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锌对炼铁炉料冶金性能的影响论文
摘要 ：采用醋酸锌水溶液浸泡加锌的方法制备不同含锌量的烧结矿和焦炭试样，并对烧结矿试样进行低温还原粉化率及还原性指标的测试，对焦炭试样进行CO2反应性及反应后强度的测试。结果表明，随着含锌量的增加，烧结矿的RDI＋3．15和RDI＋6．3减小而RDI－0．5明显增大，间接还原速率和RI降低，焦炭的CRI增高而CSR降低，烧结矿中锌含量的增加使其低温还原粉化性和还原性变差，同时焦炭中锌含量的增加使其热性能变差；与喷洒ZnSO4水溶液加锌方法相比，采用醋酸锌水溶液浸泡加锌方法能更准确地确定ZnO对焦炭热性能的影响程度。
关键词 ：钢铁材料论文
高炉中的锌主要来源于炼铁原料，包括铁矿石、焦炭和循环回收物［1－3］。同时，锌在高炉内部还会不断地进行循环富集，使得高炉内炉料的锌含量远远超过从炉顶加入时炉料的锌含量［4－5］。为此，研究者们针对锌在高炉内的分布、高锌负荷下的适宜高炉操作制度、锌对高炉耐火材料及冶炼过程的影响机理等问题开展了大量研究［6－9］。既有研究中，向铁矿石和焦炭中加锌的方法有多种。尹慧超等［10］采用熏蒸法向铁矿石表面引入锌，研究了锌对铁矿石低温还原粉化性的影响。康泽朋等［11］采用向试样表面喷洒ZnSO4溶液的方法研究了锌对铁矿石低温还原粉化性和焦炭反应性、反应后强度的影响，但是一方面ZnSO4在650℃左右才开始分解，在铁矿石低温还原粉化率的测试温度（500℃）下ZnSO4不会分解生成ZnO，所以喷洒ZnSO4不适合用于锌对铁矿石低温还原粉化性影响的研究；另一方面，在720℃下ZnSO4即可剧烈分解，因而在1100℃下进行焦炭热性能试验时，它所分解生成的SO3对焦炭反应有催化作用［12］，这显然会妨碍对锌含量与焦炭热性能之间的内在关系作出正确的判断。此外，有关锌对铁矿石还原性的影响也尚未见有文献报道。为此，为了较好地模拟高炉块状带内炉料吸附ZnO粉末的现象，本文采用了醋酸锌水溶液浸泡的方法向试样中添加ZnO，研究ZnO含量对包括铁矿石还原性在内的高炉炉料各种冶金性能的影响。
1试验
1．1试样制备
试验所用的烧结矿和焦炭均取自武汉钢铁（集团）公司五号高炉生产现场。烧结矿的化学成分如表1所示。焦炭的工业分析结果如表2所示。2H2O）为分析纯。二水合醋酸锌可溶于水，在200℃以下即可脱去结晶水，生成的无水醋酸锌在242℃下熔融，在370℃下完全分解为ZnO。本文根据醋酸锌的这些特性，设计了醋酸锌水溶液浸泡烧结矿和焦炭加锌的方法，具体如下：首先根据需要配制一定质量百分比浓度的醋酸锌水溶液，将试样放在其中浸泡并煮沸一段时间，取出进行滤水、干燥和称重，求得向试样中添加的二水合醋酸锌的质量，在后续的炼铁炉料冶金性能的试验过程中，加入的二水合醋酸锌将脱除结晶水并分解变成固体ZnO。ZnO占未浸泡试样的质量百分比即为试样的ZnO增量。通过调节醋酸锌水溶液的浓度和煮沸时间可以比较准确地控制试样的加锌质量。分别取粒度为10～12．5mm的烧结矿每份500g和粒度为21～25mm的焦炭每份200g进行浸泡加锌，加锌方案如表3所示。
1．2测试方法
铁矿石低温还原粉化性能的测定根据GB13242—92规定的方法进行。测定时模拟高炉上部条件：温度500℃，反应时间60min，气体成分为：N2、CO、CO2的体积分数分别为60％、20％、20％，气体流量15L／min，转鼓总转数300r、转速30r／min。烧结矿的还原性依据GB13241—91规定的检测方法进行检测，实验条件为：温度900℃，反应时间180min，气体成分为：N2、CO的体积分数分别为70％、30％，气体流量15L／min。焦炭反应性和反应后强度按照GB／T4000—2008规定的方法测定，实验条件为：温度1100℃，反应时间120min，纯CO2气体，气体流量5L／min，转鼓总转数600r、转速20r／min。
2结果与分析
2．1加锌对烧结矿低温还原粉化性能的影响
