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铁精矿在烧结和球团工艺的分类利用

来源:2018年第六届炼铁对标、节能降本及新技术研讨会论文集|浏览:|评论:0条   [收藏] [评论]

铁精矿在烧结和球团工艺的分类利用妥建德 付光军(酒钢集团宏兴股份公司钢铁研究院 甘肃 嘉峪关 735100) 摘 要:根据烧结、球团两种工艺对碱度(CaO /SiO2)的不同需求,将铁精矿按S…

铁精矿在烧结和球团工艺的分类利用

妥建德  付光军

(酒钢集团宏兴股份公司钢铁研究院  甘肃  嘉峪关  735100

摘  要:根据烧结、球团两种工艺对碱度(CaO /SiO2)的不同需求,将铁精矿按SiO2CaO含量进行分类,用高SiO2精矿制取球团,研究其质量指标和冶金性能,并进行高、低SiO2精矿在烧结工艺和球团工艺使用的经济性测算,提出了酒钢现有条件下球团工艺和烧结工艺的精矿分类利用标准。

关键词:铁精矿;烧结球团;分类利用

1 前  言

烧结、球团是钢铁行业应用最广泛的高炉原料造块方法,两种工艺的最大区别是:烧结生产为满足强度要求,需配加CaO达到较高的碱度(CaO/ SiO2),因此铁精矿中SiO2越高,配入的CaO就更多,造成烧结矿品位下降。对于球团矿生产来说,铁精矿中SiO2升高后,不会造成球团矿品位的进一步降低,并且球团的SiO2含量增加, 在一定范围内有利于球团内部形成较多的渣键,可以抑制球团膨胀和抵制晶须的成长[1]

目前国内外对于炼铁、烧结、球团技术的研究,都立足于提高各自的技术质量指标,缺少以炼铁为核心的烧结、球团工艺的经济性研究。实际上,部分用于球团生产的低SiO2铁精矿,如果改用于烧结生产效果可能更好。在此基础上提出了铁精矿优化使用,提高烧结矿、球团矿的经济性能,为降低生铁成本开创新的思路。

酒钢高炉使用的高碱度烧结矿SiO2含量较高(7.8~8.5%),球团矿的SiO2含量在7%左右。为平衡炉渣碱度,需要配加较高比例的球团矿或块矿。但球团矿比例增加后又造成生铁成本上升,并影响高炉顺行和护炉;同时酒钢周边为数不多的铁块矿资源大多为高硅低铁,高有害元素(钾、钠、锌、硫、磷等),限制了高炉使用比例,为此高炉配加一定比例的硅石来平衡炉渣碱度。因此,按照SiO2、CaO含量对铁精矿进行分类,进行高SiO2铁精矿生产球团的质量指标及冶金性能试验研究,以及高、低SiO2精矿在烧结工艺和球团工艺使用的经济性测算,探索分类利用标准及可行性与经济性,对降低生铁成本有积极的意义。

2 铁精矿SiO2含量对烧结工艺和球团工艺的不同影响

精矿用于烧结生产过程中,需要配加CaO来达到碱度要求。精矿中SiO2含量越高,需配加的CaO就越多,造成烧结矿品位下降;同时烧结矿带入高炉的CaO增加,为平衡炉渣碱度需要,又需要增加SiO2的入炉量,导致高炉入炉品位下降,生铁成本上升。

同样的精矿用于球团矿生产,则不需要额外配加CaO,精矿中SiO2含量的上升不会导致球团矿品位的进一步下降。

球团生产所用精矿一般以磁铁精矿为主。由于磁铁精矿粉在氧化气氛中焙烧时能发生氧化、放热和晶型转变,而赤铁矿没有这种变化,因此磁铁矿生球焙烧时所需的温度和热耗都较低,更易于焙烧固结,球团矿的质量也较好[3]酒钢球团生产所用的精矿以磁铁精矿为主,SiO2在3~16%之间,变化幅度高达13%。根据烧结球团两种工艺的特点和不同需求,将精矿进行分类利用,对于降低炼铁成本具有积极的意义。但由于国内外生产球团所用精矿SiO2 绝大多数在 6.5% 左右,使用高SiO2含量(8-10%)的精矿生产球团,其冶金性能是否满足高炉需要,还有待进一步试验验证。

