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收稿日期 :2025-07-14 联系人 :裴元东 (100043 北京市石景山区杨庄大街 69 号首钢技术争论院 907:(高比例褐铁矿烧结机理分析及试验争论
裴元东 1 赵志星 1 马泽军 1 安 钢 2 赵 勇 1 潘 文 1 (1 首钢技术争论院 2 首钢京唐公司
摘 要 :阐述了高比例配用褐铁矿对烧结过程的影响机理。褐铁 矿比例提高时 , 由 于其高同化性 , 不 仅烧结过程中液相生成量增多 , 而且液相性质也发生转变 , 烧结过程中 消灭液相粘度升 高、 气泡难以溢出 等现象 , 最终导致烧结利用系数下降 , 成品率降低 ; 通过实行压料、 厚 料层、 高碱度、 防止 过度同化等措施 , 可以为提高褐铁矿配比供给支撑。针对首钢某地料比的试验室 争论说明 , 通过 优化配矿 , 烧结配加 50%褐铁矿后 , 生产指标较配 30%褐铁矿时有所改善。
关键词 :铁矿粉 ; 褐铁矿 ; 杨迪粉 ; 烧结试验 ; 同化性
中图分类号 :T F046 4 文献标识码 :A 文章编号 :1000-8764(2025 05-0001-07
Mechanism Analysis and Experimental Research on High Ratio Limonite Sintering Pei Yuan -dong et al
Abstract M echanism of effect of high ratio limonite on sintering process w as review ed W hen the limonite ratio increases, due to its high assimilability, not only does the liquid phase produce increase in the sintering process, but the liquid phase behavior also chang es In the sintering process, the liquid phase viscosity increases and the bubbles are difficult to escape, which finally result in decrease of sintering pr oductivity and product y ield By taking such measur es as pr essing feed, deep bed layer, hig h basicity and preventing ex cess assimilation, support is provided for high ratio of limonite T he ex perimental study in Shougang on material ratio shows that, throug h propor tioning
optimization, after addition of 50%limonite, the production index es are somew hat improved in compar ison with addition of 30%limo nite
Keywords iron ore fines, limonite, Yandi fines, sintering test, assimilability 1 前 言
近年来 , 随着优质铁矿粉资源日趋削减 , 低 品质矿粉的使用 量渐渐增加。在澳
矿当中 , 褐 铁矿和马拉曼巴矿已经逐步取代布鲁克曼赤铁 矿 , 成为市场供给的主体矿种。
褐铁矿 (典型代表为杨迪矿 的性能被众多 烧结工作者所关注 , 其具有含铁品位低 但烧后 品位高、 粒度粗、 构造疏松气孔多、 堆密度小、 含 结晶水多、 易熔化、 复原性高等 特性 , 这 打算了 它在烧结 (高炉冶炼 过程中与赤铁矿、 磁铁矿等的表现存在差异。当褐铁矿在烧结料中的比