加锌前后烧结矿试样的低温还原粉化指数RDI＋3．15、还原强度指数RDI＋6．3和磨损指数RDI－0．5如图1所示。从图1中可以看出，随着烧结矿中ZnO含量的增加，RDI＋3．15和RDI＋6．3均呈减小趋势，而磨损指数RDI－0．5呈上升趋势，表明随着ZnO含量的.增加，烧结矿的低温还原粉化性能变差。ZnO与Fe2O3合成为铁酸锌的反应开始温度为500℃，且随着温度的升高反应速度加快［13］。低温还原粉化率测试试验的温度刚好为500℃，因此推测所加入氧化锌中的一部分能够与烧结矿中的赤铁矿反应生成铁酸锌，而且因为温度较低，生成的铁酸锌难以被CO还原分解而保持稳定。铁酸锌属于尖晶石型矿物，等轴晶系，密度为5．20g／cm3，而赤铁矿属于六方晶系，密度为4．9～5．3g／cm3，二者在晶形和密度方面差异明显，意味着新生成的铁酸锌会从大块赤铁矿上剥离下来形成粉末，并可能使赤铁矿的强度降低。这可能是导致烧结矿低温还原粉化性能变差特别是磨损指数RDI－0．5急剧增大的内在原因。
2．2加锌对烧结矿还原性的影响
对加锌烧结矿进行还原性实验，得到试样的失重量（包含烧结矿失重量与氧化锌失重量）随还原时间的变化曲线如图2所示。分析图2中的失重曲线可知，当还原时间在60min之内时，不同ZnO含量烧结矿的失重速率均较大，且失重量的值相差不大，其原因是，在还原的初始阶段，主要是由于矿石表面的ZnO和铁的氧化物被CO还原而造成的失重，ZnO对烧结矿的还原过程没有明显的抑制作用；反应时间为60～120min时，反应在矿石颗粒的内部进行，ZnO含量高的矿石因为开口气孔被ZnO粉末堵塞的机会较多，减少了CO与铁氧化物的接触机会，而且铁酸锌的生成数量也较多，所以随着ZnO含量的增加，试样的失重速率逐渐减小；反应时间为120～180min时，4种ZnO含量烧结矿的还原速率均趋近于零，表明此阶段的还原反应基本上已经结束。对还原性试验后的烧结矿样品进行SEM和EDS分析可知其中残留的Zn元素极少，因此可以假定试验结束时试样中没有ZnO残留，则由180min时的失重量计算可得烧结矿各试样的还原度RI如表4所示。从表4中可知，随着烧结矿中锌含量的增加，烧结矿的还原性变差，且ZnO增量对RI值的影响基本上是线性的，增幅为－7．13％（RI）／1％（w（ZnO））。烧结矿间接还原受阻意味着高炉焦比可能升高。ZnO对烧结矿还原反应有阻碍作用的原因可能有两点：一是黏附在烧结矿颗粒表面和开口气孔壁上的ZnO粉末妨碍了氧化铁与CO的接触；二是ZnO与Fe2O3反应会生成铁酸锌，而铁酸锌的还原分解要求较高的动力学条件，结果妨碍了铁矿石的还原［13］。
2．3加锌对焦炭热态性能的影响
不同加锌量焦炭试样的反应性（CRI）和反应后强度（CSR）的测试结果如表5所示。从表5中可以看出，随着ZnO增量的增加，焦炭的CRI值呈增大的趋势，而CSR值则有着相应降低的趋势，表明ZnO对焦炭热性能有负面的影响。影响焦炭反应性的因素主要分为两大类：一是焦炭的微观结构，其中焦炭的石墨化程度和炼焦煤煤种产生的影响最大；二是外在因素的影响，主要包括焦炭的气孔率、气孔结构和内在矿物质的影响。焦炭气孔率越大，气孔分布越均匀，焦炭的反应性就越高；矿物质中的碱金属对焦炭的气化反应影响最大，其次为碱土金属和过渡元素［14］，而ⅡB族元素（锌、镉、汞）因在形成稳定配位化合物的能力上与传统的过渡元素相似，故常常也将其归入过渡元素范围。本研究中，由于在焦炭中加入了ZnO，而ZnO在焦炭反应性实验条件下很容易被碳还原为锌蒸气，使焦炭气孔率增加，在一定程度上起到促进气化反应的作用，从而使CRI值增大。另一方面，与碱土金属类似，金属锌和ZnO之间的转化符合电子迁移理论和氧迁移理论的条件［15］，故锌对气化反应也起到一定的催化作用。增大气孔率和催化气化反应这两方面的作用，使得ZnO的添加提高了焦炭的CRI，而CSR则由于焦炭气孔率增大和气化反应增强而减小。文献［11］报道，焦炭中的w（ZnO）由0．06％增加到3．09％时，CRI从20．77％增至25．53％，升高了近5个百分点；CSR约从70％降至60％，下降了约10个百分点。而本研究中，ZnO增量由0增至3．45％时，CRI从25．44％增大到28．89％，增加了3．45个百分点，CSR从61．62％降至57．42％，下降了4．2个百分点。两相比较发现，在焦炭中ZnO增量基本相同的情况下，本文测定的ZnO对CRI的影响幅度只有文献［11］中的70％左右，对CSR的影响幅度只有文献［11］中的40％左右。这可能是由于锌的添加方法不同引起的，文献［11］中采用的是喷洒ZnSO4水溶液的方法，ZnSO4在1100℃下分解生成SO3，而SO3对焦炭气化反应也有明显的催化作用，结果显得ZnO对焦炭热性能的影响程度较大。
