李 杰，華旗年
(河鋼集團(tuán)石鋼公司技術(shù)中心?河北石家莊０５００３１)
摘要：利用基于Microsoft-Excel的鐵前優(yōu)化程序?qū)κ袌?chǎng)上的礦粉進(jìn)行了系統(tǒng)的性價(jià)比比較，確定了燒結(jié)礦中高比例添加FMG礦的方案。采用全自動(dòng)熔點(diǎn)測(cè)定儀、差熱－ 熱重分析儀、礦相顯微鏡等對(duì)FMG礦的礦物組成、熔點(diǎn)、同化性能、熱重性能等進(jìn)行了詳細(xì)地分析，并通過配比試驗(yàn)研究了FMG 礦對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量及性能的影響，結(jié)果認(rèn)為：FMG 礦的熔點(diǎn)較低，僅1473 ℃ ，礦物以褐鐵礦為主，結(jié)構(gòu)致密、晶格缺陷少，同化性能好，有利于燒結(jié)過程中液相粘結(jié)相的生成，吸水性較好，有利于提高燒結(jié)混合料的水分含量，燒結(jié)料中FMG 礦的最高配比可達(dá)47％ 以上， 通過對(duì)河鋼石鋼燒結(jié)大比例地添加FMG 礦，可達(dá)到滿意的結(jié)構(gòu)優(yōu)化效果，有利于降低鐵前成本。
關(guān)鍵詞：FMG 礦；性價(jià)比；燒結(jié)；同化性能；熱重性能；吸水率
0 引言
FMG 礦是澳大利亞礦山新貴FMG公司2003年以后開始向國內(nèi)市場(chǎng)推銷的新礦種，因其品位低、硅含量高、燒結(jié)性能較大礦紐曼粉、楊迪粉、PB 粉稍差，所以市場(chǎng)上長(zhǎng)期保持較高折扣力度[1]。 河鋼石鋼技術(shù)部應(yīng)用自主開發(fā)的優(yōu)化測(cè)算程序，對(duì)市場(chǎng)上礦種進(jìn)行測(cè)算發(fā)現(xiàn)FMG 礦性價(jià)比長(zhǎng)期保持前列，所以通過技術(shù)創(chuàng)新提高燒結(jié)中FMG 礦的應(yīng)用比例，將創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
1 性價(jià)比測(cè)算程序
為綜合考慮爐渣堿度平衡、爐渣鎂鋁比、鐵水中磷的含量、入爐堿金屬、ZnO、TiO2 等有害元素負(fù)荷[2] 。并能夠依據(jù)入爐熔劑量變化修正入爐綜合品位，動(dòng)態(tài)計(jì)算噸鐵冶煉燃料費(fèi)用變化，研發(fā)了基于Microsoft-Excel 的鐵前優(yōu)化程序，該程序立足于生鐵成本最低的目標(biāo)，顯示不同的入燒、入爐配比變化甚至生鐵成本的變化，將每種礦帶入測(cè)算程序，并將堿度和鎂鋁比等調(diào)整成相同口徑，比較計(jì)算出生鐵成本，此評(píng)價(jià)各礦種的性價(jià)比。
該程序共分兩部分，分別為基礎(chǔ)測(cè)算和預(yù)測(cè)兩個(gè)模塊，每個(gè)模塊分別存放在三個(gè)Excel表格中：數(shù)據(jù)輸入及輸出表、燒結(jié)優(yōu)化表、煉鐵優(yōu)化表，基礎(chǔ)計(jì)算模塊是以基期數(shù)據(jù)為依據(jù)進(jìn)行的優(yōu)化測(cè)算，預(yù)測(cè)模塊主要預(yù)測(cè)不同礦種、不同配比條件下的成本。
本測(cè)算程序不同于現(xiàn)行的經(jīng)典脈石系數(shù)測(cè)算程序，為生產(chǎn)全過程模擬，最終可測(cè)算出礦石對(duì)鐵水成本的影響，進(jìn)而評(píng)價(jià)各鐵礦石的性價(jià)比[3-4] 。
由性價(jià)比結(jié)果可以看出，F(xiàn)NG 超特粉性價(jià)比排在前列，若生產(chǎn)中高比例配加這些礦石將創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
