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浅谈烧结矿化学成分与低温还原粉化率的关系

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-06-18  作者:薛伟峰 段建荣  浏览次数:546
 
核心提示:摘要:烧结矿低温还原粉化率每降低5%,高炉产量将会降低1.5-5%,焦比增加3 kg。烧结矿的同化作用,包括物理同化和化学同化。矿物组成和化学成分,对烧结矿的质量影响较大。改变烧结矿的化学成分,烧结矿的矿物组成进而改变了,对烧结矿的低温还原粉化性能具有重要影响,因此,研究烧结矿化学成分具有重要的意义。本文主要从烧结矿成分与低温还原粉化的线性相关方面进行研究。 关键词:烧结矿;化学成分;低温还原粉化;高温还原
 浅谈烧结矿化学成分与低温还原粉化率的关系

薛伟峰  段建荣

(陕钢集团龙钢公司炼铁厂)

摘要:烧结矿低温还原粉化率每降低5%,高炉产量将会降低1.5-5%,焦比增加3 kg。烧结矿的同化作用,包括物理同化和化学同化。矿物组成和化学成分,对烧结矿的质量影响较大。改变烧结矿的化学成分,烧结矿的矿物组成进而改变了,对烧结矿的低温还原粉化性能具有重要影响,因此,研究烧结矿化学成分具有重要的意义。本文主要从烧结矿成分与低温还原粉化的线性相关方面进行研究。

关键词:烧结矿;化学成分;低温还原粉化;高温还原

龙钢公司冶金实验室自2017年12月投运以来,对生产烧结矿进行了122次低温还原粉化试验,有效性试验114次。本文对114组低温还原粉化试验数据和对应烧结矿化学成分进行了统计分析。目的在于研究化学成分与低温还原粉化之间的间接关系,推导低温还原粉化与原料、工艺、过程控制等生产操作之间的关系,为指导生产,改善质量,权衡提高烧结矿强度和降低低温还原粉化提供理论支持。

1  低温还原粉化的概念

在高炉炼铁过程中,当铁矿石进入高炉后,炉料下降到400~600℃的区间,受到来自高炉下部煤气的还原作用,会发生不同程度的碎裂粉化。严重时影响高炉上部料柱的透气性,破坏炉况顺行。铁矿石这种性能的强弱以低温还原粉化指数(RDI)来表示,或称低温粉化LTB(Low Tempera-ture Break-down)。

1.1  低温还原粉化相关指数

与低温还原粉化有关的指数有RDI+6.3、RDI+3.15、RDI-0.5、RI %四项。

RDI+6.3为粉化强度指数,与烧结矿的强度有关,间接反映粉化强弱;

RDI+3.15为低温还原粉化指数,直接反映烧结矿的低温还原粉化率;

RDI-0.5为耐磨性指数,与烧结矿的耐磨性有关,间接反映粉化强弱;

RI %为高温还原性指数,与烧结矿的高温还原性有关,高温还原程度与低温粉化程度呈负相关。在烧结生产中不能完全追求低温还原粉化最佳,而是在低温还原粉化和高温还原中寻找一对平衡值,生产出具有良好冶金性能的烧结矿。

1.2  低温还原粉化的原因

由赤铁矿变成磁铁矿发生了晶格的变化,前者为三方晶系六方晶格,而后者为等轴晶系立方晶格,还原造成了晶格的扭曲,产生极大的内应力,导致铁矿石在机械力作用下碎裂粉化。影响烧结矿低温还原粉化性能的因素有原料种类、Fe2O3的结晶形态、碱度、亚铁、机速、还原温度及保持时间长短和铁矿石中的其它元素的含量。

高炉用料矿石的种类主要有烧结矿、块矿、球团矿。粉化模式不尽相同,烧结矿和块矿为裂开式,球团矿为剥落式。粉化程度烧结矿最强烈,球团矿次之,块矿最差。

从矿石分类说,粉化程度赤铁矿最强烈,褐铁矿次之,磁铁矿最差。以赤铁矿粉为原料的烧结矿RDI较高;以褐铁矿粉为原料的烧结矿RDI较低;以磁铁矿粉为原料的烧结矿RDI最低。

