褐鐵礦的應用現(xiàn)狀及承鋼的實驗室研究

1、引言

面對21世紀鋼鐵市場的激烈競爭，鋼鐵企業(yè)要想提高競爭力，單靠提高燒結(jié)礦品位難度較大。在燒結(jié)生產(chǎn)過程中，原料成本占燒結(jié)礦總成本的80%，冶金工作者們開始研究多配加褐鐵礦和廉價鐵礦石的燒結(jié)技術(shù)和生產(chǎn)工藝，大幅度降低燒結(jié)礦成本，從而達到進一步降低生鐵成本的目的。

世界鐵礦的主要供應地巴西南部礦區(qū)鐵英巖礦物在增加，澳大利亞低磷的布魯克曼礦在減少，高磷化、針鐵礦化不可避免，豆狀褐鐵礦開采量在迅增加。因此，研究增加使用豆狀褐鐵礦勢在必行。

開發(fā)利用低成本的燒結(jié)原料也是鋼鐵工業(yè)目前解決資源危機的一條有效出路。目前褐鐵礦生產(chǎn)主要有澳大利亞BHP揚迪礦、HI揚迪礦和羅布河礦，西澳的庫里雅諾賓和印度西海巖果阿地區(qū)的許多礦也屬于褐鐵礦類礦石，高品位褐鐵礦有馬薩杰粗粉等。中國廣東的大寶山礦和烏石礦也屬于褐鐵礦。

2、褐鐵礦石

褐鐵礦是含結(jié)晶水的三氧化二鐵，無磁性，它可由其它欠缺礦石風化形成，化學式常用mFe2O3.nH2O來表示。按結(jié)晶水含量多少，褐鐵礦的理論含鐵量可從55.2%增加到66.1%，其中大部分含鐵礦物以2Fe2O3.3H2O形式存在。這種礦的脈石常為礦質(zhì)粘土，國內(nèi)有些礦石中SiO2，Al2O3及S，P，As等有害雜質(zhì)含量較高。褐鐵礦一般粒度較粗，疏松多孔、還原性好，融化溫度低，易同化，堆比重小。

褐鐵礦用于燒結(jié)一般影響成品率和臺時產(chǎn)量，粉焦單耗上升，高配比時使TI，RDI變差，因而限制了褐鐵礦在鋼鐵企業(yè)燒結(jié)生產(chǎn)上的推廣應用。

3、國內(nèi)外配加褐鐵礦生產(chǎn)燒結(jié)礦的研究和生產(chǎn)現(xiàn)狀

目前，高配比褐鐵礦的生產(chǎn)研究主要在澳洲、日本、法國、韓國、中國等國家?，F(xiàn)研究開發(fā)的豆狀褐鐵礦燒結(jié)工藝，已經(jīng)搞清楚了在生產(chǎn)中大量使用豆狀褐鐵礦技術(shù)的基本原理。研究表明，雖然高配比褐鐵礦生產(chǎn)高品位燒結(jié)礦的成礦機理與普通燒結(jié)礦不同，但這項新技術(shù)仍然可以獲得良好的生產(chǎn)和經(jīng)濟效益。

日本新日鐵還開發(fā)應用了SHS工藝即豆狀褐鐵礦自身致密化和高熔點液相燒結(jié)工藝。目前，褐鐵礦已經(jīng)在澳大利亞BHP鋼鐵公司、日本新日欠缺、日本住友金屬小倉鋼鐵廠、韓國浦項鋼鐵公司光陽廠等企業(yè)使用，日本各大鋼廠和韓國浦項的褐鐵礦配比普遍在30%以上，高的達40%~45%，甚至50%。中國中南工業(yè)大學曾對褐鐵礦燒結(jié)進行過詳細研究，認為適當調(diào)節(jié)褐鐵礦燒結(jié)的工藝制度，也可以用褐鐵礦生產(chǎn)出針狀鐵酸鈣為主的優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦。

