伊鳳永1, 李福民1, 孫愷1, 白瑞國2, 呂慶1
( 11 河北聯(lián)合大學(xué) 冶金與能源學(xué)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(jù)河北鋼鐵集團某分公司的燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu), 研究了混合鐵礦粉的燒結(jié)基礎(chǔ)性能與化學(xué)成分間的關(guān)系。結(jié)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(jié)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(jié)基礎(chǔ)性能與化學(xué)成分的關(guān)系式, 可用于燒結(jié)配礦的快速決策。
關(guān)鍵詞: 混合鐵礦粉; 同化溫度; 液相流動性; 粘結(jié)相強度;化學(xué)成分
1 前 言
燒結(jié)基礎(chǔ)性能是評價鐵礦粉質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)之一, 通過不同種類礦粉的燒結(jié)基礎(chǔ)性能間存在的互補關(guān)系指導(dǎo)配礦, 提高燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量已被廣大冶金工作者所接受。通常認(rèn)為,混合礦的燒結(jié)基礎(chǔ)性能可由單種礦的基礎(chǔ)性能和配比通過線性加和關(guān)系來確定[ 1, 2], 但曹立剛等人的研究結(jié)果表明: 不同礦種的燒結(jié)基礎(chǔ)性能間不存在完全的互補關(guān)系[ 3], 而對于混合礦燒結(jié)基礎(chǔ)性能的確定方法尚未形成一致意見。前人的研究結(jié)果表明, 燒結(jié)礦產(chǎn)量、質(zhì)量與混合礦粉化學(xué)成分間存在著密切的聯(lián)系[4], 因此, 研究混合鐵礦粉的燒結(jié)基礎(chǔ)性能與化學(xué)成分間的關(guān)系, 對于指導(dǎo)配礦具有重要意義。
2 試驗設(shè)備及方法
混合鐵礦粉的燒結(jié)基礎(chǔ)性能測定在 TSJ- 3型微型燒結(jié)裝置中進(jìn)行, 設(shè)備還包括自動退模制樣器和抗壓強度測定儀。燒結(jié)基礎(chǔ)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(jié)裝置中, 根據(jù)設(shè)定的升溫曲線和實驗氣氛進(jìn)行燒結(jié)。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(yīng)物為其同化特征, 測定達(dá)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(jié)粘附粉, 混勻后壓制成試樣小餅, 根據(jù)設(shè)定的升溫曲線和實驗氣氛進(jìn)行燒結(jié), 測定小餅燒結(jié)前后的面積, 計算鐵礦粉的流動性指數(shù):
( 3) 粘結(jié)相強度: 將 CaO 純試劑和鐵礦粉按210 的二元堿度配成燒結(jié)粘附粉, 混勻后制成試樣小餅放入微型燒結(jié)裝置中, 根據(jù)設(shè)定的升溫曲線和實驗氣氛進(jìn)行燒結(jié)。用抗壓強度測定儀測定燒結(jié)后小餅的抗壓強度, 以此抗壓強度來表示粘結(jié)相強度。
根據(jù)生產(chǎn)實際, 將河北鋼鐵集團某分公司的常用礦粉按產(chǎn)地分為 4 類, 并從每類礦中選取1 種代表性礦粉進(jìn)行研究, 如表1 所示。采用四因素四水平的正交試驗進(jìn)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(jié)果及分析
混合鐵礦粉的理論化學(xué)成分和燒結(jié)基礎(chǔ)性能測試結(jié)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(jié)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(shù)量。
由圖 1 可知, 混合礦燒結(jié)基礎(chǔ)性能的實測值與式(1) 所得計算值的變化規(guī)律基本一致, 但存在著一定的差距, 特別是液相流動性指數(shù)和粘結(jié)相強度差別較大。這說明各種礦燒結(jié)基礎(chǔ)性能間存在一定的互補關(guān)系, 但混合礦燒結(jié)基礎(chǔ)性能不能直接由單種礦燒結(jié)基礎(chǔ)性能的線性加和來確定。
混合礦燒結(jié)基礎(chǔ)性能與化學(xué)成分間也存在著一定的線性關(guān)系, 但由于影響混合礦燒結(jié)基礎(chǔ)性能的因素不是單一的, 燒結(jié)基礎(chǔ)性能與各化學(xué)成分間線性關(guān)系的擬合度普遍較低, 因此對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并進(jìn)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(xué)成分和同化溫度的平均值來考察同化溫度與化學(xué)成分的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn), 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(dǎo)致混合礦的同化溫度升高。礦石在高溫下焙燒時, 結(jié)晶水分解留下殘余氣孔, 使礦石結(jié)構(gòu)疏松, 加大了反應(yīng)的接觸面積,同時, 新生赤鐵礦的晶格能較大, 反應(yīng)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(jìn)行多元回歸, 得到同化溫度與化學(xué)成分的關(guān)系式為：
從圖 3 可知, 由回歸關(guān)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(shù)從小到大進(jìn)行排列后分為 5 個組, 每組中液相流動性指數(shù)的最大值與最小值之差小于0107, 分別求得各組中每種化學(xué)成分和液相流動性指數(shù)的平均值來考察他們之間的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn),按照擬合度由高到低依次為 SiO2、TFe、MgO 含量。液相流動性指數(shù)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(chǎn)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(dǎo)致混合礦的液相流動性指數(shù)降低。
通過 SPSS 軟件進(jìn)行多元線性回歸, 得到了多因素影響液相流動性的關(guān)系式:
從圖 5 可知, 由回歸關(guān)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(jié)相強度的影響因素
將 16 個混合鐵礦粉按液相流動性指數(shù)從小到大進(jìn)行排列并分為 6 組, 每組中粘結(jié)相強度的最大值與最小值之差< 100 N, 分別求得各組化學(xué)成分和粘結(jié)相強度的平均值來考察兩者之間的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn), 按照擬合度由高到低依次為 SiO2、TFe、燒損、MgO 含量。粘結(jié)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(zhì)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(jié)相強度得到改善; 由于 SiO2和CaO 的反應(yīng)能力要高于 Fe2O3和 CaO 反應(yīng), 因此當(dāng) SiO2含量增加時, 燒結(jié)產(chǎn)生的 C2S 數(shù)量增加, 鐵酸鈣生成量減少, 故粘結(jié)相強度降低。
通過 SPSS 軟件進(jìn)行多元回歸, 得到了多因素影響粘結(jié)相強度的關(guān)系式:
從圖 7 可知, 由回歸關(guān)系式所得計算值和實測值相差很小, 粘結(jié)相強度可由式(4)計算得到。
綜上所述, 混合礦燒結(jié)基礎(chǔ)性能與化學(xué)成分間存在著較強的對應(yīng)關(guān)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(jù)化學(xué)成分計算混合礦的燒結(jié)基礎(chǔ)性能, 用于燒結(jié)配礦的快速決策。
4 結(jié) 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(jié)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(jié)基礎(chǔ)性能與化學(xué)成分間的關(guān)系式, 可用于燒結(jié)基礎(chǔ)性能的估算, 對于燒結(jié)配礦的快速決策具有重要的應(yīng)用價值。
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