例上升到肯定程度后 , 已被反映出将 造成利用 系数降低、 成品率 下降、 转鼓指数降低、 固体燃 耗上升等问题。
从上世纪 80 年月起 , 国内外众多学者对褐 铁矿烧结进展了大量争论。 C E Loo 等人对杨 迪矿进展 了系统全面的 机理争论和总 结 [1~4], 吴成功开发了烧结根底特性的评价体系并对褐 铁矿的性能进展了研 究 , 其成果已用 于众多企 业的优化配矿指导中 [5~7]。褐铁矿在国内众多企业中的配比已经超过 30%, 而围绕连续提高 其使用配比的争论和实践仍在连续 [8~9]。
2 褐铁矿特点概述
常见的进口褐铁矿为 BHP 供给的杨迪粉和 力拓供给的哈默斯利杨迪粉 (简称哈杨迪 与马
1
第 36 卷 第 5 期 2025 年 10 月
烧
结 球 团
Sintering and Pelletizing
萨杰粉 (即罗布河粉 。各种铁矿粉的主要特点 列于表 1。由表可见 , 由于褐铁矿具有不同于赤 铁矿与磁铁矿的根本性质 , 这必定导致 他们在 烧结过程中的表 现不同。值得 留意的是 , 这些 特性之间可能相互联 系和关联 , 如常 温特性影 响着高温特性。最终 , 这些特性共同 打算铁矿 粉在烧结高温过程中的行为和表现。
表 1 褐铁矿 、 赤铁矿 、 磁铁矿的根本特点及 其对烧结过程影响特性评价工程 根本特点 褐铁矿对烧结过程影响
常 温 特 性 成分 TFe
褐较低 (约 58% ; 赤相对较高 ; 某些磁精 可达 69%
S i O 2
褐约 5%, 与国内普 通磁接 近 , 进口 赤 SiO 2
含量一般较低尽管 SiO
2
是 粘结相 的主 要组 分 , 但发 展精 料技 术、 高铁低硅烧结是趋势。故褐铁矿因 TFe 含量 低 (尽管烧后品位高 , 但单位体积含 T Fe 低 而影 响产量 , 其配加比 例不能 太高 , 通常 与低硅 的赤 铁矿搭配
Al 2O 3
褐的 Al 2
O 3 在 澳洲 矿中 相对 较 低 ; 但 仍 较巴西赤和国内磁要高
在 1 5%左 右 , 高 于 普 通 磁 (0 8% 和 巴 烧 粉 (1 2% , 但低于澳 洲赤 (2 0% ; Al 2O 3 是 SFCA 的组成局部 , 但 含量 过 高易 引起 烧 结矿 指 标变 差 , 尤其是RDI 指标恶化
烧损
褐、 赤、 磁 的 烧 损 一 般 约 为 10%、 3%和
-2%
烧结过程中结晶水的分解消耗能量 , 褐 结晶水含 量较高 , 分解后易 形成裂 缝 , 加 速其 高温下 的同 化反响
粒度 平均粒径
褐、 赤、 磁的平均粒径分 别约为 3 5、 2 2 和
0 1mm
褐较赤为粗 , 均属 于富 矿 ; 磁 一般为 精粉 , 很细 ; 褐铁矿有利于改善烧结原始料层透气 性 , 但假设粒 度过大 (褐 >8mm 比 例较 高 , 对 烧结过 程中的 高温反响也不利
粒度组成 褐粗粉较赤多 , 细粉较赤少
褐 >2mm 的粗粉多 , <0 25mm 的比例低 , 对烧 结中制粒作为核矿石有利 ; 磁一般在烧 结中仅能 充当粘附粉
气孔 气孔率 褐、 赤、 磁的气 孔率一 般约为 35%、 20%和
10%
高气孔率导致褐 铁矿制 粒过程 中需 要较赤 配加 更多水 ; 高气孔率有利于烧结矿的复原性
气孔分布
褐微细孔较 多 ; 褐 和布 鲁克曼 赤气 孔的 平均孔径分别约 14nm 和 500nm
褐铁矿微气孔较多 , 毛细现象强 , 致使 褐易吸水 , 故需在制粒过程中配加更多
水
其它 堆密度
褐、 赤、 磁 的 密 度 分 别约 为 3 5、 5 和 5 2 t/m 3, 褐和赤的堆密度分别约为 1 7 和 2 3
t/m 3
由于烧结机按容积装料 , 故褐铁矿烧结 时直接影 响烧结利用系数
亲水性
褐和布鲁克曼 赤的接 触角 分别 约为 15 和45
不仅接触角小 , 其 外表粗 糙 , 这 些因 素使得 褐铁 矿较赤铁矿更易吸水微 观 特 性 晶粒大小
