孟飛，劉清才，朱廣太，任山，朱博洪，蘭苑培，劉國(guó)慶，牛德良

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燒結(jié)中使用鋼渣磁選尾渣替代部分燒結(jié)熔劑的實(shí)驗(yàn)研究

孟飛，劉清才，朱廣太，任山，朱博洪，蘭苑培，劉國(guó)慶，牛德良

(重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶，400044)

通過(guò)化學(xué)分析、X線衍射分析、光學(xué)顯微分析等方法對(duì)鋼渣磁選后剩余尾渣進(jìn)行基礎(chǔ)特性分析，并將其按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)0，2.5%，5.0%和10.0%的比例分別配入燒結(jié)原料中，研究其代替部分燒結(jié)熔劑對(duì)燒結(jié)礦顯微結(jié)構(gòu)、質(zhì)量及冶金性能的影響。研究結(jié)果表明：當(dāng)燒結(jié)原料中尾渣配入量小于5.0%時(shí)，隨著尾渣配入量的增加，燒結(jié)礦中鐵酸鈣含量增加，燒結(jié)礦的成品率、落下強(qiáng)度及轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度均逐漸增大，之后均開(kāi)始降低，而垂直燒結(jié)速度及燒結(jié)利用系數(shù)則一直逐漸降低。燒結(jié)礦的還原度及低溫還原粉化性能隨著尾渣配入量得到改善，但當(dāng)尾渣配入量大于5.0%時(shí)開(kāi)始下降。尾渣的配入會(huì)提高燒結(jié)礦的自由流動(dòng)及完全熔化溫度，擴(kuò)大軟熔區(qū)間，使得燒結(jié)礦軟熔性能變差。

磁選尾渣；燒結(jié)；熔劑；冶金性能

鋼渣是在鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中由造渣材料、冶煉反應(yīng)物、侵蝕脫落的爐體和補(bǔ)爐材料、金屬爐料帶入的雜質(zhì)和為調(diào)整鋼渣性質(zhì)而特意加入的造渣材料所組成的渣體，是鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程的副產(chǎn)品。在生產(chǎn)中，每生產(chǎn)1 t鋼，就有15%~20%的鋼渣產(chǎn)生[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年我國(guó)粗鋼產(chǎn)量達(dá)到8.26億t，占世界粗鋼總產(chǎn)量的50.21%，同時(shí)產(chǎn)生冶金渣達(dá)2億t以上[2]，國(guó)家“十一五”發(fā)展規(guī)劃中指出，鋼渣的綜合利用率應(yīng)達(dá)86%以上，基本實(shí)現(xiàn)“零排放”。然而，中國(guó)目前綜合利用的現(xiàn)狀與該規(guī)劃相差甚遠(yuǎn)，尤其是素有“劣質(zhì)水泥熟料”之稱的轉(zhuǎn)爐鋼渣的利用率僅為10%~20%[3?4]。目前鋼渣的利用主要是回收其中的鐵，一般采用多段破碎多段干法磁選的方法得到渣鋼或富鐵鋼渣作為煉鋼或煉鐵的原料，而尾渣中大部分被堆棄。大量堆棄的尾渣不僅占用大量耕地，而且其中大量細(xì)小顆粒飛揚(yáng)污染空氣，尾渣中的有害元素及重金屬元素經(jīng)雨水沖刷會(huì)污染周圍生態(tài)環(huán)境。因此，加速深化鋼渣磁選尾渣(下文簡(jiǎn)稱尾渣)的綜合利用是目前亟待解決的問(wèn)題。許多學(xué)者已經(jīng)對(duì)尾渣的綜合利用進(jìn)行研究，姜學(xué)東等[5]將磁選尾渣用于制作混泥土路面磚的研究，倪文等[6]研究了將磁選尾渣制備高強(qiáng)度人工魚(yú)礁混凝土，孫繼紅等[7]開(kāi)展了鋼渣磁選尾渣制作建筑基礎(chǔ)轉(zhuǎn)的試驗(yàn)研究，方宏輝等[8]對(duì)尾渣制備膠結(jié)材料進(jìn)行了研究，楊淇等[9]進(jìn)行了尾渣制備耐火噴涂料的實(shí)驗(yàn)研究。由于尾渣中成分復(fù)雜波動(dòng)較大，并且含有大量的f-CaO及f-MgO，用于制作路基材料及建筑材料時(shí)會(huì)造成材料性能不穩(wěn)定，易開(kāi)裂。使得處理尾渣技術(shù)難度大，成本較高，且不能大量綜合回收利用尾渣。尾渣中氧化鈣及氧化鎂等堿性氧化物的含量較高，當(dāng)用尾渣代替部分冶金燒結(jié)熔劑時(shí)，不僅可以減少生石灰、石灰石、白云石、螢石等燒結(jié)熔劑的添加量，降低燒結(jié)生產(chǎn)成本，而且可以回收尾渣中未磁選出的金屬鐵及FeO，MgO和MnO等有益成分[10?11]。既充分利用資源、又減輕了環(huán)境污染，還降低了燒結(jié)生產(chǎn)成本。因此，將尾渣用于燒結(jié)工序是尾渣綜合利用的一條經(jīng)濟(jì)有效途徑。為此，本文作者對(duì)尾渣的主要物化特性進(jìn)行研究，并將尾渣配入燒結(jié)原料中代替部分燒結(jié)熔劑進(jìn)行燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)，研究添加不同比例尾渣對(duì)燒結(jié)過(guò)程中主要參數(shù)及燒結(jié)礦強(qiáng)度、微觀組織結(jié)構(gòu)、冶金性能的影響，確定適宜的尾渣添加量，為燒結(jié)中充分利用尾渣提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料物化特性

