高鐵低硅燒結(jié)礦固結(jié)機(jī)理研究

高鐵低硅燒結(jié)礦固結(jié)機(jī)理研究

sio是路橋爐渣的主要來源。每次sio質(zhì)量比增加1%，鐵屑減少3%，爐渣平均增加26.3%，焦比增加40kg。t，產(chǎn)量減少7.5%。因此入爐爐料的SiO2含量是影響高爐冶煉指標(biāo)的一個重要因素。燒結(jié)礦是高爐的主要爐料,20世紀(jì)80年代國外開始把注意力集中到降低燒結(jié)礦的SiO2含量,提高燒結(jié)礦的鐵品位研究上來。日本是最早研究低硅燒結(jié)的國家,20世紀(jì)80年代中后期,燒結(jié)礦的SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)已降到4.8%,90年代降到4.5%左右。芬蘭科維哈鋼鐵公司燒結(jié)礦的鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般都達(dá)到62%~62.5%,高爐渣比減少到200kg/t。我國各鋼鐵廠對高鐵低硅燒結(jié)技術(shù)日益重視,不少燒結(jié)廠都在盡可能提高燒結(jié)礦的鐵品位,如寶鋼、上鋼一廠、萊鋼、太鋼等燒結(jié)礦品位都達(dá)到了58%~59%,SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降到5%以下。本文在w(TFe)≥58%,w(SiO2)為4.5%的前提下研究了高鐵低硅燒結(jié)礦的固結(jié)機(jī)理及技術(shù)對策。1第三階段:鐵酸鈣+磁鐵礦+赤鐵礦燒結(jié)礦強(qiáng)度主要靠液相固結(jié),其液相量可達(dá)40%~50%。燒結(jié)固結(jié)機(jī)理發(fā)展可分為3個階段:第一階段為早期燒結(jié),即低鐵高硅低堿度燒結(jié)。為了保證燒結(jié)礦的強(qiáng)度,主要發(fā)展鈣鐵橄欖石和玻璃質(zhì)粘結(jié)相,為此采用高燃耗操作。燒結(jié)礦FeO高,但強(qiáng)度并不好,還原性差,低溫粉化性能好。第二階段為普通高堿度燒結(jié)。此階段為了改善燒結(jié)礦質(zhì)量,力爭發(fā)展鐵酸鈣粘結(jié)相。燒結(jié)礦的礦物組成以鐵酸鈣為主,鐵酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在35%以上,除此之外,還含有一定量的鈣鐵橄欖石和玻璃質(zhì)。燒結(jié)礦的物理強(qiáng)度提高,還原性能有較大的改善。第三階段為高鐵低硅燒結(jié)。筆者將高鐵低硅燒結(jié)的概念定為燒結(jié)礦的w(TFe)≥58%,w(SiO2)<5%。高鐵低硅燒結(jié)礦的固結(jié)機(jī)理仍然以鐵酸鈣液相固結(jié)為主,鈣鐵橄欖石和玻璃質(zhì)微量,對燒結(jié)礦的強(qiáng)度影響較小。鐵礦物再結(jié)晶的固相固結(jié)機(jī)理對高鐵低硅燒結(jié)的作用也是不容忽視的。筆者在大量的研究中發(fā)現(xiàn)高鐵低硅燒結(jié)礦中的鐵酸鈣遠(yuǎn)低于普通高堿度燒結(jié)礦,當(dāng)堿度為1.8~2.4時,大多燒結(jié)礦中的鐵酸鈣都不到30%,但燒結(jié)礦的強(qiáng)度并不低。從燒結(jié)礦的礦物組成看,鐵酸鈣+磁鐵礦+赤鐵礦總和一般占燒結(jié)礦中礦物組成的92%~95%,在電鏡下可觀察到為數(shù)不少的連成片的磁鐵礦和赤鐵礦再結(jié)晶。高鐵低硅燒結(jié)的固結(jié)機(jī)理不同于低鐵高硅低堿度和普通高堿度燒結(jié)固結(jié)機(jī)理。2固相固結(jié)的技術(shù)措施由于高鐵低硅燒結(jié)機(jī)理的改變,必須采用與之相適應(yīng)的一系列技術(shù)措施,除發(fā)展鐵酸鈣液相外還必須發(fā)展固相固結(jié),才能保證它具有好的產(chǎn)量、質(zhì)量指標(biāo)。2.1堿度對燒結(jié)礦的影響當(dāng)燒結(jié)礦中的SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降到5%以下時,高堿度燒結(jié)是高鐵低硅燒結(jié)的基本條件,也就是說高鐵低硅燒結(jié)必須是高堿度燒結(jié),而且堿度隨著SiO2降低有所升高。如寶鋼燒結(jié)礦堿度從初期(w(SiO2)高于6%)的1.55提高到目前的1.8(w(SiO2)5%以下)。萊鋼當(dāng)w(SiO2)為5.5%左右,堿度為1.8,w(SiO2)低于4.5%時,堿度提高到2.0,w(SiO2)降到4.0%時,堿度提高到2.2。圖1表示的是SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.5%時堿度對燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的影響。當(dāng)堿度從1.6提高到2.4,燒結(jié)礦的利用系數(shù)和轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度都隨著堿度提高而提高。