返矿影响铁矿石烧结过程的机理研究.docx

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1、返矿影响铁矿石烧结过程的机理研究摘要：为研究烧结返矿中大粒级占比对烧结生产指标的影响，通过化学分析、XRD分析、热重分析等对烧结返矿的各项理化性能进行了分析研究，并利用微型烧结实验装置及烧结杯模拟实验就返矿中+5mm粒级占比对烧结指标的影响进行了实验研究。结果表明：返矿中不同粒级的成分存在较大差异；随着返矿粒级的增大，其矿物物相中磁铁矿和铁酸钙的量增加；返矿粒级越大，其同化温度、熔化温度越高，返矿粒级越小，越有利于液相生成；当返矿+5mm的占比超过25%时，混合料制粒效果变差，同时其烧结成品率、转鼓强度均下降，固体燃耗升高，烧结矿成品粒级组成中5IOmm的粒级占比上升。因此，在烧结生产配料过程

2、中需控制返矿中+5mm的粒级占比低于25%o关键词：烧结；返矿；基础性能；粒级；指标目录前言11 .原料与方法21. 1.实验原料22. 2.实验方法22 .结果与分析32.1. 返矿的理化基础性能32.1.1.粒级分布32.1.2.化学成分32.1.3.矿物物相组成32.1.4.热重分析42.2.返矿的高温冶金性能42.3.不同粒级返矿对烧结指标的影响52. 3.1.不同粒级返矿对制粒效果的影响53. 3.2.对混合料粒级组成的影响64. 3.3.返矿中+5mm质量分数对烧结指标的影响63 .结论64 .参考文献7前言烧结返矿是成品烧结矿经破碎筛分后粒级5mm的颗粒，但由于设备检修、老化等原

3、因，其中往往有大量+5mm的颗粒存在。当返矿重回烧结生产时，其部分理化性能接近于烧结矿，属于熟矿，在烧结过程中易于产生液相，配加后可以降低烧结固体燃耗。当前各企业返矿配加量在20%左右，低的控制在15%左右1,相关的研究表明最佳的配比为30%2。返矿的配加可以减少新矿的使用量，也有利于提高烧结过程的效率3-4。尹桂先等5利用生产现场的原料条件，研究了返矿配加量与产、质量的对应情况，结果表明：当返矿配加比例超过30%后，转鼓指数和成品率均降低。贾占民等6生产实践表明：返矿率高，烧结矿产、质量均下降；当返矿率下降2%时，燃耗下降1.7kgt,成品率提高2.0%。孙艳红等79通过对返矿理化性能的研究

4、发现，返矿中大粒级增加，会影响混匀料的制粒，同时在烧结过程中大颗粒返矿高温保持时间短，不利于液相的产生和黏结，影响烧结矿强度。为了解释返矿影响烧结过程指标的机理，本文将返矿分级筛分处理后进行冶金性能和物化性能的测试分析，同时进行烧结杯试验，以期为配加返矿烧结提供理论指导。1 .原料与方法1. 1.实验原料实验所用返矿及其他混匀矿.、辅料均来源于某钢铁公司360n烧结机，熔剂生石灰为化学纯试剂。返矿粒度组成见表1。表1返矿粒度组成名称6.3mm6.3-5mm53.15mm3.15-2mm2Imm-1mm一次返矿O3.4926.21.5916.3732.55二次返矿25.8132.236.654.

5、660.330.352. 2.实验方法实验首先将返矿按照5、3、Imm筛网进行筛分并测试粒级组成；其次测试各筛分粒级返矿的化学成分；再次对不同粒级返矿进行XRD测试其矿物组成；接着利用STA热重分析仪分析不同粒级返矿的热分解温度，实验中每次称取返矿(350.1)mg,在空气中从室温以升温速率20Cmin加热至1300；然后利用微型烧结装置测试1、13、35、+5mm4个粒级返矿的同化温度及熔化温度；最后利用烧结杯实验测试返矿大粒级占比对烧结指标的影响，烧结杯实验参数：300mm700mm,点火负压为7kPa,烧结负压为14kPa,点火温度为105(TC,烧结矿R为1.90008,W(MgO)为