3结论
（1）随着烧结矿中ZnO含量的增加，烧结矿低温还原粉化指数RDI＋3．15减小，还原强度指数RDI＋6．3减小，磨损指数RDI－0．5明显增大。烧结矿中锌含量的增加使烧结矿的低温还原粉化性变差。低温还原粉化性能变差的原因可能是因为加入ZnO使烧结矿在低温还原反应中生成的铁酸锌和赤铁矿在晶形和密度方面有较大差异造成的。
（2）烧结矿中锌含量的增加使烧结矿的还原性变差，烧结矿的还原度RI降低幅度与ZnO增量基本上呈线性关系。还原性变差的原因一方面是因为烧结矿的开口气孔被ZnO阻塞，另一方面可能是因为生成的铁酸锌难以被CO还原分解，阻碍了Fe3＋的还原。
（3）随着焦炭中ZnO含量的升高，烧结矿CRI随之升高，CSR则随之降低。焦炭中锌含量的增加使焦炭的热性能变差。焦炭热性能变差的原因，一方面是因为ZnO本身与C反应使焦炭的气孔率增大，另一方面是因为Zn元素对焦炭气化反应有催化作用。
（4）与喷洒ZnSO4水溶液加锌方法相比，采用醋酸锌水溶液浸泡加锌方法能更准确地确定ZnO对焦炭热性能的影响程度。
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一、铁的故事 在远古时代，第一块落到人类手中的铁可能不是来自于地球，而是来自宇宙空间，因在一些古语中，称称为“天降之火”。埃及人把铁叫做“天石”。可见人们最早认识的铁是从陨石开始的。 1891年，在美国亚利桑纳州的沙漠中发现了一个巨大的陨石坑，坑的直径有1200米，深度有175米。估计这块亚利桑纳州陨石有几万吨重。有人试图想让这个“天外来客”为他们赢利，甚至成立股票公司，然后事实上以公司的闭闭而告终。 1896年，美国探险家在丹表格陵兰的冰层中发现了一块重33吨重的铁陨石。这块陨石历尽千辛万苦送到纽约，至今仍然保存在那里。 “天外来客”毕竟有限。因此在冶金业发展之前，用陨铁制作的器具相当的珍贵。因此，铁在地球上的出现与使用，在最初是带有神秘与高贵的色彩。只有最富有的贵族才能买得起耐磨的铁制装饰品。在约根泰佩（公元前1600－1200前）就发现了一件用来配青铜剑身的铁剑柄，显然，这是作为一种贵重的装饰金属物。在古罗马，甚至结婚戒指一度是铁制而不是金制。在18世纪探险家航行中甚至有过这样的经历，他们用一枚生锈的铁，可以换一头猪，用几把破刀，就可换足够全体船员食用好几天的鱼。因为他们遇见的波利尼亚西土著人对铁的渴望超过了其它。有史以来，锻造业也一直被认为是最体面的行业之一。 1889年，由杰出的法国工程师艾菲尔（Eiffel.G）设计的一座宏伟的铁塔建筑物在巴黎落成。许多人认为，这座高300米的铁塔不会持久，艾菲尔却坚持说它至少可以矗立四分之一个世纪。到现在整整八十年过去了，艾菲尔铁塔仍然高高屹立在巴黎，吸引着成千上万的游客，成为法国的骄傲。 1958年，在比利时首都布鲁塞尔世界工业博览会上，一座让人过目难忘的大楼矗立起来，这座建筑物由9个巨大的金属球组成，每个球的直径为18米，8个球处于立方体的每个角顶，第9个球处于立方体中心，这正是一个放大上千亿倍的铁晶体点阵模型，它叫阿托米姆（Atomin），也是铁的象征——人类不可缺少的朋友。二、炼铁发展的一般情况 由于人类对铁的需要量不断增加，人们把视线投向了地球本身，希望能在地球中找到所需要的铁，而不再是坐等“天外来客”的馈赠。为此人们作了不懈的努力。当人们学会了从矿石中提炼出铁以后，青铜时代就让位于铁器时代。在人类历史上，起过革命作用的原材料中铁应该居首位，无论在世界的哪个地区，冶铁技术的发明都是划时代的重大事件。 