碱度对细粒级铁矿粉球团性能的影响

摘要：为了研究配加石灰石粉，球团矿碱度提高后其性能的变化，以细粒级铁矿粉为铁料开展了试验。结果表明，二元碱度（w（CaO）/w（SiO2））由基准期的0.2提高到0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4后，生球性能没有发生明显的变化，其适宜的预热温度保持不变，而其焙烧温度可降低20℃。随着碱度的提高，其焙烧球抗压强度呈升高趋势，当球团矿碱度为1.2时，达到最大值。冶金性能试验结果表明，随着碱度的提高，球团矿的还原度呈升高趋势，当碱度达到0.8时，还原膨胀率达到最大值。     

添加赤铁矿对碱性球团性能的影响

通过向碱度为1的球团矿中配加不同比例赤铁矿,探究赤铁矿的加入对碱性球团性能的影响。试验结果表明,随着赤铁矿的配比由0%提高到40%,生球落下强度提高、抗压强度变化不明显;焙烧球团矿的抗压强度下降,由未加赤铁矿的2 460 N/P降低到含40%赤铁矿的1 890 N/P;成品球内部孔隙率由25.84%下降到21.45%,平均孔径由2 184.7提高到3 937.9 nm;通过显微观察,发现赤铁矿再结晶比磁铁矿固相固结方式形成的晶体结构松散,晶体间的联结较弱;配加赤铁矿对碱性球团矿还原膨胀率起到明显改善作用,由30.45%降低到13.23%。综合来看,向碱度为1的球团矿中配加适量赤铁矿的技术是可行的。     

低硅含镁球团矿抗压强度及冶金性能

提高入炉原料品位降低硅含量,改善冶金性能是高炉精料的主要方向。研究了低硅球团矿的还原膨胀率及MgO对低硅球团矿抗压强度和冶金性能的影响。研究结果显示,低硅球团矿虽然具有品位高,脉石含量低等优点,但随着SiO2含量的降低球团矿还原膨胀率恶化,影响高炉冶炼。低硅球团配加含镁添加剂可以有效控制还原膨胀率,同时改善球团矿的还原度和熔滴性能。球团矿SiO2的质量分数低于2%时,还原膨胀率在60%以上;当MgO的质量分数提高到2.15%以上时,还原膨胀率能降到20%以下,但随着MgO含量的增加低硅球团矿抗压强度下降,需要提高焙烧温度,才能形成稳定的铁酸镁,改善抗压强度。MgO的质量分数为2.15%时,焙烧温度要提高到1 270℃,MgO的质量分数超过2.8%以上时,焙烧温度需要提高到1 300℃。     

碱度对细粒级铁矿粉球团性能的影响

为了研究配加石灰石粉,球团矿碱度提高后其性能的变化,以细粒级铁矿粉为铁料开展了试验。结果表明,二元碱度(w(CaO)/w(SiO_2))由基准期的0.2提高到0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4后,生球性能没有发生明显的变化,其适宜的预热温度保持不变,而其焙烧温度可降低20℃。随着碱度的提高,其焙烧球抗压强度呈升高趋势,当球团矿碱度为1.2时,达到最大值。冶金性能试验结果表明,随着碱度的提高,球团矿的还原度呈升高趋势,当碱度达到0.8时,还原膨胀率达到最大值。     

焙烧温度与球团矿强度和还原性的关系

针对首钢京唐504 m2带式焙烧机生产的球团矿抗压强度高,而还原性差的问题,通过研究不同焙烧温度下球团矿的抗压强度、还原度、还原膨胀率及其显微结构的变化,得出以下结论:随着焙烧温度从1 200℃提高到1 280℃,磁铁矿球团的抗压强度提高,而还原度明显降低,焙烧温度为1 230℃时,球团还原膨胀率最低。综合考虑,应在满足抗压强度的前提下,尽量降低焙烧温度,以改善球团矿的冶金性能。根据试验结果对带式机焙烧温度进行调整后,球团矿抗压强度控制在3 000 N/P左右,还原度提高到67.78%,还原膨胀率也控制在18%以下,取得了显著效果。     

