鐵礦石富氧燒結(jié)試驗(yàn)研究

韓鳳光,

(寶鋼股份梅山鋼鐵公司 技術(shù)中心, 南京 210039)

鐵礦石富氧燒結(jié)試驗(yàn)研究

韓鳳光,劉佩秋

(寶鋼股份梅山鋼鐵公司 技術(shù)中心, 南京210039)

在鐵礦石燒結(jié)過(guò)程中進(jìn)行富氧,觀察富氧后燒結(jié)固體燃料消耗、成品率、利用系數(shù)、冶金性能及礦相顯微結(jié)構(gòu)等指標(biāo)的變化情況.試驗(yàn)表明:富氧時(shí)間為2～4min、富氧量為5～8m3/t時(shí),燒結(jié)礦的各項(xiàng)指標(biāo)較好.在該條件下,與基準(zhǔn)燒結(jié)礦相比,成品率提高2.12%、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度值提高0.92%、固體燃料消耗降低1.56kg/t;富氧燒結(jié)對(duì)改善燒結(jié)礦成品率的試驗(yàn)結(jié)果表明:16組燒結(jié)試驗(yàn)中,對(duì)燒結(jié)過(guò)程進(jìn)行富氧后,成品率提高了0.79%～2.05%,富氧后的成品率平均高于基準(zhǔn)成品率1.35%.隨著富氧量的增加,成品率呈現(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì);而隨著富氧時(shí)間的增加,成品率沒(méi)有明顯增長(zhǎng).同時(shí),富氧燒結(jié)后,燒結(jié)固體燃料消耗下降0.69～1.41kg/t.

富氧燒結(jié); 鐵礦石; 燒結(jié)杯試驗(yàn)

0 前 言

燒結(jié)過(guò)程主要是通過(guò)利用焦粉或煤粉的燃燒產(chǎn)生熱量將鐵礦石熔化產(chǎn)生液相重新結(jié)晶成塊的過(guò)程,因此燒結(jié)過(guò)程中燃料的燃燒充分程度將影響到鐵礦粉的燒結(jié)產(chǎn)量和質(zhì)量.在燒結(jié)過(guò)程中添加氧氣(即,富氧燒結(jié))能夠改善燃料燃燒情況,使燃料更好地發(fā)揮作用.

富氧燒結(jié)是指燒結(jié)過(guò)程中在抽入的空氣中添加一定量的氧氣,以利于燒結(jié)燃料的充分燃燒和反應(yīng)的燒結(jié)過(guò)程.在燒結(jié)過(guò)程中,固體燃料如焦粉或無(wú)煙煤粉燃燒所獲得的高溫和燃燒產(chǎn)物,為液相生成和一切物理化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行提供了所必需的熱量和氣氛條件[1-2].碳的燃燒是否充分是決定燒結(jié)礦產(chǎn)量和品質(zhì)的重要條件,也是影響其他一系列過(guò)程的重要因素.

梅鋼公司高爐制氧量存在一定的富余,為了充分利用富余的氧氣并提高燒結(jié)礦產(chǎn)量和質(zhì)量,梅鋼技術(shù)中心聯(lián)合北京科技大學(xué)和普萊克斯制氧公司進(jìn)行了富氧燒結(jié)試驗(yàn).

1 原料條件及試驗(yàn)方法

1.1 原料條件

試驗(yàn)過(guò)程使用梅鋼公司的燒結(jié)原燃料,所有原燃料均取自梅鋼公司燒結(jié)分廠現(xiàn)場(chǎng).所用的原料化學(xué)成分見(jiàn)表1.

表1 鐵礦石化學(xué)成分Tab.1 Chemical composition of iron ores (質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在φ200 mm×640 mm燒結(jié)杯中進(jìn)行.每次試驗(yàn)前,按照配料要求將各種原料稱出后,人工翻倒8遍,加水混勻,裝入圓筒混合機(jī)內(nèi)進(jìn)行制粒.圓筒混合機(jī)尺寸φ600 mm×1 000 mm,轉(zhuǎn)速17 r/min,充填率12%.混料時(shí)間8 min.取制粒后的混合料100 g,分2份放入烘箱,烘干2 h以上取出,測(cè)定水分.

燒結(jié)過(guò)程中,點(diǎn)火負(fù)壓8 kPa,點(diǎn)火時(shí)間90 s,點(diǎn)火溫度1 050 ℃,抽風(fēng)負(fù)壓16 kPa,冷卻負(fù)壓8 kPa.點(diǎn)火結(jié)束后,按試驗(yàn)參數(shù)設(shè)定,將一定流量的氧氣通入燒結(jié)杯體進(jìn)行富氧燒結(jié).燒結(jié)冷卻結(jié)束后,將燒結(jié)餅倒出,破碎整粒,然后進(jìn)行燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)、化學(xué)成分、冶金性能和礦相等項(xiàng)目的檢測(cè).

