高硅超細(xì)鐵精礦熔劑性球團(tuán)礦固結(jié)行為及還原特性
溫寶良1，范子豪1，李家新1，劉德樓2，從俊強(qiáng)1，楊佳龍1
（1.安徽工業(yè)大學(xué)冶金工程學(xué)院， 安徽馬鞍山 243032；2.撫順新鋼鐵有限責(zé)任公司技術(shù)中心， 遼寧撫順 113001）
高爐高比例球團(tuán)礦冶煉技術(shù)是減輕煉鐵系統(tǒng)碳排放和環(huán)保壓力的重要方案。將高硅超細(xì)鐵精礦資源作為球團(tuán)礦生產(chǎn)原料，有助于拓寬中國國內(nèi)鐵礦資源來源，加大中國國內(nèi)貧礦應(yīng)用力度。系統(tǒng)地探討了堿度對(duì)高硅超細(xì)鐵精礦球團(tuán)礦固結(jié)行為和還原特性的影響。通過熱力學(xué)計(jì)算、礦相分析、掃描電鏡-能譜分析等方法對(duì)其固結(jié)行為和還原特性進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，隨著堿度的增加，高硅超細(xì)鐵精礦球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度先增加后降低，孔隙率先降低后增加，堿度為0.06～0.73時(shí)，球團(tuán)礦的抗壓強(qiáng)度均大于4 000 N/個(gè)，堿度為0.24時(shí)的球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度最高，孔隙率也最低。堿度的增加會(huì)降低高硅超細(xì)鐵精礦球團(tuán)礦中的二氧化硅相含量，促進(jìn)鐵酸鈣相和硅酸鹽相的生成。在堿度為1.20、溫度為1 300 ℃條件下，球團(tuán)礦中液相比例可達(dá)24.38%。堿度大于0.73時(shí)，球團(tuán)礦中的液相量在大于1 250 ℃后會(huì)迅速增加。隨著堿度的增加，高硅超細(xì)鐵精礦球團(tuán)礦渣相和硅酸鹽相中的鈣元素含量會(huì)逐漸增加，此外，堿度越高，赤鐵礦晶粒越容易呈現(xiàn)多邊形結(jié)構(gòu)且晶粒間填充的渣相量越多。隨著堿度增加，高硅超細(xì)鐵精礦球團(tuán)礦還原度和還原膨脹率先降低后增加，球團(tuán)礦抗還原粉化性能減弱。堿度大于0.24后，球團(tuán)礦內(nèi)部孔隙率和鐵酸鈣相含量的增加使得還原氣體能更容易擴(kuò)散至球團(tuán)礦內(nèi)部并促進(jìn)還原反應(yīng)的進(jìn)行，可以有效提高球團(tuán)礦的還原度，堿度為1.20時(shí)的球團(tuán)礦還原度比堿度為0.06時(shí)提高了34.9%。
高硅超細(xì)鐵精礦； 熔劑性球團(tuán)礦； 堿度； 抗壓強(qiáng)度； 固結(jié)行為； 還原特性
中國鐵礦資源儲(chǔ)量雖然豐富，但具有“貧、細(xì)、雜”的特點(diǎn)，即鐵品位低，鐵礦嵌部粒度細(xì)，多組分伴生。其中微細(xì)粒嵌布鐵礦石在中國鐵礦資源中占據(jù)了很大比例，這就使得中國鐵礦選礦所得的鐵精礦粒度也呈現(xiàn)微細(xì)粒級(jí)，如鐵品位39.62%的微細(xì)粒鏡鐵礦，選礦所得鐵精礦粒徑小于0.045 mm的比例為93%；山西袁家村鐵礦，鐵品位為39.62%，選礦所得鐵精礦粒徑小于0.037 mm的比例為85%；鐵品位為28.36%的祁東鐵礦，選礦所得鐵精礦粒徑小于0.025 mm的比例為95%。除選礦所得粒度細(xì)之外，中國鐵礦精礦中的SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)也相對(duì)較高，普遍超過5%，有時(shí)甚至超過8%。因此，將高硅超細(xì)鐵精礦資源作為球團(tuán)礦生產(chǎn)原料，對(duì)于促進(jìn)中國的煉鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。鐵精礦粉粒度分布是影響球團(tuán)礦質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，一般球團(tuán)礦生產(chǎn)工藝要求鐵精礦中粒徑小于0.075 mm的比例應(yīng)大于80%。