链箅机-回转窑工艺生产碱性球团矿工业试验

摘要：在实验室研究的基础上,开展了链箅机-回转窑工艺生产碱性球团矿工业试验。结果表明,生产二元碱度（CaO/SiO2）为1.0左右的球团矿时,与酸性球团矿生产工艺相比,将预热段温度提高30℃左右,回转窑窑头温度降低10℃左右,链箅机的机速降低0.3m/min左右,成品球团矿的抗压强度可达到或稍高于酸性球团矿。碱性球团的还原膨胀率受球团矿抗压强度以及碱度影响较大,当球团矿抗压强度相当于（或大于）酸性球团矿,且碱度大于1.0时,其还原膨胀率才能低于或接近酸性球团矿。     

链箅机-回转窑工艺生产碱性球团矿工业试验

在实验室研究的基础上,开展了链箅机-回转窑工艺生产碱性球团矿工业试验。结果表明,生产二元碱度(CaO/SiO_2)为1.0左右的球团矿时,与酸性球团矿生产工艺相比,将预热段温度提高30℃左右,回转窑窑头温度降低10℃左右,链箅机的机速降低0.3 m/min左右,成品球团矿的抗压强度可达到或稍高于酸性球团矿。碱性球团的还原膨胀率受球团矿抗压强度以及碱度影响较大,当球团矿抗压强度相当于(或大于)酸性球团矿,且碱度大于1.0时,其还原膨胀率才能低于或接近酸性球团矿。     

碱性球团矿抗压强度及粒度对其还原膨胀率的影响

链箅机-回转窑工艺生产的不同粒度碱性球团矿性能研究表明，14～16 mm的大粒度球团矿的还原膨胀率明显低于8～12 mm的小粒度球团矿，且大粒度14～16 mm球团矿的抗压强度远高于小粒度球团矿。为研究球团矿粒度及抗压强度对球团矿还原膨胀率的影响，在实验室条件下，通过调整焙烧工艺参数，制备不同粒度、不同抗压强度的碱性球团矿，对其还原膨胀率进行测定。研究结果表明，碱性球团还原膨胀与抗压强度相关性较大，受球团粒度影响较小。     

不同碱度与配矿结构对球团矿性能的影响

根据攀钢资源状况,进行了烧结矿部分碱度向球团矿转移,采用不同配矿结构与提高球团碱度的试验研究.球团碱度为0.4,0.6,0.8,"钒钛精矿+普通精矿"与"全钒钛精矿"两种方案分别做平行试验.试验结果表明钒钛精矿+普通精矿,不用膨润土,用消石灰为添加剂能生产满意的碱性球团.为目前单一酸性球团的生产方式开辟了新途径,而全钒钛矿精矿只适合于添加膨润土生产酸性球团.试验表明碱度为0.4、0.6的碱性球团生球性能可满足焙烧要求,在优化焙烧制度下成品球抗压强度、还原膨胀指数、冶金性能良好,均能满足高炉冶炼需要.生产碱性球团为降低烧结矿碱度,改善炉料结构创造了条件.     

磁化水对改善球团矿冶金性能的效果

为改善球团矿的冶金性能，用磁化水对包钢全无氟精矿造球，在包钢１６２ｍ＾２带式焙烧机上进行了球团投笼焙烧试验。试验结果表明，在最佳试验条件下，与普通水造球相比，球团矿抗压强度及还原度分别提高４５．６％和２８．５％还原体积膨胀率降低２１．６％。     

低铁高硅赤铁精矿对氧化球团性能的影响

为合理利用国内低铁高硅铁精矿、降低球团生产成本,研究了低铁高硅赤铁精矿对生球、预热球和焙烧球团性能的影响。结果表明,典型的低铁高硅赤铁精矿A较磁铁精矿有更好的润磨性能。赤铁精矿A的亲水性较磁铁精矿强,在保持生球水分不变且赤铁精矿配比较高的条件下(>10%),生球水分不足,生球质量随着赤铁矿配比的提高而变差。随着赤铁精矿A的配比由0提高到50%,预热球强度由588降低到196 N/个,焙烧球团抗压强度由3 425降低到1 368 N/个,赤铁精矿A配比不宜高于30%,适当提高焙烧温度有利于球团抗压强度的提高。配加低铁高硅赤铁精矿A的球团还原膨胀性能和还原性能均有一定程度改善。     

