孫艷芹,郝建海,楊松陶,呂 慶

(河北理工大學(xué)冶金與能源學(xué)院,河北唐山 063009)

0 前言

錳礦石是一種重要的戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源,特別是富錳礦和優(yōu)質(zhì)錳礦資源,已被我國(guó)列為緊缺礦種。錳礦是發(fā)展鋼鐵工業(yè)的重要原料,世界上約有95％的錳用于冶金工業(yè),其余約5％則用于其它工業(yè)。我國(guó)錳礦資源豐富,截至2007年底,我國(guó)錳礦查明資源儲(chǔ)量79 293.5萬(wàn)t,分布于全國(guó)23個(gè)省、自治區(qū)、直轄市[1]。含錳燒結(jié)礦是錳礦冶煉的重要原料。故為了給錳精礦燒結(jié)生產(chǎn)提供有利的理論指導(dǎo),錳精礦燒結(jié)工藝參數(shù)的研究十分必要。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)使用錳礦燒結(jié)各種原料化學(xué)成分如表1所示。

表1 錳礦原料化學(xué)成分％

錳精礦礦樣的顏色為淺灰到黑,非常軟,具有金屬光澤,屬于典型的軟錳礦。微觀屬于四方晶系,晶體呈細(xì)柱狀或針狀,通常呈塊狀、粉末狀集合體。顏色和條痕均為黑色。光澤和硬度視其結(jié)晶的粗細(xì)和形態(tài)而異,結(jié)晶好者呈現(xiàn)半金屬光澤,硬度較高,而隱晶質(zhì)塊體和粉末狀者,光澤暗淡,硬度低,極易污手。

1.2 試驗(yàn)條件

模擬承鋼燒結(jié)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行燒結(jié)杯試驗(yàn)。每次燒結(jié)試驗(yàn)原料總量為100 kg,按配比經(jīng)人工用電子秤稱量后,一混采用人工加水拌勻,然后在φ600 mm×1 000 mm的小型圓筒混料機(jī)內(nèi)進(jìn)行二次混勻造球,時(shí)間控制為10 min。采用錐形漏斗往燒結(jié)杯(φ300 mm×600 mm)內(nèi)進(jìn)行裝料(含鋪底料4.0 kg,10～16 mm)。燒結(jié)料層厚度控制為600 mm,風(fēng)機(jī)風(fēng)量為 14.4 m3/min,燒結(jié)負(fù)壓控制為12 000 Pa。采用石油液化氣進(jìn)行燒結(jié)點(diǎn)火,點(diǎn)火溫度控制為1 100℃,點(diǎn)火時(shí)間為1 min,點(diǎn)火負(fù)壓控制為8 000 Pa,當(dāng)廢氣溫度達(dá)到最高并開始下降的瞬時(shí)定為燒結(jié)終點(diǎn),繼續(xù)抽風(fēng)冷卻,當(dāng)廢棄溫度達(dá)到150℃時(shí)停風(fēng)機(jī)并倒出燒結(jié)餅。取成品礦,按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB 8029-1987)進(jìn)行樣品轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)；按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 13241-1991)進(jìn)行樣品的低溫還原粉化性能檢測(cè)等。

1.3 試驗(yàn)方案

本試驗(yàn)分為3部分：混合料固定碳含量對(duì)燒結(jié)過程及燒結(jié)礦強(qiáng)度的影響；燒結(jié)礦堿度對(duì)燒結(jié)過程及燒結(jié)礦強(qiáng)度的影響；配加普通精礦對(duì)燒結(jié)過程及燒結(jié)礦強(qiáng)度的影響。具體方案如表2所示。

表2 試驗(yàn)方案 ％

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 混合料固定碳含量對(duì)燒結(jié)過程及燒結(jié)礦強(qiáng)度的影響

堿度為0.6,改變焦粉配比,燒結(jié)礦指標(biāo)變化如圖1所示。混合料水分以滾筒中造好球?yàn)闃?biāo)準(zhǔn),水分控制在35％左右。燒結(jié)時(shí)間為12 min左右。

圖1 焦粉配比對(duì)錳燒結(jié)礦指標(biāo)的影響

由圖1可知：隨著燒結(jié)焦粉配比的降低,燒結(jié)時(shí)間變化不大,垂直燒結(jié)速度同樣改變不大；隨著燒結(jié)礦焦粉配比的減少,燒結(jié)礦的成品率逐漸降低,焦比為15％時(shí),成品率最高；燒結(jié)礦成品率隨著焦粉配比降低逐漸升高,在焦粉配比為15％時(shí),燒結(jié)礦成品率最高；在堿度為0.6時(shí),隨著焦比的增加,燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)先增加后降低,在焦比為12％時(shí)燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)最高值。

