薛偉峰  段建榮

（陜鋼集團(tuán)龍鋼公司煉鐵廠）

摘要：燒結(jié)礦低溫還原粉化率每降低5%，高爐產(chǎn)量將會(huì)降低1.5-5%，焦比增加3 kg。燒結(jié)礦的同化作用，包括物理同化和化學(xué)同化。礦物組成和化學(xué)成分，對(duì)燒結(jié)礦的質(zhì)量影響較大。改變燒結(jié)礦的化學(xué)成分，燒結(jié)礦的礦物組成進(jìn)而改變了，對(duì)燒結(jié)礦的低溫還原粉化性能具有重要影響，因此，研究燒結(jié)礦化學(xué)成分具有重要的意義。本文主要從燒結(jié)礦成分與低溫還原粉化的線性相關(guān)方面進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)礦；化學(xué)成分；低溫還原粉化；高溫還原

龍鋼公司冶金實(shí)驗(yàn)室自2017年12月投運(yùn)以來，對(duì)生產(chǎn)燒結(jié)礦進(jìn)行了122次低溫還原粉化試驗(yàn)，有效性試驗(yàn)114次。本文對(duì)114組低溫還原粉化試驗(yàn)數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)燒結(jié)礦化學(xué)成分進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。目的在于研究化學(xué)成分與低溫還原粉化之間的間接關(guān)系，推導(dǎo)低溫還原粉化與原料、工藝、過程控制等生產(chǎn)操作之間的關(guān)系，為指導(dǎo)生產(chǎn)，改善質(zhì)量，權(quán)衡提高燒結(jié)礦強(qiáng)度和降低低溫還原粉化提供理論支持。

1  低溫還原粉化的概念

在高爐煉鐵過程中，當(dāng)鐵礦石進(jìn)入高爐后，爐料下降到400～600℃的區(qū)間，受到來自高爐下部煤氣的還原作用，會(huì)發(fā)生不同程度的碎裂粉化。嚴(yán)重時(shí)影響高爐上部料柱的透氣性，破壞爐況順行。鐵礦石這種性能的強(qiáng)弱以低溫還原粉化指數(shù)(RDI)來表示，或稱低溫粉化LTB（Low Tempera-ture Break-down）。

1.1  低溫還原粉化相關(guān)指數(shù)

與低溫還原粉化有關(guān)的指數(shù)有RDI_+6.3、RDI_+3.15、RDI_-0.5、RI %四項(xiàng)。

RDI_+6.3為粉化強(qiáng)度指數(shù)，與燒結(jié)礦的強(qiáng)度有關(guān)，間接反映粉化強(qiáng)弱；

RDI_+3.15為低溫還原粉化指數(shù)，直接反映燒結(jié)礦的低溫還原粉化率；

RDI_-0.5為耐磨性指數(shù)，與燒結(jié)礦的耐磨性有關(guān)，間接反映粉化強(qiáng)弱；

RI %為高溫還原性指數(shù)，與燒結(jié)礦的高溫還原性有關(guān)，高溫還原程度與低溫粉化程度呈負(fù)相關(guān)。在燒結(jié)生產(chǎn)中不能完全追求低溫還原粉化最佳，而是在低溫還原粉化和高溫還原中尋找一對(duì)平衡值，生產(chǎn)出具有良好冶金性能的燒結(jié)礦。

1.2  低溫還原粉化的原因

由赤鐵礦變成磁鐵礦發(fā)生了晶格的變化，前者為三方晶系六方晶格，而后者為等軸晶系立方晶格，還原造成了晶格的扭曲，產(chǎn)生極大的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致鐵礦石在機(jī)械力作用下碎裂粉化。影響燒結(jié)礦低溫還原粉化性能的因素有原料種類、Fe₂O₃的結(jié)晶形態(tài)、堿度、亞鐵、機(jī)速、還原溫度及保持時(shí)間長(zhǎng)短和鐵礦石中的其它元素的含量。

高爐用料礦石的種類主要有燒結(jié)礦、塊礦、球團(tuán)礦。粉化模式不盡相同，燒結(jié)礦和塊礦為裂開式，球團(tuán)礦為剝落式。粉化程度燒結(jié)礦最強(qiáng)烈，球團(tuán)礦次之，塊礦最差。

從礦石分類說，粉化程度赤鐵礦最強(qiáng)烈，褐鐵礦次之，磁鐵礦最差。以赤鐵礦粉為原料的燒結(jié)礦RDI較高；以褐鐵礦粉為原料的燒結(jié)礦RDI較低；以磁鐵礦粉為原料的燒結(jié)礦RDI最低。

