进口铁矿粉的烧结性能

进口铁矿粉的烧结性能 (北京科技大学) 许满兴 摘 要:本文重点介绍了进口铁矿粉的化学成分、粒度组成、 它们的单烧指标及冶金性能，引入了评价铁矿粉烧结 性能的一种新概念——铁矿粉的烧结性能取决于其晶 粒大小、水化程度和Al 2 O 3 含量。并对铁矿粉烧结性能 的基础理论作了必要的分析。 关键词:进口铁矿粉、烧结性能、单烧指标、质量分析。 1.前言 随着我国钢铁工业的快速发展，用于高炉炼铁国产铁矿 粉的比例近几年明显下降，钢铁生产的含铁原料很快以国产矿 为主转变为以国产进口两种资源的格局，进而还会很快转变为 以进口矿为主的格局。因此，试验研究和认识各种进口铁矿粉 的烧结性能及质量已经成为不可忽视的一个重要技术经济问题。 认识铁矿粉的烧结性能不是一个较为简单的技术理论问 题，因为烧结的成矿过程是一个复杂的物理化学变化过程， 它既有低温下的固相反应和新相生成，又有在高温下的粘 结相和液相生成，还有在冷却过程中的结晶、再结晶和相变过 程。影响烧结过程成矿和固结的因素也很复杂，既有矿种化学 成分和粒度的影响，又有碱度、配碳、加热和冷却速度的影响， 还有氧化速度的影响等等，其中矿种对烧结成矿和固结的影响 是一个基本因素，矿种和配矿的不同对烧结生产综合反映出来 的是烧结生产率和成品矿的强度，是烧结生产最基本的两个问 题，即产量和强度问题。 如何正确认识进口铁矿粉的烧结性能及质量,这是一个值 得讨论的技术和理论问题。单烧值是铁矿粉模拟烧结生产，在 一定燃料配比、碱度及工艺参数条件拢猩战岜匝楹笏? 得出的成品矿的产 量、强度及质量指标，它是评价不同铁矿粉 利用价值的重要依据。正因为如此，可将各种进口铁矿粉的单 烧指标列出进行对比分析去认识它们的烧结性能，是认识各种 不同进口铁矿粉的烧结性能及质量的一种重要方法。 2.进口铁矿粉的化学成分及粒度组成 常见十八种进口铁矿粉的化学成分列于表1，粒度组成列于表2 表1 常见十八种进口铁矿粉化学成分 国 别 化学成分铁矿粉 名称 T Fe SiO 2 Al 2 O 3 Cao MgO S P K 2 O Na 2 O LoI 巴西 CVRD卡拉加斯 67.50 0.70 0.74 0.01 0.02 0.008 0.036 ,0.01 ,0.01 1.70 CVRD依塔比拉 63.65 5.31 1.02 0.01 0.02 0.007 0.046 ,0.01 ,0.01 1.20 CVRD标准烧结粉 66.00 3.65 0.70 0.03 0.03 0.005 0.026 0.008 0.005 0.80 MBR CSF 67.00 1.50 1.25 0.12 0.06 0.007 0.044 ,0.01 ,0.01 1.30 MBR SF3.5 66.00 3.39 0.81 0.076 0.06 0.01 0.033 ,0.01 ,0.01 1.39 澳大利亚 哈默斯利 62.92 3.35 2.10 0.067 0.04 0.011 0.063 0.017 0.025 2.56 纽 曼 62.08 2.82 1.43 0.070 0.10 0.011 0.046 0.02 0.023 4.60 库利安诺宾 63.50 2.76 0.92 0.020 0.07 0.035 0.083 ,0.01 ,0.01 5.25 戈德沃斯 64.68 4.72 1.71 0.072 0.05 0.01 0.057 0.017 0.015 3.60 扬 迪 58.33 4.92 1.15 0.110 0.15 0.01 0.036 0.003 0.007 9.50 印度 天普乐 63.00 2.75 2.25 0.050 0.050 0.10 0.05 , , 4.29 库得拉姆 65.4 3.04 0.49 0.84 0.17 0.05 0.029 0.01 0.011 1.10 果 阿 62.50 4.20 2.10 0.60 0.05 0.01 0.02 0.017 , 3.80 白 兰 64.50 2.75 2.48 0.02 0.10 0.01 0.05 0.035 , 2.40 H 矿 67.85 0.96 1.02 0.01 0.01 0.008 0.063 , , 1.05 南非 伊斯科 阿索曼 65.00 64.50 4.00 4.20 1.35 1.60 0.10 0.03 0.04 0.05 0.010 0.010 0.06 0.05 0.333 0.333 0.022 0.022 0.70 0.85 加拿大 卡罗尔湖 66.80 3.76 0.13 0.39 0.25 0.04 0.004 0.002 0.002 0.20 由表1，表2可见，大多数进口铁矿粉的含铁品位均较高， 仅有果阿、哈默斯利和纽曼稍低，处于62,63%的范围内，扬 迪铁矿粉的品位最低，仅为58.33%，但由于其结晶水含量达 9.5%，烧结后的实际品位可达到64.45%。