烧结温度与碱度对铁矿粉液相流动性影响规律研究

王金龙,贾文君,郭兰芬,刘晓明

(河北钢铁集团邯钢生产制造部,河北邯郸 056015)

烧结温度与碱度对铁矿粉液相流动性影响规律研究

王金龙,贾文君,郭兰芬,刘晓明

(河北钢铁集团邯钢生产制造部,河北邯郸 056015)

对邯钢烧结近年来使用的12种铁矿粉进行了不同温度和碱度条件下铁矿粉流动性指数变化规律试验,结果显示铁矿粉的流动性能受温度与碱度的影响明显,有9种铁矿粉的流动性指数与温度的拟合直线方差达到0.9以上,其中沙河精粉、小巴卡粉和高碱粉等随温度的升高流动性指数变化幅度过大,温控性差,对生产稳定性会造成一定的影响。

温度;碱度;铁矿粉;液相流动性

1 引言

烧结优化配矿技术是烧结工序乃至高炉炼铁工序降本增效的关键技术,也是学者和技术人员研究的重点方向,2000年铁矿石基础特性概念的提出[1],为企业合理使用资源、高效配矿提供了重要的分析依据,其中的铁矿粉液相流动性不仅能够反映出铁矿粉在烧结过程中生成液相数量的程度,同时也可对生成液相的有效固结范围进行定量计算,是评价铁矿粉烧结性能的重要指标。然而影响铁矿粉液相流动性的因素有很多,如铁矿粉的化学成分、矿物组成以及烧结的温度和碱度等,前两者决定了铁矿粉的流动性能,后两者则可以作为调控手段来获取烧结过程适宜的液相流动性。而且随着企业成本压力的增大,烧结用铁矿粉出现劣质化,劣质的铁矿粉受SiO2含量和有害元素的影响在烧结过程中会出现流动性波动大、生产稳定性降低的现象[2],因此,开展烧结温度与碱度对铁矿粉液相流动性能的影响研究,不仅能够深入了解铁矿粉的流动特性,而且对于烧结优化配矿结构、稳定生产等均有很强的指导意义。

2 铁矿粉流动性试验

邯钢烧结用铁矿粉品种多、来源广,进口矿粉以澳系的PB、纽曼、杨迪、国王粉为主,国内精粉使用量少,多为邯邢精粉、高碱粉、沙河精粉等,本次试验选取邯钢常用铁矿粉共12种,其中进口矿粉9种,国产精粉3种,各铁矿粉化学成分组成见表1。

碱度对烧结液相的生成影响极大,为使本次试验更具指导意义,碱度的设定综合考量了两方面的因素,首先烧结初始液相产生在粘附粉与白灰的混合物中,应当以粘附粉的实际碱度为依据;其次随着进口矿粉配加量的增大,烧结料中大颗粒矿石比例有增多的趋势,粘附粉的碱度也在升高;因此试验碱度设定为R=4.0和R=4.5两个级别更符合实际。试验温度设定为1240℃、1260℃、1280℃、1300℃四个烧结过程温度点,分别测定铁矿粉在这四个温度下的流动能力,表2为本次试验测定结果。

表1 邯钢常用的铁矿粉化学成分(%)

表2 铁矿石液相流动性试验结果

3 试验分析

3.1 温度对流动性影响分析

温度是影响铁矿粉烧结过程液相流动性的一个重要因素,其作用可概括为两方面:一是确保粘附粉中的物理化学反应条件,并加快低熔点化合物的生成速度;二是提高烧结液相的过热度,降低液相粘度[3]。对12种铁矿粉分别进行了温度与流动性指数的拟合曲线分析、温度敏感性和碱度敏感性分析,结果见表3。

3.1.1 温度与流动性指数的拟合分析

表3列出了12种铁矿粉温度与流动性指数的拟合曲线方程以及该曲线的方差,对其中拟合较好的纽曼粉和高碱粉进行绘图(见图1),并分析表2和表3的数据,可得出如下结论。

(1)铁矿粉液相流动性与温度之间呈现出明显的正相关关系,铁矿粉的流动性能随温度的升高而显著提高,而其中杨迪矿粉的流动性指数在碱度为4.0和4.5条件下均出现先升高后降低的趋势,即1300℃的流动性指数要低于1280℃下的,这可能是由于杨迪矿粉同化性强(同化温度低于1200℃),极易与CaO发生反应,并且初始液相具有粘度低、易流动的特点,但是在1300℃下初始液相在短时间内与未反应矿粉形成了新的液相有关;而有些矿粉的流动性指数在温度达到一定条件后会出现跳跃式增长,如高碱粉在碱度为4.5,温度为1280℃时流动性指数从5.76猛增至8.12,因此烧结温度对铁矿粉液相生成影响巨大,在生产中要对所用矿粉的液相生成性能有足够的了解。

