論鐵礦石_燒結(jié)礦_球團(tuán)礦_軟化_熔化_滴落測試方法和基本參數(shù)的選擇

1、.1989.白幾第l期燒結(jié)球團(tuán)論鐵礦石(燒結(jié)礦、球團(tuán)礦)一軟化、熔化、滴落測試方法和基本參數(shù)的選擇包頭鋼鐵公司鋼研所付式要本文討論了鐵礦石(燒結(jié)礦、球團(tuán)礦)的高退性能(軟熔、滴落)的側(cè)試方法和從本參數(shù)的選擇。高爐冶煉的基本參數(shù)包括:還原氣氛、沮度、煤氣壓力與流速、煤氣成份、爐料負(fù)荷、礦石粒度、料層高度、試樣質(zhì)t(m)等作了較詳細(xì)的論述,同時簡單介紹一r國外各種測試裝置并為今后制定標(biāo)準(zhǔn)方法提出了初步設(shè)想。1高爐冶煉的基本技術(shù)參數(shù)高爐冶煉中最墓本的兒個技術(shù)參數(shù)是:l)還原氣氛;2)高2益(從200(二下2200);3)有較高的煤氣流速;4)爐料承受自身的負(fù)荷壓強;5)變化著的煤氣成分等。1) 還原

2、氣氛。一切高爐中的反應(yīng)都在還原氣氛中進(jìn)行。表1、表2的軟化,熔化溫度表明,在沒有還原的條件下,燒結(jié)礦的堿度越高,軟化和熔化溫度(收縮40%時的溫度可以近似地看作熔化開始溫度)就越低?？墒窃谶€原條件下,情況正好相反,燒結(jié)礦(Cao/510:在o1.8范圍時)的堿度越高,熔化溫度也越簡。表3是一組酸性球團(tuán)礦的熔化溫度的數(shù)據(jù)。也說明球團(tuán)礦的熔化溫度與還原狀況有關(guān)。一般來說,還原率越高,熔化溫度也越局。山此可見,比較準(zhǔn)確地說,軟熔滴落性能的測定是在荷重還原下的軟熔滴落性能的測定。2) 溫度分布曲線。大體上來說,高爐內(nèi)從縱向(軸向)來看是反S形曲線狀的溫度分布。通過高爐實測和高爐解剖資料的計算,得出基本

3、數(shù)據(jù)如表4。大體上,200900屬于上部熱交換區(qū),升溫速度約為2020/min;9001100屬熱呆滯區(qū),升溫速度很小,1100至1500左右是軟熔區(qū),升溫速度約為35C/min。3) 爐內(nèi)煤氣壓力與流速。高爐內(nèi)的煤氣壓力并不很大,不過是12個大氣壓,就燒結(jié)礦在級化氣氛中的荷,軟化1!表1燒結(jié)礦孩度Cao/510:軟化開始沮度,收縮40緯之沮度,107010401025130512801285970960915126012451225(燒結(jié)礦510:6.05.4%,A:033.04.1%)·4.2989年第1期燒結(jié)礦在還原條件下的熔化沮度表21100,90分鐘預(yù)還原1200,90分鐘

4、預(yù)還原C扭0510,還原度%熔化始熔化終CaO510:還原度%熔化始熔化終25。632。758。464。871。075。4121015300O。513。030。21210124014900。50。9131013201470144031。037。i12501470130012801390O曰,1尸沙八.二111350142038013501390148041。139。31420145015001520勺呂:.二,.腸(試樣在900下還原至富氏休,然后在CO/N:二30/70,流tz5NI/min在90分鐘內(nèi)在1100和1200下還旅,然后洲定烙化沮度)試驗條件與衰2相同的吐性球團(tuán)礦熔化沮度l表3