焦粉在燒結(jié)過程中起到發(fā)熱劑的作用,如果最高溫度偏低,高溫保持時(shí)間不足,液相平衡很難達(dá)到,固—液平衡的可能性很大,熔蝕和結(jié)晶不完全,燒結(jié)礦強(qiáng)度下降。隨著配入焦粉的增加,燃燒提供給燃燒帶的熱量就越多,使燃燒帶溫度也相應(yīng)地提高。燒結(jié)過程產(chǎn)生的液相量增多,燒成率和燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度都明顯升高。但是,當(dāng)焦粉配比過高時(shí),耗氧量升高,還原氣氛增強(qiáng),不利于改善燒結(jié)礦質(zhì)量。

2.2 燒結(jié)礦堿度對(duì)燒結(jié)過程及燒結(jié)礦強(qiáng)度的影響

焦粉配比控制在10％?；旌狭纤忠栽旌们?yàn)闇?zhǔn),大約在35％左右。堿度變化在0.3～0.9之間,其對(duì)燒結(jié)指標(biāo)的影響如圖2所示。

圖2 燒結(jié)礦堿度比對(duì)錳燒結(jié)礦指標(biāo)的影響

由圖2可知：隨著燒結(jié)堿度的增加,燒結(jié)時(shí)間逐漸減少,垂直燒結(jié)速度逐漸增加,燒結(jié)堿度在0.9時(shí)燒結(jié)時(shí)間最短,垂直燒結(jié)速度最大；隨燒結(jié)礦堿度的升高,成品率先升高后降低。在堿度為0.6時(shí),燒結(jié)礦成品率最高；隨燒結(jié)礦堿度的提高,燒結(jié)礦成品率先升高后降低,轉(zhuǎn)鼓指數(shù)先增加后降低,在堿度為0.6時(shí),燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)最高。

堿度的改變通過生石灰加入量的變化來(lái)改變,生石灰加水消化放熱,提高料溫,降低過濕層厚度,改善料層透氣性；而且還有利于強(qiáng)化制粒,提高小球的成球率和強(qiáng)度,提高垂直燃燒速度及燒成率；同時(shí),隨著堿度升高,更容易生成低熔點(diǎn)化合物,液相量增多,液相流動(dòng)性改善、易凝結(jié)。還可以降低燃料帶的溫度和厚度,減少液相氣動(dòng)阻力,降低燃料消耗。

2.3 配加普通精粉對(duì)燒結(jié)過程及燒結(jié)礦強(qiáng)度的影響

堿度控制在0.6,焦粉配比為10％,用30％普通精粉代替錳精粉后的燒結(jié)指標(biāo)變化如圖3所示。

圖3 配加普通精粉對(duì)錳燒結(jié)礦指標(biāo)的影響

由圖3可知,配加普通精粉后,燒結(jié)時(shí)間即垂直燃燒速度沒有什么變化,燒結(jié)時(shí)間大約為12 min,但是燒成率和燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度都有所提高,燒成率提高了6％,轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度提高了2％,其成品率沒有什么改變。

普通精粉的SiO2含量比錳精礦要低的多,所以加入普通精粉后,在同樣堿度情況下,配加的生石灰量要減少很多,所以燒成率有很大的提高,同時(shí),普通精粉中鐵的含量高,在燒結(jié)過程中,三氧化鐵與生石灰中的CaO反應(yīng)生成的鐵酸鈣,是燒結(jié)過程中質(zhì)量最好的液相[2]。故加入普通精粉后燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度也會(huì)有所改善。

3 結(jié)論

1)錳精礦顏色為灰到黑,質(zhì)地松軟而且粘,本身內(nèi)含水分大,呈團(tuán)狀,不易混勻,燒結(jié)時(shí)要先加入生石灰吸水后再加以混合,外配水在5％左右。

2)錳精礦含水分很大,故燒結(jié)中焦粉配比遠(yuǎn)遠(yuǎn)比普通燒結(jié)要高很多,對(duì)于此次試驗(yàn),焦粉配比為12％時(shí)燒結(jié)綜合指標(biāo)較好。

3)錳精礦SiO2含量很高,為26.38％,故堿度控制不能太高,否則燒成率會(huì)隨之降低。對(duì)于此次試驗(yàn),堿度為0.6時(shí)燒結(jié)礦綜合指標(biāo)最好。

4)用30％的普通精粉代替錳精礦,燒成率大大提高,燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度也有所改善,其它指標(biāo)沒有很大變化。

[1]邱俊,呂憲俊,王桂芳.中國(guó)錳礦資源的分布及礦物學(xué)特征[J].現(xiàn)代礦業(yè),2009,485(9)：6-7.

[2]郭小影.提高燒結(jié)礦堿度穩(wěn)定率的研究[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué),2009.