澳大利亚的库利安诺 宾粉矿品位仅为63.5%，但由于其有5.25%的烧损，实际品位达 到67%。接近CVRD卡拉加斯和MBR CSF粉矿的含铁品位。 大多数进口铁矿粉的平均粒度均在2.0,3.0mm之间，仅有 MBR的CSF粉较粗，平均粒度达到4.443mm，库得拉姆和卡罗尔 湖矿粉平均粒度较细，低于0.3mm，铁矿粉的粒度影响混合料 透气性最大的粒级是1.0,0.25mm，大量的研究,1,证明，这 部分粒度既不能成为制粒的核心，也不能粘附于核心外围，因 此，需重视这部分粒级对混合料透气性的影响。 表2 常见十八种进口铁矿粉的粒度组成 国 别 粒度组成(%) 铁矿粉名称 ，8.0 8.0,5.0 5.0,3.0 3.0,1.0 1.0,0.25 0.25,0.125 ,0.125 MS 巴 西 CVRD卡拉加斯 2.3 13.6 15.0 25.4 23.3 11.7 8.7 2.40 CVRD依塔比拉 3.3 13.7 11.8 19.9 16.8 13.8 20.7 2.20 CVRD标准烧结粉 , ，6.3 7.5 6.3,1.0 56.0 1.0,0.15 10.5 ,0.15 26.0 2.62 MBR CSF 18.43 27.82 16.14 13.79 1.0,0.28 6.46 0.28,0.1 6.18 ,0.1 11.7 4.443 MBR SF3.5 , ，6.3 7.0 6.3,0.15 69.0 ,0.15 24.0 2.70 澳 大 利 亚 哈默斯利 3.66 12.69 17.93 23.4 24.17 13.34 4.81 2.448 纽 曼 0.7 12.1 13.0 28.5 31.3 7.7 6.7 2.20 库利安诺宾 6.0 6.0 22.0 18.0 21.4 8.0 18.6 2.02 戈德沃斯 1.5 8.0,6.3 5.0 6.3,1.0 46.7 18.4 6.2 22.2 1.99 扬 迪 15.92 14.29 15.71 24.84 20.30 6.38 2.56 2.58 印度 天普乐 6.71 9.32 14.3 18.24 21.47 22.49 7.64 2.26 库得拉姆 , , , 1.10 1.50 5.40 92.0 0.124 果 阿 1.46 12.32 14.3 15.44 22.12 19.21 6.15 2.14 白 兰 6.40 8.0,6.3 7.80 6.3,1.0 51.0 14.20 4.90 15.70 2.97 H 矿 1.37 25.70 17.66 20.26 9.46 11.72 2.99 南非 伊斯科 阿索曼 0 8.75 8.0,6.3 0.3 22.53 6.3,1.0 65.10 21.23 31.09 19.6 (1-0.5)9.96 0.25,0.063 4.5 (-0.5)6.44 ,0.063 10.5 2.51 3.507 加拿大 卡罗尔湖 , , , 2.0,1.0 1.5 26.2 44.5 27.8 0.295 3.常见进口铁矿粉单烧试验的结果及分析 3.1常见进口铁矿粉单烧试验的结果 常见18种进口铁矿粉单烧试验的条件， 单烧烧结指标列于表3，常见进口铁矿粉单烧试验成品矿的化 学成分及冶金性能列于表4。 