5、二次預(yù)還照還原度熔化開始沮度熔化終了沮度溫度,l才間,min%1260135010001280142013201370136014201350144013601430舟“舟“-nU八U,臼O八nU八“,d內(nèi)bl幾,五九J介b1100140014301360144Q1320132011101380137014201470148089一15253128120180nnUnU,臼00目J月七,幾111200高爐內(nèi)不同區(qū)城的升、降沮速度表4戶研究者溫度確定的條件oC/min斧勝也.玉G。ClixbylSeijiTagaehi5爐身上部升溫速度高爐軟熔帶升溫速度爐身上部升沮速度爐身下部升沮速度10203

6、527。02。8由解剖資料計算在最佳冶煉條件下(無軟熔帶)姚結(jié)球團(tuán)翻一-一一一一一5一一一-一一一一一C仇COCO,、l110090070050030010000.90.80.70.605口0.側(cè)對.U:側(cè)烈U02003728一2化工規(guī)格來看,是屬于低壓操作,對爐內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)影響不大。然而煤氣流速卻是一個很重要的參數(shù)。由表5可見,高爐料層中的實際標(biāo)態(tài)流速與高爐中的空器標(biāo)態(tài)流速在數(shù)量上很接近。這是由于表中數(shù)據(jù)均系假定氣流通道是垂直的直線型的,然而料層的實際流線長度通常是垂直直線長度的23倍。所以表中的數(shù)據(jù)雖然是實際流速,但數(shù)量上與空器流速是相近的,數(shù)值為:在爐身下部,標(biāo)態(tài)流速約為。.51.oNm

7、/“;在爐身上部約為1.5一2.ON:n/s。4) 煤氣成份。高爐爐腰外的煤氣約為co4o%,N260%,從爐喉逸出的煤氣中Co:和CO一般在16一20%和24%之間,隨具體冶煉條件不同而變動。圖1是根據(jù)兩個中型高爐的實測數(shù)據(jù)而繪制的。二旦五一Co,+co3吸、魂嘆、sn大1吸川,/.)圖1高爐煤氣與溫度(實測數(shù)據(jù))的關(guān)系高爐中的氣流速度(Nm/s)表5抽抽抽一石·111116爐艘平均流速速0。71。000爐爐爐爐喉平均流速速。01。333伯伯伯伯伯伯222227爐身上、中、下部!1.75,z一9,0.8222爐爐爐爐身上,·,、下部一一丁一川服、”一礦礦0。57,l。13

8、33爐瓜爐喉空器流速速0.88,1。5333曲線對比。由圖2可以看出,S、P高爐實測數(shù)據(jù)的CO亡o:+FeO+co比值在相同的溫度下都大于對應(yīng)的_.COco=re十CoZ平衡態(tài)下的co丁代。比植。其它幾條曲線是四個試驗裝置采用的曲線,基本上都在高爐實測線和平衡態(tài)線之間,但無論哪條曲線都與實測線有相當(dāng)大的差異。5) 爐料負(fù)荷。在高爐各個部位上,由于料柱自身的重量給出了對各部位的壓強,可是現(xiàn)在缺乏實測的數(shù)據(jù)。斧勝也(按2000m高爐軟熔帶承受壓為確定為1.2k引em(估算)。JohnH.seheel,按另一座高爐(估算)確定為2.o4kg/cm。我們的估算結(jié)果是,50。m高爐,有效高度Zsm,爐身

9、下部約一skg/em,爐身中部約o.skg/cm。因而取平均值0.5一1.0.6才,.!llllll賺賺_F寧o十c.O一:_了了FFFe一十C(戶:丫一一仁一刁刁刁刁刁刁聲聲書戶戶崔崔崔崔崔r(nóng)rr7777777_劍劍冬冬冬冬冬冬冬冬冬冬冬冬冬冬冬冬洲洲洲洲獷獷人日旅線一一lllllllllllllllllllllllllll一5.麟麟:爐實澳澳澳乙乙乙乙/歲歲歲1111111洲洲洲洲洲,.JJJJJJJJJ,.刁刁刁刁刁.口口IIIlll,1989年第l期說,一個球團(tuán)礦或一小塊礦石就可以作測定,即使試驗方法本身誤差很小,但是由于試樣的代表性很差,總的結(jié)果就不可靠了。可見必須有一定數(shù)量的試樣,

