攀钢烧结合理配矿试验

何　群　甘　勤　李洪芳　杜　炽  孙　康

摘　要：对攀钢常用的几种普通铁矿粉进行了配矿烧结试验。找出了适宜的配矿方案和相应的工艺参数,为今后现场生产选择合理的配矿方案提供了重要依据。

关键词　配矿　烧结　成本

1 　引言

攀钢多年来的烧结生产实践表明,钒钛磁铁精矿配加部分普通富矿粉是强化烧结过程的有效途径。目前,攀钢烧结用的普通富矿粉主要有澳大利亚矿粉,广东的大宝山矿粉,云南的塔矿粉以及攀枝花周边地区的加工粉等,每年用量100 万t 左右。由于产地多,数量大,化学成分及性能各异,生产上如何搭配使用,在一定程度上影响着烧结技术经济指标。为此,在实验室条件下,进行了烧结配矿试验,并通过对各种矿石烧结性能的研究,找出了适宜攀钢条件下的配矿方案及相应的烧结工艺参数,为经济、合理地利用矿石资源,优化生产调度,提高烧结矿产量、质量提供技术依据。

2 　原、燃料理化性能

2.1 　化学成分

试验所用的原、燃料化学成分见表1 。

注:高加粉、中加粉分别为攀枝花周边地区的高品位铁矿粉和中品位铁矿粉的简称,下同

由表1 可知,矿粉的铁品位均在50 %以上,其中澳矿和高加粉TFe 含量较高( > 59 %) ,相反矿粉SiO2 含量的高低依次为海南粉> 中加粉> 白塔粉> 水洗白塔粉> 大宝山矿> 高加粉> 澳矿。

从有害杂质含量看,澳矿含S , P , K2O ,Na2O 较低,Al2O3 稍高(2.26 %) ; 高加粉含P ,Na2O 与澳矿相近,而Al2O3 低于澳矿,但S ,K2O 含量比澳矿高; 大宝山矿粉含S 高(0.277 %) ,其他有害杂质含量则较低,水洗白塔粉和白塔粉除含K2O 高(0.17 %) 外,其他有害杂质含量较低;中加粉含P , K2O 为本次试验所用的粉矿中含量最高的,分别为0.21 % ,0.75 %;海南矿含S 最高(0.284 %) 。

2.2 　富矿粉粒度组成

试验所用各种富矿粉的粒度组成见表2 ,

从表2 可见,澳矿粒度分布相对较为均匀,粗 ( > 10 mm) 含量仅215 % , < 1 mm 含量也较低( 28.13 %) , 平均粒径( dcp ) 3.57mm;高加粉中的粗粒级含量4.37 % , < 1 mm粒级含量27.63 % ,与澳矿相近,而平均粒径却较大(3.92 mm) ;白塔粉> 10 mm 粒级含量最高, 为10.5 % , < 1 mm 粒级含量达38.13 % ,这样的粒级分布不利于烧结透气性的改善;海南粉粒度较细, < 1 mm 粒级含量最高(43.16 %) ,平均粒径最小(2.91 mm) 。

2.3 　矿石的熔化温度

各种矿石的熔化温度见表3 。由表3 可见,攀精矿的熔化温度比富矿粉高120～350℃;富矿粉中,高加粉的熔化温度最高(1 350℃) ,澳矿次之为1 300 ℃,其余富矿粉的熔化温度在1 120～1 160 ℃之间。熔化温度越高的矿种,需要的烧结温度越高。

2.4 　矿石的矿相组成

各种矿石的矿物组成及体积含量分别列于表4 。

由表4 可知,除大宝山矿以褐铁矿为主外,其它矿粉均属赤铁矿型。攀精矿为钒钛磁铁矿,含硫矿物高达3 %～5 % ,硅酸盐相含量却最低,只有10 %～12 %。这些特性,都将直接影响其烧结性能。

3 　试验及检测方法

3.1 　烧结试验

烧结试验在ª230 mm ×500 mm 的烧结杯中进行。试验固定条件:铺底料粒度10～16 mm ,高20 mm;配料碱度1.70 ±0.05 ;制粒时间8 min ( 圆筒制粒机转速6.75 r /min) ;点火时间2 min ,点火负压5 880 Pa ,烧结负压10 780 Pa ;返矿外配45 %(铁矿石单烧时不配返矿) 。

3.2 　烧结饼落下

烧结饼自2 m 高处落下两次, 以> 10mm 粒级的重量百分数为成品率。

3.3 　转鼓指数测定

烧结矿转鼓指数测定采用1 /2 ISO 转鼓机,按GB8209 —87 进行。

3.4 　烧结矿还原粉化及还原性能测定

烧结矿低温还原粉化性能测定采用静态法,并参照GB13242 - 91 进行,还原气体组成:30 %CO ,70 %N2 ,以- 3.15 mm 粒级的重量百分数作为粉化指数。烧结矿中温还原性能测定参照GB13244- 97 进行,还原气体组成:30 %CO ,70 %N2 。

