李 建 1 ，毛曉明 1 ，朱德慶 2
( 1． 寶山鋼鐵股份有限公司 研究院，上海 201900; 2． 中南大學(xué) 資源加工與生物工程學(xué)院，湖南 長沙 410083)
摘 要: 影響燒結(jié)礦還原性和低溫還原粉化的原因眾多，單一的影響因素已由眾多研究者得出了定量的結(jié)論，但多因素交互后的綜合影響研究開展較少。本文通過配礦及工藝參數(shù)的調(diào)整，得到堿度、MgO 含量、FeO 含量差異較大的燒結(jié)礦，并對其進行還原性和低溫還原粉化檢測。在此基礎(chǔ)上，采用 MINITAB 分析軟件對所得數(shù)據(jù)進行處理，得到了影響八鋼燒結(jié)礦還原性和低溫還原粉化指標的回歸方程。該回歸方程的提出對八鋼燒結(jié)生產(chǎn)有重要的指導(dǎo)意義，燒結(jié)廠可以根據(jù)煉鐵的需要，通過調(diào)整配礦結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)，得到還原性能合理的燒結(jié)礦，供高爐和歐冶爐使用。
關(guān)鍵詞: 燒結(jié); 八鋼; 燒結(jié)礦; 還原性; 還原粉化; MINITAB
1 前 言
燒結(jié)礦作為高爐最主要的含鐵爐料，其還原性能對高爐操作和消耗均有重要影響。燒結(jié)礦的還原性能通常包括還原性和低溫還原粉化。影響礦石還原性的主要因素包括: 粒度、氣孔率、礦物組成及結(jié)構(gòu)、脈石成分等。影響鐵礦石低溫還原粉化性能的因素有礦石的種類、粒度、氣孔率、Fe2O3 的結(jié)晶形態(tài)、堿度、脈石成分及礦石中雜質(zhì)元素的含量。
由于燒結(jié)礦的還原性能對高爐操作具有重要影響，因此眾多研究者［1 ～12］對燒結(jié)礦還原性能的影響因素進行了研究和分析。
攀鋼蔣大軍［2，3］研究表明，燒結(jié)礦中 MgO 含量由2．5%提高至 2． 7%，礦相結(jié)構(gòu)與礦物組成改善，轉(zhuǎn)鼓強度提高 0． 10% 左右，低溫還原粉化率RDI －3．15 mm 由66．03%降低到64．33%，但還原度由84．46%下降到84．3%。燒結(jié)礦堿度 2． 5 時，轉(zhuǎn)鼓強度、利用系數(shù)、成品率隨 FeO 的上升而提高，F(xiàn)eO達一定值后指標亦達最大值，具有典型的二次曲線特性; 隨 FeO 的上升，還原性變差，低溫還原粉化率改善。w( FeO) 控制在7. 24% ～8．44%，可兼顧質(zhì)量、能耗、冶金性能等各種指標在最佳范圍。馬鋼鋼研所陳道棟［4］ 等針對馬鋼凹精燒結(jié)礦開展堿度( 0．8 ～3． 4) 影響研究。其結(jié)果表明，隨著堿度升高，F(xiàn)eO 降低，還原性提高，低溫還原粉化指標出現(xiàn)峰值，堿度 2. 0 左右指標最佳。河北理工大學(xué)韓秀麗［5］ 等研究表明，司家營燒結(jié)礦堿度從1．7 增加到1．9 時，燒結(jié)礦顯微結(jié)構(gòu)由斑狀—粒狀結(jié)構(gòu)過渡到交織熔蝕結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)和還原性升高，低溫還原粉化性能得到改善。
河北聯(lián)合大學(xué)高艷甲［6］ 等研究了不同堿度燒結(jié)礦冶金性能。其結(jié)果表明，酸性燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強度高于高堿度燒結(jié)礦約3%，但其還原性指數(shù)低于高堿度燒結(jié)礦約20%。