10、實踐指出,最少的數(shù)量以5009為宜,相當(dāng)于200個左右的粒子或球團(tuán)礦,只有這樣才能使試樣的代表性得到保證。枷洲800600400p側(cè)喊0.40.50.60.70.80.91口COCO+CO:田2高爐煤氣與溫度(對比數(shù)據(jù))的關(guān)系kg/em是適當(dāng)?shù)?。鐵礦石、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦的基本參數(shù)主要有平均粒度、試樣質(zhì)量(m).和料層高度等幾項。6) 礦石粒度。為了檢驗鐵礦石的品質(zhì).,粒度要能代表真實入爐情況是很重要的,球團(tuán)礦粒度一般小1012.5mm占絕大部分,燒結(jié)礦、塊礦入爐上下限為40一smm左右,平均粒度約為1520mm。但如果考慮還有低溫粉化的影響,則取平均粒度為1012.5mm也是比較切近實際情況的。

11、7) 料層高度。料層中有空隙率,這是重要的參數(shù)。高爐中的料層有40%左右的空隙率l1,在高爐外的球團(tuán)礦的堆存空隙率約為40%,塊礦約為45%,燒結(jié)礦約為50%。這兩方面基本接近。試驗中也應(yīng)有一定料層高度,太高則受料層高度上還原率差距和電爐恒溫區(qū)的制約,層次太少,例如4層以下,甚至只有一層,這樣就沒有模擬性了。8) 試樣質(zhì)量(m)。按試樣本身來2高爐模擬試驗和鐵礦石冶金性能試驗的區(qū)別鐵礦石在高爐冶煉中的物理化學(xué)反應(yīng),一方面受原料本身的基本參數(shù)(如鐵份、粒度、堿度、氣孔率、粘結(jié)相、含鐵礦物相等因素)所決定,另一方面又與高爐冶煉的基本參數(shù)(如氣壓、溫度、煤氣流速、煤氣成分等)有密切關(guān)系。研究鐵礦石的

12、冶煉模擬試驗既要保持針礦石的基本參數(shù)反映真實情況,又要力爭有與實際冶煉條件相接近,最好是完全相同的冶煉參數(shù),其趨勢是越要模擬高爐,試驗工作也就越復(fù)雜。例如日本鋼管公司福山研究所0、法國鋼鐵研究院(IRslD)首創(chuàng)的鮑里斯(Boris)試驗裝置以及岡本晃!等建立的鮑里斯?fàn)t和荷重還原軟化熔化裝置等都是這樣一類試驗裝置。類似.上述方法的試驗設(shè)備和消耗都比較龐大,供專門研究之用是很好的,但作為日常檢驗用就未免過于復(fù)雜了。另一方面,這種模擬參數(shù)變化,大多數(shù)方法還存在一個缺點,即整個試驗誤差的均方差等于所有參數(shù)之誤差的均方差的代數(shù)和,可見參變數(shù)精確度越低,參變數(shù)的數(shù)目越多,綜合試驗結(jié)果的誤差就越大。大型多

13、變量冶煉模型雖然模擬性較強,而試驗的重顯性也會隨之降低。特別是在高溫條件下,能達(dá)到雙試樣極差為10%都不容易,更不用說要求在5%以下的水平了。,該處質(zhì)t(m)和品質(zhì)分別指習(xí)椒稱呼的數(shù)t和質(zhì)t,以下同。燒結(jié)球團(tuán)對鐵礦石高溫冶金性能的測定來說,主要的目的是對各種塊礦、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦的基本性能作檢驗和鑒定。這時,應(yīng)該使試驗盡可能反映礦石本身的特性,還要盡可能地減弱冶煉條件參數(shù)帶進(jìn)去的試驗誤差。理想的情況是一切冶煉參數(shù)都穩(wěn)定不變,但這是辦不到的。高爐解剖結(jié)果指出,鐵礦石、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦_t要靠高溫還原。表6的數(shù)據(jù)證明了這一點。日本店煙1林高爐軟熔帶的礦石還原度(%)表6,塊層次仄域”、;礦,礦”團(tuán)礦7

