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1、收稿日期: 2010- 11- 12? 联系人: 陈有垒( 410007)湖南省长沙市劳动中路 1 号高钛型护炉球团矿焙烧工艺研究李从德 ? 陈有垒( 1? 重钢西昌矿业有限公司? 2? 中冶长天国际工程有限责任公司)? ? 摘? 要? TiO2含量在 15%以上的高钛型护炉球团矿具有较好的市场需求。为了提升产品附加值, 增强企业的竞争优势, 西昌矿业公司希望利用自产钒钛磁铁精矿和钛精矿, 生产这种高钛型护炉氧化球团矿。为此, 进行了试验室试验和投笼试验, 对高钛护炉氧化球团的矿物特征、 焙烧工艺及固结机理进行了研究。结果表明, 在适宜的造球参数及焙烧工艺条件下,生产 T iO2含量为 18%
2、 左右的高钛型护炉球团矿是可行的。关键词? 高钛型球团矿? 护炉? 氧化球团矿? 氧化焙烧1 ? 前 ? 言国内外高炉冶炼理论与实践证明: 使用含钛物料护炉是一项工艺简单、 操作方便、 使用灵活、 见效快的护炉措施, 也是高强度冶炼炼钢生铁高炉长期护炉的常规做法, 对于延长高炉一代炉龄, 提高高炉综合效益具有重要作用。含钛护炉氧化球团矿是若干含钛物料中应用最广泛的一种, 国内企业如宝钢、 重钢、 太钢、 武钢、水钢等都在使用。一般的钒钛氧化球团矿 TiO2含量不超过13%, 铁品位仅有 53% 54%, 这对于入炉要求较高的一些厂家, 就不能使用太多。因此, 这些厂家迫切需要 T iO2含量较
3、高的护炉球团矿。开发这种较高 T iO2含量的球团产品填补市场缺口, 将具有更大的竞争优势。? 西昌矿业公司目前的钒钛磁铁矿采矿规模为 260 万 t/ a, 每年生产钒钛铁精矿 100 万 t、 钒钛氧化球团矿 100 万 t、 钛精矿 10 万 t。所产钒钛磁铁矿与攀西地区其它同类矿相比, 具有含钛高的特点, 因而更有利于生产高钛型护炉氧化球团矿。如果能在钒钛磁铁精矿中配入一定比例的钛精矿生产高钛型护炉球团, 那么, 对于提升产品附加值, 增强企业竞争力将非常有利。然而,钒钛磁铁矿原本属于难烧矿种, TiO2含量的增高将使焙烧难度进一步增大。因此, 要开发高钛护炉氧化球团产品, 需结合其矿
4、物特征和固结机理对焙烧工艺进行研究。2 ? 原料性能和研究方法2?1 ? 原料性能及矿物学特征2?1?1? 钒钛磁铁精矿西昌钒钛磁铁精矿的化学成分和矿物组成列于表 1、 表 2。Sintering Waste Heat Power Generation System and Its Key TechnologyLi Dongqing? ? Abstract? In this paper, in accordance with the process characteristics of sintering cooler, the waste heat characteristics ofcoo
5、ling flue gas and its influencing factors were analyzed, the principle for establishment of a power generation system by usingthe waster heat of sintering cooler and evaluation methods of the system were put forward?At the same time, the author? sopinions and suggestions were proposed in view of a f
