孽飘杖 ＣＩＳＣ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖｏ１．５７Ｎ０＿３ Ｓｅｐ．２０１４ 石灰活性度对烧结矿冶金性能的影响研究 王天雄林福生龚艺杰 （重钢股份公司烧结厂） 摘要 石灰活性对烧结的产量、质量有比较大的影响，石灰活性对烧结的影响主要表现在对烧结矿中铁 酸钙结晶形态的影响。而铁酸钙的数量与结晶形态在很大程度上决定着烧结矿的强度。通过研究在相同生产 条件下，不同厂家，不同活性度的石灰对烧结矿冶金性能的影响，为烧结及炼铁生产奠定了坚实的理论基础。 关键词 石灰活性度烧结冶金性能 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｌｉｍｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｎｔｅｒ Ｗａｎｇ Ｔｉａｎｘｉｏｎｇ Ｌｉｎ Ｆｕｓｈｅｎｇ Ｇｏｎｇ Ｙｉｊｉｅ （Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ Ｐｌａｎｔ ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．Ｌｔｄ．） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｌｉｍｅ ｈａｓ ａ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｌａｒｇｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ，ｍａｉｎｌｙ ｍａｎｉｆｅｓｔｅｄ ｔｈｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｏｆ ｃａｌｃｉｕｍ ｆｅｒｒｉｔｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｉｎｔｅｒ．Ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｌｃｉｕｍ ｆｅｒｒｉｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｒｙｓｔｌ ｍｏｒａｐｈｏｌｏｇｙ ｌａｒｇｅｌｙ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｎｔｅｒ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ， ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｌｉｍｅ ｉｓ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｎｔｅｒ，ｌａｉｄ ａ ｓｏｌｉｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｓｉｎｔｅｆｉｎｇ ａｎｄ ｉｒｏｎ－ｍａｋｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｌｉｍｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｍｅｔｌｌａｕｒｇｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ １前言 石灰活性即石灰在冶金熔渣中与其他物质的 反应能力，活性石灰化学性能活泼、反应能力强， 有关企业的实践证明，使用３８０ｍ１以上的活性石灰 与２８０ｍｌ以下石灰相比，对同样的烧结设备而言， 烧结产量可增加２０％；石灰活性对烧结的影响主要 表现在对烧结矿中铁酸钙结晶形态的影响。