實(shí)驗(yàn)中所用尾渣取自于重慶鋼鐵股份有限公司，其他燒結(jié)原料來(lái)源于貴州六盤水水城鋼鐵股份有限公司，其化學(xué)成分如表1所示。

分別采用X線熒光衍射儀(XRD)、Zeiss Axioskop 40偏光顯微鏡及LEICA Q500圖像分析儀對(duì)尾渣的物相組成及微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖1和圖2所示。

由圖1可以看出：尾渣主要物相為Ca2SiO4，Ca3SiO5，Ca2Fe2O5，MgO，Ca(OH)2，f-CaO，MgAl2O4和RO相，且Ca2SiO4，Ca3SiO5，Ca2Fe2O5和MgO的X線衍射峰較強(qiáng)，因此，這幾種物質(zhì)含量較高，為主要物相。由于尾渣為轉(zhuǎn)爐渣、脫硫渣、精煉渣等磁選后剩余的尾渣，故含有這幾種渣的物相。特別加入大量石灰石等造渣劑而形成的轉(zhuǎn)爐渣，因此，尾渣中也含有一定量的Ca(OH)2與f-CaO。

表1 尾渣及燒結(jié)原料化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

由圖2可知：尾渣中主要由3種不同顏色的物相，分別為黑色、灰色和白色。其中呈圓形或不規(guī)則橢圓形的深灰色A相為硅酸鈣相。呈現(xiàn)不規(guī)則形狀，分布在A相周圍的白色B相為二價(jià)金屬Fe，Mn和Mg等氧化物連續(xù)固溶體，即RO相。黑色不規(guī)則形狀的C相為MgO。以無(wú)限延伸狀態(tài)的分布于深灰色A相之間的淺灰D相為鐵酸鈣相。根據(jù)各物相的分布情況可知：尾渣中主要物相為硅酸鈣相和鐵酸鈣相，這與XRD的分析結(jié)果一致。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

由于尾渣為鋼廠多段破碎多段磁選后的鋼尾渣，其粒徑在0~40 mm之間，為了保證在燒結(jié)過(guò)程中能充分分解及礦化，將尾渣粒度破碎至5 mm以下，并按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%，5.0%和10.0%的比例與燒結(jié)原料混合，分別編號(hào)為1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)，并以未添加尾渣作為基準(zhǔn)樣，其配比方案如表2所示。