4 　试验与结果分析

4.1 　铁矿粉单烧试验

在料层450 mm、不配消石灰和返矿、碱度1170 的情况下,对8 种常用铁矿粉(精矿)进行了烧结杯单烧试验,以考查其烧结性能。在较佳水、碳条件下相应的烧结指标见表5 。

注:单烧值指单烧时烧结矿TFe 含量,下同

从表5 可见,由于褐铁矿湿容量较大,吸水性较强,含褐铁矿较高的矿粉烧结时所需水分比较大。此外,矿粉烧结时的燃料消耗都比攀精矿高,这除了与矿的品种有关外,还与矿粉的SiO2 含量有关;攀精矿由于其矿物组成的特殊性,单烧时的烧结矿强度是8 种含铁物料中较差的一种,且利用系数低。在单烧条件下,烧结矿品位依次为:澳矿> 高加粉> 攀精矿> 大宝山> 水洗白塔粉> 白塔粉> 海南粉> 中加粉,其中只有澳矿和高加粉的单烧值比攀精矿高。因此,在其它条件不变的情况下,只有添加澳矿或高加粉才能提

高烧结矿铁分。

4.2 　配矿烧结试验

4.2.1 　配加不同普通富矿粉的烧结试验

烧结试验以现场配料为基础,即以攀精矿为主,普通富矿粉总配比控制在13 %左右,用澳矿和高加粉提高铁分,以保证烧结矿品位≥46.4 %。各种富矿粉的搭配方案见表6 ,试验结果见表7 ,8 。

注:综合指标= 利用系数×转鼓指数( %) ×成品率( %)

从表7 ,8 可见:

(1) 用澳矿作高铁料提铁分时,以“澳矿+ 中加粉”(方案4) 的烧结综合指标最好,其转鼓强度、成品率、利用系数分别为65.88 % ,77.78 % , 1.452 t Þ(m2 ·h) 。虽然澳矿自身的烧结性能较差,但与中加粉搭配烧结时,一方面由于中加粉含SiO2 较高,弥补了澳矿SiO2 过低、液相量不足、烧结矿强度差的缺陷,另一方面,中加粉的平均粒径与澳矿相近(见表2) ,当与澳矿搭配烧结时,其混合料平均粒径较大,故其烧结速度最快,利用系数最高。虽然海南矿含SiO2 量也高,与澳矿搭配烧结时有利于提高烧结矿的强度,但由于其粒度较细,与澳矿搭配时混合料平均粒径较“澳矿+ 中加粉”时小,因此,烧结速度和利用系数较低。白塔粉的单烧性能较差,SiO2 含量虽较高,但由于白塔粉粒度分布不太合理(粗、细粒级含量相对较高) ,致使与澳矿搭配时混合料的平均粒径最小( 3.35mm) , 烧结速度和利用系数最低(分别为18.1 mm Þmin 和1.360 t Þ(m2·h) ) 。

(2) 用高加粉作高铁料提铁分时,以“高加粉+ 大宝山”(方案6) 的综合烧结指标最好(转鼓强度65.54 % ,成品率7.97 % ,利用系数1.463 t Þ(m2·h) ) 。这是由于其混合料平均粒径较大,烧结速度快,此外,大宝山矿以褐铁矿为主,它与钒钛磁铁精矿配合烧结时,有利于改善烧结性能。高加粉配海南矿虽然混合料平均粒径相对较小,烧结速度较慢,但由于烧结矿的转鼓指数和成品率较高,在以高加粉作高铁料的情况下,烧结的综合指标仅次于“高加粉+ 大宝山”方案。由于白塔粉本身的烧结性能较差(见表5) ,与高加粉搭配烧结时其综合指标最低。

(3) 用澳矿提铁分与用高加粉提铁分相比,除方案5 外,当澳矿与其它矿粉搭配时,烧结利用系数低于高加粉与之相应矿粉搭配时的利用系数,其原因主要是高加粉平均粒度比澳矿大0.35 mm ,使混合料平均粒径增加了0.08～0.29 mm ,这有利于垂直烧结速度的提高。烧结速度提高后料层高温保持时间相对缩短,故烧结矿强度和成品率稍有降低。但由于烧结速度提高的幅度大于成品率的降低幅度,因而利用系数仍高出0.025～0.08 t Þ(m2·h) 。