6、ew key technologies on sintering waste heat generation system, such as fluegas parameters selection, thermal system parameters selection, cooler sealing modification and system running control etc ?Keywords? sintering cooler; flue gas; waste heat; power generation system12烧结球团 Sintering and Pelletiz
7、ing第 35卷? 第 6期 2010 年 12月表 1? 钒钛磁铁精矿的化学成分( % )TFeFeOTiO2SSiO2Al2O3CoV2O5P2O555?06 30?68 13?41 0?161 3?912?690?0130?46 0?018表 2? 钒钛磁铁精矿的主要矿物组成( % )钛磁铁矿钛铁矿硫化物赤褐铁矿脉石82?227?500?242?367?68? ? 钛磁铁矿是攀西地区产出的钒钛磁铁矿中所特有的复合矿物, 其中磁铁矿构成主晶矿物,内部分布着细小的呈棒状、 片状、 粒状的钛铁矿、 钛铁晶石、 尖晶石等, 因目前尚不能通过机械选矿方法分离, 故将其通称为钛磁铁矿。钛磁铁矿的形成
8、是: 高温下呈完全固溶的Fe3O4- Fe2T iO4, 随岩浆温度降低, 在 600 ? 以下, Fe- T i 相发生固溶体分离, 形成固溶体分离结构的复合矿物。其化学成分与普通矿相比,具有? 两低三高?的特点。二低: 即铁分和 SiO2低。铁分低是由其理论含铁品位低所致, SiO2低则是其成矿条件下 SiO2被 TiO2部分取代的结果。三高: 即 T iO2、 MgO 和 Al2O3高。TiO2高能在高炉冶炼中起到护炉作用; MgO 作为碱性氧化物, 具有替代 CaO 和增强炉渣流动性的作用。由表 2 可知, 西昌钒钛磁铁精矿的主要含铁矿物为钛磁铁矿( Fe3O4?2FeO?TiO2)
9、, 其次是粒状的钛铁矿( FeO?TiO2) 。钛磁铁矿是磁铁矿( Fe3O4) ? 钛铁晶石( 2FeO?TiO2) ? 镁铝尖晶石( MgO?Al2O3) 构成的复合体。西昌钒钛磁铁精矿中- 200 目粒级达到75% , 其比表面积为 1 490 cm2/ g, 静态成球性指数为 0?58, 具有中等成球性能。2?1?2? 钛精矿西昌钛精矿来自于太和铁矿选矿厂选铁尾矿后的强磁- 浮选作业, 其化学成分和矿物组成列于表 3、 表 4。表 3? 钛精矿的化学成分(% )T FeFeOT iO2SSiO2Al2O3CoV2O5P2O533?59 39?11 47?51 0?1151?901?25
10、 0?0098 0?089 0?019表 4? 钛精矿的主要矿物组成(% )钛铁矿脉石硫化物赤褐铁矿钛磁铁矿92?124?610?242?660?37?由 表 可 知, 钛 精 矿 中 钛 铁 矿 含 量 为92?12%, 其中 99% 的 钛是以 钛铁矿 ( FeO ?TiO2) 形式存在, 且 96?01% 的钛铁矿以单体存在。该精矿的硫化物含量很低, 主要呈包裹体和连生体。铁矿物主要为赤铁矿, 多呈单体, 系选钛夹带进入。脉石矿物约为 4?61%, 镜下鉴定表明, 脉石矿物以单体为主( 占 70% 左右) , 具有可选性。2?1?3? 膨润土试验所用粘结剂为改良钠基膨润土, 其化学成分及
11、性能指标列于表5、 表6。由表可看出,该膨润土的性能指标较好。表 5? 膨润土的化学成分( % )SiO2Al2O3Na2OCaOMgOK2OFe2O3烧损pH62?53 17?23 3?801?383?430?51?218?58 9表 6? 膨润土的性能指标- 200目 粒级/ %水分 / %吸蓝量 / g?( 100g)- 1胶质价 /ml?( 15g)- 12h吸水 率/ %膨胀容 / ml?g- 11008?5135120200152?2 ? 研究方法高钛型护炉球团矿制备试验包括: 配料、 混匀造球、 干燥、 焙烧、 冷却及成品球冶金性能检测等环节。其中, 造球是在 ?1 000 圆盘
