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焙烧气氛对内配碳赤铁矿球团焙烧行为的影响

来源期刊:中南大学学报(自然科学版)2009年第4期

论文作者:姜 涛 何国强 李晓芹 唐兆坤 李光辉

文章页码:851 - 856

关键词:赤铁矿;内配碳;氧化球团;焙烧

Key words:hematite; carbon-burdened; oxidized pellet; roasting

摘    要:模拟氧化球团生产工艺,研究焙烧气氛对内配碳赤铁矿氧化球团强度的影响,并结合矿相显微结构和FeO含量的变化规律分析,揭示内配碳赤铁矿球团在不同氧含量下的焙烧行为和固结规律。研究结果表明:内配碳赤铁矿氧化球团在接近空气配比(氧含量约20%,体积分数)的氧化性气氛中焙烧强度最大,氧含量过高或过低都会影响Fe2O3的再结晶,使球团强度降低;在氧化性气氛中焙烧含碳赤铁矿球团时,原生赤铁矿先还原为磁铁矿,磁铁矿再氧化成活性较高的次生赤铁矿,提高了赤铁矿焙烧固结性能和球团强度。

Abstract: By simulating pelletizing process in lab, the effects of atmosphere on the strength of pellet prepared with hematite concentrate with carbon-burdened were studied, and the roasting behaviors and induration mechanisms under different oxygen partial pressures were revealed by analyzing mineralogical microstructure and FeO content. The results show that the perfect strength can be obtained under oxygen partial pressure about 20% O2, overhigh or low oxygen partial pressure is unfavorable for recrystallization of Fe2O3, which causes a decrease of pellet strength. The original hematite will be transformed into magnetite on reduction firstly when carbon-burdened hematite pellet is roasted in oxidizing atmosphere, and then the magnetite will be oxidized to secondary hematite, which is more active than original hematite, therefore, the induration strength of pellet is able to be enhanced.

基金信息:国家杰出青年科学基金资助项目



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焙烧气氛对内配碳赤铁矿球团焙烧行为的影响

姜  涛,何国强,李晓芹,唐兆坤, 李光辉

(中南大学 资源加工与生物工程学院,湖南 长沙,410083)

摘  要:模拟氧化球团生产工艺,研究焙烧气氛对内配碳赤铁矿氧化球团强度的影响,并结合矿相显微结构和FeO含量的变化规律分析,揭示内配碳赤铁矿球团在不同氧含量下的焙烧行为和固结规律。研究结果表明:内配碳赤铁矿氧化球团在接近空气配比(氧含量约20%,体积分数)的氧化性气氛中焙烧强度最大,氧含量过高或过低都会影响Fe2O3的再结晶,使球团强度降低;在氧化性气氛中焙烧含碳赤铁矿球团时,原生赤铁矿先还原为磁铁矿,磁铁矿再氧化成活性较高的次生赤铁矿,提高了赤铁矿焙烧固结性能和球团强度。

关键词:赤铁矿;内配碳;氧化球团;焙烧

中图分类号:TF4          文献标识码:A         文章编号:1672-7207(2009)04-0851-06

Effects of atmosphere on roasting behaviors of

carbon-burdened hematite pellets

JIANG Tao, HE Guo-qiang, LI Xiao-qin, TANG Zhao-kun, LI Guang-hui

(School of Minerals Processing and Bioengineering, Central South University, Changsha 410083, China)

Abstract: By simulating pelletizing process in lab, the effects of atmosphere on the strength of pellet prepared with hematite concentrate with carbon-burdened were studied, and the roasting behaviors and induration mechanisms under different oxygen partial pressures were revealed by analyzing mineralogical microstructure and FeO content. The results show that the perfect strength can be obtained under oxygen partial pressure about 20% O2, overhigh or low oxygen partial pressure is unfavorable for recrystallization of Fe2O3, which causes a decrease of pellet strength. The original hematite will be transformed into magnetite on reduction firstly when carbon-burdened hematite pellet is roasted in oxidizing atmosphere, and then the magnetite will be oxidized to secondary hematite, which is more active than original hematite, therefore, the induration strength of pellet is able to be enhanced.