表2 尾渣與燒結(jié)原料配比方案(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

各原料按照表2配比方案配齊后，先由人工在鐵板上混勻，再裝入直徑×長(zhǎng)度為700 mm×1 000 mm的圓筒混料機(jī)中混合，混合制粒時(shí)間為5 min，混合過(guò)程中噴灑適量的水使混合料潤(rùn)濕，控制混合料最終水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.5%±5.0%。然后將混合好的原料加入直徑×長(zhǎng)度為250 mm×700 mm的燒結(jié)杯中，控制料層厚度為600 mm左右，加入之前在燒結(jié)杯底部鋪入1 kg左右的燒結(jié)礦為墊底料。裝料完畢后，控制抽風(fēng)機(jī)，使點(diǎn)火負(fù)壓為6 kPa，調(diào)節(jié)空氣閥與天然氣閥，控制空氣流量與天然氣流量分別為16 m3/h和1.6 m3/h。點(diǎn)火1 min，點(diǎn)火溫度為1 100 ℃，點(diǎn)火完成后控制燒結(jié)負(fù)壓為12 kPa。燒結(jié)完成后，分別測(cè)定燒結(jié)礦的技術(shù)指標(biāo)、機(jī)械性能及冶金性能。

添加尾渣后燒結(jié)礦性能分析包括燒結(jié)礦的機(jī)械強(qiáng)度、900 ℃還原性、低溫還原粉化性以及熔滴性能。檢測(cè)方法簡(jiǎn)要介紹如下。

1) 落下強(qiáng)度檢測(cè)方法。由于我國(guó)并未制定相關(guān)的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)，大都采用日本標(biāo)準(zhǔn)JIS?M8711?7進(jìn)行燒結(jié)礦的落下強(qiáng)度測(cè)定。落下試驗(yàn)區(qū)10~40 mm的燒結(jié)礦(3±0.05) kg，放入1個(gè)方型料箱中，提升至2 m處，讓其自由落在20 mm的鋼板上往復(fù)4次。然后用 10 mm的方孔篩分級(jí)，以大于10 mm的粒級(jí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示落下強(qiáng)度指標(biāo)。

2) 轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度檢測(cè)方法。采用GB 8209—87進(jìn)行燒結(jié)礦機(jī)械強(qiáng)度測(cè)定。根據(jù)提供的燒結(jié)礦試樣，按實(shí)際的粒度組成，分40~25，25~16和16~10 mm 3個(gè)粒級(jí)配制轉(zhuǎn)鼓試樣。取礦石試樣(7.50±0.05) kg放入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，以25 r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)200轉(zhuǎn)，然后將試料用機(jī)械搖篩分級(jí)，機(jī)械搖篩篩孔為6.3 mm×6.3 mm，反復(fù)次數(shù)為20次/min，篩分時(shí)間為1.5 min共往復(fù)30次。

3) 還原性檢測(cè)方法。按照GB/T 13241—91進(jìn)行還原實(shí)驗(yàn)。稱取10~12.5 mm礦石試樣(500±1) g，在900 ℃條件下還原，還原時(shí)間為180 min，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間還原爐溫度保持在(900±10) ℃之間。還原性氣體的標(biāo)準(zhǔn)流量保持在(15±1) L/min，還原氣體成分是CO體積分?jǐn)?shù)為30%±0.5%，N2體積分?jǐn)?shù)為70%±0.5%。利用減重法測(cè)定鐵礦石還原度I，取雙試樣的平均值，極差的絕對(duì)值不超過(guò)5%。

4) 低溫還原粉化性檢測(cè)方法。按照GB/T 13242—91方法測(cè)定添加垃圾飛灰后燒結(jié)礦低溫還原粉化性。稱取10.0~12.5 mm燒結(jié)礦試樣(500±1) g，實(shí)驗(yàn)在(500±10) ℃下還原，還原時(shí)間為60 min，還原氣體的標(biāo)準(zhǔn)流量為(15±1) L/min，還原氣體的成分保持CO體積分?jǐn)?shù)為20%±0.5%，N2體積分?jǐn)?shù)為60%±0.5%。把還原后的試樣全部裝入轉(zhuǎn)鼓(直徑×長(zhǎng)度為130 mm×200 mm)內(nèi)進(jìn)行檢驗(yàn)，該轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有2個(gè)高20 mm的擋板，以30 r/min的速度旋轉(zhuǎn)10 min，將轉(zhuǎn)后的試樣進(jìn)行篩分，以粒徑大于6.3 mm，大于3.15 mm和小于0.5 mm級(jí)質(zhì)量與還原后入轉(zhuǎn)鼓試樣總質(zhì)量之比作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

