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酒鋼 3# 燒結(jié)機釩鈦燒結(jié)礦生產(chǎn)實踐

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2024-12-05  作者:保善山,王忠有,申振國  瀏覽次數(shù):3528
 
核心提示:摘 要: 酒鋼地處我國西北部,周邊高品位鐵礦的有效利用對企業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。通過在酒鋼 3#燒結(jié)機進行釩鈦燒結(jié)礦生產(chǎn)工業(yè)試驗,證明了酒鋼釩鈦燒結(jié)礦生產(chǎn)是完全可行的。通過工業(yè)試驗生產(chǎn)結(jié)果表明: 隨著釩鈦磁鐵礦配比的增加,燒結(jié)料層變薄、機速降低、垂直燒結(jié)速度變慢、混合料透氣性變差、煙道負壓上升、混合料制粒效果變差,且由于鈣鈦礦的存在,燒結(jié)礦強度、返礦率、低溫還原粉化率、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)等指標(biāo)呈現(xiàn)劣化趨勢,但是燒結(jié)礦熔滴區(qū)間變窄,更有利于高爐冶煉,后續(xù)生產(chǎn)應(yīng)優(yōu)先考慮燃料配比5. 2% ,且燒結(jié)礦 TiO2 含量低于 1
 酒鋼 3# 燒結(jié)機釩鈦燒結(jié)礦生產(chǎn)實踐

保善山,王忠有,申振國

(酒鋼集團宏興鋼鐵股份有限公司煉鐵廠,甘肅 嘉峪關(guān) 735100)

摘 要: 酒鋼地處我國西北部,周邊高品位鐵礦的有效利用對企業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。通過在酒鋼 3#燒結(jié)機進行釩鈦燒結(jié)礦生產(chǎn)工業(yè)試驗,證明了酒鋼釩鈦燒結(jié)礦生產(chǎn)是完全可行的。通過工業(yè)試驗生產(chǎn)結(jié)果表明: 隨著釩鈦磁鐵礦配比的增加,燒結(jié)料層變薄、機速降低、垂直燒結(jié)速度變慢、混合料透氣性變差、煙道負壓上升、混合料制粒效果變差,且由于鈣鈦礦的存在,燒結(jié)礦強度、返礦率、低溫還原粉化率、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)等指標(biāo)呈現(xiàn)劣化趨勢,但是燒結(jié)礦熔滴區(qū)間變窄,更有利于高爐冶煉,后續(xù)生產(chǎn)應(yīng)優(yōu)先考慮燃料配比5. 2% ,且燒結(jié)礦 TiO2 含量低于 1. 5% 控制。

關(guān)鍵詞: 釩鈦磁鐵礦; 釩鈦燒結(jié)礦; 燒結(jié)性能; 鈣鈦礦; 熔滴區(qū)間

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鈦作為國際公認的戰(zhàn)略資源,在航空航天以及儀器儀表等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。而作為鈦資源原料之一的釩鈦磁鐵礦的加工與生產(chǎn)則是有著不同的工藝。目前國內(nèi)外研發(fā)了許多非高爐冶煉釩鈦磁鐵礦的工藝,但高爐冶煉釩鈦磁鐵礦工藝相對來說已比較成熟,而且其利用效果較好。作為高爐冶煉釩鈦磁鐵礦前重要的工序,釩鈦燒結(jié)質(zhì)量的好壞對高爐冶煉釩鈦磁鐵礦有著最直接的影響。

相較于沿海地區(qū)燒結(jié)礦生產(chǎn),西北地區(qū)燒結(jié)礦生產(chǎn)有以下幾個缺點: 一是需要大量高品位國外鐵精礦,這將導(dǎo)致運輸成本上升; 二是低品位鐵精礦配比高、成品燒結(jié)礦鐵品位低。因此如何利用西北地區(qū)周邊高品位鐵精礦資源,進而提高燒結(jié)礦鐵品位是解決運輸成本以及成品燒結(jié)礦鐵品位的有效方法之一。結(jié)合酒鋼周邊釩鈦磁鐵礦的資源儲量情況,利用酒鋼 3# 燒結(jié)機進行了為期兩個月的釩鈦燒結(jié)礦工業(yè)試驗,探究不同比例釩鈦磁鐵精礦和燃料配比對燒結(jié)指標(biāo)及燒結(jié)礦冶金性能的影響。然后從化學(xué)成分、冶金性能、技術(shù)指標(biāo)、配料結(jié)構(gòu)等方面進行分析,查 明西北地區(qū)釩鈦燒結(jié)過程以及燒結(jié)機理,揭 示了不同鈦含量對燒結(jié)礦各項指標(biāo)的影響,為后續(xù)酒鋼利用周邊釩鈦磁鐵礦資源提供一定的指導(dǎo)。

