩鈦磁鐵精礦;燒結礦;工藝參數;正交試驗;冶金性能Study on Sintering Process P arameters OrthogonalT est of Chengsteel V 2Ti MagnetiteWAN G Wen 2shan 1,SUN Yan 2qin 2,REN Gang 2,L I Fu 2min 2,L Qing 2(1.School of Materials and Metallurgy ,Northeastern University ,Shenyang 110

3、004,Liaoning ,China ;2.College of Metallurgy and Energy ,Hebei Polytechnic University ,Tangshan 063009,Hebei ,China Abstract :Vanadium 2titanium magnetite is the main material for sintering production in Chengde Iron and Steel Co.,Ltd.However ,it is a serious problem for sinter with lower strength a

4、nd bad RDI.The effect of basicity (R ,f uel ratio ,MgO and water content on RDI and mechanical strength of sinter was investigated by sintering pot test.The reasonable process parameters are as follows ,R is about 2.6,f uel ratio is 4.5%,MgO content is 4.0%,and water content is 7.5%,which will provi

5、de theoretical basis for the actual production.K ey w ords :V 2Ti 2bearing magnetite concentrate ;sinter ;process parameter ;orthogonal test ;metallurgical property作者簡介:王文山(1964,男,高級工程師;E 2m ail :wangws.hbcd ;收稿日期:2009211205釩鈦磁鐵礦是重要礦產資源,它既是鐵礦的重要類型,又是釩鈦資源的主要載體,世界總儲量470多億t ,中國儲量170多億t 。承德市已探明釩鈦磁鐵礦資源總量

6、達78.25億t ,約占中國儲量的50%。目前承德地區(qū)釩鈦磁鐵精礦產量達到1500萬t/a ,承鋼使用量約為700萬t/a 。隨著承德鋼鐵有限公司鋼鐵產量逐年增加,2010年鋼鐵產量將達到800萬t/a ,這意味著對當地產的釩鈦磁鐵礦粉的需求量越來越大。釩鈦磁鐵精礦不易親水,導致其成球性差,燒結過程中料層的透氣性差,燒結礦產量低且成品率低。釩鈦磁鐵精礦燒結時形成的鈦赤鐵礦固溶體呈薄板狀,具有較高的氧化度,使燒結礦低溫還原粉化嚴重。此外,燒結礦中存在的鈣鈦礦導致燒結礦中液相少、強度差。因此,試驗根據承鋼現(xiàn)有的原燃料條件,研究了堿度、燃料配比、MgO 含量、水分等工藝因素對燒結礦質量的影響,其目的

7、是提高燒結礦的強度,改善燒結礦的低溫還原粉化。1試驗1.1試驗原料試驗所用原燃料由承德鋼鐵有限公司提供,其化學成分見表1。表1承鋼原料化學成分(質量分數T able 1The chemical compositions of sintering m aterial in Chengsteel%樣號名稱TFe FeO SiO 2CaO MgO Al 2O 3TiO 2V 2O 5燒損球團返礦56.7417.244.065.282.074.483.610.420.80第9期王文山等:承鋼釩鈦磁鐵精礦燒結工藝參數的正交試驗研究由表1可知,承鋼所用釩鈦磁鐵精礦主要包括黑山精粉和海砂。黑山精粉含鐵品位較

8、高,TiO2、Al2O3含量較高,V2O5含量最高,SiO2含量相對較低;海砂含鐵品位相對較低,TiO2、Al2O3含量與黑山精粉相近,V2O5含量較低。1.2試驗條件模擬承鋼燒結現(xiàn)場實際生產情況進行了燒結杯試驗。每次燒結試驗原料總量為100kg,按配比用電子秤稱量后,一混采用人工加水拌勻,混合料水分為6.5%8.0%,然后在<600mm×1000mm的小型圓筒混料機內進行二次混勻造球,時間控制為10min。采用錐形漏斗往燒結杯(<300mm×600mm內進行裝料(含鋪底料410kg,10 16mm。燒結料層厚度控制為600mm,風機風量為14.4m3/min,