也有研究認(rèn)為鐵精礦中粒徑小于0.048mm比例應(yīng)為60%～80%才能獲得一個(gè)比較良好的生球和成品球質(zhì)量，粒徑小于0.048 mm比例超過80%則被歸類為細(xì)鐵精礦，而粒徑小于0.028 mm比例超過80%則被歸類為超細(xì)鐵精礦。近年來，對(duì)超細(xì)鐵精礦的研究主要集中在酸性球團(tuán)礦。在生球制備過程中，朱德慶等研究了超細(xì)鐵精礦的成球性能，認(rèn)為超細(xì)鐵精礦存在親水性差、生球爆裂溫度低的問題，由于生球爆裂溫度低，WONG G等通過使用有機(jī)黏合劑的方法來減緩超細(xì)鐵精礦球團(tuán)礦的干燥速率，從而提高了球團(tuán)礦的爆裂溫度。對(duì)超細(xì)鐵精礦焙燒性能的研究，YANG C等研究了預(yù)熱和焙燒條件對(duì)西澳超細(xì)鐵精礦球團(tuán)礦強(qiáng)度的影響，發(fā)現(xiàn)焙燒后球團(tuán)礦強(qiáng)度較差，UMADEVI T等則認(rèn)為鐵精礦粒徑小于0.048 mm的比例增加會(huì)提高球團(tuán)礦的抗壓強(qiáng)度。由于超細(xì)鐵精礦球團(tuán)礦具有較低的還原度，F(xiàn)AN X等研究了添加膨潤(rùn)土和有機(jī)黏結(jié)劑組成的復(fù)合黏結(jié)劑對(duì)超細(xì)鐵精礦球團(tuán)礦還原度的影響，結(jié)果表明，在該復(fù)合黏結(jié)劑的作用下，超細(xì)鐵精礦球團(tuán)礦的還原度從56%提高到了70%。生產(chǎn)熔劑性球團(tuán)礦是減輕煉鐵系統(tǒng)碳排放和環(huán)保壓力的重要措施。首鋼京唐公司5 500 m3高爐采用了堿度為1.2的球團(tuán)礦，其入爐比例超過50%；河鋼唐鋼公司2 922 m3高爐采用了堿度為1.0的球團(tuán)礦，其入爐比例超過40%。這些實(shí)踐取得了顯著成果，高爐的燃料比降至480～490 kg/t，同時(shí)煉鐵工序的CO2排放也獲得大幅減少。為了應(yīng)對(duì)未來鐵精礦供給的變化和低碳發(fā)展的需求，探究堿度對(duì)高硅超細(xì)鐵精礦球團(tuán)礦性能的影響具有積極意義，研究不僅有助于拓寬中國國內(nèi)鐵礦資源的來源，也有助于推進(jìn)高硅超細(xì)鐵精礦進(jìn)行高配比的工業(yè)應(yīng)用。因此，本研究系統(tǒng)地探討了堿度對(duì)高硅超細(xì)鐵精礦球團(tuán)礦固結(jié)行為和還原特性的影響，通過熱力學(xué)計(jì)算、礦相分析、掃描電鏡-能譜分析等方法對(duì)其固結(jié)行為和還原特性進(jìn)行了分析。研究可為高硅超細(xì)鐵精礦熔劑性球團(tuán)礦的制備和應(yīng)用提供理論和技術(shù)支持。
1）隨著堿度的增加，高硅超細(xì)鐵精礦球團(tuán)礦的抗壓強(qiáng)度先增加后降低，孔隙率先降低后增加，堿度為0.06～0.73時(shí)，球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度均超過4 000 N/個(gè)，堿度為0.24時(shí)的球團(tuán)抗壓強(qiáng)度最高，孔隙率最低。2）堿度的增加會(huì)降低高硅超細(xì)鐵精礦球團(tuán)礦中的二氧化硅相含量，促進(jìn)鐵酸鈣相和硅酸鹽相的生成。堿度為1.20、溫度為1 300 ℃時(shí)，球團(tuán)礦中液相的比例可達(dá)24.38%。堿度大于0.73，球團(tuán)礦中的液相量在大于1 250 ℃后會(huì)迅速增加。3）隨著堿度增加，高硅超細(xì)鐵精礦球團(tuán)礦渣相和硅酸鹽相中的鈣元素含量會(huì)逐漸增加，此外，堿度越高，赤鐵礦晶粒越容易呈現(xiàn)多邊形結(jié)構(gòu)且晶粒間填充的渣相量越多。4）隨著堿度增加，高硅超細(xì)鐵精礦球團(tuán)礦還原度和還原膨脹率先降低后增加，球團(tuán)礦抗還原粉化性能減弱。球團(tuán)礦在堿度為1.20時(shí)的還原度達(dá)到了60.5%，比堿度為0.06時(shí)提高了34.9%，堿度大于0.24后，球團(tuán)礦內(nèi)部孔隙率和鐵酸鈣相含量的增加使得還原氣體能更容易擴(kuò)散至球團(tuán)礦內(nèi)部并促進(jìn)還原反應(yīng)的進(jìn)行，從而提高了球團(tuán)礦的還原度。