据研究，铁的大量出现是在公元前八世纪。在霍萨巴德的王宫贡物中（公元前720－705年）就发现了160吨铁，其中多是铁棒。公元前800年，欧洲转入早期铁器时期。炼铁知识传到不列颠，大约是在公元前500年。与此同时，约公元前400年，已由伊朗自东传到印度，也可能传到中国。欧洲早期铁器时代带触角木剑柄的剑与中国商周青铜剑之间就有很大的相似性。 制铁技术分为两部分：即冶炼和热锻。可能首先掌握并用于陨铁。 纯铁的熔点为1540℃。这个温度在公元19世纪前是不可能达到的。因此早期生产的锻铁都是固态铁。用木炭火在约1200℃的温度下，把铁矿石还原成基本上是纯的固态铁。还原出来的铁呈团块状，称为“坯铁”。这是一种固态铁、渣和未烧完木炭屑的混合物。有时要把这种坏铁破碎，靠敲击使小铁块相互分开。这种小铁块可以与其它部分区别开来。因为它们是可锻的，在敲击下变平。然后把它们放在锻炉加热，经过热锻，小铁块就能被锻接成大块。 早期的冶铁技术，大多采用“固体还原法”，即冶铁时，将铁矿石和木炭一层夹一层地放在炼炉中，点火焙烧，在650￣1000℃温度下，利用炭的不完全燃烧，产生一氧化碳，遂使铁矿石中的氧化铁被还原成铁。但是由于炭火温度不够高，致使被还原出的铁只能沉到炉底而不能保持熔化状态流出。人们只好待把铁炼成，炼炉冷却后，再设法将铁取出。这种铁块表面因夹杂渣滓而显粗糙，有的还不如青铜坚韧。后人们发现，炼出的铁反复加热，压延锤打，才能柔韧不脆。人们还发现再将红热的锻铁猛淬入冷水会变成坚韧的好铁，这种铁比青铜好。 最原始的炼铁炉是碗式炉。它只不过是在地上或岩石上挖出一个坑，风可以从鼓风器通过风嘴直接鼓入，碎矿石和木炭混装或分层装在烧红的炭火上，最高温度至少应达1150℃。这种炼炉没有出渣口，炉渣向下流到底部结成渣饼或渣底，有时则结成圆球，即渣球或渣粒。坯铁留在渣上面，在冶炼过程结束后，打开粘土上部结构，取出坏铁，清理炼炉。这种无出渣口的碗式炉即竖炉是欧洲早期铁器时代的代表。后在罗马时代由带出渣口的改进型碗式炉代替，有卧式和立式两种。 在罗马时代，剑是重要的武器。在广泛采用铁器时代的叠锻和表面渗碳技术的同时，还采用了更复杂的技术，如花纹焊接技术，制作者们借此在制品上加上他们个人的标记。在来自墓葬的实物中，不管男女的随葬品都有武器，如男人用剑和矛头，女人则用一种“纺织用的剑”，那是一种花纹焊接的铁剑身。 在中世纪的欧洲，只有修道院或者主教人士才有充足的资金投入到炼铁工业中去。炼铁工业的大规模发展仰仗于宗教机构的势力。如1408年，不列颠的达勒姆主教建立了第一座有文件为证的，利用水力于鼓风器的熟铁吹炼炉。它的出渣口在炼炉之侧。此外，由于采用水力鼓风器，就有可能进行连续作业，从而可用高炉炼铁，高炉的特点是铁水和炉渣从炉口底部排出的。 16世纪的高炉在两侧各开一个口，一个是风口，另一个为出铁口。高炉第六天（一个冶炼期）大约只能出4～5吨铸铁。一座高炉贮存在不了这么多的铸铁。由于受到容积的限制，遂发展成早期的双炉。1549年，双炉能生产出重2200公斤的铁炉铸件。 在欧洲高炉的发展过程中，有两种基本炉型相互竞争，一种是矮炉腹型高炉，和一种是高陡面炉腹型高炉。 1750年，英国的工业革命开始了。在燃烧上用焦炭代替木炭，这种转变使炼铁业突破了束缚，不再为木炭的短缺而陷入困境。因为不仅民用燃烧需要大量木料，而且为了提高农业产量也在大量砍伐森林。因此，对于人口密度高的国家，要靠木炭来增加铁的产量是不易的。 到18世纪末，煤和蒸汽机已使英国的炼铁业彻底改革，铁的年产量从公元1720年的2.05×10000吨／年（大多是木炭铁）增加到1806年2.5×100000吨／年（几乎全是焦炭铁）。估计，每生产一吨焦炭需煤3.3吨左右。但是，高炉烧焦炭势必增加碳含量，以致早期的焦炭生铁含碳在1.0％以上，全部成为灰口铁即石墨铁。 高炉的尺寸在18世纪内一直在增大。从公元1650年约7米，到1794年俄国的涅夫扬斯克高炉已增高到13.5米。因为焦炭的强度大，足以承担加入的炉料的重量。大多数的炼炉采用炉缸、炉腹和炉身三部分按比例构成。19世纪末，平滑的炉衬公认为标准的炉衬，这基本上已经是现在的炉型。炉底直径约10米，炉高约30米。全部高炉都设有两只以上的风嘴。另一个巨大的进步就是采用热风。20世纪后，现代钢铁业就蓬勃发展起来。
