包钢高镁低硅含氟熔剂性球团矿的开发与应用研究

项目简介：本项目属于钢铁行业炼铁技术领域。本项目通过基础理论及试验研究,取得了在包钢球团工艺配加90%白云鄂博铁精矿生产还原膨胀率控制在20%以内的熔剂性球团矿的技术成果。项目提出生产高镁低硅含氟熔剂性球团矿是实现大幅提高白云鄂博铁精矿在球团工艺配比的最佳技术路线,并提出工业生产熔剂性球团矿的优化配料方案及高炉冶炼熔剂性球团的合理炉料结构。在年产120万t、240万t链篦机 回转窑工艺进行了高镁低硅含氟熔剂性球团矿的生产工业实践,在2 200 m/3高炉进行了配加37%熔剂性球团矿冶炼的工业实践,提高了白云鄂博矿的资源利用价值,为大高炉冶炼含镁熔剂性球团矿提供了宝贵经验,促进了炼铁的绿色化生产,经济和社会效益显著。     

不同巴润精矿配比球团矿的还原膨胀试验研究

对不同巴润精矿配比球团矿的还原膨胀进行了试验研究,结果表明,球团矿的还原膨胀率与巴润精矿的配比呈显著的正相关。球团生产配加巴润精矿时,其配比应控制在30%以内。巴润精矿球团矿的还原膨胀率高主要是由于巴润精矿中含有较高的挥发组分所致,挥发组分还原膨胀的观点,可以圆满地解释白云鄂博铁精矿引起的球团矿的恶性膨胀,是对球团矿还原膨胀理论的完善和创新。     

碱度对白云鄂博铁精矿压团矿抗压强度的影响

发展熔剂球团矿是当前炼铁原料工艺技术发展的方向和热点之一,球团矿的碱度不同,其理化性质及冶金性能也不同。通过分析不同碱度的白云鄂博铁精矿压团矿矿相结构的变化规律,探究碱度对白云鄂博铁精矿压团矿抗压强度的影响规律。结果表明,随着碱度的升高,压团矿的抗压强度先增加后降低,液相量的增加使得孔隙率降低,压团强度升高,但过多的液相会破坏赤铁矿的整体性结构,渣相强度低于赤铁矿强度,压团的强度逐渐降低。     

高镁碱性球团矿冶金性能试验研究

为了优化唐山建龙高炉炉料结构和改善镁质酸性球团矿质量,运用Fact Sage热力学模拟软件探索了球团焙烧过程中液相量的变化规律,同时采用本地磁铁矿为原料,通过配加镁基、钙基熔剂,研究了MgO含量及碱度对高镁碱性球团矿冶金性能的影响规律。结果表明:固定MgO含量为1.0时,随着碱度提高,球团中铁酸钙生成量增多,同时铁酸钙占总液相量的比例增加;荷重软化初始温度升高,软化区间先变窄后变宽;低温还原粉化及还原性呈先上升后降低的趋势,并在碱度为1.0时达到最佳。固定碱度为1.0时,随着MgO含量增加,铁酸钙生成量减少,其所占总液相量的比例也降低;软化初始温度升高,软化区间先变窄后变宽;低温还原粉化及还原性能得到改善。总体而言,碱度控制在1.0且MgO含量为1.0%时,高镁碱性球团矿的冶金性能最优。     

蛇纹石酸性球团矿冶金性能的研究

蛇纹石球团矿是一种含镁的酸性球团矿。这种酸性球团矿由于经过适当的焙烧处理后生成稳定的铁酸镁等含镁矿物,使球团矿在各种还原温度下的膨胀率和抗压强度等指标均得到了显著的改善,其软熔温度和软熔区间也和烧结矿相接近。因此,用蛇纹石酸性球团矿和高碱度烧结矿构成综合炉料,不但可以使高炉的冶炼指标得到改善,而且还可以使烧结厂在各自最理想的烧结碱度下组织生产,而不致被动地受制于高炉冶炼所用碱度的限制。     

