褐鐵礦的應(yīng)用現(xiàn)狀及承鋼的實(shí)驗(yàn)室研究

1、引言

面對(duì)21世紀(jì)鋼鐵市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，鋼鐵企業(yè)要想提高競(jìng)爭(zhēng)力，單靠提高燒結(jié)礦品位難度較大。在燒結(jié)生產(chǎn)過程中，原料成本占燒結(jié)礦總成本的80%，冶金工作者們開始研究多配加褐鐵礦和廉價(jià)鐵礦石的燒結(jié)技術(shù)和生產(chǎn)工藝，大幅度降低燒結(jié)礦成本，從而達(dá)到進(jìn)一步降低生鐵成本的目的。

世界鐵礦的主要供應(yīng)地巴西南部礦區(qū)鐵英巖礦物在增加，澳大利亞低磷的布魯克曼礦在減少，高磷化、針鐵礦化不可避免，豆?fàn)詈骤F礦開采量在迅增加。因此，研究增加使用豆?fàn)詈骤F礦勢(shì)在必行。

開發(fā)利用低成本的燒結(jié)原料也是鋼鐵工業(yè)目前解決資源危機(jī)的一條有效出路。目前褐鐵礦生產(chǎn)主要有澳大利亞BHP揚(yáng)迪礦、HI揚(yáng)迪礦和羅布河礦，西澳的庫里雅諾賓和印度西海巖果阿地區(qū)的許多礦也屬于褐鐵礦類礦石，高品位褐鐵礦有馬薩杰粗粉等。中國(guó)廣東的大寶山礦和烏石礦也屬于褐鐵礦。

2、褐鐵礦石

褐鐵礦是含結(jié)晶水的三氧化二鐵，無磁性，它可由其它欠缺礦石風(fēng)化形成，化學(xué)式常用mFe2O3.nH2O來表示。按結(jié)晶水含量多少，褐鐵礦的理論含鐵量可從55.2%增加到66.1%，其中大部分含鐵礦物以2Fe2O3.3H2O形式存在。這種礦的脈石常為礦質(zhì)粘土，國(guó)內(nèi)有些礦石中SiO2，Al2O3及S，P，As等有害雜質(zhì)含量較高。褐鐵礦一般粒度較粗，疏松多孔、還原性好，融化溫度低，易同化，堆比重小。

褐鐵礦用于燒結(jié)一般影響成品率和臺(tái)時(shí)產(chǎn)量，粉焦單耗上升，高配比時(shí)使TI，RDI變差，因而限制了褐鐵礦在鋼鐵企業(yè)燒結(jié)生產(chǎn)上的推廣應(yīng)用。

3、國(guó)內(nèi)外配加褐鐵礦生產(chǎn)燒結(jié)礦的研究和生產(chǎn)現(xiàn)狀

目前，高配比褐鐵礦的生產(chǎn)研究主要在澳洲、日本、法國(guó)、韓國(guó)、中國(guó)等國(guó)家?，F(xiàn)研究開發(fā)的豆?fàn)詈骤F礦燒結(jié)工藝，已經(jīng)搞清楚了在生產(chǎn)中大量使用豆?fàn)詈骤F礦技術(shù)的基本原理。研究表明，雖然高配比褐鐵礦生產(chǎn)高品位燒結(jié)礦的成礦機(jī)理與普通燒結(jié)礦不同，但這項(xiàng)新技術(shù)仍然可以獲得良好的生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。

日本新日鐵還開發(fā)應(yīng)用了SHS工藝即豆?fàn)詈骤F礦自身致密化和高熔點(diǎn)液相燒結(jié)工藝。目前，褐鐵礦已經(jīng)在澳大利亞BHP鋼鐵公司、日本新日欠缺、日本住友金屬小倉鋼鐵廠、韓國(guó)浦項(xiàng)鋼鐵公司光陽廠等企業(yè)使用，日本各大鋼廠和韓國(guó)浦項(xiàng)的褐鐵礦配比普遍在30%以上，高的達(dá)40%~45%，甚至50%。中國(guó)中南工業(yè)大學(xué)曾對(duì)褐鐵礦燒結(jié)進(jìn)行過詳細(xì)研究，認(rèn)為適當(dāng)調(diào)節(jié)褐鐵礦燒結(jié)的工藝制度，也可以用褐鐵礦生產(chǎn)出針狀鐵酸鈣為主的優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦。