6、(1.650.05)%。2 .结果与分析2. 1.返矿的理化基础性能3. 1.1.粒级分布对所用返矿进行粒级组成测定，结果见表2o由表2可知：返矿中+5mm的粒级占比偏高，而3mm的粒级较少，说明烧结成品矿在筛分时筛网粒径过大，应加强筛分管理。表2返矿进行粒级组成测定+5mm53rnn31min-1rnm38.9828.8720.5511.60此外，随着返矿中+5mm占比的增加，在其它原料条件不变的情况下，会引起混匀矿平均粒径增大，从而使烧结料层透气性过好，烧结高温保持时间缩短，直接使台车表层料烧不透，返矿量增加，最终使成品率降低6。4. 12.化学成分对不同粒级的返矿进行主要化学成分检测分析

7、，结果如表3所示。由表3可知：随着返矿粒级的增大，W(TFe)增加、W(SiO2)降低；在配料时如果不注意控制返矿粒级组成，会造成烧结混合料化学成分的不稳定，导致熔剂配比的频繁调整，影响碱度的稳定性。表3不同粒级的返矿进行主要化学成分检测分析粒级tnmTFeFeOCaOMgOSiO2AI-155.438.389.651.755.581.781355.629.1510.061.865.211.883556.039.9810.091.845.191.76+556.3710.019.871.735.011.792.1.3.矿物物相组成为考察返矿中矿物的组成，对不同粒级返矿进行XRD测试，其结果如图1

8、所示。由图1可知：返矿中所含矿物主要为赤铁矿、磁铁矿以及铁酸钙。随着返矿粒级的增大，矿物相中磁铁矿和铁酸钙衍射峰增强，说明该种矿物数量增加。返矿粒级mm:A-1;B1-3:C-3-5:D+5:I-赤铁矿；2磁铁矿；3铁酸钙。图1不同粒级返矿进行XRD测试其结果2.1.4.热重分析为分析不同粒级返矿在受热过程中所发生的反应，固定试样质量为35mg,进行热重分析实验，结果见图2。由图2可看出：3种粒级的返矿开始分解放热温度分别在800900、940IOoOC、9501050C之间；3个粒级的返矿在1250C附近均发生了质量的变化，表明此处可能有分解吸热过程，此时发生的反应可能是Fe2O3分解或Fe

9、3O4与SiOz化合生成硅酸铁的失氧过程10。(a)热重分析(TG);(b)差热分析(DTA)粒级mm:1-0-1:21-3:335。图2不同粒级返矿的热重分析结果2.2.返矿的高温冶金性能返矿经过高温烧结，其中必然存在低熔点的化合物，同时由于粒级的影响，比表面积存在差异，其与熔剂形成液相的能力也会不同。图3为各粒级返矿与生石灰的反应温度(参照文献11中同化温度测试方法进行测试)及单独进行焙烧时的温度(熔化温度)。(U)同化遏度；(b)烧化温度图3不同粒级返矿的同化温度与融化温度由图3(a)可知：返矿粒级与同化温度呈线性正相关关系。1mm的返矿与熔剂生石灰开始生成液相的温度为1190C,有利于

10、降低烧结过程初生液相的温度；其它粒级的返矿同化温度在12001250C,与固相反应产生低熔点化合物的熔点相当，有利于液相的产生和发展。此外，由图3(b)可知：在不配加熔剂的条件下，返矿自身生成液相的温度均超过1320C,表明返矿独自生成液相需要较高的温度，即在其周围没有有效熔剂时难以生成液相。当混合料中返矿配比过高时，由于其本身含氧化钙较高，会导致熔剂量减少，从而使得含铁物料能够接触到的有效熔剂量减少，其将导致含铁原料液相生成能力减弱，最终影响烧结矿的强度、粒级等指标。2.3.不同粒级返矿对烧结指标的影响2.3.1.不同粒级返矿对制粒效果的影响以0.5kg不同粒级的返矿作为核粒子，用18kg粒