褐、 赤、 磁的晶 粒直 径分 别约 2 m 、 10 m 和 15 m
褐晶粒小 , 有利于 与熔剂 发生 反响 ; 巴西矿 较粗 的晶粒 , 对强度有利。脉石类型
SiO 2 和 Al 2O 3 在褐 中以 高岭 土 形式 存 在 , SiO 2 在巴西 赤 和国 内 磁中 通 常以 石 英 存在 , Al 2O 3 则多为三水铝石形态
褐的脉石 (Al 2
O 3 和 SiO 2 为 粘土性 质 , 故 反响性 较强微观构造
布鲁克曼赤为二次微细板状赤 铁矿围绕 的多孔假象赤 铁矿 构成 ; 褐为多 孔针 铁矿 围绕和胶粒 状多孔 针铁 矿粘 结的 多孔 针 /赤
矿构成
褐中 90%为针铁矿 , 反响性高 ; 赤铁矿较致密 , 反 应性低 ; 磁铁矿最致密 , 反响最弱 ; 该显 微构造使 褐铁矿极易反响
高 温 特 性同化性
褐铁 矿易熔 化、 同化 性高 ; 赤铁矿 次之 ; 磁铁矿最低
褐铁矿与熔剂 CaO 在较低温度即发生反响 , 反响 所需的能量少 , 有利于降低燃耗 ; 液相 生成较多 , 对高温状态下透 气性不 利 , 影 响烧 结利用 系数 ; 对气泡的排解也不利 , 影响成品率和强度
液相流淌性
就粘 附粉而 言 , 褐最 大 , 赤 与磁次 之 ; 就 准颗粒而言 , 则相反
烧结过程中需要适宜的液相流淌性 , 以 形成较好 的粘结相构造。改 善高褐 铁矿 烧结 时的液 相流 动状况很重要
烧 结 球 团 第 36 卷 第 5 期
高配比褐铁矿烧结影响烧结矿 质量的机理分析
从上世纪八九十年月以 来 , 众多研 究者对 高比例褐铁矿的烧结表现进 行了评价 , 归纳阐 述如下 [11]。
3 1 液相生成问题
烧结过 程中 , 赤铁矿与褐铁矿 最重要且明 显的差异就在同 化性上。褐铁 矿构造疏松、 多 孔且结晶水含量高 , 故其与熔剂的反响 动力学 条件更好 , 在烧结 过程中的同化性较赤 铁矿为 高 , 致使其在烧结过程中产生的液相发生变化 , 主要表达在液相量增加和液相性质转变两方面。 (1 液相量增加。检测说明 , 褐铁矿的最低 同化温度远低于巴西 赤铁矿和国内磁 铁矿 [7]。 故当烧结温度肯定时 , 褐铁矿将比赤铁 矿更多 地被液相所同化 , 使液相生成量更多。
(2 液相 的成分和 性能发生 变化。不 仅液 相量增加 , 液相的成分也发生变化 , 进而导致液 相性能 发 生 变化。 从 CaO -Fe 2O 3 二 元 相 图 [12]看 , 液相中更多的Fe 2O 3 将使液相线温度 上升 , 这将导致在 肯定的烧结温度条件 下液相 过热度 有所降低 液相粘度将 因此而升 高 , 最终对气孔的生成、 长大、 排解以及粘结相的固结等产生影响。 高褐铁矿配 比下 , 烧 结过程 中的 (最高 温度可能 比赤铁矿烧结时要低 (同 等配碳量条件下 , 这与液相线温度上升带来的 后果相叠加 , 最终将导致液相粘度的增幅更大。 S M achida 等模拟烧结料层温度的争论说明 [9]:在 50%褐铁矿配加条件下 , 料层下部的高温带 较不配加褐铁矿时明显变窄 , 即配加高 比例褐 铁矿时料层下部热量缺乏。这与很多争论者从 料层下 部蓄热 增加 角度 得到 的结 论可能 相 反 :即高褐铁矿、 高料层条件下 , 料层下 部的热 量并不是过多。这将对生产操作提出一系列的 考验 , 如燃料的偏析程度是 否应调整 ? 料层厚度多少适宜 ?
3 2 透气性和利用系数
尽管褐铁矿较粗的粒度对改善烧结原始料 水多的特点直接影响 其在台车内的 装料 量 ; 制粒过程中多配加的物理水和褐铁矿本身带来 的结晶 水 , 在离 开料 层的过 程中 , 可 能加 重过 湿 , 从而对料层透气性造成影响 ; 烧结中产生 的很多液相削减了料 层中的透气空隙 , 故使得 料层高温透气性也有所降低。这些因素共同作 用 , 最终使烧结成品矿的数量削减。
日本使用褐铁矿的实践说明 [13], 褐铁矿配 比小于 50%时 , 烧结产量的下降与结晶水含量 根本呈线性关系 ; 配比超过 50%后 , 产量将超出 线性关系地大幅降低 , 这说明不单是结晶水 , 褐 铁矿的自身烧结性能也影响着烧结矿的产量。 C E LOO