1 工業(yè)試驗

1. 1 釩鈦燒結(jié)礦成礦特點

由于釩鈦磁鐵精礦特殊的物理化學(xué)性質(zhì),導(dǎo)致釩鈦燒結(jié)礦性能較普通燒結(jié)礦有較大差異,釩鈦磁鐵礦的主要成分為鈦磁鐵礦 ( FeO · ( Fe,Ti) 2O3 ) ,其熔點較高,為 1 495 ℃ ,低熔點硅酸鹽 ( 熔點 1 205 ~ 1 300 ℃ ) 含量較低,因此燒結(jié)混合料初熔、熔化溫度較高,不利于燒結(jié)過程早期的液相生成,從該特點來看,需要提高混合料的配碳量以提高燒結(jié)礦的強度,但是隨著配碳量的增加和燃燒帶溫度的上升,高溫還原氣氛將促進性脆的鈣鈦礦( CaO·TiO2 ) 生成,鈣鈦礦的存在會破壞液相黏結(jié)作用,加劇了裂紋的擴散,導(dǎo)致燒結(jié)礦強度降低[1]。另 外,釩鈦磁鐵礦由于礦物含有TiO2、Al2O3 及 MgO,礦物粘度較高,要使得液相充分流動包裹未熔融礦物[2],其化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)最重要的條件——燒結(jié)時間需要增加,這就要求適當(dāng)?shù)目刂茻Y(jié)機機速并提高料層厚度。

1. 2 試驗過程

1. 2. 1 生產(chǎn)原料及生產(chǎn)過程參數(shù)控制

酒鋼 3# 燒結(jié)機生產(chǎn)釩鈦燒結(jié)礦主要原燃料為釩鈦精礦 1、釩鈦精礦 2、酒鋼自產(chǎn)精礦、石灰石、生石灰、焦粉,主要成分見表 1。可以看出,相較于自產(chǎn)鐵精礦,兩種釩鈦精礦的粒度較粗。此外,由于生產(chǎn)過程存在一定的波動以及人為因素導(dǎo)致生產(chǎn)過程參數(shù)存在著一定的變化,為了更好的分析生產(chǎn)結(jié)果,將生產(chǎn)過程參數(shù)列于表 2。

圖片1 

1. 2. 2 不同比例釩鈦磁鐵精礦對燒結(jié)礦冶金性能的影響

在生產(chǎn)過程中,通過調(diào)節(jié)兩種釩鈦磁鐵精礦的比例,其中基準(zhǔn)方案為未配加釩鈦磁鐵精礦配料方案,其它 4 組方案分別配加不同比例的兩種釩鈦磁鐵精礦,從而驗證兩種釩鈦精礦的最優(yōu)配比。其配料方案見表 3。

圖片2 

1. 3 結(jié)果分析與討論

1. 3. 1 對燒結(jié)礦主要技術(shù)指標(biāo)的影響

根據(jù)上述試驗方案對生產(chǎn)過程進行調(diào)節(jié),對所得結(jié)果進行處理,主要探究在不同方案下利用系數(shù)、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、返礦率以及高爐槽上粒度的變化規(guī)律。

圖片3 

圖片4 

對圖 1 進行分析可以看出,隨著釩鈦磁鐵精礦配比的提高,燒結(jié)機利用系數(shù)降低、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)降低、返礦率增加,高爐槽上 0 ~ 10 mm 粒級占比上升,主要原因是釩鈦磁鐵礦中 SiO2 含量較低,燒結(jié)時產(chǎn)生的低熔點液相量不足,燒結(jié)礦難以獲得良好的黏結(jié)效果,使得燒結(jié)礦強度變差。又因為釩鈦燒結(jié)礦因含有鈦,黏結(jié)相在燒結(jié)過程中形成量少,鈣鈦礦的形成量較多,鈣鈦礦在燒結(jié)礦中不起黏結(jié)作用,并且在燒結(jié)礦中還會削弱鐵氧化物的連晶作用,導(dǎo)致燒結(jié)礦脆性大、強度降低,轉(zhuǎn)鼓指數(shù)降低、返礦率增加[3]