白云鄂博铁球团矿异常还原膨胀的机理

通过对比白云鄂博铁矿、精矿及还原前后球团矿的显微结构,对白云鄂博球团矿异常还原膨胀的机理进行研究。研究结果表明,球团矿气孔中挥发分的爆发扩大了基体裂块间的孔隙,加快了还原气体的扩散,增加了反应面积,使还原速度加快,从而导致了球团矿恶性膨胀。白云鄂博球团矿的“挥发分膨胀理论”是一种全新的理论,对抑制白云鄂博球团矿的恶性膨胀具有重要指导意义。     

鞍钢炉料冶金性能动态热模拟试验研究

按球团矿在鞍钢2 580 m3高炉内不同高度位置的温度条件、气氛及停留时间,在实验室动态模拟了炉料在高炉内的升温还原变化过程。通过球团升温还原膨胀试验、不同温度下恒温还原试验和900℃标准检测结果对比分析,得出了在高炉条件下的还原膨胀率低于检验标准的900℃膨胀率;鞍钢球团矿还原膨胀在正常范围内,但对弓一球团还原膨胀也应引起重视。鞍钢高炉使用酸性球团矿的配比在20%~30%时,熔滴性能相差不大。高炉使用球团矿比例由25%提高到30%后,炉况波动的主要原因不在于球团矿比例增加。通过生产一定镁或钙含量的球团均可降低球团矿还原膨胀及改善熔滴性能,从而可提高球团矿使用比例。     

鞍钢炉料冶金性能态热模拟试验研究

 按球团矿在鞍钢2580m3高炉内不同高度位置的温度条件、气氛及停留时间,在实验室动态模拟了炉料在高炉内的升温还原变化过程。通过球团升温还原膨胀试验、不同温度下恒温还原试验和900℃标准检测结果对比分析,得出了在高炉条件下的还原膨胀率低于检验标准的900℃膨胀率;鞍钢球团矿还原膨胀在正常范围内,但对弓一球团还原膨胀也应引起重视。鞍钢高炉使用酸性球团矿的配比在20%～30%时,熔滴性能相差不大。高炉使用球团矿比例由25%提高到30%后,炉况波动的主要原因不在于球团矿比例增加。通过生产一定镁或钙含量的球团均可降低球团矿还原膨胀及改善熔滴性能,从而可提高球团矿使用比例。     

配加蒙古精矿对球团矿性能的影响

对蒙古精矿在包钢624 m2带式球团的合理利用进行了全面研究。研究表明，随着蒙古精矿配比增加，球团矿品位提高，还原膨胀率增加，当配比小于20%时，还原膨胀率小于20.0%，主要是由于还原后球团矿矿物组成中析出大量金属铁，在浮氏体(FexO)转变为铁的阶段，铁晶粒自浮士体表面向外长出晶须，晶须的生长让晶粒产生位移或晶粒开裂，导致球团结构疏松发生膨胀。通过添加适量矽石，可显著降低球团还原膨胀率，当配加30%～50%的蒙古精矿时，可通过添加1.0%～2.0%的矽石，将球团还原膨胀率降低至20%以内，球团矿质量满足高炉冶炼生产要求。     

我国高炉使用高比例球团矿的技术及经济性分析

提高高炉球团矿比例正成为我国高炉炼铁发展的新动向,国外大量的生产实践证明了高炉高比例球团矿冶炼技术的可行性。认为:①不同种类的球团矿应满足基本的质量要求,其中膨胀性能是关注的重点;②高比例球团矿生产中,需在炉料结构、布料方式、炉热控制等方面进行调整;③提高球团矿比例的最大挑战是炼铁成本的控制,资源的供应、生产的节能减排效果、铁精矿和球团矿的溢价等,都可能成为限制球团矿比例升高的关键因素。     

莱钢高炉解剖软熔带含铁炉料特性分析

基于莱钢2007年120 m3生产高炉科学解剖研究内容,系统分析了含铁炉料在软熔带位置物化属性。结果表明,高炉软熔带呈不规则倒V形分布,软熔层矿石还原度由低温侧向高温侧逐渐增加,其中烧结矿的还原度由40%~70%增加至80%~95%,球团矿的还原度由40%~50%增加至70%。软熔层低温侧烧结矿金属化率为20%~45%,球团矿的金属化率为10%~20%,在高温侧烧结矿的金属化率为70%~95%,球团矿的金属化率约为50%~70%。含铁炉料在软熔带区域发生了剧烈的还原反应,其中烧结矿金属化率增加的幅度大于球团矿的主要原因为烧结矿的还原性好于球团矿的还原性。矿相分析表明软熔带中球团矿已没有Fe₂O₃、Fe₃O₄存在,铁主要以FeO和金属铁存在,在软熔带区域存在被还原生成中空的铁壳球团矿。     