5) 熔滴性能檢測(cè)方法。試樣粒度為10.0~12.5 mm，質(zhì)量約為200 g，上焦炭質(zhì)量為15 g，下焦炭質(zhì)量為20 g，荷重為1.0 kg/cm2；氣體流量為15 L/min，還原氣體成分中CO與N2的體積分?jǐn)?shù)比(CO)/(N2)=30/70；升溫步驟為：小于900 ℃時(shí)，升溫速度為 10 ℃/min，900 ℃時(shí)恒溫60 min，大于900 ℃時(shí)，升溫速度為5 ℃/min；在400 ℃以下，通N2保護(hù)試樣，400 ℃時(shí)通還原氣體。

2 結(jié)果與討論

2.1 添加尾渣燒結(jié)礦化學(xué)成分分析

各方案燒結(jié)礦成分檢測(cè)結(jié)果如表3所示。由表3可以看出：在燒結(jié)礦堿度約為2時(shí)，隨著尾渣配入量的增加，燒結(jié)礦中SiO2和CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別由5.02%和10.03%增加到6.14%和12.23%，P質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.10%增加到0.14%。尾料中鐵含量低，硅含量高，隨著尾渣的配入量增加，使得燒結(jié)原料中鐵含量降低，從而使燒結(jié)礦TFe大幅降低。

圖3所示為配入不同比例尾渣后成品燒結(jié)礦礦相圖。由圖3可知：未添加尾渣的燒結(jié)礦(見(jiàn)圖3(a)和3(b))主要為斑狀結(jié)構(gòu)，主要物相為赤鐵礦、磁鐵礦、硅酸二鈣，鐵酸鈣含量較少，主要以斑狀形式存在。磁鐵礦主要以自形晶、半自形晶形態(tài)存在，主要與硅酸二鈣形成斑狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)燒結(jié)礦中配入2.5%的尾渣時(shí)(見(jiàn)圖3(c)和3(d))，主要物相為磁鐵礦、硅酸二鈣和鐵酸鈣，且鐵酸鈣含量較圖3(a)和3(b)中的有所增加，且主要以板條狀形式存在。當(dāng)尾渣配入比例進(jìn)一步增加到5.0%時(shí)(見(jiàn)圖3(e)和3(f))，鐵酸鈣含量進(jìn)一步增加，以強(qiáng)度及還原性較好的針狀形式存在，并與磁鐵礦形成交織的熔蝕結(jié)構(gòu)，具有較大的強(qiáng)度。當(dāng)尾渣配入比例為10.0%時(shí)(見(jiàn)圖3(g)和3(h))，燒結(jié)礦中鐵酸鈣含量減少，幾乎沒(méi)有發(fā)現(xiàn)針狀鐵酸鈣，而磁鐵礦含量增 加，形成致密的顯微結(jié)構(gòu)，使得燒結(jié)礦強(qiáng)度及還原性降低。當(dāng)尾渣配入比例為10.0%時(shí)，燒結(jié)礦中MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)3.03%，由于 Mg2+和 Fe2+的離子半徑比較接近，Mg2+容易進(jìn)入磁鐵礦晶格，賦存在磁鐵礦中形成鎂尖晶石[(Fe, Mg)O·Fe2O3]，可穩(wěn)定磁鐵礦晶格，使得磁鐵礦氧化為赤鐵礦的反應(yīng)受阻，因而燒結(jié)礦中磁鐵礦含量增大；同時(shí)，由于赤鐵礦生成受阻抑制鐵酸鈣的生成[12]，使得鐵酸鈣含量減少，燒結(jié)強(qiáng)度降低。