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烧结矿强度和粒级组成影响因素分析2008年全国炼铁技术交流会论文集烧结矿强度和粒级组成影响因素分析刘福泉 王树立 顾爱军(宣钢炼铁厂)摘 要:本文结合宣钢炼铁厂及相关单位的研究成果，综合分析了影响烧结矿强度和粒度组成的因素和对策。关键词:烧结矿 强度 粒度组成1 前言烧结矿强度及粒级组成是烧结矿质量的重要内容，没有合格的强度和适宜的粒级组成，就很难谈得上烧结矿的质量，烧结矿强度及粒级组成对高炉冶炼有着明显的影响，根据日本、前苏联、首钢、本钢的生产统计，烧结矿-5mm粒级每增加1%，将影响高炉焦比0.5%，影响高炉产量0.5-1.0%。 根据一些专家研究成果表明，烧结矿强度及粒级组成的影响因素是多方面的和复杂的，既有碱度和矿物组成，SiO、MgO和AlO等化学成分方面的影响，又有配碳量和FeO含量，热返矿粒度和返223矿量、熔剂和燃料粒度、配矿及反应性的影响，还有料层厚度、抽风负压和冷却速度等工艺操作参数方面的影响。2 宣钢炼铁厂烧结矿强度及粒级组成与同类型企业比较表1烧结矿粒级组成 %碱度 2厂家 烧结机面积m FeO% 强度% 倍 +40 40-25 25-16 16-10 10-5 -5柳钢 50 1.70 6.03 20.85 27.51 39.41 12.21 69.5湘钢 50 2.0 6.70 4.46 14.24 17.96 28.63 28.56 6.07三明 24×5 8.5 10.72 15.19 4 8.17 22.47 3.45 67.61唐钢 60×3 5.6 20.3 56.30 13.70 4.1 78.30济钢 36×2 8.03 24.62 52.53 10.34 4.66 85.81 太钢一烧 90 9.54 27.69 28.92 18.61 13.01 12.51 4.06 69.87 太钢二烧 90 9.39 22.50 18.81 11.64 14.47 25.00 9.33 73.058台累 1.90 7.48 13.59 21.78 23.09 17.63 17.68 5.21 77.08 武钢烧结厂 入炉粒级 8.69 12.65 50.42 25.81 2.43 首钢二烧 78 1.91 9.12 13.36 21.70 38.23 23.29 3.42 87.37 宣钢一烧 86×2 2.30 9.32 7.98 17.95 28.51 28.68 13.13 3.75 78.60 宣钢二烧 64×2 2.30 9.28 6.53 15.97 27.15 30.93 15.87 3.55 78.20 宣钢三烧 36×4 2.30 7.47 20.71 25.52 22.56 16.81 6.93 80.6 宣钢四烧 36×2 24.09 33.22 20.81 12.48 6.85 2.54 81.2说明由于各烧结厂家测定烧结矿强度、粒级的地点、采样方法不统一，数据可比性不强。从表中数据看出，一烧和二烧CH1(即二烧装车烧结矿)烧结矿粒级相当，优于武钢水平;二烧CH7烧结矿、一、二烧落地矿烧结矿中小粒级含量较大，处于后列;三、四烧由于是步进式烧结机，实际烧结时间长，中小粒级少，颗粒大。3 宣钢炼铁厂烧结矿强度及粒级组成影响因素的对比分析12008年全国炼铁技术交流会论文集3.1碱度和矿物组成对烧结矿强度及粒级组成的影响。碱度和矿物组成是影响烧结矿强度及粒级组成的主要因素，在相同工艺操作条件下，不同的碱度和矿物组成，就有不同的强度及粒级组成。试验结果表明烧结矿强度与其矿物组成直接相关，不同矿物组成的瞬时强度指标列于表2。由表2可知，为了提高烧结矿强度，我们希望得到较多的铁酸钙的矿物相，不希望得到较多的枪晶石和玻璃相的矿物相，由于高碱度烧结矿的矿物相以铁酸钙为主，自熔性烧结矿的矿物相以橄榄石为主，因此高碱度烧结矿明显优于自熔性烧结矿。