目前，中國(guó)在燒結(jié)中應(yīng)用褐鐵礦的企業(yè)有寶鋼、韶關(guān)鋼鐵廠、湘漂鋼鐵公司、濟(jì)南鋼鐵公司、山東張店鋼鐵總廠、江陰興澄特鋼公司煉鐵分廠等，其中以寶鋼為代表。寶鋼20世紀(jì)90年代初開始研究褐鐵礦，通過多年的工業(yè)試驗(yàn)，大幅度地提高了羅布河礦和揚(yáng)迪礦的配比，達(dá)35%左右。生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示，燒結(jié)生產(chǎn)正常、燒結(jié)礦質(zhì)量可以滿足高爐的要求，而且在燒結(jié)配礦上取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。目前，寶鋼已經(jīng)基本弄清了幾種主要褐鐵礦的特性，逐步掌握了一些工業(yè)生產(chǎn)上的技術(shù)對(duì)策，如水、碳的調(diào)節(jié)，機(jī)速、料層的調(diào)整，礦石品種、粒度的搭配，粉焦、熔劑粒度的改變，燒結(jié)熱量的補(bǔ)充等等，在技術(shù)上為增加褐鐵礦使用比例創(chuàng)造了條件。

4、燒結(jié)機(jī)理研究的進(jìn)展

對(duì)于高配比褐鐵礦燒結(jié)機(jī)理的探討，澳洲和日本的研究可以作為代表。揚(yáng)迪礦是唯一的低鋁褐鐵礦，出產(chǎn)的鐵礦石最大粒徑約為9.5mm，超細(xì)粉末含量低。澳洲的研究者用水銀孔率計(jì)測(cè)定了揚(yáng)迪礦的孔隙度，證明揚(yáng)迪礦中含有大量極細(xì)孔，孔徑約0.01mm。水極易從表面進(jìn)入氣孔，不利于礦粒間的粘結(jié)?；旌狭现谐噼F礦褐揚(yáng)迪礦取代時(shí)，若總水分保持不變，將會(huì)使成球性變差。揚(yáng)迪礦含有約9.5%的結(jié)晶水，大多數(shù)揚(yáng)迪礦中的結(jié)晶水在200~500℃之間就除去了。結(jié)晶水脫離時(shí)伴隨著大量的微結(jié)構(gòu)變化，很明顯可看到煅燒后形成了很大的裂縫。煅燒后有高氣孔率的礦粒極易被同化，熔融液極易進(jìn)入煅燒后的揚(yáng)迪礦顆粒，與赤鐵礦相比同化速度快。

日本鋼鐵公司煉鐵工藝及煉鐵技術(shù)研究所的肥田行博等人認(rèn)為，褐鐵礦石中的針鐵礦由于結(jié)合水分解而產(chǎn)生許多大裂縫。在1200°左右，以鐵酸鈣體系為主的液相開始形成，很快通過裂縫包括原有的大孔和水分解產(chǎn)生的細(xì)孔，滲入豆?fàn)詈骤F礦顆粒中，高速同化這些礦粒。此外，由于在豆?fàn)詈骤F礦脈石礦物中含有較多粘土礦物，這使液相粘度增加并在其中包裹著大量氣體。結(jié)果由于許多大孔的形成，使得起著粘結(jié)礦粒作用的同化部分脆化。這是燒結(jié)礦強(qiáng)度和成品率降低的主要原因。如此快速的同化，封閉了燒結(jié)料層液相帶的空隙，降低了料層透氣性，這使利用系數(shù)的降低較之成品率更嚴(yán)重。料層孔隙的封閉，加劇了燒結(jié)料層中焦粉燃燒形成的橫向不均勻性，這也造成了成品率下降。

肥田行博等人認(rèn)為，豆?fàn)詈骤F礦在加熱到1300℃或更高時(shí)，由于礦內(nèi)針鐵礦的再結(jié)晶而致密化，這是此礦的特性。如果豆?fàn)詈骤F礦在與液相接觸之前得到致密，則上述的脆化結(jié)構(gòu)就可避免形成，從而獲得高強(qiáng)度燒結(jié)礦，保持并提高燒結(jié)生產(chǎn)率。新日鐵的SHS工藝是將褐鐵礦和細(xì)粒蛇紋石及少量的細(xì)粒級(jí)焦粉在圓盤造粒機(jī)中制粒，由于包裹粗粒褐鐵礦的粘附粉熔點(diǎn)較高，使液相形成在豆?fàn)詈骤F礦顆粒致密化之后，這就是所謂豆?fàn)詈骤F礦自身致密化和高熔點(diǎn)液相燒結(jié)工藝（簡(jiǎn)稱SHS）。