表3 常见进口铁矿粉单烧试验的烧结指标,2,-,9, 国别 试验结果 铁矿粉名称 烧结试验条件 烧结试验指标 数据提 供单位 Cao/ SiO 2 料层厚度 mm 固体燃耗 kg/t 混合料 H 2 O% 抽风负压 KP a 垂烧速度 mm/分 利用系数 t/m 2 .h 成品率 % 转鼓指数 % 巴西 CVRD 卡拉加斯 1.80 600 53.50 5.70 14.70 17.06 1.344 79.06 72.63 宝钢 CVRD依塔 比拉 2.00 480 60.00 7.80 10.00 , 1.58 , 65.00 中南大学 CVRD标准 烧结粉 2.10 480 45.93 5.00 10.00 , 1.52 78.50 72.32 湘钢 MBR CSF 1.80 550 61.35 6.85 11.00 26.18 1.879 74.46 47.41 北 科大 MBR SF3.5 1.80 550 62.09 6.88 11.00 26.53 1.900 74.78 64.44 北 科大 澳 大 利 亚 哈默斯利 2.06 550 72.53 6.50 12.00 24.77 1.501 70.53 62.73 马钢 纽 曼 2.00 480 67.50 7.80 10.00 , 1.65 , 61.52 中南大学 库利安诺宾 1.87 500 67.50 6.00 10.70 24.30 1.561 62.41 68.00 鞍钢 戈德沃斯 1.81 700 58.80 6.30 13.00 26.12 2.065 78.68 64.00 兴澄 扬 迪 1.78 510 64.80 7.20 10.00 20.60 1.429 77.00 65.00 综合 印度 天普乐 2.05 550 74.30 7.10 12.00 25.78 1.474 71.62 61.25 马网 库得拉姆 1.80 550 , 6.60 10.78 18.87 1.436 63.48 68.67 鞍钢 果 阿 2.10 480 46.11 5.00 10.00 19.70 1.50 75.34 59.26 湘钢 白 兰 1.80 700 62.81 , 13.00 19.72 1.434 73.76 58.67 兴澄 H 矿 2.00 480 , 7.80 10.00 , 1.94 , 68.73 中南大学 南非 伊斯科 阿索曼 1.78 2.19 480 500 51.09 50.60 4.50 4.80 10.00 11.00 27.13 27.75 1.54 1.68 75.49 78.50 60.95 62.67 湘钢 杭钢 加拿大 卡罗尔湖 1.80 550 , 6.40 10.78 19.02 1.381 60.15 59.82 鞍钢 表4 常见进口铁矿粉单烧试验成品矿的化学成分及冶金性能 国 别 进口铁矿粉名称 主要化学成分 冶金性能 Cao/SiO 2 T Fe SiO 2 Al 2 O 3 900?RI(%) 500? DI ，3.15 (%) T BS (?) T BE (?) ?T B (?) 巴 西 CVRD卡拉加斯 1.80 58.71 4.60 0.90 74.60 74.1 1100 1215 115 CVRD依塔比拉 2.00 58.69 4.80 1.62 84.40 70.8 1114 1298 184 CVRD标准烧结粉 2.10 58.79 5.00 0.95 68.9 68.7 1140 1200 60 MBR CSF 1.80 63.59 2.06 1.43 65.4 82.1 1101 1266 165 MBR SF3.5 1.80 59.65 4.18 0.95 70.6 76.8 , , , 澳 大 利 亚 哈默斯利 2.06 56.98 4.55 2.49 67.0 53.4 1130 1360 230 纽曼 2.00 55.47 4.80 1.60 76.0 65.0 1055 1285 230 库利安诺宾 1.87 59.85 5.45 , 82.0 77.5 1070 1390 320 戈德沃斯 1.81 56.00 5.40 1.90 , , , , , 扬迪 1.78 57.00 5.31 1.30 78.0 67.9 , , , 印 度 天普乐 2.05 57.80 4.19 1.98 86.4 55.2 1078 , , 库得拉姆 1.80 59.47 5.73 0.60 , , , , , 果阿 2.10 56.13 5.00 2.25 55.8 77.6 1130 1190 60 白兰 1.80 58.20 4.60 2.60 , , , , , H 矿 2.00 58.40 4.80 1.20 62.0 77.0 , , , 南 非 伊斯科 阿索曼 1.78 2.19 57.10 59.85 5.00 4.18 1.80 3.45 63.9 87.4 67.2 49.6 1190 1103 1350 1333 160 230 加 拿 大 卡罗尔湖 1.80 57.55 5.10 0.50 , , , , , 3.2对常见进品铁矿粉烧结性能的分析 影响铁矿粉烧结性能的因素是多方面的，除了铁矿粉自身 的化学成分，粒度组成外，尚有碱度、料层厚度，配水配碳， 抽风负压等烧结条件和工艺操作的影响，还受到混合料其它矿 种烧结性能的影响。