铁酸钙不仅强度高，而且较铁橄榄石还原性明显优良，因此，烧结矿要坚持生产高碱度的方向不动摇。涞钢和太钢不同碱度烧结矿的矿物组成见表3、4;我厂2005年1-3月一、二烧烧结矿的矿物组成见表5。邯钢不同碱度时烧结矿的粒度组成见表6。2不同矿物组成的瞬时强度指标(Kg/mm) 表2铁酸钙 磁铁矿 赤铁矿 钙铁橄榄石 铁橄榄石 铁酸二钙 枪晶石 玻璃相 CaO.FeO FeO FeO CaO.FeOSiO 2FeSiO 2CaO.FeO 3CaO.2SiO.CaF SiO结晶 233423 2。22322237.0 36.9 26.7 23.3 20.26 14.2 7.77 5.18涞钢不同碱度烧结矿的矿物组成 表3CaO.Fe2O3 CaO/ SiO2 Fe3O4 Fe2O3 2CaO. SiO2 玻璃相 未矿化熔剂 (SFCA)1.35 10-12 50-55 7-10 3 20-25 1-21.60 15 50 7-10 6-8 15-17 2-3 1.80 25 45 7-10 6-8 10-12 1-22.10 35 40 5-7 5-7 7-8 3-5太钢不同碱度烧结矿的矿物组成 表4CaO.Fe2O3 2CaO. 。CaO/ SiO2 Fe3O4 Fe2O3 玻璃相 未矿化熔剂 (SFCA) SiO2 1.31 10-15 50-55 7-10 3-5 20 未见 1.78 35-40 30-35 10-15 10 3-5 小于3 1.96 40 25-30 15 10 2-3 3-52.15 45 30 7-10 10-15 1-2 3-52005年1-3月宣钢炼铁厂一、二烧烧结矿的矿物组成测定 表5CaO/ CaO.Fe2O3 2CaO. 。 Fe3O4 Fe2O3 玻璃相 未矿化熔剂 SiO2 (SFCA) SiO2一烧 2.30 22 55 9 6 8 未见2.10 21 56 7 7 9 未见 二烧 2.10 19 56 8 7 10 未见22008年全国炼铁技术交流会论文集邯钢不同碱度时烧结矿的粒度组成 表6碱度 +20 20-10 10-5 -5 -10合计1.65 36.90 32.40 26.70 3.90 30.601.69 39.60 20.80 32.90 6.70 39.601.72 36.00 32.70 27.60 3.70 31.301.75 49.80 26.80 19.00 5.80 24.801.79 40.54 24.80 27.90 5.90 33.801.80 32.20 37.10 27.10 3.70 30.801.83 38.40 32.40 25.30 3.90 29.201.85 36.37 36.10 23.40 4.20 27.601.87 40.80 32.90 23.00 3.30 26.301.88 37.60 38.00 20.80 3.60 24.401.90 39.90 35.30 22.30 2.50 24.801.95 33.00 29.70 27.80 3.50 31.30北科大的研究结论:碱度和矿物组成是影响烧结矿强度及粒级组成的基本因素。宣钢炼铁厂烧结矿属高碱度烧结矿，但仍属于高温型烧结矿，一、二烧烧结矿矿物组成中与太钢比铁酸钙含量低15,20%，玻璃相高5-6%，硅酸二钙达到7%左右，铁酸钙含量有待进一步提高。 3.2 FeO和配碳的影响烧结矿FeO含量与混合料配碳直接相关，配碳高者，属高温型烧结，含FeO高。对自熔性烧结矿而言，它的矿物组成主要是磁铁矿、铁橄榄石和钙铁橄榄石，FeO呈固熔状态存在，烧结矿的强度随FeO增加而升高，成品矿强度及粒级组成得到改善，但还原性和软熔性能明显变差。对高碱度烧结矿而言，它的主要矿物为赤铁矿和铁酸钙，铁酸钙中的铁主要以Fe2O3形式存在，FeO含量仅占1%，因此强度和FeO不直接相关，一般随FeO升高(配C增加)造成Fe2O3分解，使矿物Fe3O4增加，铁酸钙含量降低，从而成品矿的强度下降，同时高温型烧结得到的往往不是针状铁酸钙，而是柱壮甚至块状铁酸钙，这种成品矿在冷却过程中会出现大量裂纹，造成粒度碎化和还原强度降低。