等设计了一种杯体内侧含硅砂、 能削减漏风的烧结杯进展烧结高温区的透气性 试验。结果说明 , 高针铁矿下 (到达 35% 烧结 过程中的透气性并未恶化 [10]; 他们认为 , 通过采 取改善制粒等提高原 始料层透气性的措 施 , 高 褐铁矿配比下烧结产量不肯定降低 [3]。
3 3 成品率和强度
肥田行博等认为 , 褐铁矿的高同化性 , 使液 相粘度增加并在其中 包裹了大量气体 , 这造成 了很多大孔的形成 , 使得起着粘结作 用的同化 局部脆化。这是烧结矿强度和成品率降低的主 要缘由。同时 , 褐铁矿 的高同化封闭 了烧结料 层液相带的空隙 , 不仅降低了料层透气性 , 而且 加剧了烧结料层中焦粉燃烧形成的横向不均匀性 , 这也导致成品率下降。
一般来讲 , 配加褐铁矿后 , 烧结料层上部的 成品率会因褐铁矿易熔、 易同化的特点而改善 , 但料层下部的成品率则可能由于热量缺乏而下 降 (如前所述 。在高褐铁矿配比下适当提高配 碳量可使高温液相 生成时具有肯定的 过热度 , 从而有利于提高烧结矿强度。
3 4 固体燃耗
高比例配加褐铁矿时 , 带给烧结中较多的 水分 (物理水和结晶水 , 这些 水分在烧结过程 中蒸发、 脱除 , 需消耗肯定的能量。但事实上 , 烧结中去除这些水所 耗的能量并不高 , 远小于 熔剂分 解所消耗的 能量 , 并 且 , C E LOO 对烧 3
2025 年第 5 期 裴元东 等 高比例褐铁矿烧结机 理分析及试验争论
分更多以液态而不是气态 的方式从料层溢 出 , 如此可缓解对高褐铁矿配比时水分别开料层耗 热的过大担忧。并且 , 褐 铁矿易于熔化 的特性 对节约能耗起了不小的作用。
在生产 实践中 , 使用高比例褐 铁矿时配碳 量 (固体燃耗 是否增加 , 结论并不全都 , 这可能 取决于各厂的生产操作和原 料条件 , 甚 至是使 用褐铁矿前后的工艺
变化。从促进 SFCA 生成 的角度来看 , 较少的配碳量有利于营造低温、 高 氧化的适合铁酸钙生成的气氛 ; 而从避开欠烧、 保证成品率和强度的角度出 发 , 较多配碳量也 是可取的。
5 冶金性能
配加褐铁矿以后 , 由于影响因素较多 , 故冶 金性能的变化可能需视状况而定。褐铁矿有利 于改善烧结矿的复原 性 (RI 已被广泛认可 , 但 对低温粉化性能 (RDI 的影响而言 , 结论并不一 致 , 由于影响冶金 性能的因素自身在配 加褐铁 矿后就可能有多种变化。如烧结矿中的 FeO 含 量是影响烧结矿燃耗、 强度、 RDI 和 RI 的重要 参 数 之一。 C E LOO 分析了配 加褐铁矿 后影 响 烧 结 矿 FeO 含 量 的 一 系列 因 素 的 变 化 情 况 [2]: 矿物复原 性改善 , 故磁铁矿含量提 高 , 从而提高烧结矿FeO 含量 ; 烧结温度降低 , 故 赤铁矿向磁铁矿的分解削减 , 从而降低 烧结矿 FeO 含量 ; 同 化性 提 高 , 熔相 中 碱 度 下 降 , Fe 3+/Fe 2+比值 下降 , 从 而提高 烧结 矿FeO 含 量 ; 火焰前锋速 度加快、 热 容降低 , 使 冷却速 度提高 , 削减了磁铁矿向赤铁矿的再氧化 , 从而 提高烧结矿 FeO 含量。
应对高比例褐铁矿烧结的技术 措施
4 1 抑制同化 、 利用同化的策略
一方面 , 考虑到褐铁矿高同化 性给烧结过 程带来的诸多问题 , 进展抑制褐铁矿同 化的技 术 , 成为提高褐铁矿使用比 例的重要手段。日 本日铁上世纪 90 年月 开发的褐铁矿 自致密 化和高熔点液相烧结工艺 (SH S , 即实现了 抑 制
另一方面 , 褐铁矿的 易熔、 高 同化性 , 对于 烧结节能也有肯定的乐观作用。烧结中配加致 密难熔、 同化性较 低的矿粉 , 如巴西赤铁矿、 国 内磁铁矿等与褐铁矿 搭配使用 , 可使 混合料的 同 化性不 至于 过 高。而 当混 合料 同化 性 较低 时 , 则可以提高杨迪粉的使用比例 , 使混合料的 同化性改善 , 此即 利用 了褐铁矿的同化性。 4 2 具体工艺措施