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利比里亚粉矿的烧结使用实践分析
发布日期:2017-04-12    作者:刘晓军,彭元飞,张建    
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利比里亚粉矿的烧结使用实践分析

刘晓军,彭元飞,张建

(陕西龙门钢铁有限责任公司,陕西 韩城 715405

摘要:本文分析了烧结矿成矿机理,结合龙钢公司烧结厂混匀矿配加利比里亚粉矿的烧结实践,总结265400烧结机烧结综合生产情况。

关键词:利比里亚粉矿;工艺参数;烧结实践;可行性

前言

龙钢烧结厂拥有265㎡、400㎡烧结机各一台,烧结系统工艺完善,设备先进,工艺操作参数仪表显示准确,从原料堆垛配比调整到成品烧结矿输出均实现微机管理,自动化程度较高,为提高烧结矿产质量奠定基础。

随着高炉冶炼强度的进一步提升,炼铁对烧结矿的要求也相对提高,要求烧结矿的化学成分尤其是对碱度的稳定,碱度的波动直接影响高炉的造渣制度和热制度,从而引起炉况波动,产量的降低和焦比的上升,有关研究表明碱度波动0.1%,高炉产量下降3%-4%,焦比上升7kg/t左右;加之钢铁行业市场不景气,铁前成本的控制压力聚升,不得不将缺陷矿或高硅矿纳入烧结日程,基础钢材成本中烧结原料及过程约占50%以上,在节资方面有很大的潜力可供探究。

目前龙钢烧结厂所用的含铁原料中90%以上来自外购,主要是澳粉、巴粉、印粉等,自产精矿(来自大西沟铁矿,年产精矿粉约10万吨)占比较少,原料配比基础为化学成分稳定,SiO2含量波动控制在0.3%范围内;所用生灰自产约占60%,其余来自小土窑生产,小土窑生产生灰矿点较多,有效成分含量波动较大;使用的高镁灰均来自外购,粒度波动较大,成分难以控制。生产中发现,凡是烧结原料更换料垛或碱度调整时,抽风负压和废气温度有上升或下降波动,对烧结过程产生影响,导致成品矿质量的波动。通过烧结成矿机理与矿物组成的分析,结合烧结厂265㎡烧结机和400㎡烧结机生产实际情况、成品矿质量稳定,对于利比里亚粉矿应用的可行性做以探析。

1烧结成矿机理

烧结成矿机理包括烧结过程的固相反应、液相反应和冷凝结晶三个过程。这三个过程不仅对烧结矿的矿物组成及结构起着决定性的影响,而且和烧结矿的质量有着很大的关系。

固相反应发生在混合料软融之前,相互接触的某些组分之间,在固体状态下发生反应,是由例子扩散引起的,烧结过程中固体燃料的燃烧产生的废气加热了烧结料,为固相反应提供了有利条件,其形成在原料中所没有的易融化的新物质,这些物质的性能为最后获得强度高的烧结矿提供了先决条件。

液相反应主要是一些低熔点物质在高温作用下,融化成液态物质,在冷却过程中,液态物质凝固而成为那些尚未融化和溶入液相的颗粒的坚固连接桥。在烧结过程中主要矿物都是高熔点的,在烧结温度不能融化,但物料加热到一定温度时,各组分之间以及新生化合物与原组分之间存在低共熔点,是的它们在较低温度下生成液相,开始熔融。烧结过程中形成的液相是烧结矿成型的基础,其数量和性质很大程度影响烧结矿的还原和强度。

冷凝过程固结过程中当烧结过程中燃烧层下移,被融化的物质或高温的物质温度下降,液相放出能量而结晶或变为玻璃体。液相冷却过程中较短,很短时间内发生多次变化,有相当的潜热来不及释放而蕴藏在里面,从而部分以玻璃体的形式出现,降低了烧结矿的强度。

成品烧结矿强度的体现,由组成物之间共同形成,其主要矿物及粘结抗压强度和还原性如下图:

表一  主要矿物及粘结抗压强度、还原性

主要矿物及粘结相

抗压强度

还原性

赤铁矿

26.7

49.9

磁铁矿

36.9

26.7

铁橄榄石

20-26

1.0-13.2

X=0

20.0

1.0

X=0.25

26.5

2.1

X=1.0

23.3

6.6

X=1.5

10.2

4.2

铁酸一钙

37.0

40.1

铁酸二钙

14.2

28.5

表中可以看出赤铁矿、磁铁矿、铁酸一钙、铁橄榄石等有较好的强度,钙铁橄榄石当x=1.0(玻璃质)时,其强度最差。要得到较高质量的烧结矿就要增加低氧化钙的钙铁橄榄石(x=0.5)和铁酸一钙,只用铁酸一钙机械和还原性都好。

2利比里亚粉矿成分及使用前后对比

表二 利比里亚粉矿是外购粗粉,与澳粉、巴粗成分对比

 

TFe%

SiO2%

CaO%

MgO%

Al2O3%

P%

利比利亚

55.46

9.20

0.07

0.06

3.45

0.17

澳粉

59.28

3.05

0.12

0.14

3.04

0.08

巴粗

62.12

4.87

0.10

0.09

2.58

0.07

表三   各含铁原料使用比例对比(%)

 

澳粉

利比里亚

主流精矿

高硫

木龙沟

国内粉

块矿末

球团末

前期

49.93

 

31.76

4.12

2.62

1.39

4.67

5.51

后期

42.05

15.69

25.87

7.21

2.86

 

3.99

2.33

表四  烧结过程配料比变化(%

 