配碳高，FeO含量升高，会造成高碱度烧结矿强度低和粒度细化。宣钢炼铁厂烧结矿属于高碱度、中钛、高镁、高温型烧结矿，烧结矿强度和粒度组成相当程度上依赖于FeO含量和液相数量，同时由于熔剂当中钙灰等总体粒度偏粗，影响烧结矿矿化和液相质量的改善，影响烧结矿强度和粒级水平。目前条件下，应继续保持FeO在,,,,,控制水平。同时应进一步采取措施改善熔剂质量，创造条件降低FeO含量。3.3 SiO2含量的影响SiO2是烧结过程形成粘结相的主要元素，其含量高低对烧结矿强度和性能有举足轻重的影响。烧结矿SiO2含量在8%以上，由于正硅酸钙在冷却过程中相变，体积膨胀，会造成严重自然粉化，降低烧结矿强度。烧结矿SiO2含量在5%以下，一些厂家烧结矿强度降低。低SiO2条件下获得高强度烧结矿技术是目前各厂家研究的课题之一。济钢SiO2、FeO与转鼓指数的变化见表7。我厂一32008年全国炼铁技术交流会论文集烧2003年低硅烧结试验显示烧结矿SiO2降低至4.6%时，强度也有所降低(见表8)。济钢SiO、FeO与转鼓指数的变化 表7 2碱度 倍 2.10 1.98 1.91 1.82 1.83TFe % 51.73 53.49 54.28 55.26 56.26SiO% 7.28 6.85 6.20 6.18 5.80 2FeO % 11.66 13.33 7.34 6.54 6.71转鼓 % 85.94 87.17 86.52 85.39 83.80宣钢炼铁厂一烧2003年低硅烧结试验相关指标 表8烧结系数 品位 碱度 含粉 转鼓强度 FeO SiO2 项目 (t/m2.h) (%) (倍) 率(%) (%) (%) (%) 基准期 1.53 55.56 2.0 4.97 75.03 8.91 5.31 第一阶段 1.55 56.57 2.01 4.42 74.8 9.01 4.96 第二阶段 1.59 57.08 2.00 4.43 75.65 8.85 4.89 第三阶段 1.57 57.67 2.03 4.21 75.97 9.27 4.61 第四阶段 1.52 57.36 2.00 4.57 73.87 9.10 4.65 3.4MgO和Al2O3的影响MgO和Al2O3是影响烧结矿强度和粒度组成的重要因素，MgO有利于改善烧结矿的热稳定性，提高烧结矿的还原强度，在高炉内一定的MgO含量有利于改善炉渣流动性和提高脱硫能力。但由于MgO熔点高达2799?，在烧结过程中，部分固熔于磁铁矿形成镁磁铁矿，MgO含量高后，会降低烧结矿中铁酸钙含量，从而不利于烧结矿的冷强度，提高MgO含量会降低烧结矿冷强度。Al2O3是烧结矿化学成分不可缺少的成分，因为一定的铝硅比(Al2O3/ SiO2)=0.1-0.4是烧结过程形成铁酸钙的必要条件。因此烧结矿成分不能没有Al2O3，但含量高了有害无益。Al2O3熔点为2042?，在烧结过程中除了生成复合铁酸盐外，不能单独熔化，烧结矿的合理含量应低于1.8%，高了会降低烧结矿的冷强度，还会恶化烧结矿的低温还原粉化指数。我厂一、二烧烧结矿MgO控制在2.8-3.0%较国内厂家(一般在,,,,)处于较高水平，造成燃耗偏高，对烧结矿强度有一定影响。3.5料层厚度的影响低C、厚料层、低FeO高还原性是烧结工艺追求的方向，而厚料层是基础。八钢不同料层高度时烧结矿的粒度组成变化见表9。八钢不同料层高度时烧结矿的粒度组成 表9料层高度mm +40 40-25 25-16 16-10 10-5 平均粒级430 12.45 14.05 17.25 23.02 33.23 19.81480 14.56 12.25 20.66 21.91 30.61 20.64580 16.80 11.96 23.73 20.30 27.20 21.8342008年全国炼铁技术交流会论文集目前宣钢炼铁厂一烧料层控制最高料层，600mm，二烧料层一般控制在600-650mm，不能长时间保持700 mm料层烧结。