9、燒結負壓控制為120kPa。采用石油液化氣進行燒結點火,點火溫度控制為1100,點火時間為1min,點火負壓控制為80kPa。當廢氣溫度達到最高并開始下降的瞬間定為燒結終點,繼續(xù)抽風冷卻,當廢棄溫度達到150時停風機并倒出燒結餅。取成品燒結礦,按照國家標準(G B80291987進行轉鼓試驗;按國家標準(G B/ T132411991進行低溫還原粉化性能檢測等。1.3試驗方案本試驗使用的配比為黑山精粉14%,海砂5%,普通精粉30%,含釩精粉27.5%,機燒返礦20%,球團返礦3.5%。采用正交試驗設計來確定合適的燒結工藝參數。分別選取燒結礦堿度、混合料燃料配比、燒結礦MgO含量、混合料水分4

10、個因素,各個因素又分為4個水平,按4因素4水平的16(44正交試驗安排表進行試驗,用極差分析法和對應的效應曲線圖對試驗結果進行分析1。試驗因數與水平的設定如表2所示。表2試驗因數與水平的設定T able2The setting parameters of experiment因素水平燒結礦堿度 1.70 2.00 2.30 2.60混合料燃料配比/% 4.00 4.50 5.00 5.50試驗結果如表3所示。表3試驗極差分析T able3R ange analysis of experiment項目因素R燃料/%MgO/%水分/%轉鼓強度T/%RDI+3.15/%影響轉鼓的最佳工藝參數組合:

11、(1.70;(4.50%;(4.00%;(7.50%(7.50%91鋼鐵第45卷從表3的轉鼓強度T 極差與RDI +3.15極差上分析,堿度R 兩次都出現(xiàn)為1.7時為最佳值,水分為7.5%時為最佳值,混合料中燃料用量和燒結礦MgO 含量兩次出現(xiàn)的最佳值不同。具體分析使用對應的效應曲線圖。2.1堿度對釩鈦燒結礦質量的影響 礦的低溫還原粉化十分有利。CaO 與TiO 2結合生成鈣鈦礦的能力比CaO 與Fe 2O 3結合生成鐵酸鈣的能力要強很多,所以,隨著堿度的提高,鈣鈦礦的含量增加,當TiO 2完全生成鈣鈦礦后,隨著堿度的提高,鐵酸鈣含量升高,釩鈦燒結礦的強度與低溫還原粉化均得到改善?？紤]到燒結過

12、程中燒結速度、成品率等均隨著堿度的升高有所改善,隨堿度升高,混合石灰粉配比增加,混合料的成球性能得到改善,提高燒結料的透氣性,從而提高燒結礦的產量和質量。堿度提高后,燒結礦中鐵酸鈣的含量明顯增加,鈦赤鐵礦含量降低,減少了赤鐵礦還原到磁鐵礦產生的體積膨脹1。同時,高堿度燒結礦的固結形式以鐵酸鈣和鈦磁鐵礦連晶為主,硅酸鹽渣相為輔。燒結礦呈大孔厚壁致密結構,強度好。綜合分析知,堿度為2.6時燒結礦的機械強度和低溫還原粉化效果都最佳。 圖1堿度對應T 、R DI +3.15的效應曲線圖Fig.1R elationship betw een tumbler index ,R DI +3.15and R2

13、.2燃料配比對釩鈦燒結礦質量的影響圖2為焦粉含量對燒結礦轉鼓強度T 、RDI +3.15影響的效應曲線。釩鈦磁鐵精礦燒結時,對燃料的用量十分敏感,它直接影響著燒結礦的質量。其主要原因是釩鈦磁鐵精礦中SiO 2含量低,燒結時生成的硅酸鹽礦物少,耗熱少;釩鈦磁鐵精礦中FeO 含量高,燒結時大量被氧化而放熱。含鈦燒結礦礦物組成隨燃料用量的增減而變化,當燃料用量偏低時,燒結礦中鈦赤鐵礦含量高而玻璃質含量少,粘結相不足,燒結礦強度差。隨著燃料增加,還原氣氛增強,燒結溫度升高,燒結礦中鈦磁鐵礦和浮氏體明顯增加,硅酸鹽粘結相和鐵酸鈣增加,但鈦赤鐵礦大量減少,減弱了鈦赤鐵礦連晶作用。當燃料超過一定量時,燒結礦