12、造球机( 边高 150 mm, 倾角 45?, 转速 25 r/ min) 中进行; 实验室球团焙烧是在 ?100 竖式焙烧炉中进行; 投笼试验则是在 5 m2竖炉中完成。成品球团矿强度用 L- 1000 型拉伸试验机测定, 加载速度为 25 mm/ min, 取 50 个球团测定后的平均值作为抗压强度指标。3 ? 实验室试验及结果分析3?1 ? 造球及生球干燥试验固定膨润土配比为 3% , 按钛精矿配比为10% 、 15% 、 20% 、 25% 、 30% 、 50% 安排试验。造球过程中发现, 随钛精矿配比增加, 混合料的成球性能变差, 生球强度下降( 见表 7) 。根据竖炉生产条件及热
13、工制度, 选取 400? 及 500 ? 作为干燥温度进行生球干燥试验。由表 7 可见, 随钛精矿配比增加, 干燥过程中生132010 年第 6 期李从德 等? 高钛型护炉球团矿焙烧工艺研究球破裂率上升, 钛精矿配量越高, 生球爆裂温度越低。有研究表明, 这是由于 400 500 ? 时钒钛磁铁矿各矿物组分开始产生一系列固相反应: 钛铁矿、 镁铝尖晶石消失, 磁铁矿- 钛铁晶石- 镁铝尖晶石固溶体分离结构也逐渐消失,形成均一的钛赤铁矿和钛磁铁矿, 且温度越高形成速度越快。这时, 生球内部还有较多的水蒸汽不能及时扩散到表面, 就会使球内蒸汽压增加, 当蒸汽压力超过生球干燥层的径向和切向抗压强度时
14、, 生球便发生爆裂。当钛精矿配比超过 20% 时, 生球爆裂严重, 已不适于采用竖炉工艺生产, 即使钛精矿配比不超过 20% , 也需要控制烘干温度和降低气流速度。表 7? 生球质量编号钛精 矿配 比/%钒钛磁 铁精矿 配比/ %生球落 下强度 / 次?个- 1生球抗 压强度 / N?个- 1破裂率/ %400?500?H110905?212?500H215854?812?45?28?5H320804?512?21525H425754?211?52235H530703?710?04560H640603?18?27582H750502?56?58090H810001?55?41001003?2?
15、 预热过程的矿物特征与热工制度将干燥好的样品置于竖式加热炉中进行预热焙烧。多次试验发现, 钛精矿配比为 25% 及以上的生球在此阶段几乎全部破裂, 因此仅取H1、 H2、 H3试样进行预热研究。预热温度对预热球强度的影响如图 1 所示, 三种球团矿呈现出相同的变化规律。在预热温度低于 950 ?时, 温度越高球团矿强度越高; 在 950 1 000 ?时, 强度增加不明显, 同时温度较高对应的 FeO含量也较高。T iO2含量越高, 球团矿强度越低。在充分氧化的条件下, 各含铁矿物按下列反应进行:2Fe3O4+ 1/ 2O2= 3Fe2O32FeO?TiO2+ 1/ 2O2= Fe2O3?Ti
16、O2( 铁板钛矿)2( FeO?T iO2) + 1/ 2O2= Fe2O3?TiO2+ T iO2Fe2O3+ TiO2= Fe2O3?T iO2图 1? 预热温度对预热球强度的影响?图 2? 预热时间对预热球强度的影响? ? 磁铁矿( Fe3O4) 转化为赤铁矿( Fe2O3) ; 钛铁晶石 ( 2FeO?TiO2) 转化为铁板钛矿; 钛铁矿( FeO?T iO2) 转化为铁板钛矿; T iO2与部分赤铁矿结合生成铁板钛矿; 其他脉石成份不变。因此, 在氧化焙烧条件下, 预热球是由赤铁矿、 铁板钛矿及未变化的镁铝尖晶石和其他脉石构成。预热球外观呈淡红色, 表面粗糙, 内部结构疏松, 完全氧化的球团断面颜色一致。当温度大于 1 000 ? 时, 预热球抗压强度主要取决于钛磁铁矿的氧化深度及其晶型转变。氧化速度是随温度的升高而增加, 一般在 1 000 ? 左右结束。当预热温度大于 1 000 ? 后, 由于升温速度过快, 使得球团外层迅速氧化生成致密层, 恶化了氧的扩散条件, 球团内部的钛磁铁矿得不到氧化。综合考虑上述影响, 预热温度取 950 ?为宜, 时间取 15