3 酒钢球团用铁精矿SiO2、CaO含量

我国精矿的特点是品位低,杂质高,SiO2 绝大多数在 6.5% 以上,而国外铁精矿 SiO2 一般在 4% 以下[2]

酒钢自产的精矿,铁品位在53%左右,SiO2平均高达8%,属于典型的低品高SiO2精矿。在酒钢生产条件下测算,精矿在品位不变的情况下,精矿的SiO2、CaO变化后,石灰石配比每上升1%,烧结矿品位下降0.44%,烧结矿成本下降1.6/吨,生铁成本上升5.3/吨。同样的精矿用于球团,不需要配加CaO平衡碱度,因此不会带来熔剂变化的不利影响。

2015酒钢年球团竖炉所用铁精矿SiO2、CaO含量和自然碱度情况见表1

表1  2015年球团用铁精矿SiO2、CaO含量和自然碱度情况

指标

SiO2/%

CaO/%

平均自然碱度

CaO/ SiO20.28

高于9%占比%

34.74

高于1.5占比%

18.88

高于0.2占比%

26.57

最低

5.75

0.41

0.03

最高

16.66

2.58

0.45

相差

10.91

2.17

0.42

2015年国内部分厂家高炉用料数据见表2

表2  2015年国内部分厂家及高炉用料数据

统计厂家

高炉座数

高炉容积范围/m3

炉料结构/%

烧结矿

球团矿%

烧结矿/球团SiO2差异/%

烧结矿

球团矿

块矿

SiO2%

R(倍)

SiO2/%

CaO/%

R(倍)

35

80

400~999

76.50

16.10

7.40

5.69

1.87

6.57

1.07

0.162

-0.88

54

104

1000~2800

75.63

16.49

7.88

5.70

1.88

6.42

0.98

0.153

-0.72

13

20

3000~5800

74.61

17.66

7.73

5.45

1.95

6.08

0.92

0.151

-0.63

65

204

400~5800

75.58

16.75

7.67

5.62

1.87

6.38

0.98

0.154

-0.76

由表1、表2可见,2015年酒钢球团用铁精矿CaO含量超过1.5%部分占总量的18.88%;自然碱度≥0.2部分平均自然碱度为0.28,占总量的25.67%,。

国内生产的酸性氧化性球团的自然碱度一般都控制在0.15左右。

结合上述数据,初步确定酒钢球团所用精矿的CaO含量不应超过1.5%,自然碱度应控制在0.2以内。

4 铁精矿用于球团、烧结的经济性对比

4.1铁精矿用于球团的经济性

以自产精矿为基准,根据2015年所用13家低硅精矿、10种高硅精矿的平均SiO2、CaO含量,及同期价格成本进行球团矿的经济性测算,结果见表3

表3 不同成份精矿生产球团对生铁成本的影响

精矿品种

CaO/%

SiO2/%

生铁成本变化/(元/t.球团)

自产精矿

1.24

7.90

0.00

低硅精矿

1.50

6.25

3.57

高硅精矿

0.90

10.06

-7.11

高低硅精矿差值

-0.60

3.81

-10.68

由表3可以看出,低硅精矿平均SiO2含量6.25%CaO含量1.5%。以此为原料生产球团矿进入高炉后,在高碱度烧结矿配比超过一定数量时,需要增加硅石平衡炉渣碱度,造成入炉品位下降,焦比上升,造成生铁成本上升3.57/(吨.球团矿)。

高硅精矿平均SiO2含量10.06%CaO含量0.9%,以此为原料生产球团矿入炉后,在高碱度烧结矿配比等同条件下,可减少甚至取消硅石配入,相应入炉品位上升,焦比下降,可降低生铁成本7.11/.球团矿。