表3 添加尾渣燒結(jié)礦化學(xué)成分分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

(a), (b) 無(wú)尾渣；(c), (d) 2.5%尾渣；(e), (f) 5.0%尾渣；(g), (h) 10.0%尾渣

2.2 燒結(jié)過(guò)程技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及機(jī)械性能

表4和圖4所示分別為不同尾渣配比下燒結(jié)過(guò)程中主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及燒結(jié)礦機(jī)械強(qiáng)度。由表4可以看出：隨著尾渣配入量逐漸增加，垂直燒結(jié)速度與燒結(jié)利用系數(shù)逐漸減小，而燒成率及成品率在尾渣配入量為2.5%和5.0%時(shí)逐漸上升，之后開(kāi)始下降。這是由于尾渣的軟化溫度較低，生成的液相多，高溫燃燒帶變寬，料層透氣性下降，抽風(fēng)阻力加大，使垂直燒結(jié)速度降低，垂直燒結(jié)速度下降，最終導(dǎo)致利用系數(shù)下降。而且隨著尾渣配入量的增加，燒結(jié)礦中Al2O3和MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，Al2O3和MgO都是高熔點(diǎn)物質(zhì)，降低了料層過(guò)熱度，提高了液相黏度，影響?zhàn)そY(jié)效果[13?14]，在燒結(jié)過(guò)程中使透氣性變差，從而降低燒結(jié)速度與利用系數(shù)。由圖3可知：燒結(jié)原料中尾渣配入比例過(guò)高，則會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)礦中鐵酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少，燒結(jié)礦強(qiáng)度降低，從而導(dǎo)致燒結(jié)成品率下降。

表4 不同尾渣配比下燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖4可知：燒結(jié)礦的落下強(qiáng)度及轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度在尾渣的配入量為5.0%以內(nèi)，分別從81.82%和61.27%上升至87.46%和68.13%，但當(dāng)尾渣配入比例增加到10%時(shí)，落下強(qiáng)度、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度均下降較為明顯。因此，燒結(jié)原料中尾渣配入比例大于5.0%時(shí)，燒結(jié)礦產(chǎn)量、質(zhì)量指標(biāo)大幅度下降，不利于燒結(jié)礦的生產(chǎn)。其原因是尾渣軟化溫度低且含有一定量的FeO，配加尾渣有利于液相的提前形成，并且形成的液相增多，使得燒結(jié)高溫區(qū)加厚，有利于液相擴(kuò)散和再結(jié)晶，從而提高燒結(jié)礦強(qiáng)度。而且液相的增多，會(huì)提高鐵相和膠結(jié)相結(jié)晶程度，減少玻璃質(zhì)的產(chǎn)生，改變礦相結(jié)構(gòu)，燒結(jié)礦中強(qiáng)度較好的針狀鐵酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，使得燒結(jié)礦強(qiáng)度得到改善。但尾渣配入10.0%后，燒結(jié)礦中MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到3.03%，使得磁鐵礦氧化為赤鐵礦的反應(yīng)受阻，因而燒結(jié)礦中強(qiáng)度較低磁鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大；同時(shí)，由于赤鐵礦生成受阻抑制鐵酸鈣的生成，使得鐵酸鈣含量減少，燒結(jié)強(qiáng)度降低。這與配加不同比例尾渣后，燒結(jié)礦顯微結(jié)構(gòu)分析結(jié)果一致。

1—抗磨指數(shù)；2—轉(zhuǎn)鼓指數(shù)；3—落下強(qiáng)度。

2.3 添加尾渣燒結(jié)礦的冶金性能分析

表5所示為不同尾渣配比下燒結(jié)礦的還原度及低溫還原粉化性檢測(cè)結(jié)果。由表5可知：當(dāng)尾渣配入少于5.0%時(shí)，燒結(jié)礦還原度I隨著尾渣配入量增加逐漸升高，從84.36%上升至88.28%。但當(dāng)尾渣配入量為10.0%時(shí)，還原度下降至83.27%。