超大型高炉高球比低碳冶炼技术应用

为实现低碳炼铁生产,首钢基于秘鲁矿粉资源高品位低硅含量的特点,确定了高炉高球团比例冶炼的技术路线。依据炉渣碱度平衡、球团性能和炉料结构软熔性能试验研究,开发出35%碱性球团矿 + 20%酸性球团矿+ 40%烧结矿 + 5%块矿的高炉基础炉料结构。根据高比例球团矿同时抑制边缘和中心的特性,通过料序控制减少球团在边缘与中心的分布,实现酸碱性炉料的均匀混合,并采用中心加焦布料方式开放中心、适当疏导边缘,以稳定煤气分布。在活跃炉缸基础上,通过高富氧高顶压控制炉腹煤气指数来降低压差提高冶炼强度。低渣比下通过提高镁铝比至0.60~0.65来改善脱硫排碱能力。55%球团比例下高炉实现了高效稳定顺行,平均利用系数达到2.3 t/(m3·d),渣比低于220 kg/t,燃料比降至480 kg/t,炼铁系统碳排放降低8.6%。     

含钛铌铁精矿含碳球团熔分过程试验研究

为了实现我国白云鄂博地区含钛铌铁精矿资源的高效利用,以含钛铌铁精矿为原料,采用预还原-熔分的加热制度,研究熔分温度、熔分时间和碱度对含钛铌铁精矿含碳球团熔分行为以及渣系性质的影响.进一步采用X射线衍射、扫描电子显微镜等手段表征含碳球团在熔分过程中的微观结构及物相变化.实验结果表明:金属化率86.31 %的预还原含钛铌铁精矿含碳球团在1 400 ℃下熔分12 min后可实现渣铁有效分离,获得珠铁和富铌渣.随碱度升高,渣的熔点升高,渣的流动性指数降低,碱度为1.0时,球团的熔分效果较优;随熔分时间增加,含钛铌铁精矿含碳球团中的Ca₂Ti₂O₆相减少,Ca（Ti_0.4Fe_0.3Nb_0.3）O₃相增加,钙钛铌共生物的尺寸增加,呈十字树枝状.      

铁酸钙与赤铁矿非等温还原动力学

采用非等温热重的方法,在30% CO+70% N₂(体积分数)气氛下,以10 K·min-1升温至1123 K的过程中,比较了铁酸钙与赤铁矿的逐级还原过程及其还原动力学.结果表明:铁酸钙和赤铁矿开始还原温度分别为873 K和623 K;由反应速率与反应度的关系及分阶段X射线衍射物相分析发现,铁酸钙还原过程为两段式反应(CaO·Fe₂O₃→2CaO·Fe₂O₃→Fe),而赤铁矿还原过程为传统的三段式反应(Fe₂O₃→Fe₃O₄→FeO→Fe).通过Freeman-Carroll法计算得知铁酸钙和赤铁矿的还原平均活化能分别为49.88和43.74 kJ·mol-1;铁酸钙还原过程符合随机成核随后生长模型,动力学模式函数为Avrami-Erofeev方程,其积分形式为[-ln (1-α)]n;而赤铁矿还原过程动力学机理分为两部分,在还原度α为0.1~0.5时,为三级化学反应模型,模式函数积分形式为1-(1-α)3;在α为0.5~0.9时,符合二维圆柱形扩散模型,动力学模式函数为Valensi方程,其积分形式为α+(1-α)ln (1-α).      