1. 3. 2 對冶金性能的影響

燒結(jié)的最終目的是為高爐輸送合格的原料,因此需要考慮不同比例釩鈦磁鐵精礦對燒結(jié)礦冶金性能的影響。

圖片5 

由圖 2 可以看出,與生產(chǎn)普礦燒結(jié)相比,3#燒結(jié)機釩鈦燒結(jié)礦低溫還原粉化率降低明顯,主要原因是鈣鈦礦的存在破壞了液相黏結(jié)作用,加劇了裂紋的擴散,造成燒結(jié)礦低溫還原粉化率降低。釩鈦燒結(jié)礦 900 ℃ 還原度也有一定下降,主要是因為從燒結(jié)礦成礦機理來看,釩鈦燒結(jié)礦的鐵酸鈣生成量比普通燒結(jié)礦低,而鐵酸鈣是燒結(jié)礦礦相結(jié)構(gòu)中一種還原性好、強度好的礦相,因此,釩鈦燒結(jié)礦 900 ℃ 還原度下降。但釩鈦燒結(jié)礦熔滴溫度區(qū)間變窄,更有利于高爐釩鈦礦冶煉,主要是因為釩鈦燒結(jié)礦 TFe較普通燒結(jié)礦提高 1% ~ 2. 2% ,釩鈦燒結(jié)礦生成過程中礦物組成發(fā)生變化,低熔點礦物生成量增加,另外,生產(chǎn)釩鈦燒結(jié)礦以后,燒結(jié)礦中MgO的含量降低,Al2O3含量增加; 此外,隨著MgO 降低,一方面會造成高熔點物質(zhì)鎂橄欖石、鈣鎂橄欖石等含量降低; 另一方面會使得 Al2O3 的含量增加,生成鋁酸鈣和鐵酸鈣的固溶體。同時 Al2O3 含量的增加也會使得表面張力變大,進而降低燒結(jié)礦液相黏度以及燒結(jié)礦熔化溫度,因此釩鈦燒結(jié)礦熔滴溫度區(qū)間變窄。

2 優(yōu)化試驗

2. 1 燒結(jié)杯試驗原料

以現(xiàn)場生產(chǎn)為參考結(jié)果,依托廠內(nèi)試驗室開展燒結(jié)過程優(yōu)化試驗,主要針對燃料配比、 配加不同比例釩鈦鐵精礦等進行優(yōu)化,在基準(zhǔn)試驗基礎(chǔ)上對參數(shù)進行改進,研究目的是為將配加釩鈦磁鐵精礦后的不利影響降到最低。燒結(jié)杯試驗配料比見表 4。

圖片6 

2. 2 試驗結(jié)果及分析

2. 2. 1 燃料配比對燒結(jié)結(jié)果及冶金性能影響

從之前的研究中可以看出,燃料配比在燒結(jié)過程中有著重要的地位,合適的燃料配比直接影響燒結(jié)礦冶金性能。相關(guān)研究表明,配加高比例釩鈦磁鐵精礦后,燒結(jié)適宜的燃料配比較普通礦燒結(jié)略低。因此在普通燒結(jié)的基礎(chǔ)上,降低燃料配比,以適應(yīng)高比例釩鈦磁鐵精礦燒結(jié)。在保持其他條件不變的情況下,通過控制堿度為 1. 8,模擬燒結(jié)實際生產(chǎn)過程,進行燃料配比分別為 5. 0% 、5. 2% 、5. 4% 的燒結(jié)杯試驗,其試驗結(jié)果見表5、表6 和圖3。

圖片7 

由圖 3 中可以看出,在三組不同燃料配比的釩鈦礦燒結(jié)杯試驗中,燃料配比為 5. 2% 時,燒結(jié)利用系數(shù) 1. 43 t / ( m2 · h ) 、成品率75. 03% 、軟化開始溫度 ( 1 104℃ ) 、熔滴開始溫度 ( 1 213℃ ) 均為三組中最高,該燃料配比下的軟化區(qū)間、熔滴區(qū)間也最窄,分別為 84℃、127 ℃ ; 隨著燃料配比的增加,燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度逐漸升高,燃料配比為 5. 4% 時燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度最高達到 58. 5% ; 此外,隨著燃料配比的增加,燒結(jié)礦低溫還原粉化率呈逐漸升高的趨勢,而燒結(jié)礦 900 ℃ 還原度呈逐漸降低的趨勢。

其中低溫還原粉化率RDI ( + 3. 15 mm) 由57. 3% 提高到了 58. 6% 、58. 8% ,分別提高了1. 3、1. 5 個百分點; 900 ℃ 還原度由 82. 16% 降低 到 了 81. 29% 、78. 75% , 分別降低 0. 87、3. 41個百分點。這是由于燃料配比增加后,燒結(jié)礦 FeO 含量相應(yīng)升高,導(dǎo)致燒結(jié)礦 900 ℃ 還原度降低。總體來看,燃料配比對低溫還原粉化率的影響較小,對利用系數(shù)影響較大; 綜合考慮以上幾個因素,在配加60. 7% 的釩鈦精礦1時,適宜的燃料配比為 5. 2% 。