隨著尾渣的加入量增加，燒結(jié)礦低溫粉化率DI+3.15呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)配入比例小于5.0%時(shí)，DI+3.15上升至72.14%。但當(dāng)尾渣配入量進(jìn)一步增加至10.0%時(shí)，DI+3.15則大幅下降至58.06%。這是由于在加入尾渣過(guò)程中，燒結(jié)礦的FeO和MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，可抑制Fe3O4在冷卻過(guò)程中在氧化成Fe2O3，減少Fe2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)，抑制了還原過(guò)程中赤鐵礦晶形轉(zhuǎn)變?cè)斐傻姆刍?，從而使燒結(jié)礦DI+3.15增大。當(dāng)尾渣添加比例為10.0%，燒結(jié)礦中Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.31%，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)高將會(huì)生成大量的鋁酸鈣和鐵酸鈣的固溶體。許多學(xué)者認(rèn)為赤鐵礦中的Al2O3固熔體是造成還原粉化的主要因素[15?16]，Al2O3可成倍地集中于玻璃質(zhì)黏結(jié)相內(nèi)，造成玻璃韌性大大降低，從而導(dǎo)致燒結(jié)礦的低溫還性能惡化。

表5 燒結(jié)礦還原性測(cè)定結(jié)果

表6所示為添加尾渣燒結(jié)礦熔滴性能測(cè)定結(jié)果。由表6可知：燒結(jié)礦中配加尾渣量后，燒結(jié)礦的開(kāi)始軟化溫度及熔化溫度均變化不大，為1 126~1 149 ℃。但燒結(jié)礦完全熔化及液相自由流動(dòng)溫度升高較為明顯，導(dǎo)致軟熔區(qū)間擴(kuò)大，軟化區(qū)間從132 ℃上升至 206 ℃。其原因是隨著尾渣配入量增加，燒結(jié)礦中Al2O3和MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，燒結(jié)礦中Al2O3和MgO含量提高會(huì)形成一些高熔點(diǎn)物質(zhì)，同時(shí)燒結(jié)礦中Al2O3增高會(huì)增加液相表面張力，增大液相黏度，使得燒結(jié)礦完全熔化溫度升高，增大燒結(jié)礦的軟熔區(qū)間，惡化燒結(jié)礦的軟熔性能。

表6 添加尾渣燒結(jié)礦熔滴性能測(cè)定結(jié)果

注：4%為料層高度下降4%時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度，定義為開(kāi)始軟化溫度；40%為料層高度下降40%時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度，定義為終了軟化溫度；Δc為軟化溫度區(qū)間。s為壓差陡升溫度，定義為熔化開(kāi)始溫度；m為視頻攝像看到第1滴落下并對(duì)應(yīng)壓力急降的溫度，定義為熔化終了溫度；Δm為熔化溫度區(qū)間。

2.4 燒結(jié)熔劑使用量及尾渣適宜配比分析

圖5所示為不同尾渣配比時(shí)，石灰石、生石灰、白云石等燒結(jié)熔劑需要配入總量及熔劑減少使用量圖。

圖5 配加尾渣后燒結(jié)熔劑使用情況

由圖5可知：燒結(jié)礦中配入一定量尾渣后，可以減少生石灰、石灰石、白云石等燒結(jié)熔劑的使用量。并且隨著尾渣配入量的增加，燒結(jié)熔劑使用量逐漸減少。當(dāng)配入5.0%和10.0%的尾渣時(shí)，與未添加尾渣相比，燒結(jié)熔劑配加總量分別減少了2.8%和5.0%。因此，燒結(jié)中使用尾渣代替部分燒結(jié)熔劑有利于減少燒結(jié)熔劑的使用量，降低燒結(jié)成本。