2 FNG礦的性能研究
為確定澳大利亞FNG 礦在河鋼石鋼燒結(jié)配礦中的適宜配比，對(duì)FNG礦的各種物理化學(xué)性能以及其對(duì)燒結(jié)過程和燒結(jié)礦冶金性能的影響規(guī)律開展了系統(tǒng)研究，以便找出提高河鋼石鋼燒結(jié)礦產(chǎn)量和質(zhì)量的技術(shù)途徑，本研究采用的設(shè)備有RD-04 型全自動(dòng)熔點(diǎn)測(cè)定儀、德國NESZCH(耐馳)公司生產(chǎn)的STA449c 差熱－ 熱重分析儀、礦相顯微鏡等[4]。
2.1 礦物組成
利用環(huán)氧樹酯粘結(jié)技術(shù)和磨片技術(shù)將鐵礦石磨粉制成薄片，借助于光學(xué)顯微鏡測(cè)定河鋼石鋼燒結(jié)所用FNG 礦的礦物組成。
如圖1、2 所示，F(xiàn)NG 礦中的鐵礦物主要為褐鐵礦，同時(shí)含有少量的赤鐵礦、磁赤鐵礦以及微量的黃鐵礦， 其中，褐鐵礦顆粒在顯微鏡下呈灰褐色，結(jié)構(gòu)較疏松，氣孔較多，赤鐵礦結(jié)構(gòu)較致密，孔隙較少，F(xiàn)NG 礦中的脈石主要為石英(見圖3)，還有少量的硅酸鹽。其中，石英的粒徑大多為0. 02 ~0.10mm。結(jié)構(gòu)比較致密，孔隙很少，孔隙度多數(shù)為1％ ~3％。
2.2 熔點(diǎn)
鐵礦石的熔點(diǎn)是鐵礦石由固體熔化成液體的最低溫度，影響其熔點(diǎn)的因素主要有兩個(gè)：①鐵礦石的含鐵品位，含鐵品位高則鐵礦石的熔點(diǎn)高；②鐵礦石中的礦物結(jié)構(gòu)，礦物結(jié)構(gòu)致密則鐵礦石的熔點(diǎn)高[5]。河鋼石鋼燒結(jié)用FNG 礦的熔點(diǎn)比較低，只有1473℃。主要原因是這種鐵礦石的含鐵品位比較低、鐵礦物的結(jié)構(gòu)比較疏松、氣孔多。
2.3 同化性能
FNG礦的同化性能比較好，最低同化溫度只有1215 ℃，因其組織內(nèi)含有大量的褐鐵礦，礦物結(jié)構(gòu)疏松、氣孔較多，脈石數(shù)量也比較多且其中堿性氧化物的數(shù)量較少，熔點(diǎn)都比較低，從而導(dǎo)致這FNG 超特粉的最低同化溫度都比較低，燒結(jié)配料中使用FNG 礦可以增加燒結(jié)礦中液相粘結(jié)相的數(shù)量，提高燒結(jié)礦的強(qiáng)度，但過高的配比也將會(huì)惡化燒結(jié)料層的熱態(tài)透氣性，并降低垂直燒結(jié)速度， 為防止燒結(jié)料層過度熔化給燒結(jié)料層的透氣性帶來不利影響，在燒結(jié)配料中FNG 礦應(yīng)與同化性能較差的鐵礦粉搭配使用。
2.4 熱重性能
FNG礦的差熱曲線和熱重曲線分別如圖4 和圖5 所示，可以看出：FNG 礦的差熱曲線中有2 個(gè)吸熱谷和1 個(gè)微弱的放熱峰， 其中72.6℃ 的吸熱谷是由礦粉的吸附水脫水吸熱引起的，在這個(gè)升溫階段FNG礦的失重為0.56％ ，即FNG 礦的吸附水含量應(yīng)該是0.56％ ， 356. 4 ℃ 的吸熱谷是由針鐵礦Fe2O3·H2O 或者α － FeO(OH)分解吸熱造成的，在這個(gè)升溫階段FNG 礦的失重為6.84％ ，即FNG礦結(jié)晶水含量應(yīng)為6.84％ ， 針鐵礦α － FeO(OH)在自然界中是最常見的含水氧化鐵礦物，加熱時(shí)所進(jìn)行的分解反應(yīng)為：
475. 1℃ 的微弱放熱峰是由針鐵礦脫水后的殘留物結(jié)晶為赤鐵礦時(shí)的放熱造成的。