含硼矿粉制备球团矿的特点及应用方法

为了研究含硼矿粉在球团矿中的应用,通过系列试验对含硼铁矿粉在制备球团矿中的特点及应用方法进行研究。研究表明,硼铁精粉的微观颗粒形貌适宜成球,生球性能指标较高。由于硼铁精粉在550～700 ℃之间发生吸热反应,预热球抗压强度随着含硼铁精粉配比增加而降低,因此在使用链篦机—回转窑工艺生产球团矿时,需适当提高预热温度及延长预热时间,以减少由于预热球强度低而进入回转窑后易碎导致的回转窑结圈问题。含硼球团矿抗压强度随硼铁精粉配比增加而降低,需要根据硼铁精粉配加量选择合适的焙烧制度,以保证球团矿质量。含硼球团矿具有较为优良的冶金性能。     

球团矿抗压强度对其冶金性能的影响

对一种细粒度磁铁精矿粉制备的生球团,通过调整其预热及焙烧工艺参数,生产出不同抗压强度的球团矿,并对其孔隙率以及还原度和还原膨胀率进行了测定。试验结果表明,随着球团矿抗压强度的提高,其孔隙率呈下降趋势,其900℃还原度也呈下降趋势,而还原膨胀率变化不大。对不同抗压强度球团矿的矿相进行了测定,结果表明,预热时间的延长,使球团初期的预热氧化过程更加完全,Fe2O3微晶键更好地发育和长大,而焙烧温度的升高,则可以促进后期Fe2O3的再结晶和长大,提高晶键互连程度,晶粒紧密连接成片,孔隙率下降,使焙烧球团具有较高的抗压强度,但结构致密,变得难以还原。     

含硼磁铁矿对超细粒级磁铁矿球团性能的影响

 超细粒级精矿球团化对中国贫矿资源应用有着特殊意义,但存在成球困难、生球质量差、成品球团强度低等问题,硼铁矿中硼和铁嵌布密切,应用难度大,然而其配加对提高球团性能有益。采用气体吸附法(BET法)测量比表面积并用扫描电镜(JSM6490)评价铁精矿粉和焙烧球团矿的微观结构,研究了添加含硼磁铁矿对超细精矿的成球性能、生球质量、预热焙烧强度的影响。结果表明,超细精矿中配加30%硼铁矿后,混合精矿成球性得到改善,达到中等成球性指标,生球落下强度从2.4 次/(0.5 m)升高到4.0 次/(0.5 m)、抗压强度从15.38 N/个增加到19.08 N/个、爆裂温度从340 ℃升高到410 ℃,优化配矿下可提高爆裂温度至460 ℃,球团的预热与焙烧时间缩短、温度降低,在预热时间与温度不变、焙烧时间相同、焙烧温度为1 175 ℃条件下,球团强度(与100%超细精矿相比)提高900 N/个左右,达到了3 500 N/个以上,在相同强度下,可降低焙烧温度近100 ℃。加入含硼磁铁矿可改善球团性能的原因为,含硼磁铁矿颗粒形貌复杂、碱性物质含量多、粒度粗,从而能有效帮助颗粒间嵌合,增加粉料分子水含量,改善成球性,提高生球强度与爆裂温度。MgO和B₂O₃会在球团内部生成低熔点液相,填充孔隙,促进焙烧温度降低,增强颗粒间网格状的均匀连结,提高焙烧球团的强度。     

优化球团原料的配矿

为了获得低成本、质量好的球团矿产品,以两种铁精矿粉（低铁高硅磁铁矿和高铁低硅磁铁矿）和一种膨润土为原料,以生球落下强度、抗压强度以及焙烧后成品球团抗压强度为评价指标,在相同造球工艺和膨润土加入量的条件下,研究两种质量不同的铁精矿混合配料造球对球团性能的影响。研究表明,随着低铁高硅矿配比的增加,生球落下强度、抗压强度以及焙烧后成品球团抗压强度均随之降低。通过优化配矿,当低铁高硅矿配比达40%时,生球的落下强度达到3次以上,抗压强度达20N以上,焙烧后抗压强度为3850N,完全满足生产要求。     

硫酸渣精矿的润磨造球实验研究

为了解决硫酸渣精矿成球性能和成品球质量差的问题,研究了配加膨润土润磨对硫酸渣精矿成球性能及球团矿质量指标的影响。结果表明,在膨润土配比为1.7%,混合料水分为15%,润磨时间6min,造球时间15 min,预热温度950℃,生球预热时间6 min,焙烧温度1 210℃,焙烧时间15 min的条件下,可获得抗压强度为3 650 N/个,RI为86.28%,RSI指数为8.16%的成品球团矿。采用润磨技术,有望改善硫酸渣精矿的成球性能及其球团矿质量指标。     