此外，北京科技大學(xué)許滿興［7］ 研究了燒結(jié)礦冶金性能對其質(zhì)量和高爐主要操作指標的影響。
認為高堿度燒結(jié)礦還原性值應(yīng)高于80%。某廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，燒結(jié)礦的 RDI －3．15 mm 增加 10%，將影響高爐產(chǎn)量 3% 以上，使燃料比上升 1． 5%; 寶鋼股份中央研究院李建［8］ 、北京科技大學(xué)吳勝利［9］對比了球團、燒結(jié)礦和塊礦在含氫煤氣下的低溫還原粉化行為，認為不同鐵礦石種類對低溫還原粉化指標影響顯著，進而造成爐內(nèi)壓差等不同。
可見，對配礦結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定的燒結(jié)廠而言，影響燒結(jié)礦還原性的主要因素包括堿度、MgO 含量、FeO 含量。
寶鋼 COREX 遷建八鋼后，更名為歐冶爐，因球團資源緊缺，燒結(jié)產(chǎn)能富余，公司提出使用燒結(jié)礦的要求。根據(jù)以往的生產(chǎn)經(jīng)驗，因熔融還原爐煤氣還原氣濃度高、且含有一定量的粉塵，故對爐料的低溫還原粉化和還原性指標非常敏感，粉化嚴重將導(dǎo)致豎爐壓差高、順行困難，嚴重影響生產(chǎn)順行。八鋼常規(guī)燒結(jié)礦在高濃度富氫煤氣氣氛下，低溫還原粉化嚴重，按 COREX 用礦標準，配入比例≤15%，故根據(jù)八鋼的原料條件，開展了影響八鋼燒結(jié)礦還原性的多因素實驗，并進行了量化的回歸分析。
2 燒結(jié)礦冶金性能影響實驗
為解決燒結(jié)礦在含氫煤氣中低溫還原粉化指標差的難題，筆者開展了燒結(jié)礦堿度、MgO、FeO 含量對燒結(jié)礦還原性能影響研究。燒結(jié)所用的原料全部取自八鋼，采用直徑150 mm 燒結(jié)杯全精礦燒結(jié)后，成品燒結(jié)礦進行還原性和低溫還原粉化試驗。還原性采用 GB/T13241 －91，低溫還原粉化采用如下條件，還原溫度 550 ℃，還原時間 30min，還原氣成分 CO/H2 /CO2 為35/15/50。堿度、MgO、FeO 含量對燒結(jié)礦還原性的影響如表 1 所示。
由表 1 的研究結(jié)果表明，堿度、MgO 和 FeO對燒結(jié)礦還原性均有影響，有必要進一步對其進行數(shù)值量化，得出具有規(guī)律性的結(jié)果。
3 數(shù)據(jù)分析
由于涉及多因素分析，因此采用 MINITAB軟件對數(shù)據(jù)進行分析。該軟件 1972 年誕生于美國賓 夕 法 尼 亞 大 學(xué) 統(tǒng) 計 系，至 今 已 發(fā) 展 到MINITAB16，是一個全方位的統(tǒng)計軟件包，被譽為“非統(tǒng)計學(xué)者的統(tǒng)計軟件”。
以表 1 中數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，還原性為響應(yīng)量，堿度、MgO、FeO 為變量進行多元回歸分析，初步分析結(jié)果如圖 1 所示。
由圖 1 分析可得出以下幾點:
( 1) 回歸方程總的顯著性檢驗結(jié)果，由于 P值 =0 ＜ α = 0． 05，說明在顯著性水平 α = 0． 05下，線性回歸方程總效果顯著。
( 2) 回歸模型顯著性的度量指標，R － Sq =87． 7%，Ｒ － Sq( 調(diào)整) = 85． 1% 來看，二者很接近，模型還可以。S =2． 90525，比較小，可接受。