石灰活 性影响烧结矿中铁酸钙的结晶形态及数量，而铁酸 钙的数量与结晶形态在很大程度上决定着烧结矿 的强度，所以石灰活性对烧结矿强度的影响可以从 成球度提高和优化铁酸钙结晶形态两个方面考虑。 石灰活性度越高，ＣａＯ晶粒越细小，分散性越 好，弥散作用越强，可以与混合料充分混匀；高活 性石灰亲水性好，遇水后形成的Ｃａ（ＯＨ） ，微粒具有 极强的黏结性，能够更有效地改善混合料的成球 过湿层变薄，这些都有利于冷却速度的加快，不利 于铁酸钙黏结相的生成。众所周知，在烧结矿矿物 组成中铁酸钙强度较高，其含量的降低势必会导致 烧结矿强度降低。 从铁酸钙的结晶形态考虑，石灰活性度的改变 引起了铁酸钙结晶形态的变化。当采用高活性度石 灰时，由于冷却速度的提高，导致析出的铁酸钙来 不及长大，最终呈现出细针状形态。当石灰活性度 为２１０ｍｌ时，铁酸钙主要以板块状形态存在；当石 灰活性度为２８０ｍｌ时，铁酸钙主要以针状形态存在； 当石灰活性度为３５０ｍｌ时，铁酸钙主要以细针状形 态存在。 但是从铁酸钙含量的变化考虑，提高石灰活性 度，则烧结矿中铁酸钙的含量降低。实验条件下， 烧结碱度为２．０的烧结矿时，石灰活性度由２１０ｍｌ 提高到３５０ｍｌ时，铁酸钙含量３５ ４０％降至２５ ３０％。这可以从铁酸钙形成机理考虑，在预热带， 性，提高成球强度，改善料层的透气性；高活性石 灰消化时放出大量的热，使料温升高，烧结过程中 ・２６・ 《石灰活性度对烧结矿冶金性能的影响研究》 ＣａＯ主要以自由状态存在，铁酸钙生成量很少，只 ２烧结实验 有ｌ～２％。在燃烧带，由于碳迅速燃烧夺氧，使燃 本次烧结实验石灰取自不同厂家，其成分如表 烧带呈弱还原气氛，烧结料中铁氧化物仍主要保持 １。将４个石灰样品通过酸碱滴定法测试发现，２＃ 磁铁矿状态，铁酸钙生成量很少，只有５～８％， 石灰的活性度最高，１＃石灰的活性度最低，酸碱滴 铁酸钙的生成量取决于气氛还原性的强弱，还原性 定法主要是反应了石灰中ＣａＯ的含量，即４种试样 强不利于铁酸钙的形成。 中ＣａＯ含量次序为：２＃＞甜＞３＃＞ｌ＃。 表１样品石灰成分 本次实验为研究石灰对烧结矿生产的影响，按 配料，进行烧结杯实验。 照重钢目前生产配矿，在同一生产条件下，其目标 本次烧结杯实验原、燃料由重钢公司提供，其 碱度（Ｒ２＝１．８５），ＭｇＯ ２．２—２．５％，石灰、轻烧粉配 成分如下表２，配料方案如表３，实验流程见图１。 比固定，石灰石调碱度，白云石调ＭｇＯ的方式来 表２原燃料成分 表３配料方案 ・２７・ 《石灰活性度对烧结矿冶金性能的影响研究》 图１烧结杯实验工艺流程图 ３烧结矿低温还原粉化实验 赤铁矿逐级还原时体积膨胀引起的。１０００＇Ｅ时，赤 低温还原粉化性能是指铁矿石在低温（４００ ６００￣Ｃ）还原条件下矿石还原粉化性能，它是衡量 铁矿在被ＣＯ—ＣＯ：混合气体还原过程中体积变化如 下： ． Ｆｅ２０３—＋Ｆｅ３Ｏ４—＋ＦｅＯ—｝Ｆｅ 铁矿石在高炉上部块状带性能的一项指标，对高炉 冶炼具有极大的影响。国外研究表明，烧结矿 相对体积％ １００ １２５ １３２ １２７ ＲＤＩ＋３．１５每提高５％，焦比降低约３ｋｇ，生铁产量 增加１．５ ５％。另外，烧结矿低温还原粉化对炉龄、 炉墙及热损失都有很大的影响。烧结矿发生低温还 原粉化的最根本原因是：烧结矿中的再生Ｆｅ：Ｏ 在 低温（４５０ ５５ｏ￣ｃ）时，由Ｏｒ．一Ｆｅ２Ｏ３还原成 一Ｆｅ２Ｏ３ 磁铁矿及富氏体的晶格都是立方品格，在第二 阶段还原时体积变化很小，最后从富氏体还原为 铁，因为铁的分子体积比氧化物的小而伴随着体积 的收缩。 研究表明：烧结矿的裂纹普遍发生在骸晶状的 时，由于前者为三方晶系六方晶格，而后者为等轴 晶系立方晶格，在还原气体作用下发生了品格的转 变，造成了结构的扭曲，产生极大的内应力，导致 在机械作用下严重的破裂。 还原过程中产生的内应力主要是由烧结矿中 次生赤铁矿晶体集中处，如果赤铁矿周围和玻璃相 及赤铁矿内部有较多的气孔，它就能够缓和赤铁矿 向磁铁矿转变时低温还原相变力，阻止裂纹扩散。 该实验采用的我国铁矿石低温粉化实验，静态 还原后使用冷转鼓的标准方法，ＧＢ／Ｔ１３２４２—９１。 