14、9。81。:h00確b舟b.亡J6乙,.一b卜月了,.主,JGS(爐身中部):二勺.二,IJ,Gl.(爐身下部)B區(qū)(軟化區(qū))C區(qū)(靠近B區(qū)、塊礦試)D區(qū)(塊礦伏)D區(qū)(塊礦伏)12。336.6由圖3可以看到,莊燦1”高爐進(jìn)入軟熔帶以前,爐中心部位的還原度可達(dá)50%,爐墻附近只有一。一20%,中間部位可達(dá)30;石、平均進(jìn)入軟熔帶以前的還原度約20%左右。還原率<10102020一303050>50口口口以.l已rLee卜esrLes卜l卜Lr八U工勺nU.勺n.J.二,二,臼乃還原率,(1010一2020一3()30一5050一70口勿四留.圈3瓜燦1“高爐j五原率分布情況洞岡4#

15、高爐進(jìn)入軟熔帶以前,高爐中心部位的還原度可達(dá)20%,而邊沿較高可達(dá)4060%,平均約為30%左右(見圖4)。通過模擬打水試驗確定了高爐打水冷卻中引起鐵礦再氧化程度約為原來已達(dá)到的還原度的20一30%曰”,按這一數(shù)據(jù)校正圖4洞岡4件高爐還原率分布情況后的平均還原度約為25一37.5%(莊煙1”)、28.6一42.9(洞岡4“),即25一40%左右。西德曼內(nèi)斯曼鋼什公司的5“高爐是用氣態(tài)和液態(tài)NZ冷卻的,使用N:冷卻可以防止鐵礦的再氧化和破壞原有料層結(jié)構(gòu)。還原度的情況參見圖5。在進(jìn)入軟熔區(qū)以前,爐中心部與上述兩個日本高爐的校正后的還原度非常接近。這里就提出了一個問題,即鐵礦石在中溫區(qū)域的還原度并不

16、高,不過是25一切%。而鐵礦石、球團(tuán)礦在軟化時還原度卻已達(dá)到7080%,高堿度燒結(jié)礦也已達(dá)。8一一一-一.一一一一一1989年第I期到8090%,可見10001200的高溫還原占有重要地位。I81614121086420JJJlll門門門口口廠廠入入今今今今今今今今今口口口口口,rrr陣陣陣陣陣陣,引引引引婦婦口口口日日日日潔任勸勸現(xiàn)現(xiàn)日日l卜L、刁刁刁刁刁刁刁刁刁刁刁刁飛飛飛比擔(dān)擔(dān)擔(dān)擔(dān)L、f/尹尹卿卿習(xí)習(xí)習(xí)L11111111111111111111111111111111111111111)下,盛盛盛下下下下下下下下下仁仁百1再矛矛矛不不不不不不不不不不舊舊謬謬口口口口口口口口口口口幣幣廳廳

17、廳III”lll月斗瞬令于口時020406080100還原度,蕎日5受內(nèi)斯曼5號高爐還原率分布情況荷重還原下的軟熔滴落性能測定主要是由含鐵礦物的還原性能和脈石以及金屬鐵的熔點來決定。完全不考慮還原條件固然是搞不清軟熔性質(zhì)的,而人為地規(guī)定預(yù)還原度為60、65、70、90%等也是缺乏根據(jù)的。因為各種礦石的中、高沮還原性能不同正是引起荷重軟熔性能變化的重要因素和主導(dǎo)因素。要同時解決還原度和軟熔性能的測定就是這項側(cè)定工作方法的主要困難之一。除此以外,高爐條件、反應(yīng)管的密封也都是技術(shù)困難較多的地方。3國外各測試裝置簡介我們收集和分析了34種測試裝里和方法。由于篇幅所限,這些原始資料均已略去。它們大體上可