1.3 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)前期進(jìn)行了基準(zhǔn)配碳量的摸索,確定配碳量為4.24%.試驗(yàn)過(guò)程按照唯一的配料比進(jìn)行,燒結(jié)配料單見(jiàn)表2.富氧燒結(jié)試驗(yàn)的不同參數(shù)設(shè)定主要依據(jù)前期的試驗(yàn)結(jié)果.具體的富氧燒結(jié)試驗(yàn)方案見(jiàn)表3.

表2 試驗(yàn)配比Tab.2 Blending of materials

表3 燒結(jié)試驗(yàn)方案Tab.3 Scheme of sinter test

2 試驗(yàn)結(jié)果

按照表3中的方案進(jìn)行試驗(yàn),并對(duì)其中個(gè)別試驗(yàn)進(jìn)行了重復(fù)和驗(yàn)證試驗(yàn).為了獲得較佳的燒結(jié)性能,對(duì)基準(zhǔn)組試驗(yàn)進(jìn)行了反復(fù)摸索,并最終確定第0組試驗(yàn)基準(zhǔn)方案.基準(zhǔn)及各富氧燒結(jié)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4.

表4中的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)顯示,進(jìn)行富氧燒結(jié)后,燒結(jié)礦的指標(biāo)大體上得到了改善,尤其是燒結(jié)礦利用系數(shù)和固體燃料消耗等指標(biāo).

表4 各組燒結(jié)試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Results of sinter test

3 試驗(yàn)分析

3.1 富氧對(duì)燒結(jié)指標(biāo)的影響

在16組燒結(jié)試驗(yàn)中,進(jìn)行富氧燒結(jié)后,燒結(jié)成品率均有不同程度的提高.最低的提高了0.79%,最高的提高了2.05%.富氧后成品率平均高于基準(zhǔn)成品率1.35%.隨著富氧量的增加,成品率趨于增長(zhǎng)趨勢(shì);而隨著富氧時(shí)間的增加,成品率卻沒(méi)有明顯增長(zhǎng),如圖1所示.

圖1 不同富氧時(shí)間和富氧量對(duì)成品率的影響Fig.1 Effect of productivity on oxygen supply time and consumption

同時(shí),進(jìn)行富氧燒結(jié)后,燒結(jié)固體燃料消耗均有所下降,最少下降了0.69 kg/t,最多下降了1.41 kg/t.

富氧對(duì)燒結(jié)的利用系數(shù)影響較為明顯,隨著富氧時(shí)間的延長(zhǎng),燒結(jié)利用系數(shù)呈增加趨勢(shì).平均利用系數(shù)比基準(zhǔn)利用系數(shù)高0.06 t/m2·h.

3.2 富氧燒結(jié)對(duì)冶金性能的影響

富氧燒結(jié)試驗(yàn)燒結(jié)礦的還原性和低溫還原粉化指標(biāo)見(jiàn)表5.

表5 富氧燒結(jié)試驗(yàn)冶金性能指標(biāo)Tab.5 Metallurgical property index of sinter test with oxygen

從表5中的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,富氧燒結(jié)有利于改善燒結(jié)礦的還原性.基準(zhǔn)樣的還原性指數(shù)RI為87.96%,而所有經(jīng)過(guò)富氧燒結(jié)后的試驗(yàn)中,RI指標(biāo)最高達(dá)到91.20%,最低為88.21%,都超過(guò)了基準(zhǔn)組的水平.可見(jiàn),富氧燒結(jié)對(duì)改善燒結(jié)礦還原性指數(shù)有明顯的作用.

低溫還原粉化RDI指數(shù)總體低于基準(zhǔn)組.這是因?yàn)楦谎鯚Y(jié)過(guò)程中,燒結(jié)料層氧位較高,氧化氣氛較強(qiáng),燒結(jié)礦中所保留的原生赤鐵礦和再氧化產(chǎn)生的赤鐵礦較多,燒結(jié)礦中的磁鐵礦減少的緣故所致.眾所周知,在500 ℃還原條件下,現(xiàn)有α-Fe2O3經(jīng)過(guò)γ-α-Fe2O3,再還原為Fe3O4,此過(guò)程發(fā)生相變,體積膨脹25%,最終導(dǎo)致RDI指標(biāo)下降[3].

3.3 富氧燒結(jié)對(duì)燒結(jié)礦微觀結(jié)構(gòu)的影響

選擇基準(zhǔn)試驗(yàn)組及第13至第15組作為一個(gè)系列,進(jìn)行礦相觀察分析.將樣品經(jīng)過(guò)粉碎、篩分,選擇一定粒度且具有代表性的燒結(jié)礦進(jìn)行煮膠制樣,最后分別經(jīng)過(guò)初磨、細(xì)磨和拋光,制得可以在礦相顯微鏡下觀察的樣品.燒結(jié)礦礦相檢測(cè)方法主要采用目估法.經(jīng)過(guò)礦相觀察,4個(gè)樣品的燒結(jié)礦礦物組成見(jiàn)表6.

表6 燒結(jié)礦礦物組成Tab.6 Mineralogical composition of sinter (質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

由表6可以看出,燒結(jié)礦的主要礦物為磁鐵礦,其次為赤鐵礦和鐵酸鈣.