Key words: hematite; carbon-burdened; oxidized pellet; roasting

                    


酸性氧化球团矿是优质的高炉炼铁炉料。我国以前生产氧化球团的原料主要为磁铁精矿,但是,随着钢铁工业的快速发展,我国磁铁矿资源正面临日益短缺的局面,远远满足不了球团生产的需求,采用进口赤铁精矿生产球团矿将成为一种趋势[1-4]。进口赤铁矿如巴西赤铁矿,资源丰富,含铁品位高,SiO2等脉石含量低,且粒度较低,是生产球团矿的好原料。然而,赤铁矿球团固结温度较高(1 300~1 350 ℃),焙烧区间范围窄,能量消耗高[5],解决赤铁矿球团的焙烧问题势在必行。目前,国内球团厂主要通过配加磁铁精矿来解决,并且取得了一定的效果,但并未解决原料紧缺的问题[6-8]。因此,必须寻求另一种更有效的措施。早在20世纪70年代,国外在球团混合料中添加固体燃料,发现球团矿原料中添加0.8%~0.9%固体燃料,可以代替燃油34%~35%,总燃耗降低11.9%~l8.7%,同时,提高球团矿的成品率和生产率,改善球团矿的质量和冶金性能[9-10]。我国在过去近20年内,对含碳球团也开展了一些研究,但其主要目的是制备非高炉炼铁的还原球团,而对高炉炼铁用内配碳氧化球团研究较少。随着现代高炉炼铁的发展,内配碳球团矿的生产受到了广泛重视[11-19]。目前,国外内配碳球团矿主要应用于带式焙烧机工艺,而国内球团工业的发展均以链篦机—回转窑工艺为主。针对链篦机—回转窑生产工艺,研究以赤铁矿为原料,内配碳制备氧化球团的基础与技术具有重要的现实意义。在此,本文作者通过在实验室模拟链篦机—回转窑工艺,以纯赤铁矿为原料配加一定比例无烟煤生产氧化球团,研究焙烧气氛对内配碳赤铁矿球团焙烧强度的影响,结合矿相显微结构和FeO含量的变化规律,揭示内配碳赤铁矿球团在不同氧含量下的焙烧行为和固结规律,以便为解决赤铁矿球团焙烧困难的问题提供依据。

1  原料性能及实验方法

1.1  原料性能

研究所用的原料有:赤铁精矿、无烟煤和膨润土,其各自的化学成分、粒度组成和主要物化性能见表1~4。可见,巴西赤铁矿精矿铁品位较高,脉石成分主要为SiO2,杂质含量较少;粒度小于0.074 mm的赤铁精矿含量为92.21%,但比表面积仅为638.1 cm2/g,成球性能较差,不利于造球。因此,对赤铁精矿进行高压辊磨预处理,磨后的比表面积达1 629.5 cm2/g。无烟煤采用球磨的方法使其比表面积达6 599 cm2/g,工业分析中,固定碳含量为77.6%,挥发份含量为6.48%。

表1  原料的化学成分

                                 Table 1  Chemical composition of materials                           w/%

表2  赤铁精矿和无烟煤的粒度组成

Table 2  Size distribution of hematite concentrate and anthracite

表3  膨润土的物理性能

Table 3  Physical properties of bentonite

1.2  试验方法

1.2.1  造球和干燥

根据选定的配料量准确称取,配入1.25%膨润土和1.0%无烟煤,通过人工混匀;混合料在圆盘造球机中造球,造球机主要技术参数如下:直径为1 m,边高为200 mm,转速为28 r/min,倾角为45?;选取直径为9~15 mm的合格生球在温度为(105±5) ℃的烘箱中干燥2 h制成干球。

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