18、以分為六個類型,茲分別介紹其要點如下:類型工(包括2種裝置):這是最簡單的側(cè)荷重軟化的方法,但有兩個根本缺點。一是沒有還原過程,二是礦石破碎到1一3nUn,因此失去了代表性和高護(hù)冶煉的基本條件還原氣氛。類型n(包括3種裝置):是一種簡便靈巧的試驗裝置,可以供科研作對比試驗用,缺點就是礦石試樣太少.只使用一個球團(tuán)礦或一塊礦石、一塊燒結(jié)礦。顯然是缺乏代表性的。類型,(包括5種裝置):這種方法有兩個缺點,一是礦石破碎(還原后),二是礦石進(jìn)行定時或定量的預(yù)還原。預(yù)還原度本來是一個要探求的數(shù)量,預(yù)先規(guī)定它,除了為著研究還原度與軟熔性能的內(nèi)在關(guān)系以外就沒有實際意義。類型N(包括5種裝置):這個類型的方法和

19、類型l相似,但預(yù)還原后的礦石不進(jìn)行破碎。由于礦石是進(jìn)行定量預(yù)還原的,所以只能用于研究。以上四個類型或是不用還原氣氛,或是將礦石破碎至幾個毫米以下,或是人為規(guī)定預(yù)還原度,或是只使用一個礦石粒子作試樣等,都不符合檢驗鐵礦石在荷幣還原一l;的軟熔性能的基本要求,因而不可能采用它們作為標(biāo)準(zhǔn)方法。類型v(包括12種裝置):這個類型的不同裝置,在這34種方法中占12種,超過了總數(shù)的1/3,單純從數(shù)量上也可以石出這類裝置和方法有更多的優(yōu)越性。這類裝置的原料參數(shù)合乎實際情況,冶煉參數(shù)有模擬性,但也和還原粉化、還原膨脹的標(biāo)準(zhǔn)方法相同,采用簡化的模擬.力求冶煉參數(shù)帶入的誤差盡量地小,而突出對礦石性能的比較和鑒別。

20、類型VI(包括7種裝置):是比較全面地模擬高爐冶煉條件的方法,實質(zhì)上是一種冶煉模擬試驗方法。_七要作為研究設(shè)備。與然也可以作檢驗之用。4標(biāo)準(zhǔn)方法的初步設(shè)想對于開展這項工作,提出以下一些初步設(shè)想,希望能夠起一個拋磚引玉的作用。燒結(jié)球團(tuán)。9.下面我們先研究和選擇試驗所需要的琴本參數(shù)。1、鐵礦石、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦的試樣的粒度范r祠可以采用10一12.5mm和1504695,1504696,150遺607,xso72一5,Dp4698保持一致,而且有代表性。9) 柑渦內(nèi)直徑與上述五個標(biāo)準(zhǔn)比較取中75mm。取中1Zomm雖然更好一些,但設(shè)備太大?？紤]到中75mm/小10一12.5mm只有67,因此也不能再

21、降低琳偶內(nèi)徑的尺寸了。10) 料層高度取60mm,即有56層礦石粒子,相應(yīng)的試樣質(zhì)量(m)約為socg,這個數(shù)量既與上述五個標(biāo)準(zhǔn)保持一致,也保證了試樣應(yīng)有的代表性。11) 負(fù)荷,采用簡化模擬,取0.5或1.0kg/cm,而且傾向于用o.skg/cm,同時傾向于使用配重加壓的方法。為了壓塊不致太重,可以采用0.skg/em,因為0.5或1.0kg/cm對試驗沒有明顯的影響。12) 還原氣體壓力可維持585通7s45pa或75遵5一gso7pa。13) 還原氣體成分也采用通用的CO/NZ=30/70。雜質(zhì)上限亦規(guī)定為H,、HZo、Co:均應(yīng)小于0.2%(休積),o:應(yīng)小于0.1%(體積)。以上6個