(4) 从烧结矿粒度组成看,“澳矿+ 大宝山”和“高加粉+ 中加粉”方案的烧结矿> 40mm 粒级的相对较少, < 5 mm 粒级的相对较高,而“澳矿+ 中加粉”和“高加粉+ 大宝山”方案则相反。但总的来看,各种配矿方案的烧结矿粒度组成相差不大。综合考虑,用高加粉提铁分时,最佳配矿方案应为“高加粉+ 大宝山”;用澳矿提铁分时,最佳配矿方案为“澳矿+ 中加粉”。

4.2.2 　不同富矿粉搭配条件下工艺参数的优化

优化试验采用正交设计,选L₉ (3⁴ ) 正交表,试验因素、水平及安排见表9 。采用直观分析法,选烧结矿强度、成品率、利用系数为产质量考核指标,优化结果列于表10 。

注:考虑现场生产实际,未进行方案9 的优化试验

从表10 可见: 　(1) 在试验选定的料层范围内,除“澳矿+ 白塔粉”外,其余配矿条件均以最高料层460 mm 的烧结指标最优。因为在料层透气性良好的情况下,高料层可以提高烧结矿强度和成品率,从而提高产量。

(2) 搭配矿种相同时,用澳矿提铁分与用高加粉提铁分相比,适宜的水分值高些,而配碳量低些,这与单烧试验结果是一致的。这是因为配高加粉时料层透气性相对较好,故适宜水分应小些;而高加粉熔化温度比澳矿高,故需要的碳量多些。

4.3 　烧结矿矿物组成与冶金性能

烧结矿的冶金性能与其矿物组成和显微结构有关。

从表11 ,1 2可见,方案4烧结矿的铁酸钙含量较高,玻璃相含量较低,在显微镜下观察发现,该样铁酸盐发育较好,微裂纹较少;方案6 烧结矿的铁酸钙含量也较高,玻璃相含量最低,六边形钛磁铁矿特别发育,微裂纹少,因而这两种烧结矿强度好。方案6由于赤铁矿含量较低,故低温还原粉化率低;方案3 烧结矿的钛赤铁矿含量最高,粗大不完整的四边形钛赤铁矿为3 %～5 % ,微裂纹多,故其烧结矿强度较差,低温还原粉化率较高;方案1 烧结矿的铁酸钙含量是几组样中最低的(2 %～5 %) ,玻璃质含量却最高(13 %～17 %) ,且局部可达30 %～35 % ,故其强度最差,低温粉化率最高。

5 　各种配矿方案的技术经济评估

评价一种配矿方案的优劣,不仅要比较其烧结性能的好坏,还要比较其烧结成本的高低,为此,根据各种原燃料的价格,计算了各种配矿条件下其单位原料成本及吨烧结矿成本。计算原则: ①原燃料价格根据1998 年实际价格计算; ②由于烧结矿TFe 含量,碱度基本相同,故不考虑其对炼铁生产成本的影响; ③为了考查烧结成品率的影响,引入了吨成品矿成本的概念,即吨成品矿成本= 吨烧结饼成本Þ成品率,计算结果列于表13。

从表13 可见: ①用澳矿调铁分时,吨烧结饼成本高低依次为:方案3 > 方案5 > 方案4 > 方案2 > 方案1 ,由于方案4 的成品率最高,故其吨成品矿成本最低。②用高加粉调铁分时,吨烧结饼成本高低依次为:方案9 >方案8 > 方案6 > 方案7 > 方案10 ,由于方案6 的成品率最高,因此其吨成品矿成本最低。③由于澳矿价格比高加粉高80 元Þt ,在相同搭配条件下,用澳矿比用高加粉的烧结料成本高1180～7150 元/ t ,吨烧结饼成本高4180～10120 元。因此,从烧结成本来看,用高加粉比用澳矿合算。

6 　结论

(1) 目前攀钢所用的富矿粉中,澳矿和高加粉的粒度组成较均匀,有害杂质含量低,单烧TFe 高,是较理想的提铁分原料。中加粉含P ,K2O 高,海南矿含S 高,不宜多加;白塔粉> 10 mm 粒级含量过高,中间粒级较少,对粉> 10 mm 粒级含量过高,中间粒级较少,对烧结过程有不利影响,应先进行破碎加工处理,将> 10 mm 粒级控制在4 %以下为宜。

(2) 配矿烧结试验表明,用澳矿提铁分时,以“澳矿+ 中加粉”方案的烧结综合指标最好,吨成品矿成本最低; 用高加粉提铁分时,以“高加粉+ 大宝山”方案的烧结综合指标最好,吨成品矿成本最低。用高加粉提铁分其烧结产量比用澳矿高,且成本低。