本文是对一种铁矿粉单烧时烧结性能的分 析，不讨论外部条件的影响，考虑的是一种铁矿粉自身的因素 也即其内在因素的影响，烧结生产对铁矿粉的基本要求是希望 烧结产量高和成品矿强度好，同时还要求成品矿含铁品位高， SiO 2 、Al 2 O 3 和有害杂质含量低，并具有良好的冶金性能。由表 3、表4可见，常见进口铁矿粉的烧结性能，我国宝钢、鞍钢、 马钢、武钢、湘钢、水钢、兴澄特钢和中南大学、北科大均进 行过进口铁矿粉的单烧试验，对进口铁矿粉烧结性能的优劣排 过次序，如马钢于1994年1,2500m 3 高炉投产前，公司组织对若 干种进口铁矿粉的烧结性能进行了单种矿烧结杯试验和烧结矿 的冶金性能试验，结果排序烧结性能从优到劣为: CVRD、纽曼、MBR、哈默斯利、罗布河;冶金性能从优到劣为: MBR、CVRD、哈默斯利、纽曼、印度H矿,10,。宝钢在单烧的 基础上进而对干料密度、Al2O3含量对冶金性能的影响作了系 统的试验研究，对进口铁矿粉进行了综合评价，将进口铁矿粉 分为三类，A类:各项性能均较好的铁矿粉有，卡拉加斯，MBR、 依塔比拉、沙米丘及印度的BAILA(白兰);B类:各项性能尚 好的纽曼、扬迪、南非的伊斯科、委内瑞拉和加拿大的卡罗尔 湖;C类:各项性能略差的有哈默斯利、罗布河和印度的果阿 铁矿粉,11,。由十八种常见进口铁矿粉的单烧主要指标可见, 巴西的MBR粉矿,澳大利亚的库利安诺宾和戈德沃斯粉矿,印度 库得拉姆和H矿的烧结指标比较好,澳大利亚的哈默斯利、印度 的天普乐和果阿粉矿以及加拿大的卡罗尔湖粉矿的烧结指标比 较差。 影响铁矿粉烧结性能的基础理论，目前国内外尚有不同的认识， 目前国内的主要学术观点是吴胜利教授的铁矿粉的烧结基础特 性,这些特性包括同化性、熔融流动性、粘结相强度、铁酸钙 生成能力和连晶固结能力等。巴西CVRD研究中心通过对世界各 国27种矿做了25000组烧结杯试验,在这一基础上进行了铁矿粉 微观结构与其烧结性能的关系,12,,笔者认为也是有一定道 理的,CVRD研究中心将铁矿粉的晶体颗粒分为五类，并列出了 常见几种铁矿粉的情况，CVRD研究中心的大量实验和理论研究 的结果表明，铁矿粉的水化程度和晶粒大小在很大程度上决定 烧结过程作为。铁矿粉晶粒小，水化程度低，烧结利用系数就 高，固体燃耗也低;中等晶粒，低水化程度有利于提高烧结矿 的转鼓强度和RDI指数。如巴西的CaraJas和MBR铁矿粉， 它们的结晶颗粒比较细属于中细颗粒，水化程度也比较低，均 在0.8%,1.8%之间，有利于提高转鼓强度和改善RDI指数。 CVRD公司的最新研究[13]将铁矿粉的三个特性与烧结性能联系 起来,这三个特性即是矿粉晶体的大小、水化程度和 Al 2 O 3 含量 的高低，依据这三个特性作为配矿的基础，并且把每一特性都 分为高、中、低和粗、中、细三类。矿粉晶体颗粒,40μm称 细晶体，40,120μm的称中等晶体，,120um的称粗晶体。并 得出结论:当LOI低的矿粉配比增加时，烧结产量增加;当细 晶粒矿粉配比增加时，烧结速度提高;当混合料Al2O3含量提 高时，对成品矿的转鼓指数和RDI指数影响显著。笔者注意到， 近年来，澳大利亚学者也用矿粉晶体大小和水化程度理解铁矿 粉的特性和烧结性能[14]，这些将有助于认识和理解铁矿粉的 基础特性与烧结性能的关系。 4、结论 由以上试验结果及分析，可以得出如下结论: (1)单烧烧结指标及其冶金性能是衡量和判断进口铁矿 粉质量优劣的一种重要方法。铁矿粉烧结性能优良的主要标志 是高品位，低SiO 2 和Al 2 O 3 含量，高的生产率和成品矿转鼓强度。 (2)进口铁矿粉烧结性能的基础特性可用铁矿粉的结晶 颗粒大小、水化程度和Al 2 O 3 含量来衡量。铁矿粉晶粒小，水化 程度低有利于提高烧结产量。低水化程度和低的Al 2 O 3 含量有利 于改善烧结矿转鼓强度和RDI指数。 主要参考文献(略)