隨著燒結(jié)礦富氧量的增加,燒結(jié)礦中赤鐵礦含量增多,磁鐵礦含量減少.燒結(jié)礦經(jīng)過(guò)富氧后,燒結(jié)氣氛呈一定的氧化性.與此同時(shí),富氧后燒結(jié)礦的磁鐵礦數(shù)量有所減少.經(jīng)過(guò)富氧后,燒結(jié)礦的鐵酸鈣含量增加,而玻璃相的含量沒(méi)有明顯增加.

礦物組成中,富氧后的燒結(jié)礦鐵酸鈣晶粒較大,同時(shí)赤鐵礦和鐵酸鈣的含量也較多,燒結(jié)礦的強(qiáng)度和還原性改善得到保證[4].富氧前后的礦相結(jié)構(gòu)如圖2所示.圖2中,H為赤鐵礦,M為磁鐵礦,V為玻璃相,F為鐵酸鈣,P為熔劑殘余.

圖2 富氧前后的燒結(jié)礦顯微結(jié)構(gòu)Fig.2 Contrast of sinter microstructure before and after oxygen enrichment

4 效益估算

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,將第7組試驗(yàn),即富氧時(shí)間為4 min、富氧量為8 m3/t的燒結(jié)礦作為效益估算的前提條件.氧氣按照0.21元/m3計(jì)算,則燒結(jié)礦氧氣消耗量為1.68元/t.

第7組試驗(yàn)中,由于成品率提高約2%,燒結(jié)利用系數(shù)提高了2.4%,同時(shí)還減少了返礦量,降低了燒結(jié)礦的成本.如果燒結(jié)工序的成本按照80元/t計(jì)算,則可節(jié)約加工費(fèi)1.92元/t.與此同時(shí),固體燃耗降低1.5 kg/t,無(wú)煙煤按照600元/t計(jì)算,則燒結(jié)礦的直接效益約為1.14元/t.

噸礦直接經(jīng)濟(jì)效益=因成品率提高而節(jié)省的加工費(fèi)+使用富氧后降低燃耗費(fèi)用-氧氣成本=1.92元+1.92元-1.68元=1.14元.

5 結(jié) 論

(1) 對(duì)燒結(jié)進(jìn)行富氧后,燒結(jié)礦成品率提高,燒結(jié)礦的還原性有所改善,但低溫還原粉化情況有所惡化.

(2) 富氧時(shí)間為2～4 min、富氧量為5～8 m3/t時(shí),燒結(jié)礦各項(xiàng)指標(biāo)表現(xiàn)較好.

(3) 隨著燒結(jié)富氧量的增加,燒結(jié)礦中赤鐵礦和鐵酸鈣含量增多,交織熔蝕結(jié)構(gòu)增加,有利于提高燒結(jié)礦的強(qiáng)度和還原性.

(4) 在優(yōu)化的富氧條件下,富氧燒結(jié)具有一定的效益.根據(jù)理論計(jì)算,富氧后燒結(jié)礦的直接效益大約為1.14元/t.

[1]黎明.蘇聯(lián)燒結(jié)廠應(yīng)用的幾項(xiàng)新技術(shù)和新工藝[J].國(guó)外鋼鐵,1986(5):1-7.

[2]盧宇飛.煉鐵工藝[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2006.

[3]Neuschütz D,Spencer P H,Weiss W,etal.Comparison on thermochemically calculated and measured dioxin contents in the off-gas of a sinter plant-part 1[C]∥proceedings of the 9th Japan-Germany seminar on fundamentals of iron and steelmaking,on september,1996(8-9):113-117.

[4]郭玉盛.富氧燒結(jié)試驗(yàn)[J].燒結(jié)球團(tuán),1992,17(1):16-18.

ResearchonIronOreSinteringwithOxygenEnrichment

HAN>Feng-guang,LIUPei-qiu

(TechnologyCentre,MeishanIron&steel,BaoshanIron&SteelCo.,Ltd.,Nanjing210039,China)

The lab sintering test with rich oxygen enrichment was conducted in theφ200 mm sinter pot for improving the sinter quality.The test results show that the yield,tumbler strength index and productivity of sinter was increased and the fuel cost was reduced compared with the baseline test.Owing to the higher oxygen content in the air,the condition of the fuel combustion improved and the combustion efficiency increased.The tests on the sintering with oxygen enrichment show that better sintering effects can be obtained under 2～4 minutes of oxygen supply time and 5～8 m3/t ore of oxygen consumption.Under the above condition,compared to the baseline test,yield can be increased by 2.12%,tumbler strength by 0.92%.Moreover,productivity is higher by 0.04 t/m2·h with the cost of the fuel 1.56 kg/t lower.Under the optimized condition,the direct cost reduction is about RMB 1.14/t sinter.

sintering with oxygen enrichment; iron ore; sinter pot test

1005-2046(2014)01-0066-05

10．13258／j．cnki．snm．2014．02．005

2013-12-19

韓鳳光(1979-)男,工程師,主要從事燒結(jié)工藝技術(shù)研究.E-mail:hanfg@qq.com.

TF046

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