2. 2. 2 不同比例釩鈦磁鐵精礦對燒結(jié)結(jié)果及冶金性能影響

基于現(xiàn)場生產(chǎn)經(jīng)驗,將堿度控制在 1. 8,分別進行不配加釩鈦礦的基準(zhǔn)期試驗及燒結(jié)礦 TiO2含量分別控制在 0. 8%、1. 5%、2. 3%、2. 8%、3. 8%等燒結(jié)杯試驗,試驗結(jié)果見表 7 及圖 4 所示。在試驗過程中不同比例釩鈦磁鐵的變化某些程度上可以等同于其中 TiO2 含量的變化,因此在后續(xù)分析中以 TiO2 含量為指標(biāo)進行分析。

圖片8 

從圖 4 和表 7 中可以看出,隨著配加釩鈦磁鐵精礦比例的增加燒結(jié)礦中 TiO2 含量的增加,燒結(jié)利用系數(shù)、成品率均呈逐漸上升的趨勢,當(dāng) TiO2 含量為 1. 5% 時燒結(jié)機利用系數(shù)最高為1. 46 t / ( m2 · h ) ,與 基 準(zhǔn) 期 相 比 提 高 0. 13 t / ( m2 ·h) ,當(dāng) TiO2 含量為 2. 3% 時成品率達到最大值 80. 31% ,與基準(zhǔn)期相比提高 7. 06 個百分點。隨著配加釩鈦磁鐵精礦比例的增加、燒結(jié)礦中 TiO2 含量的增加,燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度及低溫還原粉化率 RDI ( + 3. 15) 呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。其中燒結(jié)礦中 TiO2 含量為 2. 80% 時燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度最低為 56. 25% ,與基準(zhǔn)期相比降低了 3. 75 個百分點。隨著燒結(jié)礦中 TiO2 含量的增加,燒結(jié)礦 900 ℃ 還原度總體上呈逐漸降低的趨勢,而燒結(jié)礦軟化熔滴性能明顯變好,燒結(jié)礦軟化開始溫度升高,軟化區(qū)間、熔滴區(qū)間均呈逐漸變窄的趨勢,變化趨勢與實際生產(chǎn)情況相符合。

3 結(jié)語

1) 釩鈦燒結(jié)礦較普礦燒結(jié),燒結(jié)溫度、水碳匹配區(qū)間更窄,目前酒鋼釩鈦礦燒結(jié)混合料“水”“碳”均較高,后續(xù)生產(chǎn)釩鈦燒結(jié)礦建議在保證燒結(jié)礦強度、粒度組成的情況下,趨勢性的降低混合料 “水” “碳”,同時創(chuàng)造條件提高燒結(jié)料層厚度,實現(xiàn) “低水低碳、厚鋪慢

轉(zhuǎn)”,不斷提高燒結(jié)礦質(zhì)量。

2) 隨著燒結(jié)礦中 TiO2 含量升高,燒結(jié)礦的低溫粉化率和還原性能逐漸劣化,燒結(jié)礦熔融區(qū)間變窄,后續(xù)生產(chǎn)釩鈦燒結(jié)礦燃料配比為5. 2% 時對燒結(jié)礦的質(zhì)量及冶金性能影響是最低的,且在滿足高爐要求的前提下,燒結(jié)礦 TiO2含量應(yīng)低于 1. 5% 控制。

3) 酒鋼地處我國西北部,外部礦石輸送難度大、高品位鐵礦資源緊張,所以對周邊資源的利用尤為重要。本次釩鈦燒結(jié)工業(yè)試驗證明了后續(xù)進行釩鈦燒結(jié)礦生產(chǎn)是完全可行的,對周邊資源的利用積累了大量的寶貴經(jīng)驗。

參考文獻:

[1] 姜濤. 燒結(jié)球團生產(chǎn)技術(shù)手冊 [M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社,2014.

[2] 胡熊. 高比例釩鈦粉礦燒結(jié)技術(shù)應(yīng)用研究 [J]. 重慶科技學(xué)院學(xué)報,2021,23 ( 2) : 111 - 116.

[3] 白冬冬,韓秀麗,等. 釩鈦燒結(jié)礦礦相結(jié)構(gòu)對其冶金性能的影響 [J]. 鋼鐵釩鈦,2018,39 ( 5) : 111 - 115.

 


 
 
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