北京鋼鐵研究總院潘寶巨等人采用遷安精礦粉配加羅布河礦粉，進(jìn)行了燒結(jié)誣研究。研究結(jié)果表明，遷安鐵精礦配加羅布河礦粉后（配比低于20%），利用系數(shù)、還原度、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和固體燃耗等指標(biāo)水平都有所提高，RDI指標(biāo)水平降低。

5、承鋼配加褐鐵礦燒結(jié)的實(shí)驗(yàn)室研究

承鋼技術(shù)中心工藝實(shí)驗(yàn)室于2004年5月使用某進(jìn)口褐鐵礦，做了一些初步的燒結(jié)杯試驗(yàn)，褐鐵礦的化學(xué)成分和粒度組成如表1、2所示。

試驗(yàn)的主要工藝條件：料層厚度為350mm，燒結(jié)負(fù)壓力9000Pa，堿度1.8~2.2，點(diǎn)火時(shí)間1.5min。普通精粉配加褐鐵礦的配料方案及結(jié)果見表3、表4。

初步試驗(yàn)表明，普通精粉配加11.9%和23.8%的褐鐵礦時(shí)，成品率、利用系數(shù)、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度都有所提高，但配加11.9%時(shí)最好。其燒結(jié)礦化學(xué)成分見表5。

釩精粉配加褐鐵礦的配料方案及試驗(yàn)結(jié)果見表6、表7。初步試驗(yàn)表明，釩精粉配加11.5%褐欠缺礦時(shí)，雖然轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度有所提高，由于垂直燒結(jié)速度降低，利用系數(shù)降低較大。其燒結(jié)礦化學(xué)成分見表8。

6、褐鐵礦用于燒結(jié)生產(chǎn)的展

寶鋼等企業(yè)使用褐鐵礦積累了許多成功經(jīng)驗(yàn)，寶鋼認(rèn)為，高配比褐鐵礦時(shí)要適當(dāng)增加場(chǎng)料堆灑水。采取提高粉焦粒度、增加混合料添加水改善造球等措施，改善料層透氣性，使“傳熱速度與燃燒速度同步”同步，從而改善了褐鐵礦燒結(jié)時(shí)燒結(jié)機(jī)下層的生料現(xiàn)象。褐鐵礦燒結(jié)仍然需要有足夠的鐵酸鈣粘結(jié)相，因而燒結(jié)礦堿度需維持在1.8以上。由于褐鐵礦結(jié)晶水的緣故，需采用高供熱強(qiáng)度點(diǎn)火。另外，寶鋼生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，隨著褐鐵礦配比增加，固體燃料沒有增加，認(rèn)為褐鐵礦好的同化性，易熔性可以抵消大部分結(jié)晶水的影響。

濟(jì)鋼于2003年進(jìn)行了高配比褐鐵礦生產(chǎn)高品位燒結(jié)礦的研究，濟(jì)鋼生鐵年產(chǎn)量278萬t，由于原料費(fèi)用大幅度降低，濟(jì)鋼預(yù)計(jì)年綜合經(jīng)濟(jì)效益1254萬元。

綜上所述，配加部分褐鐵礦取代自產(chǎn)精粉是各鋼鐵企業(yè)深度的一種降成本、提高競(jìng)爭(zhēng)力的途徑。承鋼自產(chǎn)鐵礦資源有限，因而很有必要對(duì)這種廉價(jià)褐鐵礦的各種性能進(jìn)行更深入研究，并提出合理的應(yīng)用方案。尤其應(yīng)根據(jù)承鋼“小球燒結(jié)”工藝及釩鈦精粉原料的實(shí)際情況，重點(diǎn)研究其所含結(jié)晶水在燒結(jié)過程中的作用機(jī)理，對(duì)透氣性、生產(chǎn)率及燃耗指標(biāo)的影響，并提出解決辦法。

按照燒結(jié)配加15%褐鐵礦、生鐵年產(chǎn)300萬t計(jì)算，承鋼可年創(chuàng)效益超2000萬元。2005年承鋼將進(jìn)行配加褐鐵礦的工業(yè)試驗(yàn)，摸索褐鐵礦燒結(jié)的工藝制度。

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