目前，中國在燒結(jié)中應用褐鐵礦的企業(yè)有寶鋼、韶關(guān)鋼鐵廠、湘漂鋼鐵公司、濟南鋼鐵公司、山東張店鋼鐵總廠、江陰興澄特鋼公司煉鐵分廠等，其中以寶鋼為代表。寶鋼20世紀90年代初開始研究褐鐵礦，通過多年的工業(yè)試驗，大幅度地提高了羅布河礦和揚迪礦的配比，達35%左右。生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示，燒結(jié)生產(chǎn)正常、燒結(jié)礦質(zhì)量可以滿足高爐的要求，而且在燒結(jié)配礦上取得了良好的經(jīng)濟效益。目前，寶鋼已經(jīng)基本弄清了幾種主要褐鐵礦的特性，逐步掌握了一些工業(yè)生產(chǎn)上的技術(shù)對策，如水、碳的調(diào)節(jié)，機速、料層的調(diào)整，礦石品種、粒度的搭配，粉焦、熔劑粒度的改變，燒結(jié)熱量的補充等等，在技術(shù)上為增加褐鐵礦使用比例創(chuàng)造了條件。

4、燒結(jié)機理研究的進展

對于高配比褐鐵礦燒結(jié)機理的探討，澳洲和日本的研究可以作為代表。揚迪礦是唯一的低鋁褐鐵礦，出產(chǎn)的鐵礦石最大粒徑約為9.5mm，超細粉末含量低。澳洲的研究者用水銀孔率計測定了揚迪礦的孔隙度，證明揚迪礦中含有大量極細孔，孔徑約0.01mm。水極易從表面進入氣孔，不利于礦粒間的粘結(jié)?；旌狭现谐噼F礦褐揚迪礦取代時，若總水分保持不變，將會使成球性變差。揚迪礦含有約9.5%的結(jié)晶水，大多數(shù)揚迪礦中的結(jié)晶水在200~500℃之間就除去了。結(jié)晶水脫離時伴隨著大量的微結(jié)構(gòu)變化，很明顯可看到煅燒后形成了很大的裂縫。煅燒后有高氣孔率的礦粒極易被同化，熔融液極易進入煅燒后的揚迪礦顆粒，與赤鐵礦相比同化速度快。

日本鋼鐵公司煉鐵工藝及煉鐵技術(shù)研究所的肥田行博等人認為，褐鐵礦石中的針鐵礦由于結(jié)合水分解而產(chǎn)生許多大裂縫。在1200°左右，以鐵酸鈣體系為主的液相開始形成，很快通過裂縫包括原有的大孔和水分解產(chǎn)生的細孔，滲入豆狀褐鐵礦顆粒中，高速同化這些礦粒。此外，由于在豆狀褐鐵礦脈石礦物中含有較多粘土礦物，這使液相粘度增加并在其中包裹著大量氣體。結(jié)果由于許多大孔的形成，使得起著粘結(jié)礦粒作用的同化部分脆化。這是燒結(jié)礦強度和成品率降低的主要原因。如此快速的同化，封閉了燒結(jié)料層液相帶的空隙，降低了料層透氣性，這使利用系數(shù)的降低較之成品率更嚴重。料層孔隙的封閉，加劇了燒結(jié)料層中焦粉燃燒形成的橫向不均勻性，這也造成了成品率下降。

肥田行博等人認為，豆狀褐鐵礦在加熱到1300℃或更高時，由于礦內(nèi)針鐵礦的再結(jié)晶而致密化，這是此礦的特性。如果豆狀褐鐵礦在與液相接觸之前得到致密，則上述的脆化結(jié)構(gòu)就可避免形成，從而獲得高強度燒結(jié)礦，保持并提高燒結(jié)生產(chǎn)率。新日鐵的SHS工藝是將褐鐵礦和細粒蛇紋石及少量的細粒級焦粉在圓盤造粒機中制粒，由于包裹粗粒褐鐵礦的粘附粉熔點較高，使液相形成在豆狀褐鐵礦顆粒致密化之后，這就是所謂豆狀褐鐵礦自身致密化和高熔點液相燒結(jié)工藝（簡稱SHS）。