表3 铁矿粉流动性试验综合分析

图1 温度与流动性指数拟合曲线

(2)有9种铁矿粉拟合曲线的方差达到0.9以上,说明拟合值与实测值偏离程度小,可以采用拟合方程定量计算铁矿粉在试验温度范围内的流动性指数,其中南非粉和北非粉拟合曲线方差为0.84和0.75,这是由于这两种矿粉的流动性在一定温度下出现跳跃式增长,而杨迪矿粉是由于其流动性先升高后降低的特殊性,掌握了这些铁矿粉的流动性能后,我们可以以流动性互补为原则,通过拟合方程计算配矿结构的综合流动性指数是否适宜,这对优化烧结原料结构和降低烧结燃耗提供了一条重要的参考依据。

3.1.2 铁矿粉温度敏感性分析

图2为烧结过程温度对铁矿石流动性影响规律箱线图,图中两条横线为铁矿石适宜流动性的上下限,每个图例的底部为1240℃的流动性指数,顶部为1300℃的流动性指数,由图可见:

图2 温度对铁矿石流动性影响规律图

(1)巴卡粉、邯邢精粉、南非精粉、PB粉在整个烧结过程温度范围内其流动性指数都在适宜范围以下,其中巴卡、邯邢、南非精粉几乎不流,PB粉则生成液相不足、流动性差;纽曼粉、国王粉、小巴卡、沙河精粉可以通过温度控制而获得适宜的流动性;杨迪粉、南非矿粉、高碱粉、北非粉则在整个烧结温度内流动性都高于适宜范围,北非甚至远远高于适宜值,流动性过强。

(2)巴卡粉、邯邢精粉、南非精粉、杨迪粉在整个烧结过程的温度范围内流动性指数变化不大,在生产中对烧结温度要求不高,温控性好、生产稳定性高;小巴卡、沙河精粉、高碱粉、北非粉流动性变化幅度过大,对于烧结生产会造成一定困难,温控性差,生产稳定性低。

3.2 碱度对铁矿粉流动性影响分析

图3为烧结碱度对铁矿粉流动性影响规律图,由图可见:

(1)碱度提高,意味着CaO的加入量增加,CaO与含铁矿物的接触面积增大,有利于改善生成低熔点液相的反应动力学条件,由试验结果可见,碱度对铁矿粉流动性指数影响明显,同种铁矿粉在同一温度条件下随着碱度的升高流动性指数明显提高。

图3 碱度对铁矿石流动性影响规律图

(2)巴卡粉、南非精粉和北非粉对碱度不敏感;沙河精粉、南非矿粉和高碱粉则在碱度变化后流动性指数产生了较大的波动,对生产稳定不利;其余铁矿粉的温度敏感性居中。

4 结论

(1)温度与碱度是影响铁矿粉液相流动性能的重要因素,生产中应严格控制这两个要素,以保证烧结生产的稳定性。

(2)有9种铁矿粉拟合曲线的方差达到0.9以上,说明拟合值与实测值偏离程度小,可以采用拟合方程定量计算铁矿粉在试验温度范围内的流动性指数。

(3)沙河精粉、小巴卡粉和高碱粉等随温度的升高流动性指数变化幅度过大,对于生产会造成一定影响,温控性差、生产稳定性低;沙河精粉和高碱粉等随碱度变化流动性指数出现较大波动,对稳定生产不利。

[1] 吴胜利.铁矿石的烧结基础特性之新概念[J].北京科技大学学报,2002,24(3):254-257.

[2] 吴胜利.铁矿粉烧结优化配矿技术的研究进展[C]//中国金属学会.第十届中国钢铁年会论文集.北京:冶金工业出版社,2015.

[3] 阎丽娟,吴胜利,尤 艺,等.各种铁矿粉的液相流动性及其互补配矿方法的研究[J].烧结球团,2013,38(6):1 -5.

Study on the Rule of Iron Ore Powder’s Liquid Phase Fluidity Influenced by Sintering Temperature and Basicity

WANG Jinlong,JIA Wenjun,GUO Lanfen,LIU Xiaoming
(Manufacturing Department,Handan Iron and Steel Company, Hebei Iron and Steel Group,Handan 056015,Hebei,China)

Variation tests about iron ore powder’s liquid phase fluidity index of 12 kinds of iron ore powder of Hansteel used in recent years have been done.The results showed that iron ore powder’s liquid phase fluidity was influenced obviously by sintering temperature and basicity.Fitting straight line variance of fluidity index and temperature of 9 kinds of iron ore powder achieved over 0.9 and the fluidity indexes of Shahe powder、Baca powder and Gaojian powder were changed largely with temperature increasing which influenced temperature control and producing stability.

temperature,basicity,iron ore powder,liquid phase fluidity

TF045

A

1001-5108(2017)03-0018-04

王金龙,高级工程师,主要从事铁前工艺研究工作。