但尾渣比例配加過(guò)高，使得燒結(jié)礦中Al2O3和MgO等質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高，雖然可以強(qiáng)化燒結(jié)礦強(qiáng)度，但會(huì)惡化燒結(jié)礦還原粉化性，增大軟熔區(qū)間，不利于高爐的順行。且尾渣比例配加過(guò)高，會(huì)增加燒結(jié)礦中P含量，燒結(jié)及煉鐵工序中無(wú)法脫除P，P基本上全部進(jìn)入鐵水中，將會(huì)增加煉鋼工序中脫P(yáng)負(fù)擔(dān)。同時(shí)，尾渣比例配加過(guò)高，會(huì)降低燒結(jié)礦品位，反而增加焦比與高爐生產(chǎn)成本。因此，尾渣在燒結(jié)過(guò)程中需配入合理的比例，才能保證改善燒結(jié)礦冶金性能的同時(shí)，提高資源利用率。

3 結(jié)論

1) 燒結(jié)中配入尾渣使得鐵酸鈣含量的增多，有利于強(qiáng)度與還原性較好的針狀鐵酸鈣生成。但尾渣添加量過(guò)高時(shí)，鐵酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)則逐漸降低，磁鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，使得燒結(jié)礦強(qiáng)度及還原性變低。

2) 隨著燒結(jié)礦中尾渣配入量的增加，燒結(jié)礦的落下強(qiáng)度、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、燒結(jié)礦的燒成率、成品率、還原度I、燒結(jié)礦低溫粉化率DI+3.15均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)尾渣配入量為5.0%時(shí)達(dá)到最大。而垂直燒結(jié)速度與燒結(jié)利用系數(shù)則一直降低。

3) 隨著尾渣配入量的增加，燒結(jié)礦的開(kāi)始軟熔溫度變化不大，但燒結(jié)礦完全熔化及液相自由流動(dòng)溫度升高較為明顯，導(dǎo)致軟熔區(qū)間擴(kuò)大，使得燒結(jié)礦軟熔性能變差。

4) 使用尾渣代替部分燒結(jié)熔劑，有利于減少熔劑使用量，降低燒結(jié)成本。但尾渣比例配加過(guò)高，使得燒結(jié)礦中Al2O3，MgO和P等質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高，惡化燒結(jié)礦還原粉化性，增大軟熔區(qū)間，不利于高爐的順行。因此，燒結(jié)礦中尾渣配入量應(yīng)不大于5.0%。

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(編輯 楊幼平)

Experimental study on application of steel slag magnetic tailings replacing part of sintering flux during sintering

MENG Fei, LIU Qingcai, ZHU Guangtai, REN Shan, ZHU Bohong, LAN Yuanpei, LIU Guoqing, NIU Deliang

(College of Materials Science and Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China)

Fundamental characteristics of magnetic separation tail slags were studied by chemical analysis, X-ray diffraction analysis, optical microscope analysis and other analysis methods. The microstructure and metallurgical properties of the sinter were studied, while magnetic separation tail slags were added into sintering material with 0, 2.5%, 5.0% and 10.0%, respectively. The results show that when the mass fraction of tail slags in the sintering material is less than 5.0%, with the increase of tail slags content, calcium ferrite content in the sinter tends to increase, the sinter yield elevates, strength and drum strength both improve. Then all these metallurgical performances tend to decrease, while the mass fraction of tail slags continues to increase. However, the vertical sintering speed and productivity of sintering decrease if the content of tail slags in sintering increases. The reducibility index of sinter and the low temperature reduction degradation index can be improved with the increase of the slag content. And these performances decrease when the mass fraction of tail slags is more than 5.0%. With the increase of tail slags content, the high free flow temperature and soften-melting temperature of sinter make softening temperature intervals expand, and worsen the softening-melting properties of sinter.

magnetic separation tail slags;sintering; fluxes; metallurgical properties

10.11817/j.issn.1672-7207.2017.01.005

X757

A

1672?7207(2017)01?0031?08

2016?01?27；

2016?03?16

重慶市應(yīng)用開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(cstc2014yykfB100007)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(106112015CDJXY130016) (Project(cstc2014yykfB100007) supported by Chongqing Application and Development Project; Project (106112015CDJXY130016) supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities)

任山，博士，從事高爐煉鐵、資源綜合利用和冶金環(huán)保方面研究；E-mail: shan.ren@cqu.edu.cn