14、中鈦赤鐵礦進一步降低,鐵酸鈣含量也低,而鈣鐵礦含量顯著增加。此時硅酸鹽相沒什么變化。因此,提高碳含量對提高含鈦燒結礦強度并不利。根據上述分析結合圖2可知,兼顧燒結礦的強度和低溫還原粉化,燃料配比為4.5%較為適宜。圖2焦粉含量對應T 、R DI +3.15的效應曲線圖Fig.2R elationship betw een tumbler index ,R DI +3.15and content of coke f ines2.3MgO 含量對釩鈦燒結礦質量的影響MgO 含量對燒結礦轉鼓強度T 、RDI +3.15影響的效應曲線如圖3所示。由圖可知,隨著燒結礦中MgO 含量(質量分數的升高,燒結

15、礦RDI +3.15指標先是小幅降低然后大幅升高,而RDI +6.3指標升高,燒結礦的低溫還原粉化性能得到一定程度的改善。燒結礦中MgO 含量升高后,燒結礦中硅酸二鈣含量的降低和硅酸二鈣的相變受到抑制都會改善燒結礦的低溫還原粉化性能。此外,較高的鈣鎂橄欖石含量也能抑制燒結礦在還原過程中的體積膨脹,從而改善其低溫還原粉化性能。02第9期王文山等:承鋼釩鈦磁鐵精礦燒結工藝參數的正交試驗研究 圖3MgO 含量對應T 、R DI +3.15的效應曲線圖Fig.3R elationship betw een tumbler index ,R DI +3.15and content of MgO爐渣MgO

16、 含量是影響爐渣冶金性能的一個十分重要的因素,從承鋼高爐冶煉的實際狀況出發(fā),適當提高燒結礦中MgO 含量對于改善高爐冶煉過程十分有利。雖然燒結礦MgO 含量的提高會對燒結礦的質量和產量造成一定的負面影響,但釩鈦磁鐵精礦燒結礦提高的主要措施是改善其低溫還原粉化性能,因此認為燒結礦MgO 質量分數選取4%為宜4。2.4混合料水分對釩鈦燒結礦質量的影響混合料水分對燒結礦轉鼓強度T 、RDI +3.15影響的效應曲線如圖4所示。由圖可知,混合料水分質量分數為7.5%時,燒結礦的機械強度和低溫還原粉化性能都有所改善?；旌狭系某汕蛐圆坏c原料的粒度有關,而且與每個粒級的比例、顆粒表面的光滑程度均有關。含釩

17、鈦鐵礦粉比較堅硬,表面較光滑,不親水,成球性能差,因此混合料的水分不應過大。水分在燒結的過程中可以起到傳遞熱量的作用,但是水分太大使過濕層增厚,會導致焦粉用量偏大,燒結礦FeO 含量增大,且生產中易出現(xiàn)粘蓖條的現(xiàn)象,導致作業(yè)率的降低。此外,水分過大還會對燒結礦的成分及結構產生影響,造成惡性循環(huán),從而影響燒結礦的產量和質量。圖4水分對應T 、R DI +3.15的效應曲線圖Fig.4R elationship betw een tumbler index ,R DI +3.15and w ater content3結論1釩鈦磁鐵燒結礦的機械強度低,低溫粉化嚴重,主要是由于釩鈦磁鐵精礦燒結時形成的鈦赤鐵礦固溶體呈薄板狀,具有較高的氧化度,從而降低燒結礦質量。2在承鋼現(xiàn)有工藝條件下,較適宜的燒結工藝參數為