4.2铁精矿用于烧结的经济性

以自产精矿为基准,根据2015年所用13家低硅精矿、10种高硅精矿的平均SiO2、CaO含量,测算生产1.8倍碱度的烧结矿在高炉使用的生铁成本变化,结果见表4


表4 不同成份精矿生产球团对生铁成本的影响

供货单位

CaO/%

SiO2/%

自然碱度

石灰石配比/%

生铁成本变化/(元/吨)

低硅精矿

1.5

6.3

0.24

18.0

-29.1

自产综合精矿

1.3

7.8

0.17

23.5

0.0

高硅精矿

0.9

10.1

0.10

31.7

43.6

由表4可见,将SiO2低于7.8%CaO含量超过1.3%,自然碱度0.17以上的铁精矿用于烧结,较自产精矿平均降低生铁成本29/吨;SiO2高于7.8%、自然碱度低于0.17的高硅铁精矿用于烧结生产,生铁成本较使用自产精矿平均增加43.6/吨。

综合来看,在酒钢目前条件下,将低硅精矿(SiO2平均6.3%CaO平均1.5%,自然碱度0.24)的铁精矿用于烧结生产,高硅铁精矿(SiO2平均10%、自然碱度平均0.9)用于球团矿生产,其经济性相对最优。

5 SiO2球团质量及冶金性能研究

5.1生球性能

在实验室制取SiO2含量分别为9.5%10.0%的两组球团,每组5个样,生球性能平均数据见表5


表5 生球性能

组别

SiO2/%

落下强度/(次/个)

爆裂温度/

第一组

9.5

2.55

535

第二组

10

2.42

533

由表5可见,两组生球质量落下强度均大于2/个,爆裂温度均在500以上。

5.2成品球团化学成分

成品球化学成分及抗压强度见表6

表6 成品球化学成分(%)及抗压强度

成份

TFe

SiO2

CaO

R

抗压强度(N/个)

第一组

SiO29.5%

60.5

9.4

1.3

0.14

1775

60.3

9.3

1.3

0.14

1494

59.1

9.4

1.3

0.14

1677

59.8

9.5

1.3

0.14

1981

59.6

9.5

1.4

0.15

1687

平均

59.9

9.4

1.3

0.14

1723

第二组

SiO210%

59.3

10.0

1.3

0.13

2082

60.1

10.0

1.2

0.12

2026

60.0

9.9

1.2

0.13

1914

60.2

9.8

1.3

0.13

1613

60.9

10.0

1.2

0.12

1420

平均

60.1

9.9

1.2

0.13

1811

从表6来看,成品球抗压强度SiO2含量为9.5%时平均为1723N/个,SiO2含量为10%时平均为1811N/个,整体差异不明显,基本满足高炉要求。


5.3成品球冶金性能

成品球冶金性能见表7

表7 球团矿冶金性能

指标

软化开始/

软化终了/

软化区间/

熔融开始/

熔融终了/

熔融区间/

最大压差/kpa

膨胀指数/%

还原度/%

第一组

1069

1130

61

1145

1299

154

14.6

10.3

49.4

1041

1101

60

1112

1333

221

13

7.8

59.1

1064

1128

64

1146

1308

162

13.6

10.6

57.9

1048

1110

62

1123

1328

205

13.2

8.2

47.2

1058

1126

68

1135

1346

211

14

9.5

43.3

平均

1056

1119

63

1132

1323

191

13.7

9.3

51.4

第二组

1039

1098

59

1107

1295

188

14.5

6.0

46.2

1060

1121

61

1119

1291

172

14.2

6.0

43.8

1039

1104

65

1111

1285

174

11.6

6.9

46.3

1075

1132

57

1142

1290

148

15.8

2.7

43.3

1030

1100

70

1093

1252

159

13.6

4.7

46.8

平均

1049

1111

62

1114

1283

168

13.9

5.26

45.2

从表7可见:

球团SiO2含量在9.5-10%之间,其软化开始温度、软化区间、最大压差基本一致,分别为1050、63、13.8,均处于较好水平;还原度指数:SiO2含量9.5%的球团较10%的略高,但差别不大。熔融区间、SiO2含量9.5%的球团熔融区间、膨胀指数较10%的球团高,但都满足高炉需求;膨胀指数:SiO2含量9.5%的球团膨胀指数平均9.32%SiO2含量10%的球团膨胀指数平均5.26%,远低于国内普遍规定的球团矿的膨胀率不大于20%的要求[3],满足高炉需要。

6 不同SiO2含量的球团矿综合炉料冶金性能试验

利用不同SiO2含量的球团矿与碱度1.80倍的烧结矿组成的综合炉料方案如下:

方案136%球团矿(SiO2 9.0%+64%烧结矿

方案235%球团矿(SiO2 9.5%+65%烧结矿

方案334%球团矿(SiO2 10%+66%烧结矿

冶金性能测试结果见表8

表8 综合炉料冶金性能测试结果

 

球团SiO2含量/%

软化开始/

软化终了/

软化区间/

熔融开始/

熔融终了/

熔融区间/

最大压差/Pa

熔滴特性值

方案1

9

1106

1215

109

1229

1262

34

11.8

1032

方案2

9.5

1118

1222

104

1236

1365

129

10.3

960

方案3

10

1100

1193

94

1223

1363

140

9.1

960

表8试验结果表明:

SiO2含量在9-10%的三组球团矿:

软化开始温度、软化区间整体差异不大;熔融开始温度相差不大,但随着SiO2含量升高,熔融区间变宽,分别为34、129、140;最高压差随着SiO2含量升高,分别为11.810.39.1PaSiO2含量在9.0%时,熔滴特性值最大,为1032SiO2含量为9.5%10%时,均为960

总体来看,冶金性能均满足高炉生产需求。

7 不同抗压强度下球团冶金性能试验

制取抗压强度不同的高硅球团矿(SiO2含量10%),其冶金性能试验结果见表9

表9 不同抗压强度下高硅球团冶金性能

抗压强度N/

还原度/%

软化开始/

软化终了/

软化区间/

熔融开始/

熔融终了/

熔融区间/

最大压差/Pa

1443

61

1091

1150

59

1153

1340

187

13

1786

75

1075

1146

71

1163

1350

187

10

2023

67

1093

1152

58

1147

1326

179

12

试验结果表明,SiO2含量10%、不同抗压强度的球团矿冶金性能变化不大。

8 高硅球团矿(SiO2含量9~10%)在高炉使用情况

20161 -5月份,酒钢进行了高SiO2球团矿的生产及高炉配用的工业试验,高SiO2质量情况见表10

10 球团SiO2及质量变化情况

时间

竖炉球团矿

TFe/%

SiO2/%

抗压 N/

201512

58.70

6.66

2186

20161

60.44

8.08

2456

20162

60.49

8.70

2894

20163

58.90

9.42

2548

20164

60.42

9.23

2768

20161 -5月份,酒钢球团矿SiO2含量由6.66%逐步提高9%以上,其中4月份月平均最高达到9.42%,单日平均SiO2含量最高达10.08%。在此期间,球团生产正常,高炉炉况顺行、各项指标稳定,生产成本降低。由此说明高炉部分配加SiO2含量9~10%的球团矿是完全可行的。

9 结语

试验及生产实践均表明,使用高硅精矿(SiO2含量9-10%)生产球团,技术上可行,理化指标、冶金性能均满足高炉需要。

在酒钢目前条件下,按精矿的SiO2、CaO 含量进行分类,将SiO2<6.5%、含量>1.5%,自然碱度>0.2的铁精矿用于烧结,SiO2>8.5%、自然碱度<0.15的铁精矿生产球团,有利于降低生铁成本。




参考文献

[1] 刘竹林.炼铁原料 2009-8 化学工业出版社 第247.

[2] 张一敏.球团矿生产技术.2005-8冶金工业出版社,12.

[3] 王悦祥. 烧结矿与球团矿生产 20067月 冶金工业出版社101.

[4] 刘竹林.炼铁原料.2009-8 化学工业出版社 第247.

[5] 张玉柱 胡长庆. 铁矿粉造块理论与实践 2012年 冶金工业出版社






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