燒結(jié)礦的粉化程度與燒結(jié)礦中原生Fe₂O₃和次生Fe₂O₃密切相關(guān)。結(jié)晶良好的天然Fe₂O₃，RDI一般在30%以下；天然磁鐵礦氧化焙燒成的Fe₂O₃的結(jié)晶，焙燒初期呈線狀，RDI為22.4%，焙燒后期呈多晶狀，RDI為10.3%；焙燒良好的球團(tuán)礦，其中的Fe₂O₃大部分是斑狀，RDI較低，酸性球團(tuán)礦RDI為34.1%，自熔性球團(tuán)礦為3.1%；燒結(jié)礦中的Fe₂O₃，如斑狀結(jié)晶體RDI較低，但當(dāng)磁鐵礦原料高溫?zé)Y(jié)后，在降溫初期Fe₃O₄迅速再氧化成Fe₂O₃，內(nèi)部尚包裹著Fe₃O₄、硅酸鹽玻璃質(zhì)、CaO·Fe₂O₃，它的晶體外形多為菱形的骸晶狀Fe₂O₃，具有最高的RDI。

燒結(jié)礦的粉化程度與還原溫度和還原時(shí)間。燒結(jié)礦和球團(tuán)礦的RDI隨著還原溫度變化而變化。一般在400～600℃有一個(gè)峰值，溫度低于或高于此值，RDI都降低，因?yàn)樵诖藴囟确秶鷥?nèi)αFe₂O₃很快還原為γFe2O3，低于此溫度生成的γFe₂O₃很少；高于此溫度，αFe₂O₃很快還原為FexO，使粉化減輕。此外，在400～600℃溫度范圍內(nèi)，碳素析出反應(yīng)劇烈(2CO=CO₂+C)，促使粉化更加嚴(yán)重。用H₂氣體作還原劑時(shí)，燒結(jié)礦的RDI較低。礦石的RDI還隨著還原時(shí)間延長(zhǎng)而增加，但30～40min后增加速度開始緩慢。燒結(jié)過程的兩個(gè)粉化階段，燒結(jié)過程粉化階段和燒結(jié)完畢冷卻階段。其中燒結(jié)完畢冷卻階段為影響粉化的主要原因。所以適當(dāng)提高機(jī)速，燒結(jié)終點(diǎn)滯后有利于降低低溫還原粉化率。

2  化學(xué)成分與低溫還原粉化關(guān)系的研究方法

本文利用線性相關(guān)方法，從化學(xué)成分角度對(duì)114組數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析燒結(jié)礦化學(xué)成分與燒結(jié)礦低溫還原粉化之間的關(guān)系。

相關(guān)分析一般通過散點(diǎn)圖來研究，如果變量在二維坐標(biāo)中構(gòu)成的數(shù)據(jù)點(diǎn)分布在一條直線的周圍，那么就說明變量間存在線性相關(guān)關(guān)系。

線性相關(guān)是最常用的一種，即當(dāng)一個(gè)連續(xù)變量發(fā)生變動(dòng)時(shí)，另一個(gè)連續(xù)變量相應(yīng)地呈現(xiàn)線性關(guān)系變動(dòng)，用皮爾遜（Pearson）相關(guān)系數(shù)R來度量。

皮爾遜相關(guān)系數(shù)R就是反映連續(xù)變量之間線性相關(guān)強(qiáng)度的一個(gè)度量指標(biāo)，它的取值范圍限于【-1,1】。R的正負(fù)號(hào)可以反映相關(guān)的方向，當(dāng)R>0時(shí)表示線性正相關(guān)，當(dāng)R<0時(shí)表示線性負(fù)相關(guān)。R的大小可以反映相關(guān)的程度，R=0表示兩個(gè)變量之間不存在線性關(guān)系。

2.1  低溫還原粉化率與各成分之間的關(guān)系

2.2  化學(xué)成分與R之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

從上表統(tǒng)計(jì)看，F(xiàn)eO、SiO₂、CaO、MgO、P 、R、MnO、Zn、K₂O與燒結(jié)礦低溫還原粉化率RDI_+3.15呈正相關(guān)；Al₂O₃、S、TiO₂、Na₂O與燒結(jié)礦低溫還原粉化率RDI_+3.15呈負(fù)相關(guān)。燒結(jié)礦化學(xué)成分對(duì)低溫還原粉化率RDI+3.15影響關(guān)系由大到小排列，正相關(guān)排列為CaO、FeO、R、P、MgO、Zn、SiO₂、MnO、堿金屬，負(fù)相關(guān)排列為S、TiO₂、Al₂O₃ 

3  結(jié)束語

燒結(jié)礦中的化學(xué)成分對(duì)低溫還原粉化RDI_+3.15都有一定的影響。燒結(jié)礦中CaO、FeO、MgO等含量高，則燒結(jié)礦RDI_+3.15高； Al₂O₃、TiO₂等含量高，則燒結(jié)礦RDI_+3.15低。燒結(jié)礦堿度（R）的升高，液相的增加，抑制了次生赤鐵礦的生成，使得RDI_+3.15升高。

參考文獻(xiàn)

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