适应高比例球团冶炼的高炉系统设计与生产实践

 当前中国钢铁工业面临着节能减排、绿色发展等多重压力,呈现出减量化和创新性发展的新形态。在非高炉炼铁关键技术取得重大突破及大规模应用前,以高炉为主的炼铁工艺在一段时间内仍将保持主体地位。而高比例球团冶炼是当前中国高炉炼铁的发展方向,是未来钢铁工业实现减污降碳的必然趋势。为了进一步推动高比例球团技术的研发与应用,从球团矿的物理化学性质出发,阐述了球团矿在高炉内的行为,分析了限制球团矿比例提高的因素,从冶金反应机理到工程实践总结了未来高比例球团冶炼的高炉系统设计发展方向,提出以低碳绿色为前提、以资源和能源利用为基础、以智能化装备为支撑的高炉设计理念。通过对比分析国内外多种高炉炉型、冷却系统、炉缸炉底设计方案,重点分析了多段式炉身、全铸铁冷却壁、串罐无钟炉顶在高比例球团冶炼中的优势,归纳了矿焦槽、热风炉及自动化检测与模型控制等技术特点,给出了适应高比例球团冶炼的高炉系统设计建议。根据球团矿在高炉内的反应机理以及操作炉型对强化冶炼的影响,提出合理的炉料结构的确定方法,最佳的炉料碱度控制标准,以及装料、送风、出铁、热、渣等操作制度。最后,通过高炉冶炼实践,验证了高比例球团冶炼技术经济指标的进步,为今后高比例球团冶炼高炉系统设计及优化方向奠定了基础。     

铁酸锌气体还原的热力学分析

根据热力学原理,计算并分析了含锌冶金粉尘中的重要成分ZnFe₂O₄在CO-CO₂气体还原过程中的热力学行为.ZnFe₂O₄的气体还原遵循逐级还原规律,且ZnFe₂O₄很容易被CO还原到ZnO和Fe₃O₄.较高温度条件下,Zn O的气体还原易于Fe O的还原.随着反应温度升高,锌完全反应和挥发所需要的CO含量不断降低,当反应温度从1100 K升高到1400 K时所需的CO体积分数由0.4降低到0.01以下.要达到还原分离金属锌的目的,不必将铁氧化物还原到金属铁,而只需将铁氧化物还原到Fe₃O₄或FeO,同时满足锌的还原条件即可.在高炉炉身中上部,由于发生锌的还原反应和内部循环,给高炉生产带来危害,因此应减少和控制高炉的锌负荷.      

Ilmenite Smelted by Oxygen-Enriched Top-Blown Smelting Reduction

 Total ilmenite from Yunnan, China, difficult to smelt in blast furnace, was smelted by oxygen-enriched top-blown smelting reduction ironmaking technology. Much more details on smelting were discussed. Specifically, the influence of reduction temperature, slag basicity and molar ratio of carbon to oxygen on the reduction quality level including iron recovery and titanium and sulfur contents in the pig iron produced in the experiment was investigated. Iron recovery rate could reach 95% with titanium content below 005% in pig iron produced, under the conditions of holding time of 30 min at 1823 K, basicity of 11, carbon to oxygen molar ratio of 10 and oxygen-enriched flow rate of 250 L/h. Oxidization potential of top-space of smelting reduction vessel and slag combination could create the driving force to partition phosphorous, titanium and silicon into the slag, which ensured low contents of the impurities involved above and carbon in pig iron. In addition, it avoided the generation of Ti(C,N) that could reduce interfacial tension of slag, which induced the formation of foaming slag seriously. Furthermore, jam of chargings and bubble flooding would be triggered, resulting in deterioration of BF state, increase of iron loss and decline of desulfurization rate.     

碱度和MgO质量分数对球团抗压强度的影响

为研究含镁熔剂性球团的抗压强度,在实验室条件下,研究了焙烧时间、球团矿碱度和MgO质量分数对球团矿抗压强度的影响。试验研究结果表明,膨润土质量分数保持2.0%不变时,含镁熔剂性球团矿碱度(R)为0.80~1.00、MgO质量分数为1.60%~1.80%,焙烧时间为25 min,球团矿的黏结相以Fe₃O₄氧化为Fe₂O₃、然后Fe₂O₃再结晶为主。另外,还有少量的铁酸镁、铁酸钙相,这种球团矿的抗压强度大于2 500 N/个。当含镁熔剂性球团的矿碱度大于1.00,同时,MgO质量分数小于1.60%时,球团矿的黏结相含有大量的玻璃体硅酸盐,使球团矿的抗压强度大大降低。