當(dāng)堿度低于2.05時,實(shí)驗室的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度低于65%。堿度為2.4時,轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度最高。從微觀結(jié)構(gòu)上看,燒結(jié)礦中的針狀鐵酸鈣也是隨著堿度提高而增加,但當(dāng)堿度提高到2.5時,燒結(jié)礦中的針狀鐵酸鈣與堿度2.4時相比并沒有增加,而且出現(xiàn)了硅酸二鈣,燒結(jié)礦中出現(xiàn)裂紋。這說明當(dāng)堿度超過2.4時,由于CaO過多,形成硅酸二鈣,導(dǎo)致燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)受到破壞而強(qiáng)度變差。因此當(dāng)w(SiO2)降到4.5%時,較理想的堿度范圍應(yīng)該是2.0~2.4,這比過去一些資料中報導(dǎo)的低溫?zé)Y(jié)理想的堿度范圍1.8~2.0高。2.2料層高度對燒結(jié)效果的影響高料層對任何燒結(jié)工藝來說都是改善燒結(jié)礦質(zhì)量的重要措施之一,但對高鐵低硅燒結(jié)來說,由于固結(jié)機(jī)理的改變,高料層燒結(jié)更顯得重要,它可以保證固相固結(jié)需要的長的高溫保持時間。高料層燒結(jié)時,除了有利于鐵酸鈣的形成外,由于料層阻力增加,垂直燒結(jié)速度提高,高溫帶加寬,高溫保持時間延長,有利于鐵氧化物的固相擴(kuò)散再結(jié)晶和重結(jié)晶。同時冷卻速度降低,減少非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)玻璃質(zhì)的生成,使得燒結(jié)礦的微觀結(jié)構(gòu)更合理。圖2為料層高度對燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的影響。當(dāng)料層高度從600mm提高到700mm時,燒結(jié)礦的強(qiáng)度隨料層高度提高而增加。但當(dāng)料層提高到一定高度時,轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度的提高幅度減慢。對燒結(jié)利用系數(shù)來說,提高料層有2方面的影響:①由于提高料層,成品率提高,燒結(jié)利用系數(shù)提高;②提高料層,垂直燒結(jié)速度降低,燒結(jié)利用系數(shù)降低。圖2中當(dāng)料層從600mm提高到650mm時,燒結(jié)利用系數(shù)提高,料層從650mm提高到700mm時,燒結(jié)利用系數(shù)有所降低,從700mm提高到750mm時,燒結(jié)利用系數(shù)明顯降低。因此高鐵低硅燒結(jié)必須采用高料層燒結(jié),但不是料層越高越好,應(yīng)根據(jù)各廠的實(shí)際情況,如燒結(jié)礦產(chǎn)量、質(zhì)量要求及風(fēng)機(jī)能力等,采用合理的料層高度。高鐵低硅燒結(jié)必須是低碳燒結(jié)。高鐵低硅燒結(jié)主要靠復(fù)合鐵酸鈣(SFCA)和鐵氧化物的再結(jié)晶固結(jié),SFCA中不含F(xiàn)e2+,所以高鐵低硅燒結(jié)礦的強(qiáng)度與FeO含量是沒有關(guān)系的。另外高鐵低硅燒結(jié)時,SiO2少,提高配碳量增加的液相量是有限的,相反,配碳量的提高,反而抑制復(fù)合鐵酸鈣的生成,不利于提高燒結(jié)礦的強(qiáng)度。圖3為焦粉用量對燒結(jié)產(chǎn)質(zhì)量的影響。從圖3得出,焦粉用量為5.3%時,燒結(jié)礦強(qiáng)度最好,繼續(xù)提高焦粉用量,雖然利用系數(shù)稍有所增加,但轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度大幅度降低,此時燒結(jié)礦表面看來很好,但質(zhì)脆。2.3生石灰對燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的影響采用生石灰是目前我國強(qiáng)化燒結(jié)生產(chǎn)的普遍措施之一,從圖4可知當(dāng)生石灰的用量達(dá)到3%,燒結(jié)礦的產(chǎn)質(zhì)量明顯改善;用量超過3%后,燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的提高趨于平緩。但研究結(jié)果表明,生石灰的質(zhì)量好壞對燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量影響明顯。生石灰中CaO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為84%,活性度為200與CaO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為73%,活性度為145的生石灰相比,在用量相同的條件下,燒結(jié)的利用系數(shù)可提高0.20~0.25t/(m2·h),轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度可高2%~3%。