3.6热返矿粒度和返矿量的影响热返矿粒度和返矿量增大后，引起混合料水分波动和成球率下降，从而烧结矿强度下降，粒度变小。宣钢炼铁热返矿粒度和返矿量目前也是造成烧结区烧结矿FeO、强度粒级波动、产量波动的重要因素之一，车间应继续高度重视冷、热筛筛板的管理，控制好更换周期，控制适宜热返矿粒度和返矿量。3.7熔剂、燃料粒度影响熔剂和燃料粒度过粗，会造成其在混合料中分布不均匀。造成强度和结块不均匀，熔剂粒度-3mm应达到90%。否则造成烧结矿白点，冷却过程中吸水，造成自然粉化。目前，宣钢炼铁按熔剂粒度-3mm达到,,%，钙灰粒度-5mm达到87%考核，熔剂粒度较粗，白点较严重，影响强度、粒级及成分指标。故应继续加强对钙、镁灰粒级及质量的考核，以改善生石灰粒级。燃料粒度过粗，布料偏析加重，且造成燃烧带过宽，阻力增大，产量下降;燃料粒度过细会造成燃烧速度过快，燃烧带高温停留时间短，降低烧结矿强度和成品率。宣钢炼铁厂相关单位应做好燃料破碎，控制适宜燃料粒度，减少过粉碎。酒钢混合料粒级及燃料偏析 表10位置 -3mm 3-5 mm 5-8 mm 8-10 mm +10 mm C固 %上层 13.44 5.51 48.02 30.40 2.64 4.08中层 10.53 4.26 42.11 39.85 3.26 3.30下层 5.25 2.78 40.74 48.15 3.09 1.873.8配矿和反应性的影响据相关研究表明，铁矿粉的同化性是粉矿造块赖以形成的基础，没有铁矿粉与CaO的同化，就不可能产生液相，矿粉也就不可能成块。烧结配矿时，要充分考虑矿粉的同化性能，使烧结过程具有适当的热水平。如果配矿不恰当，就可能造成烧结过程对某种铁矿粉温度显得偏高，使其过分同化，液相变得稀薄，形成薄壁大孔结构，而另一种铁矿粉温度显得偏低，尚不能同化，难以形成液相，以上两种情况均会造成烧结矿强度明显降低，影响产质量指标。目前我公司尚未有矿物同化性、反应性试验和资料。3.9总管负压和冷却速度的影响总管负压和冷却速度是烧结过程状态参数，总管负压过高和冷却速度过快会影响烧结矿强度和粒级水平。宣钢炼铁一、二烧总管负压和冷却速度主要受原料结构及烧结透气性的影响，是相对稳定的。一、二烧在组织提高环冷机冷却效果攻关过程中，应充分考虑烧结矿冷却速度提高对烧结矿质量的影响。4 改善宣钢炼铁烧结矿强度和粒级组成的几点看法52008年全国炼铁技术交流会论文集,)相关生产单位应将进一步烧结矿强度和粒级指标作为首控质量指标加以控制。,)一定的原料结构、一定的工艺条件、一定的操作控制水平，对应相对稳定的烧结矿强度和粒级组成。车间在生产组织中应重点加强热返矿数量及粒级控制，加强混合料混匀制粒控制，加强漏风治理，提高烧结料层;控制好烧结终点，杜绝机尾出现生料;控制好燃料和熔剂适宜粒级;保持FeO稳定。3)进一步摸索我厂原料条件下，烧结矿适宜的SiO、碱度、MgO、AlO水平。 2236￥5.9百度文库VIP限时优惠现在开通,立享6亿+VIP内容立即获取烧结矿强度和粒级组成影响因素分析烧结矿强度和粒级组成影响因素分析2008年全国炼铁技术交流会论文集烧结矿强度和粒级组成影响因素分析刘福泉 王树立 顾爱军(宣钢炼铁厂)摘 要:本文结合宣钢炼铁厂及相关单位的研究成果，综合分析了影响烧结矿强度和粒度组成的因素和对策。关键词:烧结矿 强度 粒度组成1 前言第 1 页烧结矿强度及粒级组成是烧结矿质量的重要内容，没有合格的强度和适宜的粒级组成，就很难谈得上烧结矿的质量，烧结矿强度及粒级组成对高炉冶炼有着明显的影响，根据日本、前苏联、首钢、本钢的生产统计，烧结矿-5mm粒级每增加1%，将影响高炉焦比0.5%，影响高炉产量0.5-1.0%。 根据一些专家研究成果表明，烧结矿强度及粒级组成的影响因素是多方面的和复杂的，既有碱度和矿物组成，SiO、MgO和AlO等化学成分方面的影响，又有配碳量和FeO含量，热返矿粒度和返223矿量、熔剂和燃料粒度、配矿及反应性的影响，还有料层厚度、抽风负压和冷却速度等工艺操作参数方面的影响
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