北京鋼鐵研究總院潘寶巨等人采用遷安精礦粉配加羅布河礦粉，進行了燒結(jié)誣研究。研究結(jié)果表明，遷安鐵精礦配加羅布河礦粉后（配比低于20%），利用系數(shù)、還原度、轉(zhuǎn)鼓強度和固體燃耗等指標水平都有所提高，RDI指標水平降低。

5、承鋼配加褐鐵礦燒結(jié)的實驗室研究

承鋼技術(shù)中心工藝實驗室于2004年5月使用某進口褐鐵礦，做了一些初步的燒結(jié)杯試驗，褐鐵礦的化學成分和粒度組成如表1、2所示。

試驗的主要工藝條件：料層厚度為350mm，燒結(jié)負壓力9000Pa，堿度1.8~2.2，點火時間1.5min。普通精粉配加褐鐵礦的配料方案及結(jié)果見表3、表4。

初步試驗表明，普通精粉配加11.9%和23.8%的褐鐵礦時，成品率、利用系數(shù)、轉(zhuǎn)鼓強度都有所提高，但配加11.9%時最好。其燒結(jié)礦化學成分見表5。

釩精粉配加褐鐵礦的配料方案及試驗結(jié)果見表6、表7。初步試驗表明，釩精粉配加11.5%褐欠缺礦時，雖然轉(zhuǎn)鼓強度有所提高，由于垂直燒結(jié)速度降低，利用系數(shù)降低較大。其燒結(jié)礦化學成分見表8。

6、褐鐵礦用于燒結(jié)生產(chǎn)的展

寶鋼等企業(yè)使用褐鐵礦積累了許多成功經(jīng)驗，寶鋼認為，高配比褐鐵礦時要適當增加場料堆灑水。采取提高粉焦粒度、增加混合料添加水改善造球等措施，改善料層透氣性，使“傳熱速度與燃燒速度同步”同步，從而改善了褐鐵礦燒結(jié)時燒結(jié)機下層的生料現(xiàn)象。褐鐵礦燒結(jié)仍然需要有足夠的鐵酸鈣粘結(jié)相，因而燒結(jié)礦堿度需維持在1.8以上。由于褐鐵礦結(jié)晶水的緣故，需采用高供熱強度點火。另外，寶鋼生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，隨著褐鐵礦配比增加，固體燃料沒有增加，認為褐鐵礦好的同化性，易熔性可以抵消大部分結(jié)晶水的影響。

濟鋼于2003年進行了高配比褐鐵礦生產(chǎn)高品位燒結(jié)礦的研究，濟鋼生鐵年產(chǎn)量278萬t，由于原料費用大幅度降低，濟鋼預計年綜合經(jīng)濟效益1254萬元。

綜上所述，配加部分褐鐵礦取代自產(chǎn)精粉是各鋼鐵企業(yè)深度的一種降成本、提高競爭力的途徑。承鋼自產(chǎn)鐵礦資源有限，因而很有必要對這種廉價褐鐵礦的各種性能進行更深入研究，并提出合理的應用方案。尤其應根據(jù)承鋼“小球燒結(jié)”工藝及釩鈦精粉原料的實際情況，重點研究其所含結(jié)晶水在燒結(jié)過程中的作用機理，對透氣性、生產(chǎn)率及燃耗指標的影響，并提出解決辦法。

按照燒結(jié)配加15%褐鐵礦、生鐵年產(chǎn)300萬t計算，承鋼可年創(chuàng)效益超2000萬元。2005年承鋼將進行配加褐鐵礦的工業(yè)試驗，摸索褐鐵礦燒結(jié)的工藝制度。

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