22、參數(shù)一經(jīng)固定之后,煤氣流量和溫度曲線就是關(guān)鍵性參數(shù),也是調(diào)節(jié)因素。確定絕對的軟熔性能測定值是困難的,因此要找出一個“擬似的標(biāo)準(zhǔn)試樣”,根據(jù)高爐解剖的數(shù)據(jù),高堿度燒結(jié)礦(CaO/510:二1.51.7)在軟化以前可以達(dá)到8090%的還原度,在100oC以下的中溫區(qū)的還原度只占3040%。因此需要選一種還原性好的高堿度燒結(jié)礦(51025一6%、Cao/51021.5一1.7)作為試驗標(biāo)準(zhǔn)樣。設(shè)計不同的煤氣流量和升溫曲線,達(dá)到這種高堿度燒結(jié)礦在900以內(nèi)還原度為3040%,在1200以前還原度為8090%。因此對溫度曲線和煤氣流量的設(shè)想如下:14) 煤氣流量大于上述五個標(biāo)準(zhǔn),將采用3oN/min以上

23、。15) 升溫曲線采取三段變溫制度,即200一900這一段升溫速度為1。0/min,1200一1500為5.0/min,9001200主要是高溫還原,可根據(jù)預(yù)還原度指標(biāo)809釁石來確定這一段的時間和升溫速度。關(guān)于測定裝置應(yīng)給出的試驗結(jié)果,首先是料層收縮率(%)和料層氣流阻力(即壓力損失)。其次是通過Co、CO:自動分析儀確定還原度(%)。關(guān)于試驗指標(biāo),可以考慮料層收縮率10%為軟化開始溫度,收縮率50%為軟化終了溫度,壓力損失急劇上升的拐點為熔化開始溫度,料層收縮100%為熔化終了溫度。也可以將軟化終了和熔化開始溫度合成一個。此外,還有最大壓差時的溫度。今考文做一B.A.及。刀”eK”皿,(勺

24、.T.及.113B.By3.q.M。1984,12,P3Is言2KiiehiNaritaet.al.,Trans.ISIJ1079,9,P7663斧勝也,鐵巴鋼,1975,6,I,7774G.Clixby,Ironmakingandsteelma一king,1980,2,P68755seijiTogaehiU.s.W,(StahlundEise幾并981,18,P43516神原健二郎,(鐵乏鋼1976,5.P535“5467KarlFngelU.S.W,(StahlundEisen努1973,1,PI8幻斧勝也,“高護(hù)軟化熔融帶的反應(yīng)研究分,包俐科技處譯本9JohnH.geheel,Ironm

25、akingProeeed加95979,P164470,。山岡澤次郎等,鐵乏鋼,一980,10,P18501859fll刃本晃等.鐵色鋼,1986,10,P1529J53612:村泰人等,(鐵巴鋼.1976,5,P5475583佐佐木太郎等,鐵七匆,1976,S,P5805911難KarlFngel,U.S.W.,(StahlundE!,”1986,22,1823.10·燒結(jié)球團(tuán)1989·牟第l期寶鋼一粉礦混勻生產(chǎn)實踐上海寶山鋼鐵總廠生產(chǎn)部沮大威提要木文扼要介紹了寶鋼現(xiàn)代化大型混勻料場于1985年投產(chǎn)后的生產(chǎn)情況并對混勻物料抽送的幾個參數(shù)進(jìn)行了理論推算。實踐證明,寶鋼粉礦混勻技術(shù)設(shè)計合理、設(shè)備先進(jìn)、運行可靠、效果良好,能滿足現(xiàn)代化大型生產(chǎn)的要求。混勻作業(yè)部分指標(biāo)已達(dá)到或超過國際先進(jìn)水平。王前言鐵礦石混勻?qū)Ω郀t冶煉的作用人們早已有所認(rèn)識,但是作為一項新技術(shù)并得到普遍推廣卻還不到二十年。我國第一個現(xiàn)代化大型混勻料場于1985年在寶鋼建成投產(chǎn),到1987年底止已累計生產(chǎn)勻