烧结矿碱度对综合炉料交互反应的影响

烧结矿碱度对综合炉料交互反应的影响

朱霜

新疆天山钢铁巴州有限公司  新疆巴音郭楞蒙古自治州  841300

摘要：以不同碱度的烧结矿及烧结矿与块矿的混合矿为研究对象，利用荷重软化熔滴装置，考察了烧结矿碱度对综合炉料软熔性能及不同炉料间交互作用的影响. 研究发现：随着烧结矿碱度增加，炉料结构中块矿的质量配加比例提高，炉料间的交互作用增强，主要表现为综合炉料软化开始温度及熔融开始温度降低，混合炉料的透气性得到改善。炉料结构的变化使矿物间的交互反应随着烧结矿碱度的提高而增强，进而导致液相成分发生改变，降低了初渣物相熔点，而烧结矿碱度过高时会恶化料柱的透气性. 同时通过扫描电子显微镜−能量色散谱仪(SEM−EDS)及X射线衍射(XRD)精修表征整个还原过程烧结矿物相变化，渣相中主要物相为浮氏体和硅酸钙，随着烧结矿碱度增加，在不同断点2CaO·SiO2的含量呈现降低趋势，表明烧结矿还原过程生成的高熔点物相随之降低，综合炉料的液相生成温度随之降低，炉料间交互作用增强. 因此，适当提高烧结矿碱度，提高块矿入炉的质量配比，利于高炉的强化冶炼。

关键词：烧结矿；块矿；综合炉料；交互作用；冶金性能

引言

我国高炉使用的含铁炉料为高碱度烧结矿搭配球团矿和天然块矿。烧结矿、球团矿和天然块矿3种含铁炉料由于生产方式、化学成分和组成结构等的不同，冶金性能特别是软熔性能有较大的差别。高碱度烧结矿荷重软化温度高、难以滴落，而块矿软化、熔滴温度却相对较低，且软熔区间较宽.搭配后的综合炉料既可避免酸性炉料软化温度过低，软化区间过宽的弱点，同时可以克服烧结矿因碱度过高难熔不能滴落的缺点P。但是传统的炼铁理论存在不少未解决的问题.例如综合炉料的软熔性能与单一炉料的软熔性能之间的关系以及是否可以根据单一含铁炉料的软熔性能来推断综合炉料的软熔性能。若各种单一炉料在高炉内不是简单的物理混合而存在交互反应，综合炉料的软熔性能则不能根据单一炉料的软熔性能来推断.这是因为含铁炉料之间如果发生交互反应的话，则必有新相的出现，从而改变了炉料的脉石组成.而含铁炉料的脉石组成变化和分布对含铁炉料的冶金性能有重大的影响P。因此，不同炉料的交互反应势必对综合炉料的冶金性能造成影响。本工作通过实验研究高碱度烧结矿和天然块矿之间在高温区的交互反应，并从机理方面探索它们之间的作用形式和影响因素，为高炉含铁炉料结构的优化奠定理论基础和提供技术对策。

1实验原料及方法

块矿、烧结矿及混合炉料的软化特征能够通过测定试样实验前后的体积变化率来表示,规定炉料收缩率3%时的温度为软化开始温度(或软化温度)、收缩率为30%时的温度为软化终了温度[6],两者之间的温度差则定义为软化区间。实验时将样品放入红外线高温实验炉中,在模拟高炉的气氛和加热速度条件下,通过设定不同的实验温度分别测定试样的体积收缩率,然后采用内插法或外推法计算其软化温度和软化区间。目前可供我国高炉使用的高品位块矿主要有澳大利亚块矿、巴西块矿等。本实验选用澳洲块矿A、B,巴西块矿C、D以及高碱度烧结矿S作为原料,其化学成分见表1。