返矿

焦末

生灰

高镁

混匀矿

265

前期

24.97

4.06

5.44

3.15

62.38

后期

22.44

3.87

6.48

2.39

64.82

400

前期

31.33

4.13

5.39

3.5

55.65

后期

27.75

3.90

7.70

2.6

58.01

表五 烧结过程生产参数变化

 

 

台车速度

m/min

料层厚度(mm

烟道温度(℃)

烟道压力  kpa

混合料

3mm粒级(%

流量

t/h

265

前期

2.58

670

116

-15.7

55.24

538

后期

2.32

690

111

-16.1

58.14

548

400

前期

2.55

685

114

-16.7

55.87

877

后期

2.45

720

124

-16.3

59.67

890

表六 成品带烧结矿质量变化(%

 

TFe

FeO

SiO2

CaO

MgO

Al2O3

R

16mm

强度

265

前期

53.76

8.03

5.19

11.02

2.76

1.91

2.09

60.66

77.45

后期

51.75

8.09

6.31

13.07

2.79

1.82

2.07

59.09

77.8

400

前期

53.81

7.86

5.24

11.21

2.68

1.87

2.14

52.27

77.38

后期

52.09

7.97

6.46

13.29

3.01

1.80

2.06

52.68

77.87

3烧结实践总结

良性分析:

1)由于利比利亚粉SiO2含量较高,为保证稳定的烧结矿碱度,生灰配加量上升,混合料粒级得到改善>3mm粒级较之前提高了3-4%左右,料层透气性增强,烧结过程得到强化,产能得到进一步释放, 265m2烧结流量上升10t/h400㎡烧结流量上升13t/h

2)随着混匀矿粗粉比例的升高,厚料层操作得到持续运行,烧结过程自动蓄热增强,烧结矿液相量增多,燃料配比较前期有所下降,265m2400m2烧结机平均燃料配比分别降低了0.19%0.23%,另一方面烧结矿粒级变化不大,转鼓较之前均有小幅度改善。

恶性分析:

1)随着利比里亚粉的使用,烧结矿TFe含量较之前降低了2.01%1.72%,且由于SiO2含量高,同时在2.1(±0.1)的烧结矿R控制标准下,高炉烧结矿入炉率下降。

2)熔剂使用量加大,熔剂单耗升高了4.4kg/t,出现高钙灰持续供应紧张的情况;另一方面由于熔剂用量的大幅提高,烧结机混料用水量上升,筒内壁粘料现象加剧,出现结圈、吐料等现象。

3)生产过程控制中料层透气性过剩等现象的出现,导致烧结过程粉尘量加大,除尘灰仓位上升, 265㎡、400㎡烧结机配料除尘灰配加量上升2t/h0.5t/h

4)烧结过程透气性出现过剩现象,烧结矿预冷却提前,环冷机1#2#段烟温较下降较为明显,环冷余热日均发电量下降。

4过程分析

在烧结过程中,稳定水碳是关键,若出现水碳或其他生产因素波动,废气温度和抽分负压将大幅度升降,R-TR-P关系式将不能作为配料调整的依据。在利比里亚粉矿使用初期,混料用水量上涨,物料水分不能得到有效控制,加之料种的骤然变化,导致烧结过程出现大幅波动,生产调整滞后5小时以上。随着烧结过程的稳定,铁酸钙体系进一步加强,烧结矿强度和还原性较好,硅酸三钙增加,正硅酸钙明显减少。熔剂量逐渐增多,放出CO2,降低了烧结料层温度和还原气氛,有利于提高烧结矿的氧化度,所以磁铁矿减少,铁橄榄石减少,而过量的CaO有利于生成CaO·Fe2O3CaO-SiO2体系矿物。

5生产的可行性探讨

5.1 高硅粉矿的使用

随着烧结矿碱度提高,三价铁系矿物逐渐取代二价铁系矿物,强度和还原性均向良性发展,因此发展铁酸钙是改善烧结矿强度的重要手段。一般成品矿碱度控制在1.8-2.5倍,铁酸钙体系能较好的形成,我烧结厂的实际情况满足此要求。过去烧结过程配碳高,点火温度控制高,所以烧结矿温度偏高,使得烧结矿冷却过程中纤维状的铁酸钙转变成磁铁矿,烧结矿的还原性性能变坏。随之高硅粉矿使用的稳定,烧结机生产潜能得到释放,原料成本和区间制造成本都有所降低。

5.2过程波动的各工序点共同消减

前期对新料种的使用存在误区,生产调整滞后,使用一段时间后混料筒内壁出现大幅度粘料,特别是进料口方向形成一圈高50cm的料脊,导致筒体吐料,后将混料筒前后加水配比进行调整,加大后加水量占比,粘料有所下降,混合料水分和粒度进一步稳定;由于烧结料层透气性的大幅提升,台车厚料层增厚,自动蓄热功能得到加强,稳定了烧结过程;前期烧结矿碱度不能有效稳定,入炉率浮动向下,后期对烧结矿碱度进行下调,保证了入炉率的稳定。

 

参考文献

[1] 徐斌,张清岑等.烧结矿物组成、结构与冶金性能的关系[J].烧结球团,19983):4-7

[2] 李洪华等 不同进口矿粉的烧结特性研究与生产实践  2009年全国烧结球团技术交流年会论文集(135

[3] 邓秋明等 兴澄特钢烧结优化配矿的研究  烧结球团2009NO.211

[4] 张家驹,.高碱度高氧化镁烧结矿的研究[J].烧结团,1992(2):29

[5] 王叔.邢钢烧结矿MgO含量的选择[J].烧结球团,1996(2):29