綜上分析，F(xiàn)NG 礦具有以下特點(diǎn)：①含鐵品位比較低，結(jié)晶水含量為6.84％；②鐵礦物以褐鐵礦為主，含有少量的赤鐵礦和磁赤鐵礦，其中褐鐵礦晶體結(jié)構(gòu)比較致密，晶格缺陷比較少，脈石礦物比較多，主要以石英為主；③粒度組成粗大，大于3mm的比例和平均粒度都比較高；④熔點(diǎn)低，同化性能好，最低同化溫度只有1215 ℃，有利于燒結(jié)過程中液相粘結(jié)相的生成；⑤吸水性比較好，有利于提高燒結(jié)混合料的水分含量。
3 FNG礦在河鋼石鋼的應(yīng)用
針對(duì)ＦＭＧ 礦同化性高、結(jié)晶水含量高等特點(diǎn)，燒結(jié)生產(chǎn)上采取的主要措施為：
(1)通過提高燒結(jié)料層厚度、加強(qiáng)壓料措施、適當(dāng)降低垂直燒結(jié)速度、控制燒結(jié)時(shí)間，促進(jìn)燒結(jié)過程粘結(jié)相的生成和發(fā)展，提高燒結(jié)礦的成品率。
(2)通過適當(dāng)降低配碳量，增強(qiáng)燒結(jié)過程的氧化性氣氛，改善燒結(jié)礦礦物的生成環(huán)境，促進(jìn)鐵酸鈣的生成，提高燒結(jié)礦的強(qiáng)度。
(3)根據(jù)其它礦種結(jié)構(gòu)的變化，及時(shí)調(diào)整混合料水分，改善混合料的粒度組成，減少過濕層，降低燃料消耗。
(4)合理控制燒結(jié)礦的堿度和MgO 含量，促進(jìn)鐵酸鈣的生成，改善燒結(jié)礦的粒度組成。
結(jié)合近幾年河鋼石鋼原料條件，通過對(duì)其含鐵原料的物理化學(xué)性能分析，研究了FNG 礦對(duì)燒結(jié)過程及燒結(jié)礦性能的影響。
在一定范圍內(nèi)增加燒結(jié)混合料中FNG 礦的配比，可使垂直燒結(jié)速度升高，燒結(jié)成品率和利用系數(shù)也都有所提高，燒結(jié)礦中的赤鐵礦和鐵酸鈣含量增加，鈣鐵橄欖石含量降低，燒結(jié)礦的還原性能、荷重軟化性能和熔滴性能都得到一定程度地改善，而冷態(tài)強(qiáng)度和低溫還原粉化性能卻沒有明顯變化。當(dāng)FNG 礦配比太高時(shí)，燒結(jié)成品率和利用系數(shù)都有所降低，燒結(jié)礦的冷態(tài)強(qiáng)度和低溫還原粉化性能明顯惡化， 綜合考慮，實(shí)際燒結(jié)生產(chǎn)中FNG 礦的配加比例定為40％ ~47％。在此基礎(chǔ)上適當(dāng)增加小料種的比例，表2 所示為2018 年1 ~5 月河鋼石鋼燒結(jié)生產(chǎn)中FNG 礦的配比及其對(duì)燒結(jié)的影響。
以上燒結(jié)生產(chǎn)實(shí)踐證明，通過性價(jià)比測(cè)算及生產(chǎn)技術(shù)研究摸索，河鋼石鋼對(duì)FNG 礦的使用達(dá)到了預(yù)期效果。
4 結(jié)論
(1)河鋼石鋼針對(duì)燒結(jié)用FNG 礦展開了大量試驗(yàn)研究，確立了以FNG 礦為主體的配礦結(jié)構(gòu)，燒結(jié)最高使用比例可達(dá)47％ 以上。
(2)利用鐵前室開發(fā)的優(yōu)化配礦程序軟件，對(duì)鐵礦石性價(jià)比進(jìn)行測(cè)算及排序，同時(shí)從技術(shù)角度考慮，根據(jù)燒結(jié)原料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出燒結(jié)配料添加FNG 礦的生產(chǎn)試驗(yàn)方案，并將成果用于生產(chǎn)實(shí)踐，可達(dá)到滿意的結(jié)構(gòu)優(yōu)化效果，從而降低鐵前成本。
(3)河鋼石鋼大比例地使用FNG，是市場(chǎng)資源信息、性價(jià)比測(cè)算與生產(chǎn)技術(shù)相結(jié)合的成功實(shí)踐，具有較好地推廣、借鑒意義。
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