( 3) 各個回歸系數(shù)進行顯著性檢驗，堿度、MgO 的 P 值都小于 α =0． 05，故這兩個因子均為顯著性因子; 自變量 FeO 的 P 值 = 0． 357 ＞ α =0． 05，效應(yīng)不顯著，同時在平方和來源中也說明了自變量“FeO”的平方和是 7． 67，在整個平方和中所占比例非常小。所以，提示修正模型時，應(yīng)刪除自變量“FeO”。
( 4) 進行殘差分析。四合一殘差圖中( 見圖2) ，殘差與數(shù)據(jù)順序圖( 圖 2 右下角) 正常，殘差對于觀測值順序隨機分布著; 殘差與擬合值( 圖2 右上角) 圖，未看見喇叭口形狀分布，圖正常，表明線性模型可以接受。殘差的正態(tài)概率圖( 圖2 左上角) 正常，數(shù)據(jù)點基本在一條直線上，可認為殘差服從正態(tài)分布; 同時，殘差的直方圖也顯示了殘差的正態(tài)性。
基于初步分析結(jié)果，對模型進行優(yōu)化，刪除影響不是很顯著的 FeO，得到的結(jié)果如圖3 所示。
通過多元回歸分析表明，影響八鋼燒結(jié)礦還原性最主要的因素為燒結(jié)礦堿度和 MgO 含量，得到的回歸方程為:
RI =82．7 +14．5 B2 －10．1 MgO
采用同樣的方法對影響八鋼燒結(jié)礦低溫還原粉化的因素進行分析，其結(jié)果如圖 4 與圖 5 所示。發(fā)現(xiàn)，堿度、MgO 含量對燒結(jié)礦低溫還原粉化有顯著影響，回歸方程為:
RDI +3．15 =41．3 +7．33 B2 +13．2 MgO
4 實際應(yīng)用
根據(jù)歐冶爐已有的生產(chǎn)實踐，當爐料的RDI +3．15 mm ＞90%時，豎爐壓差平穩(wěn)，可大比例使用。根據(jù)回歸方程可知，當燒結(jié)礦堿度和 MgO均大于 2． 38 時，RDI +3．15 mm 為 90． 16%。八鋼燒結(jié)廠生產(chǎn)高堿度高鎂燒結(jié)礦供歐冶爐使用，最高使用比例達到 50%，豎爐壓差平穩(wěn)，生產(chǎn)順利。
由于燒結(jié)加工費用僅為球團的一半左右，此舉不僅解決了球團資源不足的難題，拓寬了熔融還原爐用礦范圍，也大大降低了歐冶爐的配礦成本。
5 結(jié) 論
在實驗室研究的基礎(chǔ)上，使用分析統(tǒng)計軟件，分析了八鋼燒結(jié)礦還原性能的主要影響因素，其結(jié)果如下:
( 1) 影響八鋼燒結(jié)礦還原性最主要的因素為堿度和 MgO 含量，其回歸方程為:
RI =82．7 +14．5 B2 －10．1 MgO
即燒結(jié)礦二元堿度提高 0．1，燒結(jié)礦還原性提高 1． 45%; 燒結(jié)礦氧化鎂提高 0． 1，燒結(jié)礦還原性降低 1． 01%。
( 2) 影響八鋼燒結(jié)礦低溫還原粉化最主要的因素為堿度和 MgO 含量，其回歸方程為:
RDI +3 15 =41．3 +7．33 B2 +13．2 MgO
即燒結(jié)礦二元堿度每提高 0． 1，RDI +3． 15 提高0． 73%; 燒結(jié)礦氧化鎂提高 0． 1，燒結(jié)礦 RDI +3．15提高 1． 32%。
八鋼依據(jù)實驗結(jié)果和回歸方程，生產(chǎn)歐冶爐專用燒結(jié)礦，配比達到 50%，大幅度降低了其配礦成本，對增加熔融還原爐的經(jīng)濟競爭力具有重要意義。
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