表４实验烧结矿低温粉化实验数据记录 ・２８・ 《石灰活性度对烧结矿冶金性能的影响研究》 ｒｆｌｏ＿．低温粉化实验试样的质量；ｍＤ。：还原后 质量；ｍＤ ：留在３．１５ｍｍ￣上的试样质量；ｍＤ，： 转鼓前试样的质量；ｍＤ。：留在６．３ｎｍ￣￣上的试样 留在５００ Ｉｔ，ｍ筛上的试样质量，ｇ。 表５实验烧结矿的低温粉化指数 ５２ ｒ ５。 ４８ Ｊ４６ ４４ ４２ ２ ３ ４ 试验烧结矿样 图２实验烧结矿低温还原粉化指数 通过对实验烧结矿的低温粉化测试，可知２＃ 前高炉冶炼技术条件下，要尽快发展间接还原，充 烧结矿样ＲＤＩ＋３．１５指数最高５１．４７；说明了在烧结 分利用高炉煤气中的ＣＯ，对改善高炉冶炼过程中 过程中使用含ＣａＯ量较高的石灰有利改善烧结矿 的能量利用，降低焦比具有重要意义。铁矿石还原 的低温还原指数，达到高炉生产要求。 度是指铁矿石中的铁氧化物被ＣＯ还原的难易程 ４烧结矿还原性能实验 度，还原度是评价铁矿石冶炼价值的重要指标。 在高炉冶炼过程中，铁矿石还原是高炉冶炼要 该实验采用的是我国铁矿石还原度测试的国 完成的基本任务。高炉冶炼还原包括两部分，即间 家标准，ＣＢｆｒ１３２４１—９１。 接还原和直接还原。本实验研究铁矿石在高炉中的 （１）实验烧结矿还原曲线示意图３。 间接还原。间接还原是高炉上部主要的反应。在目 ・２９・ 《石灰活性度对烧结矿冶金性能的影响研究》 ’ ．≤ ０ ’・＿ 蕊 。 图３烧结矿还原度检测数据记录图 （２）实验烧结矿的还原度实验数据记录如表 ６，表７和图４所示。 表６实验烧结矿的还原度实验数据记录 ：还原度实验试样的质量；１１１ｔ：还原开始前 Ｗ ：实验前试样￣＂ＦｅＯ的含量；Ｗ２：实验前试样 试样的质量；ｍ ：还原１８０分钟后试样的质量； 的Ｔ 含量。 表７实验烧结矿还原度 样品编号 ＲＩ，ｏｋ １＃ ６５．１ ２＃ ７６．４ ３＃ ７３．６ ４＃ ６７．０ ７８ ７６ ７４ ７２ ７Ｏ ６８ ６６ ６４ ６２ ６Ｏ ５８ ｌ ２ ３ 试验烧结矿样 图４实验烧结矿的还原度 ・３Ｏ・ 《石灰活性度对烧结矿冶金性能的影响研究》 由上图４可知， 实验烧结矿样的还原度最好 达到７６．４％；说明了石灰ＣａＯ含量越高，烧结得到 的烧结矿的还原度越好。因为有效ＣａＯ量越多有利 烧结矿复合铁酸钙（ＳＦＣＡ）体系的生成，查阅相 关复合铁酸钙的资料发现，铁酸钙是有利改善烧结 矿的还原性。 ５烧结矿软融性能实验 个焦炭层交替分布软融带，其流动性差。他们的 形状和结构，一方面影响还原气体的扩散，不利于 铁矿石的进一步还原，使未得到还原的铁矿石直接 需要消耗大量的热量，消耗更多的焦碳，并恶化了 一高炉料柱的透气性，对高炉强化冶炼产生不利的影 响。 矿石的软熔性对软熔带的特性有决定影响，软 高炉内矿石在下降的过程中被上升的煤气不 断加热升温和还原，当达到一定的温度时，矿石开 始软化，继而熔化、滴落，最后以铁水和渣铁状态 聚集于炉缸内，在炉料从软化开始到熔滴区间形成 （１）实验烧结矿软融性能检测数据，如图５。 化温度高而熔滴点低的矿石软溶带下移，软溶带变 薄，有利于降低高炉下部煤气气流阻力，均匀煤气 分布，促进煤气顺行，降低焦比。反之，影响冶炼 过程正常进行。 、 ． 毒 ＼ ＼ ．、 图５烧结矿软融性能数据记录图 （２）实验烧结矿软融性能数据记录见表８。 表８烧结矿软化性能 Ｔａ软化开始温度（矿石料层下降４％时的温 度），Ｔｓ软化终了温度（矿石料层下降４０％时的温 度），Ｔｍ渣铁开始滴落温度，ＡＴｓａ软化温度区间， Ａ Ｔｓａ＝Ｔｓ—Ｔａ。 ａＴｓａ＝Ｔｓ－Ｔａ＝ｌ２４２－１ １ １３＝１２９ｏＣ； （３）烧结矿软化区间计算以１＃烧结矿样为例 子即： 分析表５的数据可以看出２＃烧结矿的软融区 域最窄，软化温度最高；在高炉中冶炼中，软化温 度越高，软融带薄，有利降低高炉下部煤气阻力， 均匀煤气分布，促进顺行和焦比降低，有利于ＦｅＯ 的间接还原，有利高炉冶炼的正常进行。因此，使 ・３１・
