一种基于综合烧结粘结指数的铁矿烧结配矿方案评价方法

技术领域

本发明属于高炉炼铁中的烧结技术领域，尤其涉及一种基于综合烧结粘结指数的铁矿烧结配矿方案评价方法。

背景技术

烧结是细粒铁矿入炉前的预处理工序之一，烧结矿质量严重影响高炉生产效率。烧结配矿是控制烧结矿质量的重要手段，通过合理配矿，不仅可以改善烧结矿质量，还可以节本降耗，扩大烧结原料资源范围。

早期的烧结优化配矿主要是通过烧结杯试验来进行的，通过大量试验结果来确定最优的配矿方案，在缺乏研究基础时，烧结试验对探索优化配矿方案具有重要作用，但该方法试验工作量大，周期长，且每次原料变化时均需要进行新的烧结试验。

吴胜利等人通过测定单种铁矿的高温性能，如同化性、液相流动性、黏结相自身强度、铁酸钙生成特性、连晶固结强度等，提出基于铁矿的高温性能进行优化配矿。基于该方法可以了解每一种单矿的烧结性质，为优化配矿提供了方向，在一定程度上减少了配矿的盲目性。

范晓慧等人通过测定单种铁矿的液相生成特性与流动性、液相生成量等参数，结合不同配矿方案烧结杯试验结果，采用支持向量机建立烧结配矿模型，用于预测不同配矿方案的烧结性能，得到优化的配矿方案。该方法存在的主要问题是需要大量的配矿试验数据以保证模型的准确性，并且增加新矿种时还需补加烧结试验结果以更新模型。

烧结的本质是部分铁矿与熔剂反应生成液相，将未熔化的铁矿颗粒粘结包裹，液相凝固后形成具有强度的烧结矿。在实际烧结过程中，液相主要是细颗粒铁矿与熔剂反应生成的，而粗颗粒铁矿大多未熔，被液相粘结，大颗粒与小颗粒铁矿的作用是不一致的。因此，有必要分别考虑他们的烧结性能。

目前的优化配矿技术均未分别考虑铁矿大颗粒与小颗粒在烧结过程中的作用差异。因此，有必要提出一种新的基于细颗粒铁矿粘结能力与粗颗粒铁矿被粘结能力的优化配矿方法，用于指导烧结生产实际。

发明内容

本发明是一种基于综合烧结粘结指数的铁矿烧结配矿方案评价方法，在引入标准粉的情况下，分别测定标准粉粘结指数、大颗粒铁矿的被粘结指以及细粒铁矿的烧结指数，并将上述性质综合在一起考虑，对不同烧结配矿方案的产品性质进行指标化分析，得到更优化的烧结配矿方案。

