伊鳳永1, 李福民1, 孫愷1, 白瑞國2, 呂慶1

( 11 河北聯合大學 冶金與能源學院, 唐山 河北 063009;21 河北鋼鐵股份有限公司承德分公司, 河北 承德 067002)

摘 要: 根據河北鋼鐵集團某分公司的燒結配礦結構, 研究了混合鐵礦粉的燒結基礎性能與化學成分間的關系。結果表明: 同化溫度隨 TFe、CaO 和 MgO含量的增加而升高, 隨 Al2O3含量和燒損的增加而降低; 液相流動性隨 SiO2含量的增加而增大, 隨 MgO 和 TFe 含量的升高而減小; 粘結相強度隨燒損、SiO2含量的增加而降低, 隨著 MgO和 TFe 含量的增加而升高。采用多元回歸得到了燒結基礎性能與化學成分的關系式, 可用于燒結配礦的快速決策。

關鍵詞: 混合鐵礦粉; 同化溫度; 液相流動性; 粘結相強度;化學成分

1 前 言

燒結基礎性能是評價鐵礦粉質量好壞的重要指標之一, 通過不同種類礦粉的燒結基礎性能間存在的互補關系指導配礦, 提高燒結礦產質量已被廣大冶金工作者所接受。通常認為,混合礦的燒結基礎性能可由單種礦的基礎性能和配比通過線性加和關系來確定[ 1, 2], 但曹立剛等人的研究結果表明: 不同礦種的燒結基礎性能間不存在完全的互補關系[ 3], 而對于混合礦燒結基礎性能的確定方法尚未形成一致意見。前人的研究結果表明, 燒結礦產量、質量與混合礦粉化學成分間存在著密切的聯系[4], 因此, 研究混合鐵礦粉的燒結基礎性能與化學成分間的關系, 對于指導配礦具有重要意義。

2 試驗設備及方法

混合鐵礦粉的燒結基礎性能測定在 TSJ- 3型微型燒結裝置中進行, 設備還包括自動退模制樣器和抗壓強度測定儀。燒結基礎性能的測試方法如下:

( 1) 同化溫度: 將礦粉小餅置于 CaO 純試劑小餅的上方中心部位, 一起放入微型燒結裝置中, 根據設定的升溫曲線和實驗氣氛進行燒結。以鐵礦粉與 CaO 小餅接觸面上生成略大于鐵礦粉小餅一圈的反應物為其同化特征, 測定達到這一同化特征的溫度, 即最低同化溫度。

( 2) 液相流動性: 將 CaO 純試劑和鐵礦粉按410 的二元堿度配成燒結粘附粉, 混勻后壓制成試樣小餅, 根據設定的升溫曲線和實驗氣氛進行燒結, 測定小餅燒結前后的面積, 計算鐵礦粉的流動性指數:

( 3) 粘結相強度: 將 CaO 純試劑和鐵礦粉按210 的二元堿度配成燒結粘附粉, 混勻后制成試樣小餅放入微型燒結裝置中, 根據設定的升溫曲線和實驗氣氛進行燒結。用抗壓強度測定儀測定燒結后小餅的抗壓強度, 以此抗壓強度來表示粘結相強度。

根據生產實際, 將河北鋼鐵集團某分公司的常用礦粉按產地分為 4 類, 并從每類礦中選取1 種代表性礦粉進行研究, 如表1 所示。采用四因素四水平的正交試驗進行測試, 各種礦粉配比做到均勻分散, 齊整可比, 試驗方案見表 2。

3 試驗結果及分析

混合鐵礦粉的理論化學成分和燒結基礎性能測試結果列于表 3。

吳勝利等人提出, 混合礦的高溫特性可由其單種礦高溫特性和其配比計算得到[5]:

式中: HTPh ) 混合礦的高溫特性, 即同化性、液相流動性或粘結相自身強度; HTPi) 鐵礦粉 i 的高溫特性; ri) 鐵礦粉 i 的配比; n ) 鐵礦粉種類的數量。

由圖 1 可知, 混合礦燒結基礎性能的實測值與式(1) 所得計算值的變化規律基本一致, 但存在著一定的差距, 特別是液相流動性指數和粘結相強度差別較大。這說明各種礦燒結基礎性能間存在一定的互補關系, 但混合礦燒結基礎性能不能直接由單種礦燒結基礎性能的線性加和來確定。

混合礦燒結基礎性能與化學成分間也存在著一定的線性關系, 但由于影響混合礦燒結基礎性能的因素不是單一的, 燒結基礎性能與各化學成分間線性關系的擬合度普遍較低, 因此對試驗數據進行處理并進行了多元回歸。

3、1 同化溫度的影響因素

將16 個混合礦按照同化溫度從小到大排列, 把同化溫度相同的混合礦分為一組, 在每組中分別求得化學成分和同化溫度的平均值來考察同化溫度與化學成分的關系。研究發現, 擬合度由高到低 依次為 TFe、燒損、MgO、CaO 和Al2O3含量。同化溫度隨 TFe、CaO、MgO 含量的增加而升高, 隨 Al2O3含量和燒損的增加而降低,如圖 2 所示。

