提高钒钛磁铁精矿烧结产质量的研究

热风烧结可以提高钒钛磁铁精矿烧结矿的成品率和转鼓强度, 但利用系数降低; 硼泥、氧化剂和M eO 对提高烧结矿的产质量有明显的效果, 其中硼泥效果较好。添加1%的硼泥, 利用系数提高3%, 转鼓强度提高2. 4%, 成品率提高4%。

多年来, 攀钢为取得较好的产质量指标,采取了配加富矿粉、添加粘结剂、强化制粒、焦粉分加以及实行高料层、高碱度和强化布料等一系列措施, 取得了明显效果, 主要技术指标逐年提高。但由于钒钛磁铁精矿的固有特性, 烧结矿的质量和成品率仍不尽人意。本文从增加烧结矿的粘结液相量, 抑制钙钛矿形成和促进铁酸钙生成等方面着手, 对提高钒钛磁铁精矿烧结矿质量进行了研究。

1　原料特性

试验所用含铁原料包括攀枝花钒钛磁铁精矿、澳矿、白塔矿、高炉灰, 其化学成分见表1。钒钛磁铁精矿的主要矿物是钛磁铁矿、磁铁矿、钛铁矿和镁铝尖晶石。由表1 可知, 钒钛磁铁精矿具有高钛、高铝、高亚铁、高镁, 和低硅、低铁等特点。白塔矿属高硅、低铁富矿粉, 采用它的目的是为了增加烧结矿中的液相量。比较而言, 澳矿是一种铁高、硅低的富矿粉, 配加澳矿可改善料层透气性, 提高烧结矿品位。

表 1　含铁原料的化学成分(%)

原料名称 TFe FeO A l2O3 SiO2 CaO M gO TiO2 V2O5

钒钛磁铁矿 52. 87 28. 60 4. 64 4. 88 2. 01 2. 92 12. 80 0. 51

白塔矿 51. 48 0. 47 3. 72 15. 78 0. 45 0. 16

高炉灰 42. 70 27. 20 2. 95 8. 06 5. 81 3. 37

澳　矿 61. 73 0. 94 1. 86 4. 45 1. 23 1. 19

2　焦粉用量对烧结的影响

焦粉用量是影响烧结成品率的重要因素。从图1 的试验结果来看, 随焦粉用量增加, 烧结矿成品率和转鼓强度都相应提高, 利用系数也增大。在不配加高炉灰的情况下, 焦粉用量为 5. 5%时, 垂直烧结速度为 20. 6mmm in, 成品率为 74. 2%,2利用系数 1. 34t(m ·h), 转鼓强度为66. 8%, 固体燃耗 55. 6kgt; 当焦粉配比增至 6. 1%时, 下层烧结矿发生过熔, 垂直烧结速度下降, 成品率(75. 6%)虽有所提高, 但利用系数仍有所降低, 说明焦粉用量过大。因此, 焦粉用量为5. 5%时的烧结指标可作为后面试验的基准点。当混合料中加入 5%的高炉灰, 焦粉用量为4. 9%时, 混合料中的固定碳为 4. 27%, 相当于不加高炉灰时配 的焦粉。随焦粉用量从5. 5% 4. 9%提高到烧结矿成品率和转鼓强度提高 固5. 5%, ,体燃耗也增加。利用系数从焦粉用量为 5. 2%时开始下降。当焦粉用量为4. 9%时获得如下指标:2成品率 73. 5%, 利用系数1. 33t (m ·h), 转鼓强度66. 5%, 固体燃耗48. 2kgt。此指标与焦粉用量为 5. 2%时相近, 因此以焦粉用量 4. 9% 作为后面配加高炉灰试验的基准点3　热风烧结

本试验采用热风烧结装置, 即在烧结杯上方设置一个内装有许多小球和带篦板的热风调节器, 以保证点火烧嘴产生的热气体能均匀地分布在烧结料面上。热风温度可以通过调节液化气流量和二次空气量来控制。热风烧结试验结果见表2。从表2 可以看出: 在同一焦粉用量情况下, 热风烧结对提高烧结矿成品率和转鼓强度都有较明显的效果。当焦粉用量同为 5. 2%时, 热风烧结(风温 300℃, 时间 5m in) 成品率为 75. 2%, 转鼓强度为 67. 8%, 与不用热风烧结相比成品率提高了2. 4 个百分点, 强度提高了1. 8 个百分点。当焦粉用量增加到 5. 5%时, 热风烧结与不用热风烧结相比, 大部分指标有较明显改善; 但使用热风烧结时, 利用系数普遍有所降低。焦粉用量为5. 5%, 风温分别为 300℃、500℃时, 利用系数分2 2别为1. 34t(m ·h)和 1. 32t(m ·h), 较不用2 2热风时分别降低了 0. 02t(m ·h)和 0. 04t(m·h); 生产率降低了 1. 4%和 2. 8%, 下降幅度较大。这可能与本实验室采用液化气燃烧废气供热,热废气中的氧量不足有关。

4　添加剂对烧结的影响

4. 1　硼泥对烧结的影响本试验选用的硼泥由攀钢烧结厂提供。B2O3为6. 39% , SiO2 25. 25% , CaO 1. 34% ,M gO19. 95%。试验结果表明(见表 3), 烧结料中配加硼泥有利于成品率和烧结矿转鼓强度的提高。配加 1%硼泥时, 烧结成品率为 77. 2%, 转鼓强度268. 4%, 利用系数 1. 38t (m ·h)。与基准点比较, 成品率提高 4. 0%, 转鼓强度提高 2. 4%, 利用系数提高近3. 0%。