本发明是一种基于综合烧结粘结指数的铁矿烧结配矿方案评价方法，包括下述步骤：

步骤一

获取第i种单矿中3mm粒级矿粉的粘结指数BI

步骤二

基于烧结配矿方案与测定的单矿的性质计算烧结粘结指数；计算公式为：

式中：CSBI为综合烧结粘结指数；

α

β

所述配矿方案中包括选择n种单矿互配；所述n为大于等于1的正整数；

步骤三优化配矿方案的选择

按照CSBI值大于1且越大越好的原则选择对应的优化配矿方案。

本发明是一种基于综合烧结粘结指数的铁矿烧结配矿方案评价方法，所述步骤一包括下述步骤：

步骤1-1单矿筛分

对第i种单矿进行筛选，筛选出-3mm粒级矿粉与+3mm粒级矿粒，并记录第i种单矿中-3mm颗粒的质量占第i种单矿总质量的百分含量α

步骤1-2单矿配料成型

将第i种单矿的-3mm粒级矿粉与熔剂、水混合均匀，压制成型后干燥，得到第i种单矿-3mm粒级矿粉压坯；用于测定第i种单矿细粒级的粘结指数BI

步骤1-3标准粉配料成型

采用纯试剂配制标准粉并与水混合均匀，压制成型后干燥，得到标准粉块体；标准粉块体用于测定标准粉的粘结指数BI

本发明是一种基于综合烧结粘结指数的铁矿烧结配矿方案评价方法，

测定第i种单矿-3mm矿粉粘结指数BI

BI

在工业上应用时，设定的升温制度和气氛控制制度按照现有烧结工艺的对应参数进行。在本发明技术开发过程中采用如图1所示烧结模拟装置按照烧结升温制度和气氛控制制度(见图2)进行模拟烧结，测定其粘结指数BI

在测定第i种单矿-3mm矿粉粘结指数BI

在工业上应用时，定义需放入刚玉球表面的第i种单矿-3mm粒级矿粉压坯的质量为A；则刚玉容器内放入的刚玉球的质量大于等于10A，优选为10～20A。作为优选，刚玉球的直径为3-5mm。作为进一步的优选，刚玉球的直径为3-3.5mm。

本发明是一种基于综合烧结粘结指数的铁矿烧结配矿方案评价方法，

测定标准粉粘结指数BI

BI

上述标准物是标准标准粉块体加热熔融后所得产物。所用刚玉球的质量大于等于10m

在测定标准粉粘结指数BI

本发明是一种基于综合烧结粘结指数的铁矿烧结配矿方案评价方法，

测定第i种单矿中+3mm矿颗粒被粘结指数CI

CI

在本发明中，测定第i种单矿中+3mm矿颗粒被粘结指数CI

作为优选方案：本发明一种基于综合烧结粘结指数的铁矿烧结配矿方案评价方法，熔剂选自氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、碳酸镁试剂或者工业生产用的消石灰、石灰石、白云石、蛇纹石、菱镁矿中的至少一种；

其配入量为：配入第i种单矿-3mm粒级矿粉质量10～30％的熔剂。

作为优选方案：本发明一种基于综合烧结粘结指数的铁矿烧结配矿方案评价方法，按每10g矿粉配0.8-1.2mL水的比例配入水。即将第i种单矿的-3mm粒级矿粉与熔剂、水混合均匀，压制成型后干燥，得到第i种单矿-3mm粒级矿粉压坯；第i种单矿的-3mm粒级矿粉10g配用0.8-1.2mL水。同理，采用纯试剂配制标准粉并与水混合均匀，压制成型后干燥，得到标准粉块体；即10g标准粉配用0.8-1.2mL水。

作为优选方案：本发明一种基于综合烧结粘结指数的铁矿烧结配矿方案评价方法，成型压力为2-20MPa，试样大小为φ10*5mm圆柱体。

作为优选方案：本发明一种基于综合烧结粘结指数的铁矿烧结配矿方案评价方法，标准粉的成分范围在60～85wt％Fe

作为优选方案：本发明一种基于综合烧结粘结指数的铁矿烧结配矿方案评价方法，在未开展烧结生产或者无法确定其值时可以依据一般铁矿烧结生产要求，将标准粉成分分别设定为72wt％Fe

作为优选方案：本发明一种基于综合烧结粘结指数的铁矿烧结配矿方案评价方法，所采用测试设备包括竖式炉并配套进样导轨和气氛控制系统，样品升降温速率的控制范围为0～30℃/s、优选为0～20℃/s，竖式管炉更利于控制炉内气氛。所述竖式炉内设有竖直的导轨、测温装置、进气系统、样品承载台；所述样品承载台水平设置且与导轨相连；所述导轨与驱动装置相连；在驱动装置的驱动下，实现样品承载台的上升或下降。所述承载台上放置刚玉容器所述刚玉容器内铺设有3mm刚玉球或+3mm的铁矿颗粒。