进口巴西矿的球团试验研究

以巴西镜铁矿为研究对象,进行了生球制备试验和预热焙烧小型试验。试验结果确定了生球制备试验的最佳参数和球团预热焙烧试验适宜的预热焙烧制度。生球制备试验的最佳参数:膨润土用量为2.1%,造球水分为8.5%(质量分数),造球时间为13 min,此时落下强度为5.0次/(0.5 m),生球抗压强度为11.26 N/个,爆裂温度为356℃,符合球团生产对生球质量的要求。球团预热焙烧试验适宜的预热焙烧制度:预热温度为900℃,预热时间为10 min,焙烧温度为1 200℃,焙烧时间为15 min,此时预热球强度能达到500 N/个以上,焙烧球强度能达到2 500 N/个以上,符合高炉对球团矿的质量要求。     

MgO添加方式对镁质球团矿的影响

 为了获得优质镁质球团矿,在添加0.7%新型复合黏结剂的条件下进行了MgO添加方式(菱镁石粉、轻烧镁粉)对造球过程、氧化焙烧及冶金性能影响的试验研究。结果表明,复合黏结剂改善了生球指标、提高了球团矿铁品位,球团矿中w(TFe+MgO)质量分数提高0.65%;当w(MgO)/w(SiO₂)为0.14～0.24时,球团矿添加菱镁石粉改善了生球落下强度、提高了球团矿还原性,MgO添加方式对抗压强度的影响很小,球团矿添加菱镁石粉、轻烧镁粉都降低了还原膨胀率,改善了低温还原粉化指标、熔滴性能。     

预热焙烧参数对超细粒度磁铁矿粉球团性能的影响

 国内某磁铁精矿粉粒度非常细,小于0.044mm的比例达到89%,对其制备的球团矿的预热焙烧性能进行试验研究,小型管式炉焙烧试验结果表明,预热焙烧温度太高或高温下预热焙烧时间过长,球团矿外层易形成硬壳,阻碍球团矿的进一步氧化,球团矿强度反而下降。矿相鉴定结果表明,预热焙烧球团矿的外层、中层、里层的氧化程度不同,整体来看,外层氧化速度快,氧化较好,而中层和里层氧化逐渐减弱,预热焙烧温度高或高温预热焙烧时间长是球团矿外层易形成硬壳的主要原因。因此,对于超细粒度磁铁矿粉球团矿,预热焙烧温度太高或高温下预热焙烧时间过长,反而不利于球团矿强度的提高。     

基于高炉炉料结构优化的源头减排技术及应用

 为了更进一步降低污染物排放总量,河钢集团在实现污染物超低排放的同时积极开展源头和过程硫硝减排技术研发。针对国内矿粉资源特点和球团、烧结过程污染物生成规律,以减少污染物生成总量为出发点,开发出适于高比例球团冶炼的低排放、低能耗熔剂性球团制备技术,阐明了熔剂性球团焙烧过程吸放热规律,克服了生球爆裂、回转窑结圈等技术难题,成功生产出SiO₂质量分数在4.5%以上,MgO质量分数为1.8%左右,二元碱度(R₂)为1.0左右的镁质熔剂性球团,并且具备长期连续生产的能力。开发了焙烧温度与球团矿质量调控、燃烧温度与硫硝生成控制技术,使得熔剂性球团抗压强度大于2 200 N/个,SO₂生成量比酸性球团降低了20%,比烧结矿产生的SO₂、NO_x分别降低75%、53%。研发了高比例球团高炉冶炼集成技术,高炉球团质量分数由20%增加到80%,燃料比降低11 kg/t,吨铁SO₂、NO_x分别减排50%、26%。提出了炼铁流程全生命周期节能减排定量分析方法和持续改进方向,成功实现污染物在源头和过程上的削减。已成功推广至河钢集团2 000 m3级、3 000 m3级高炉和河钢乐亭沿海基地3 000 m3级高炉在建项目上,为国内钢铁工业减少污染物排放总量开辟了新的方向。