表1　实验用料化学成分

2烧结矿碱度对综合炉料交互反应的影响

2.1单种含铁炉料的熔滴性能

在本研究中，针对5种高碱度烧结矿和2种天然块矿分别进行了熔滴特性的试验研究，各组含铁炉料单矿的荷重软化熔滴实验结果如表3所示。整体来看，随着碱度增加，烧结矿的软化开始温度降低，软熔带变厚，软化性能变差. 由于CaO含量相应增加，容易形成高熔点化合物，熔融终了温度增大. 熔融终了温度过高会造成烧结矿在高炉内不易滴落，影响高炉炉况的顺行. 其压差和S特性值也呈现增大的趋势，随着碱度的增加，烧结矿的透气性逐渐变差.从软化性能来看，两种块矿的软化开始温度和软化终了温度都要低于所有烧结矿，且其软化区间较宽，由于L-2中SiO2含量较高，易生成低熔点物质，造成其滴落温度远低于L-1，透气性也较好。

表 3    含铁炉料单矿荷重软化熔滴实验结果

2.2扫描电镜分析

XRD和相图的分析结果表明，在本实验充分混合的条件下，块矿和烧结矿两种含铁炉料在高温下存在交互反应.为了进一步考察高炉内块矿和烧结矿实际接触条件下交互反应能否发生，本研究又进行了另外一种形式的实验.称取一定量还原后的块矿L-A和烧结矿S-A，分别压制成圆柱形小饼.然后将两个小饼按上下位置叠放在一起，放入红外快速升温炉内，在惰性气氛以及温度1300℃下焙烧；冷却后将粘结在一起的小饼沿直径方向切开，如图4.对图中切开的小饼处1~3横截面进行扫描电镜分析.扫描电镜分析结果如图5所示。

图4扫描电镜试样切片示意图

图5烧结矿、块矿和二者接触面处扫描电镜照片

从图5可以看到，在块矿L-A与烧结矿S-A之间的交接面处的扫描电镜图片与单一块矿或者单一烧结矿的微观形貌完全不同.在交接面处，酸性的块矿与高碱度的烧结矿，因为化学成分、微观特性等不同会相互扩散渗透，同时脉石组分因为热力学以及动力学条件的满足而发生化学反应。事实上，在交接面处，可以明显观察到新相的生成。由此可见，在模拟高炉内的炉料接触条件下，酸性的块矿与高碱度的烧结矿之间会在交接处发生高温交互反应。

结语

（1）当烧结矿碱度由1.8增加至2.1，综合炉料的软熔性能变好，同时S特性值降低，混合炉料的透气性得到改善，炉料结构的变化使得矿物间的交互反应随着烧结矿配比的降低而提高，进而导致液相成分发生改变，降低了初渣物相熔点，改善了初渣流动性混合炉料的透气性得到改善，有利于高炉的强化冶炼，但是碱度继续增加到2.2时，料层透气性出现恶化.（2）与单一烧结矿矿相比，综合炉料的软化开始温度和软化终了温度都有明显的提高，软熔带向高温区移动，熔融开始温度几乎呈直线下降. 当烧结矿碱度为2.2，炉料中添加块矿的质量分数最高为24%时，其混合炉料在1150 ℃就开始收缩，随着烧结矿碱度增加，同时烧结矿与块矿两者间的比例变化增强了炉料间的交互反应，低熔点物相就越容易生成，在同一温度下的试样收缩率就越大.（3）整个还原过程烧结矿渣相中主要物相为浮氏体和硅酸钙，随着烧结矿碱度增加，在不同断点的2CaO·SiO2含量都呈现降低趋势，表明烧结矿还原过程生成的高熔点物相随之降低，综合炉料的液相生成温度随之降低.

参考文献

[1]叶匡吾, 冯根生. 我国球团矿的发展及应用—高炉炼铁节能、减排最重要的技术措施 // 2010年全国炼铁生产技术会议暨炼铁学术年会文集(上). 北京, 2017, 27（05）：8.

[2]周取定,王筱留,许满兴.从烧结矿及球团矿的冶金性能分析高炉合理的炉料结构[J].钢铁,1984,19(4)：1-7.

[3]KediaJA.周取定，李希敦译.科尔克高炉炉料最佳化[A].高炉炉料结构译文集[C].北京：冶金工业出版社，1987.31−48.

[4]德国钢铁工程师协会(西德).王俭译.渣图集[M].北京：冶金工业出版社，1989.80−81.

[5]张晨. 利用粉尘生产适合高炉冶炼的炉料—金属化炉料力学性能研究 // 2020年全国冶金能源环保技术交流会会议文集. 唐山, 2020: 338.