作为进一步的优选方案：本发明一种基于综合烧结粘结指数的铁矿烧结配矿方案评价方法，需要确定不同熔剂含量下第i种单矿-3mm矿粉的粘结指数BI

γ＝Σα

式中：γ为配矿方案所得混匀料中-3mm的含量；

α

在配矿方案中β

c(CaO)＝R·c(SiO

式中：c(CaO)为不同配矿方案在计算其单矿BI

R为配矿方案中的二元碱度；

c(SiO

作为优选方案：本发明一种基于综合烧结粘结指数的铁矿烧结配矿方案评价方法，可以依据一般铁矿烧结生产要求，将熔剂含量下限与上限设定为c(CaO)

-3mm细粒级中熔剂含量c(CaO)作为烧结成矿环境的一个重要指标，由于不同配矿方案下的-3mm细粒级中熔剂含量c(CaO)不一样，对每一种配矿方案下的c(CaO)都测试其单矿的BI

需要获得配矿方案中不同熔剂含量下，计算第i种单矿-3mm矿粉的粘结指数BI

公式6中的c(CaO)按照公式5计算得到。

需要获得配矿方案中不同熔剂含量下，计算标准粉的粘结指数BI

公式7中的c(CaO)按照公式5计算得到。

在本发明中，标准粉选用两种，一种是72wt％Fe

需要获得配矿方案中不同熔剂含量下，第i种单矿+3mm矿粉的粘结指数CI

式6、7、8中：

BI

BI

CI

BI

BI

CI

式中：CSBI为综合烧结粘结指数；

α

β

公式9中的BI

本发明首次尝试引入标准粉；引入标准粉的目的是为了减少实验工作量和实现本方法在生产实践中的可行性与拓展性。如图3所示：在引入标准粉与刚玉球之前，需要分别考察各不同矿种的-3mm与+3mm部分的相互作用，假设一共有n种矿，在没有引入标准粉的情况下，测定实验数量为n×n，在引入标准粉的情况下，测定实验数量为2n+1，当矿种数超过3时，引入标准粉便具有了实验数量上优势；此外，考虑到部分钢厂的烧结原料种类变化频繁，对新引入矿的烧结粘结性能测定并将其融合进入原体系在烧结配矿中是很重要的，假定新引入m种矿，在没有引入标准粉的情况下，测定实验数量为2n×m+m×m，在引入标准粉的情况下，测定实验数量为2m，实验数量显著下降。

其他同类方法相比，本发明首次考虑了铁矿烧结过程中大颗粒与细粒的作用不一样，分别测定其烧结性能并将所测结果综合在一起，用计算得到的烧结粘结指数可用于评估配矿方案的优劣性，用于指导优化配矿过程。

附图说明

图1为有无粘附粉时实验数量的对比

图2为测试设备示意图；

图3为测试过程升温和气氛制度；

图4为本发明计算得到的烧结粘结指数与烧结杯试验结果的对比。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他

实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明利用竖式管炉并配套进样导轨和气氛控制系统、电子天平和转鼓筛分系统实现铁矿石液相粘结效果测定，竖式管炉并配套进样导轨和气氛控制系统包括竖式管炉、气氛控制系统、进气管、进样导轨、导轨电机、测温热电偶、温度-进样控制系统，刚玉容器盛满刚玉球或+3mm铁矿颗粒、待测样品放在铺平的刚玉球或+3mm铁矿颗粒上，测试时随样品一起进炉模拟烧结。

一种基于综合烧结粘结指数的铁矿烧结配矿方案评价方法，其测定过程包括如下步骤：

单矿筛分：筛选出第i种单矿-3mm粒级矿粉与+3mm粒级矿粒，并记录-3mm部分含量α

单矿配料成型：将第i种单矿种-3mm粒级矿粉与熔剂、水混合均匀，压制成型后干燥备用；将-0.5mm部分矿粉与氢氧化钙熔剂、水混合均匀，熔剂加入量为15与20wt.％，水加入8wt.％，压制成型后干燥(压制条件：压力为10MPa，保压1min，团块尺寸为