因此對高鐵低硅燒結(jié)而言,應(yīng)優(yōu)先采用優(yōu)質(zhì)生石灰,保證符合鐵酸鈣生成。2.4有利于燒結(jié)材料的生成,提高燒結(jié)質(zhì)量和強(qiáng)度生產(chǎn)實(shí)踐證明配加白云石能改善燒結(jié)礦低溫粉化性能和轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度,因此我國燒結(jié)生產(chǎn)中幾乎都配加白云石。這是因為高硅低鐵高溫?zé)Y(jié),確實(shí)使燒結(jié)礦的強(qiáng)度有所改善。添加白云石可以減少玻璃質(zhì)生成,有利于提高燒結(jié)礦強(qiáng)度。但對于高鐵低硅燒結(jié)來說,白云石中的MgO對燒結(jié)礦強(qiáng)度是不利的,因為MgO的存在,將會生成鎂橄欖石(熔點(diǎn)1890℃)、鈣鎂橄欖石(熔點(diǎn)1454℃)、鎂薔薇輝石(熔點(diǎn)1570℃)、鎂黃長石(熔點(diǎn)1454℃)等高熔點(diǎn)礦物。而高鐵低硅燒結(jié)應(yīng)該采用低碳操作,有利于鐵酸鈣的生成,況且上述礦物的形成都要消耗燒結(jié)料中的SiO2,使得燒結(jié)液相量進(jìn)一步減少,SiO2是SFCA中的一種組分,大量高熔點(diǎn)的含硅礦物的形成,對SFCA的生成也是不利的。一般來說,高硅高鎂,低硅低鎂燒結(jié)有利于燒結(jié)礦強(qiáng)度的提高。另外,燒結(jié)礦強(qiáng)度取決于燒結(jié)礦的礦物組成和結(jié)構(gòu),燒結(jié)礦的成礦作用主要發(fā)生在冷卻階段。與燒結(jié)過程中形成的熔體粘度有關(guān),SFCA的含量隨熔體粘度下降而減少,粘度小,其固化率也高,SFCA來不及結(jié)晶析出,熔體凝固。反之,熔融物很粘稠,固化緩慢,有利于SFCA形成。燒結(jié)熔體可以看作一種硅酸鹽熔融體,其中硅酸鹽網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對礦物的形成起著重要的作用。MgO是抑制網(wǎng)狀物形成的,不利于SFCA的形成。因此適當(dāng)降低MgO含量有利于SFCA的形成,有利于燒結(jié)礦強(qiáng)度。燒結(jié)礦中存在少量的Al2O3對復(fù)合鐵酸鈣形成有利。Al2O3本身也是SFCA的一種組分,并且是一種網(wǎng)狀形成物,粘度大,有利于SFCA的形成。研究發(fā)現(xiàn)Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%以內(nèi),SFCA含量幾乎與Al2O3含量成線性關(guān)系增長,過高的Al2O3含量,由于溫度也升高,SFCA結(jié)構(gòu)破壞,生成次生赤鐵礦和玻璃質(zhì),使燒結(jié)礦的粉化增加。因此燒結(jié)礦中的Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最好控制在2%以內(nèi)。2.5燒結(jié)礦中sio由于燒結(jié)礦中的SiO2含量低,混勻礦中的SiO2的波動對燒結(jié)產(chǎn)質(zhì)量的影響很大。圖5為堿度為1.8時,燒結(jié)礦中的SiO2含量對其產(chǎn)質(zhì)量的影響。從圖中可知,堿度為1.8,時,SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從4.5%降到4.0%,利用系數(shù)由1.592t/(m2·h)降到1.283t/(m2·h),降低了19.41%。轉(zhuǎn)鼓指數(shù)由65%降到62%,降低了3個百分點(diǎn)。不管燒結(jié)礦的生產(chǎn)率還是強(qiáng)度的降低幅度都很大。燒結(jié)礦中的SiO2含量越低,對燒結(jié)產(chǎn)質(zhì)量的影響越大。燒結(jié)生產(chǎn)中必須保證混勻料的SiO2含量穩(wěn)定,建立現(xiàn)代化原料場,強(qiáng)化原料混勻工作。3高鐵低硅燒結(jié)的固結(jié)作用(1)高鐵低硅燒結(jié)礦的礦物組成主要是鐵酸鈣、磁鐵礦和赤鐵礦,它們的總和為92%~95%。鈣鐵橄欖石和玻璃體微量。高鐵低硅燒結(jié)礦的固結(jié)機(jī)理以鐵酸鈣液相固結(jié)為主,但與普通高堿度燒結(jié)礦固結(jié)機(jī)理相比,液相較少,但鐵氧化物的再結(jié)晶和重結(jié)晶固相固結(jié)作用更大,鈣鐵橄欖石和玻璃質(zhì)對高鐵低硅燒結(jié)礦的固結(jié)作用影響較小。(2)高鐵低硅燒結(jié)必須有一系列的而不是單一的技術(shù)措施與之相適應(yīng),從而獲得高強(qiáng)度、高還原性的優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦。SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.5%時,理想的堿度范圍為2.0~2.4;高鐵低硅燒結(jié)必須采用高料層燒結(jié),但也不是越高越好,應(yīng)根據(jù)各廠的實(shí)際