錳精礦燒結工藝參數探討

孫艷芹,郝建海,楊松陶,呂 慶

(河北理工大學冶金與能源學院,河北唐山 063009)

0 前言

錳礦石是一種重要的戰略礦產資源,特別是富錳礦和優質錳礦資源,已被我國列為緊缺礦種。錳礦是發展鋼鐵工業的重要原料,世界上約有95％的錳用于冶金工業,其余約5％則用于其它工業。我國錳礦資源豐富,截至2007年底,我國錳礦查明資源儲量79 293.5萬t,分布于全國23個省、自治區、直轄市[1]。含錳燒結礦是錳礦冶煉的重要原料。故為了給錳精礦燒結生產提供有利的理論指導,錳精礦燒結工藝參數的研究十分必要。

1 試驗

1.1 試驗原料

試驗使用錳礦燒結各種原料化學成分如表1所示。

表1 錳礦原料化學成分％

錳精礦礦樣的顏色為淺灰到黑,非常軟,具有金屬光澤,屬于典型的軟錳礦。微觀屬于四方晶系,晶體呈細柱狀或針狀,通常呈塊狀、粉末狀集合體。顏色和條痕均為黑色。光澤和硬度視其結晶的粗細和形態而異,結晶好者呈現半金屬光澤,硬度較高,而隱晶質塊體和粉末狀者,光澤暗淡,硬度低,極易污手。

1.2 試驗條件

模擬承鋼燒結現場實際生產情況進行燒結杯試驗。每次燒結試驗原料總量為100 kg,按配比經人工用電子秤稱量后,一混采用人工加水拌勻,然后在φ600 mm×1 000 mm的小型圓筒混料機內進行二次混勻造球,時間控制為10 min。采用錐形漏斗往燒結杯(φ300 mm×600 mm)內進行裝料(含鋪底料4.0 kg,10～16 mm)。燒結料層厚度控制為600 mm,風機風量為 14.4 m3/min,燒結負壓控制為12 000 Pa。采用石油液化氣進行燒結點火,點火溫度控制為1 100℃,點火時間為1 min,點火負壓控制為8 000 Pa,當廢氣溫度達到最高并開始下降的瞬時定為燒結終點,繼續抽風冷卻,當廢棄溫度達到150℃時停風機并倒出燒結餅。取成品礦,按照國家標準(GB 8029-1987)進行樣品轉鼓試驗；按國家標準(GB/T 13241-1991)進行樣品的低溫還原粉化性能檢測等。

1.3 試驗方案

本試驗分為3部分：混合料固定碳含量對燒結過程及燒結礦強度的影響；燒結礦堿度對燒結過程及燒結礦強度的影響；配加普通精礦對燒結過程及燒結礦強度的影響。具體方案如表2所示。

表2 試驗方案 ％

2 試驗結果及分析

2.1 混合料固定碳含量對燒結過程及燒結礦強度的影響

堿度為0.6,改變焦粉配比,燒結礦指標變化如圖1所示?；旌狭纤忠詽L筒中造好球為標準,水分控制在35％左右。燒結時間為12 min左右。

圖1 焦粉配比對錳燒結礦指標的影響

由圖1可知：隨著燒結焦粉配比的降低,燒結時間變化不大,垂直燒結速度同樣改變不大；隨著燒結礦焦粉配比的減少,燒結礦的成品率逐漸降低,焦比為15％時,成品率最高；燒結礦成品率隨著焦粉配比降低逐漸升高,在焦粉配比為15％時,燒結礦成品率最高；在堿度為0.6時,隨著焦比的增加,燒結礦轉鼓指數先增加后降低,在焦比為12％時燒結礦的轉鼓指數最高值。

焦粉在燒結過程中起到發熱劑的作用,如果最高溫度偏低,高溫保持時間不足,液相平衡很難達到,固—液平衡的可能性很大,熔蝕和結晶不完全,燒結礦強度下降。隨著配入焦粉的增加,燃燒提供給燃燒帶的熱量就越多,使燃燒帶溫度也相應地提高。燒結過程產生的液相量增多,燒成率和燒結礦轉鼓強度都明顯升高。但是,當焦粉配比過高時,耗氧量升高,還原氣氛增強,不利于改善燒結礦質量。

2.2 燒結礦堿度對燒結過程及燒結礦強度的影響

焦粉配比控制在10％?；旌狭纤忠栽旌们驗闇?大約在35％左右。堿度變化在0.3～0.9之間,其對燒結指標的影響如圖2所示。

圖2 燒結礦堿度比對錳燒結礦指標的影響

由圖2可知：隨著燒結堿度的增加,燒結時間逐漸減少,垂直燒結速度逐漸增加,燒結堿度在0.9時燒結時間最短,垂直燒結速度最大；隨燒結礦堿度的升高,成品率先升高后降低。在堿度為0.6時,燒結礦成品率最高；隨燒結礦堿度的提高,燒結礦成品率先升高后降低,轉鼓指數先增加后降低,在堿度為0.6時,燒結礦轉鼓指數最高。

堿度的改變通過生石灰加入量的變化來改變,生石灰加水消化放熱,提高料溫,降低過濕層厚度,改善料層透氣性；而且還有利于強化制粒,提高小球的成球率和強度,提高垂直燃燒速度及燒成率；同時,隨著堿度升高,更容易生成低熔點化合物,液相量增多,液相流動性改善、易凝結。還可以降低燃料帶的溫度和厚度,減少液相氣動阻力,降低燃料消耗。

2.3 配加普通精粉對燒結過程及燒結礦強度的影響

堿度控制在0.6,焦粉配比為10％,用30％普通精粉代替錳精粉后的燒結指標變化如圖3所示。

圖3 配加普通精粉對錳燒結礦指標的影響

由圖3可知,配加普通精粉后,燒結時間即垂直燃燒速度沒有什么變化,燒結時間大約為12 min,但是燒成率和燒結礦轉鼓強度都有所提高,燒成率提高了6％,轉鼓強度提高了2％,其成品率沒有什么改變。

普通精粉的SiO2含量比錳精礦要低的多,所以加入普通精粉后,在同樣堿度情況下,配加的生石灰量要減少很多,所以燒成率有很大的提高,同時,普通精粉中鐵的含量高,在燒結過程中,三氧化鐵與生石灰中的CaO反應生成的鐵酸鈣,是燒結過程中質量最好的液相[2]。故加入普通精粉后燒結礦的轉鼓強度也會有所改善。

3 結論

1)錳精礦顏色為灰到黑,質地松軟而且粘,本身內含水分大,呈團狀,不易混勻,燒結時要先加入生石灰吸水后再加以混合,外配水在5％左右。

2)錳精礦含水分很大,故燒結中焦粉配比遠遠比普通燒結要高很多,對于此次試驗,焦粉配比為12％時燒結綜合指標較好。

3)錳精礦SiO2含量很高,為26.38％,故堿度控制不能太高,否則燒成率會隨之降低。對于此次試驗,堿度為0.6時燒結礦綜合指標最好。

4)用30％的普通精粉代替錳精礦,燒成率大大提高,燒結礦轉鼓強度也有所改善,其它指標沒有很大變化。

[1]邱俊,呂憲俊,王桂芳.中國錳礦資源的分布及礦物學特征[J].現代礦業,2009,485(9)：6-7.

[2]郭小影.提高燒結礦堿度穩定率的研究[D].沈陽：東北大學,2009.