标准粉配料成型：采用纯试剂配制成分为77wt％Fe

试样称重：将干燥好的单矿团块称重，第i种单矿团块重记为m

将第i种单矿-3mm粒级样品替换为标准粉样品，其余步骤和测定第i种单矿-3mm矿粉粘结指数BI

在刚玉容器内铺满第i种单矿+3mm矿颗粒，将质量为m

模拟烧结：采用竖式气氛控制炉配套进样导轨按照烧结升温制度和气氛控制制度(如图2所示：即升温制度：在30S内升温至100℃，在60S内由100℃升温至700℃，在30s内由700℃升温至1000℃，在60S内由1000℃升温至1200℃、在60S内由1200℃升温至1300℃。气氛制度：在1000℃以下，采用10v％O

测定第i种单矿-3mm矿粉粘结指数BI

BI

在测定第i种单矿-3mm矿粉粘结指数BI

测定标准粉粘结指数BI

BI

上述标准物是标准标准粉块体加热熔融后所得产物。

在测定标准粉粘结指数BI

测定第i种单矿中+3mm矿颗粒被粘结指数CI

CI

根据不同配矿方案的-3mm细粒级含量γ与CaO含量不一样，其计算见下式：

γ＝∑α

式中：γ为混匀料中-3mm的含量；即配矿方案中-3mm颗粒的质量百分含量；

α

β

c(CaO)＝R·c(SiO

R为配矿方案的二元碱度(R＝c(CaO)/c(SiO

c(SiO

式中：BI

BI

CI

BI

BI

CI

式中：CSBI为综合烧结粘结指数；

α

β

配矿方案的综合烧结粘结指数CSBI大于1是烧结能正常进行的前提，CSBI越大，烧结粘结效果越好，烧结产品强度越好。

以下结合具体实施例对本发明作详细说明。

本实施例中采用纯试剂配制成分为77wt％Fe

2wt％Al

实施例1

按照上述步骤，分别筛分并测定9种铁矿的粘结指数BI和被粘结指数CI，计算了20个不同配矿方案的烧结粘结指数，选出优化的配矿方案。并将计算结果与上述配矿方案烧结杯试验结果进行验证。

图2为本次实验采用的升温制度和气氛条件。单矿的粒度组成、粘结指数BI和被粘结指数CI如表1所示，配矿方案详见表2，不同配矿方案的计算结果如表3所示。

表1单矿的粒度组成、-3mm粒级部分的粘结指数BI

表2烧结配矿方案

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按照公式(4)可以计算出不同配矿方案的-3mm细粒级含量γ，根据公式(5)可以计算出不同配矿方案中的c(CaO)；然后按照公式(6～8)可以计算出不同配矿方案下各种单矿-3mm、标准的粘结指数与各单矿+3mm的被粘结指数BI

表3不同配矿方案的计算结果

由上述结果可知，配矿方案S1、S4、S5、S6、S15的综合烧结粘结指数CSBI较高，可以作为优选配矿方案。

采用烧结杯试验的方法对上述20种配矿方案的烧结质量进行验证，其转鼓强度结果如表4所示：

表4不同配矿方案的烧结杯试验结果

将烧结杯试验产品的转鼓强度指数TI与综合烧结粘结指数CSBI进行关系分析，如图3所示，二者呈现出良好的相关性。并且上述优选的配矿方案S1、S4、S5、S6、S15的转鼓强度均达到了63.5％以上。

相比于传统的烧结杯试验，本方法在测定完单矿的烧结性能后便可计算得到不同配矿方案的综合烧结粘结指数CSBI，得到优选的配矿方案，优选的方案与烧结杯试验结果一致。但本方法与工程量浩大的烧结杯试验相比更加方便快捷，测定上述9种单矿的烧结性质仅需要2个工作日·人，而完成一组烧结杯试验需要2个工作日·人，在实施例中，其效率相差20倍，此外，本方法还可以进行更大规模的配矿优选。

上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。