烧结矿的粉化程度与烧结矿中原生Fe2O3和次生Fe2O3密切相关。结晶良好的天然Fe2O3,RDI一般在30%以下;天然磁铁矿氧化焙烧成的Fe2O3的结晶,焙烧初期呈线状,RDI为22.4%,焙烧后期呈多晶状,RDI为10.3%;焙烧良好的球团矿,其中的Fe2O3大部分是斑状,RDI较低,酸性球团矿RDI为34.1%,自熔性球团矿为3.1%;烧结矿中的Fe2O3,如斑状结晶体RDI较低,但当磁铁矿原料高温烧结后,在降温初期Fe3O4迅速再氧化成Fe2O3,内部尚包裹着Fe3O4、硅酸盐玻璃质、CaO·Fe2O3,它的晶体外形多为菱形的骸晶状Fe2O3,具有最高的RDI。

烧结矿的粉化程度与还原温度和还原时间。烧结矿和球团矿的RDI随着还原温度变化而变化。一般在400~600℃有一个峰值,温度低于或高于此值,RDI都降低,因为在此温度范围内αFe2O3很快还原为γFe2O3,低于此温度生成的γFe2O3很少;高于此温度,αFe2O3很快还原为FexO,使粉化减轻。此外,在400~600℃温度范围内,碳素析出反应剧烈(2CO=CO2+C),促使粉化更加严重。用H2气体作还原剂时,烧结矿的RDI较低。矿石的RDI还随着还原时间延长而增加,但30~40min后增加速度开始缓慢。烧结过程的两个粉化阶段,烧结过程粉化阶段和烧结完毕冷却阶段。其中烧结完毕冷却阶段为影响粉化的主要原因。所以适当提高机速,烧结终点滞后有利于降低低温还原粉化率。

2  化学成分与低温还原粉化关系的研究方法

本文利用线性相关方法,从化学成分角度对114组数据进行统计,分析烧结矿化学成分与烧结矿低温还原粉化之间的关系。

相关分析一般通过散点图来研究,如果变量在二维坐标中构成的数据点分布在一条直线的周围,那么就说明变量间存在线性相关关系。

线性相关是最常用的一种,即当一个连续变量发生变动时,另一个连续变量相应地呈现线性关系变动,用皮尔逊(Pearson)相关系数R来度量。

皮尔逊相关系数R就是反映连续变量之间线性相关强度的一个度量指标,它的取值范围限于【-1,1】。R的正负号可以反映相关的方向,当R>0时表示线性正相关,当R<0时表示线性负相关。R的大小可以反映相关的程度,R=0表示两个变量之间不存在线性关系。

2.1  低温还原粉化率与各成分之间的关系

图1 图2 图3图4 图5图6 图7图8 图9图10 图11图12 图13 图14.

2.2  化学成分与R之间的对应关系

化学成分

R

FeO

+0.2751

+0.0757

SiO2

+0.0728

+0.0053

CaO

+0.3521

+0.1240

MgO

+0.1034

+0.0107

Al2O3

-0.0100

-0.0001

P

+0.1389

+0.0193

S

-0.0964

-0.0093

R

+0.2528

+0.0639

MnO

+0.0283

+0.0008

TiO2

-0.0566

-0.0032

Zn

+0.0894

+0.0080

K2O

+0.1822

+0.0332

Na2O

-0.2846

-0.0981

碱金属

+0.0100

+0.0001

从上表统计看,FeO、SiO2、CaO、MgO、P 、R、MnO、Zn、K2O与烧结矿低温还原粉化率RDI+3.15呈正相关;Al2O3、S、TiO2、Na2O与烧结矿低温还原粉化率RDI+3.15呈负相关。烧结矿化学成分对低温还原粉化率RDI+3.15影响关系由大到小排列,正相关排列为CaO、FeO、R、P、MgO、Zn、SiO2、MnO、碱金属,负相关排列为S、TiO2、Al2O3 

3  结束语

烧结矿中的化学成分对低温还原粉化RDI+3.15都有一定的影响。烧结矿中CaO、FeO、MgO等含量高,则烧结矿RDI+3.15高; Al2O3、TiO2等含量高,则烧结矿RDI+3.15低。烧结矿碱度(R)的升高,液相的增加,抑制了次生赤铁矿的生成,使得RDI+3.15升高。

参考文献

[1]  刘然.化学成分对烧结矿低温还原粉化影响的研究现状. 华北理工大学冶金与能源学院

[2]  樊尧桂.改善烧结矿低温还原粉化性能实践.南方金属2017.10

[3]  时越.不同碱度的烧结矿试验研究金属世界.2008

[4]  马金芳.烧结矿低温还原粉化性能对高炉生产的影响.全国大高炉炼铁学术年会2014

[5]  胡林.Al2O3、SiO2对铁矿烧结的影响及其机理的研究.中南大学2011

 

 
 
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