11、级为-Imm的富矿粉作为黏附粒子进行制粒实验，结果如图4所示。从图4可看出：15mm粒级制粒后黏附量较多，而+5mm粒级黏附量较少。这是因为随着返矿粒级的增大，在同质量条件下，粒级越大，与黏附粉的接触面积就越小，因此粘附量越少，其相似结果在文献10,12中也得到了验证。0.72.3.2.对混合料粒级组成的影响对配加不同返矿质量分数的混合料制粒后取Ikg进行粒级测试，结果如表4所示。由表4可知：当返矿中+5mm质量分数超过25%时，混合料粒级组成有降低趋势。随着返矿中+5mm粒级的增加，混合料中+3mm的粒级减少，而小粒级尤其是-Imm的量明显增加。因此可认为当返矿+5mm的质量分数超过25%时

12、，混合料制粒效果会变差。表4对配加不同返矿质量分数的混合料制粒后取Ikg进行粒级测试2.3.3.返矿中+5mm质量分数对烧结指标的影响表5为返矿中+5mm占比对烧结指标的影响。由表5可知：当返矿+5mm质量分数为10%25%时，垂直烧结速度变化不大，烧结各项指标处于较好水平；当+5mm返矿占比提高至40%时，垂直烧结速度有所降低，这与大粒级返矿配加过多，降低了混合料粒级组成有关；与返矿+5mm比例为10%25%时烧结矿质量指标相比较，+5mm返矿占比为25%和40%,较10%25%时，烧结矿转鼓强度分别降低2.0%和3.34%,成品率指标分别降低2.35%和3.27%,而510mm占比和烧结固

13、体燃料消耗有较大幅度的升高。表5返矿中+5mm占比对烧结指标的影响3 .结论返矿粒级越大，W(TFe)越高，W(SiO2)越低；随着返矿粒级的增大，磁铁矿和铁酸钙数量明显增加；且同化温度、熔化温度均升高；返矿粒级越小，越利于液相的生成。(2)当返矿+5mm的比例超过25%时，不利于改善混合料制粒效果，同时烧结成品率、转鼓强度均下降，固体燃料消耗升高；烧结矿成品粒级组成中5IOmm占比也上升。(3)在烧结生产配料过程中需控制返矿中+5mm占比小于25%。4 .参考文献1全国烧结球团信息网.20182019年度全国烧结球团厂技术经济指标汇编G.长沙：烧结球团编辑部，2018-2019.2MR6ZJ

14、an,SKOWRONEKRyszard,FRANCIKPrzemysaw,等.返矿对烧结过程和烧结矿质量影响的研究口.世界钢铁,2012,12(1)：8-10；37.3傅菊英，姜涛，朱德庆.烧结球团学M.长沙：中南工业大学出版社，1996.4张波,改善900mm厚料层烧结透气性的措施J.烧结球团，2014,39(1)：15-20.5尹桂先，汪华斌.烧结返矿控制的研究与实践J.武钢技术，1998,36(11)：8-11.6贾占民，贺宝军.烧结降低返矿率的技术措施J.冶金与材料，2019,39(5)：108-109.7孙艳红,烧结返矿产生机理分析及控制途径探究J.世界有色金属，2016(13)：1

15、47-148.8WUS1,ZHUJ,FANJX,eta1.Sinteringbehaviorofreturnfinesandtheireffectiveuti1izationmethodJ.ISIJInterna-tiona1,2013,53(9)：1561-1570.9YAMAGUCHIY,KAMIJOC,MATSUMURAM,eta1.Improvementofpermeabi1ityOfsinteringbedbyaddingdrypartic1estogranu1atedrawmateria1sJ.ISIJInternationa1,201353(9)：889-895.10康旭，史先菊，李军.返矿的物化特性及其对烧结过程的影响研究J.烧结球团，2014,39(2)：5-8.11吴胜利，刘宇，杜建新，等