CaO+ TiO2→CaO·TiO2

△G= 81060- 94. 08T

M eO+ TiO2→M eO·TiO2

△G= 129700- 91. 98T

上式表明, 金属氧化物M eO 与 TiO2 结合的趋势比CaO·TiO2 大得多, 因而这种氧化物加入烧结料中, 在烧结温度下, 就可以优先与 TiO2 结合形成M eO·TiO2, 抑制钙钛矿的形成, 使CaO浓度相对增大, 有利于发展铁酸钙。试验结果表明, 配加M eO 后, 成品率和烧结矿转鼓强度明显提高, 当M eO 用量为 0. 36%时,成品率可达到78. 3% , 较基准点试验(见表3)74. 2%提高了4. 1%, 转鼓强度提高了2. 2%。虽然烧结速度有所降低, 但由于成品率增加, 烧结利用系数仍有所提高。这表明M eO 对抑制钙钛矿的生成有较明显的效果。烧结矿的矿相鉴定也证明了这点, 钙钛矿从10. 8%降至7. 6%, 铁酸钙从10. 5%提高到 14. 5%。表 4　添加M eO 的烧结试验结果矿化剂用量 烧结速度 成品率 利用系数 转鼓强度- 1 - 2 - 1

% mm·m in % t·m ·h %

0. 20 19. 8 78. 2 1. 36 67. 7

0. 36 19. 5 78. 3 1. 36 68. 2

4. 3　催化氧化剂对烧结的影响

催化氧化剂既可以促进FeO 氧化, 为铁酸钙的形成创造条件, 又是碳燃烧的助燃剂。燃料中加入催化氧化剂后, 其活性组分浸透到碳结构的价键上, 使其晶格结构发生畸变, 结构单元间的桥键结合力削弱, 在受热分解时更多桥键受到破坏,产生更多可燃气体。同时, 氧化剂在着火过程中又可充当氧的活性载体, 促进氧气从气相中向碳粒表面扩散。由于所使用的氧化剂为易溶于水的复合盐, 可高度均匀分散在燃料的外表面及气孔中, 从而获得高产的催化效果。结果缩短了碳粒的均相着火时间, 降低了着火温度, 促进燃烧速度加快和碳的燃烧完全。即使在低配碳情况下, 同样可保证获得烧结所需要的高温, 使烧结料层中的气氛得到改善。表5 的试验结果表明, 添加催化氧化剂, 烧结速度加快, 成品率提高, 利用系数增加, 燃耗降低。当氧化剂用量为 0. 01%时, 烧结速度由基准点的 20. 6mmm in 增加到 21. 3mmm in, 烧结矿成品率由74. 2% 增至77. 2% , 利用系数从1. 342 2t(m ·h) 提高到 1. 39t(m ·h), 而且固体燃耗也从 55. 6kg t 下降到 52. 6kg t。表 5　添加催化氧化剂对烧结的影响氧化剂用量烧结速度 成品率 利用系数 转鼓强度 固体燃耗- 1 - 2 - 1 - 1

‰ mm·min % t·m ·h % kg·t

0. 1 21. 3 77. 2 1. 39 68. 7 52. 6

0. 13 20. 8 76. 5 1. 37 67. 0 46. 0

0. 2 21. 5 76. 5 1. 32 67. 9 52. 2

5　添加剂对烧结矿冶金性能的影响

表 6 为四种烧结矿冶金性能的检测结果。由表可知, 攀钢钒钛磁铁精矿烧结矿具有良好的还原性, 但低温粉化严重。据矿相鉴定, 烧结矿中e2O3 含量高达 25%～ 40%, 同时 Fe2O3 中有不少呈骸晶状形态存在, 这是导致烧结矿低温粉化严重的主要原因。四种烧结矿比较, 加硼泥烧结矿的粉化率低, RD I+ 3. 15 为 52. 3%, 较基准点 (1. 4%)提高了 10. 9 个百分点。其原因可能与硼泥中的硼有关。一方面硼是结晶化学稳定剂, 硼

离子半径很小(0. 2 ), 容易扩散到Fe2O3 晶格中去, 从而抑制骸晶状～Fe2O3 的形成; 另一方面硼有很好的分散性和溶解性, 能均匀分散在烧结矿的液相中, 并与周围的 Fe2O3、CaO 形成一系列的低熔点化合物, 促进液相生成, 改善了烧结过程中的传质条件, 使结晶较为完善, 烧结矿内部应力减少, 抗低温还原粉化能力增强。

6　结　论

1)热风烧结对提高钒钛磁铁精矿烧结矿成品率和转鼓强度有明显效果, 但利用系数稍有降低。表 6　烧结矿的热态性能添加物 化学成分% 还原性 低温还原粉化性%

种类 用量% TFe FeO CaO SiO2 % RD I+ 6. 3 RD I+ 3. 15 RD I- 0. 5

基准 0 46. 80 6. 7 10. 70 6. 29 78. 7 7. 4 41. 4 15. 5

硼泥 1. 0 46. 49 6. 4 10. 72 6. 42 80. 2 17. 5 52. 3 14. 8

M eO 0. 2 46. 56 6. 5 10. 50 6. 20 79. 0 10. 8 44. 2 15. 2

氧化剂 0. 01 46. 92 6. 2 10. 65 6. 22 79. 9 6. 6 38. 7 17. 2

2)硼泥、矿化剂、催化氧化剂对提高钒钛磁铁矿烧结矿的产质量都有明显的效果, 其中以硼泥效果明显。当硼泥用量为1%时, 烧结矿成品率从73. 5% 提高至77. 2% , 利用系数从1. 332 2t(m ·h) 增加到 1. 37t(m ·h), 转鼓强度为67. 6%, 烧结矿的粉化率低,RD I+ 3. 15为52. 3%,较基准点提高了10. 9 个百分点。