孙艳芹,郝建海,杨松陶,吕 庆

(河北理工大学冶金与能源学院,河北唐山 063009)

0 前言

锰矿石是一种重要的战略矿产资源,特别是富锰矿和优质锰矿资源,已被我国列为紧缺矿种。锰矿是发展钢铁工业的重要原料,世界上约有95％的锰用于冶金工业,其余约5％则用于其它工业。我国锰矿资源丰富,截至2007年底,我国锰矿查明资源储量79 293.5万t,分布于全国23个省、自治区、直辖市[1]。含锰烧结矿是锰矿冶炼的重要原料。故为了给锰精矿烧结生产提供有利的理论指导,锰精矿烧结工艺参数的研究十分必要。

1 试验

1.1 试验原料

试验使用锰矿烧结各种原料化学成分如表1所示。

表1 锰矿原料化学成分％

锰精矿矿样的颜色为浅灰到黑,非常软,具有金属光泽,属于典型的软锰矿。微观属于四方晶系,晶体呈细柱状或针状,通常呈块状、粉末状集合体。颜色和条痕均为黑色。光泽和硬度视其结晶的粗细和形态而异,结晶好者呈现半金属光泽,硬度较高,而隐晶质块体和粉末状者,光泽暗淡,硬度低,极易污手。

1.2 试验条件

模拟承钢烧结现场实际生产情况进行烧结杯试验。每次烧结试验原料总量为100 kg,按配比经人工用电子秤称量后,一混采用人工加水拌匀,然后在φ600 mm×1 000 mm的小型圆筒混料机内进行二次混匀造球,时间控制为10 min。采用锥形漏斗往烧结杯(φ300 mm×600 mm)内进行装料(含铺底料4.0 kg,10～16 mm)。烧结料层厚度控制为600 mm,风机风量为 14.4 m3/min,烧结负压控制为12 000 Pa。采用石油液化气进行烧结点火,点火温度控制为1 100℃,点火时间为1 min,点火负压控制为8 000 Pa,当废气温度达到最高并开始下降的瞬时定为烧结终点,继续抽风冷却,当废弃温度达到150℃时停风机并倒出烧结饼。取成品矿,按照国家标准(GB 8029-1987)进行样品转鼓试验；按国家标准(GB/T 13241-1991)进行样品的低温还原粉化性能检测等。

1.3 试验方案

本试验分为3部分：混合料固定碳含量对烧结过程及烧结矿强度的影响；烧结矿碱度对烧结过程及烧结矿强度的影响；配加普通精矿对烧结过程及烧结矿强度的影响。具体方案如表2所示。

表2 试验方案 ％

2 试验结果及分析

2.1 混合料固定碳含量对烧结过程及烧结矿强度的影响

碱度为0.6,改变焦粉配比,烧结矿指标变化如图1所示。混合料水分以滚筒中造好球为标准,水分控制在35％左右。烧结时间为12 min左右。

图1 焦粉配比对锰烧结矿指标的影响

由图1可知：随着烧结焦粉配比的降低,烧结时间变化不大,垂直烧结速度同样改变不大；随着烧结矿焦粉配比的减少,烧结矿的成品率逐渐降低,焦比为15％时,成品率最高；烧结矿成品率随着焦粉配比降低逐渐升高,在焦粉配比为15％时,烧结矿成品率最高；在碱度为0.6时,随着焦比的增加,烧结矿转鼓指数先增加后降低,在焦比为12％时烧结矿的转鼓指数最高值。

焦粉在烧结过程中起到发热剂的作用,如果最高温度偏低,高温保持时间不足,液相平衡很难达到,固—液平衡的可能性很大,熔蚀和结晶不完全,烧结矿强度下降。随着配入焦粉的增加,燃烧提供给燃烧带的热量就越多,使燃烧带温度也相应地提高。烧结过程产生的液相量增多,烧成率和烧结矿转鼓强度都明显升高。但是,当焦粉配比过高时,耗氧量升高,还原气氛增强,不利于改善烧结矿质量。

2.2 烧结矿碱度对烧结过程及烧结矿强度的影响

焦粉配比控制在10％。混合料水分以造好球为准,大约在35％左右。碱度变化在0.3～0.9之间,其对烧结指标的影响如图2所示。

图2 烧结矿碱度比对锰烧结矿指标的影响

由图2可知：随着烧结碱度的增加,烧结时间逐渐减少,垂直烧结速度逐渐增加,烧结碱度在0.9时烧结时间最短,垂直烧结速度最大；随烧结矿碱度的升高,成品率先升高后降低。在碱度为0.6时,烧结矿成品率最高；随烧结矿碱度的提高,烧结矿成品率先升高后降低,转鼓指数先增加后降低,在碱度为0.6时,烧结矿转鼓指数最高。

碱度的改变通过生石灰加入量的变化来改变,生石灰加水消化放热,提高料温,降低过湿层厚度,改善料层透气性；而且还有利于强化制粒,提高小球的成球率和强度,提高垂直燃烧速度及烧成率；同时,随着碱度升高,更容易生成低熔点化合物,液相量增多,液相流动性改善、易凝结。还可以降低燃料带的温度和厚度,减少液相气动阻力,降低燃料消耗。

2.3 配加普通精粉对烧结过程及烧结矿强度的影响

碱度控制在0.6,焦粉配比为10％,用30％普通精粉代替锰精粉后的烧结指标变化如图3所示。

图3 配加普通精粉对锰烧结矿指标的影响

由图3可知,配加普通精粉后,烧结时间即垂直燃烧速度没有什么变化,烧结时间大约为12 min,但是烧成率和烧结矿转鼓强度都有所提高,烧成率提高了6％,转鼓强度提高了2％,其成品率没有什么改变。

普通精粉的SiO2含量比锰精矿要低的多,所以加入普通精粉后,在同样碱度情况下,配加的生石灰量要减少很多,所以烧成率有很大的提高,同时,普通精粉中铁的含量高,在烧结过程中,三氧化铁与生石灰中的CaO反应生成的铁酸钙,是烧结过程中质量最好的液相[2]。故加入普通精粉后烧结矿的转鼓强度也会有所改善。

3 结论

1)锰精矿颜色为灰到黑,质地松软而且粘,本身内含水分大,呈团状,不易混匀,烧结时要先加入生石灰吸水后再加以混合,外配水在5％左右。

2)锰精矿含水分很大,故烧结中焦粉配比远远比普通烧结要高很多,对于此次试验,焦粉配比为12％时烧结综合指标较好。

3)锰精矿SiO2含量很高,为26.38％,故碱度控制不能太高,否则烧成率会随之降低。对于此次试验,碱度为0.6时烧结矿综合指标最好。

4)用30％的普通精粉代替锰精矿,烧成率大大提高,烧结矿转鼓强度也有所改善,其它指标没有很大变化。

[1]邱俊,吕宪俊,王桂芳.中国锰矿资源的分布及矿物学特征[J].现代矿业,2009,485(9)：6-7.

[2]郭小影.提高烧结矿碱度稳定率的研究[D].沈阳：东北大学,2009.