五種礦中, 磁鐵礦的 TFe 含量最高, 混合礦的TFe 含量高, 意味著磁鐵礦配比增加; 磁鐵礦的同化溫度較高, 導致混合礦的同化溫度升高。礦石在高溫下焙燒時, 結晶水分解留下殘余氣孔, 使礦石結構疏松, 加大了反應的接觸面積,同時, 新生赤鐵礦的晶格能較大, 反應性增強, 所以隨著燒損的增加, 混合礦的同化溫度降低[6]。

通過 SPSS 軟件進行多元回歸, 得到同化溫度與化學成分的關系式為：

從圖 3 可知, 由回歸關系式所得計算值和實測值相差很小, 同化溫度可由式( 2) 計算得到。

3、2 液相流動性的影響因素

將 16 個混合鐵礦粉按液相流動性指數從小到大進行排列后分為 5 個組, 每組中液相流動性指數的最大值與最小值之差小于0107, 分別求得各組中每種化學成分和液相流動性指數的平均值來考察他們之間的關系。研究發現,按照擬合度由高到低依次為 SiO2、TFe、MgO 含量。液相流動性指數隨 SiO2含量的增加而升高, 隨 MgO 和 TFe 含量的增加而降低, 如圖 4所示。

礦石中 SiO2 含量較高, 則配入的 CaO 量較多, 產生的液相量也多, SiO2對液相流動性有一定的改善作用[ 6]; 五種礦中, 磁鐵礦的 T Fe 含量較高, 混合礦的 TFe 含量高意味著磁鐵礦配比增加, 而磁鐵礦的液相流動性較低, 導致混合礦的液相流動性指數降低。

通過 SPSS 軟件進行多元線性回歸, 得到了多因素影響液相流動性的關系式:

從圖 5 可知, 由回歸關系式所得計算值和實測值相差很小, 液相流動性可由式(3)計算得到。

3、3 粘結相強度的影響因素

將 16 個混合鐵礦粉按液相流動性指數從小到大進行排列并分為 6 組, 每組中粘結相強度的最大值與最小值之差< 100 N, 分別求得各組化學成分和粘結相強度的平均值來考察兩者之間的關系。研究發現, 按照擬合度由高到低依次為 SiO2、TFe、燒損、MgO 含量。粘結相強度隨燒損、SiO2含量的增加而降低, 隨著 MgO和 TFe 含量的增加而升高, 如圖 6 所示。

混合鐵礦粉中 TFe 含量升高, 雜質減少, 有助于 Fe2O3和 CaO 之間接觸, 生成鐵酸鈣的幾率增加, 故粘結相強度得到改善; 由于 SiO2和CaO 的反應能力要高于 Fe2O3和 CaO 反應, 因此當 SiO2含量增加時, 燒結產生的 C2S 數量增加, 鐵酸鈣生成量減少, 故粘結相強度降低。

通過 SPSS 軟件進行多元回歸, 得到了多因素影響粘結相強度的關系式:

從圖 7 可知, 由回歸關系式所得計算值和實測值相差很小, 粘結相強度可由式(4)計算得到。

綜上所述, 混合礦燒結基礎性能與化學成分間存在著較強的對應關系, 由多元回歸計算式得到的計算值和實測值之間偏差較小, 在配礦種類變化不大的情況下, 可根據化學成分計算混合礦的燒結基礎性能, 用于燒結配礦的快速決策。

4 結 論

1) 同化溫度隨 TFe、CaO、MgO 含量的增加而升高, 隨 Al2O3和燒損的增加而降低。

2) 液相流動性隨 SiO2 含量的增加而增大,隨 MgO、TFe 和同化溫度的升高而減小。

3) 粘結相強度隨燒損、SiO2含量的增加而降低, 隨著 MgO 和 TFe 含量的增加而升高。

4) 利用多元回歸分析得到了混合礦燒結基礎性能與化學成分間的關系式, 可用于燒結基礎性能的估算, 對于燒結配礦的快速決策具有重要的應用價值。

參考文獻

[1]   吳勝利, 杜建新, 王軍, 等 1 燒結混勻礦的同化及液相流動能力的基礎實驗研究[C]12004 年全國煉鐵生產技術暨煉鐵年會文集, 2004: 165- 1691

[2]   閻麗娟, 吳勝利, 尤藝, 等 1 各種鐵礦粉的同化性及其互補配礦方法[J]1 北京科技大學學報, 2010, 32(3): 299-3031

[3]   曹立剛1 包鋼用鐵礦粉的燒結基礎性能研究[ J]1 燒結球團, 2005, 30(5): 5- 71

[4]   王維興 1 高爐煉鐵精料技術的內容[ J] 1 煉鐵技術通訊,2010(2) : 1- 5, 241

[5]   吳勝利, 戴宇明, Daut er O liveira, 等 1 基于鐵礦粉高溫特性互補的燒結優化配礦[J]1 北京科技大學學報, 2010, 32( 6) : 719- 7241

[6]   翟立委, 周明順, 李艷茹 1 幾種典型鐵礦石燒結基礎性能的實驗與評價[J]1 鞍鋼技術, 2007(3): 12- 141