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包头特殊矿原料性质及合理炉料结构研究
一、引言:包头特殊矿冶炼的核心挑战与研究价值
(一)白云鄂博矿的战略地位与矿物特性
白云鄂博矿,这座屹立于内蒙古草原的矿产宝库,是世界罕见的铁、稀土、铌等多元素共生的复合矿床,其战略意义非凡。自1927年被地质学家丁道衡发现以来,它一直是我国矿产资源领域的一颗璀璨明珠,蕴含着71种元素和200多种矿物,稀土储量更是占到全国的九成、全球的四成,堪称“稀土之乡”。
但白云鄂博矿的矿物特性也带来了诸多冶炼难题。其矿物组成极为复杂,铁精矿中含有较高的氟及碱金属。在高炉冶炼过程中,这些特殊成分会引发一系列严重问题,“三口一瘤”便是最为突出的困扰。含氟矿石对风口、渣口、铁口具有强烈的侵蚀作用,导致这些关键部位损坏频繁;而矿石中的碱金属则会促使高炉内部结瘤,极大地影响了高炉的顺行和使用寿命。据包钢的生产记录,在早期一号高炉投产不久,风口在8个月内累计损坏高达1700多个,严重阻碍了正常的出铁作业。
(二)研究目标与技术路径
面对白云鄂博矿冶炼的重重困境,本研究将目标锁定在“提效、降焦、稳顺”上,旨在全面提升高炉冶炼的效率和质量。通过深入解析MgO对烧结矿性能的影响规律,探寻适合含氟含碱金属矿的炉料结构优化方案,成为突破困境的关键技术路径。
在研究MgO对烧结矿性能的影响时,将从多个维度展开。包括对烧结矿常温强度、软熔性能、抗低温还原粉化性能以及还原性等方面的细致研究,分析MgO含量变化与这些性能指标之间的内在联系。例如,已有研究表明,MgO的加入会使烧结矿软熔性能、抗低温还原粉化性能改善,但还原性会变差。同时,还将考虑MgO与其他添加剂之间的交互作用,如MgO与B?O?在烧结混合料中的相互影响,以更全面地把握烧结矿性能的变化机制。
在炉料结构优化方面,将综合考虑原料特性、设备能力和工艺流程等多方面因素。通过数值模拟技术,对不同炉料结构在高炉内的反应过程进行模拟,预测其对高炉顺行、焦比和生铁产量等指标的影响。结合实际生产实验,对优化后的炉料结构进行验证和调整,确保其在实际生产中的可行性和有效性。
二、包头特殊矿原料性质剖析
(一)矿物组成与化学特性
1.多元素共生特征
包头特殊矿,主要来源于白云鄂博矿,其矿物组成堪称复杂多样。铁矿物作为其中的重要组成部分,以磁铁矿和赤铁矿为主。这些铁矿物在矿床中广泛分布,是提取铁元素的主要对象。但令人瞩目的是,它们并非孤立存在,而是与氟碳铈矿、独居石等稀土矿物以及铌铁矿紧密伴生。这种共生关系使得包头矿的价值得到极大提升,稀土元素在现代工业中具有“工业维生素”的美称,广泛应用于电子、新能源、航空航天等众多关键领域;铌元素则在特殊合金钢、超导材料等方面发挥着不可或缺的作用。
从化学组成来看,包头矿的含氟量在1.5%-3.0%之间,碱金属(K?O+Na?O)含量处于0.8%-1.2%的范围。这些特殊的化学成分,与铁矿物以及其他伴生矿物相互作用,形成了极为复杂的矿物晶格结构。这种复杂结构不仅增加了矿物分离和提取的难度,还对后续的冶炼过程产生了深远影响。例如,氟元素的存在会改变炉渣的性质,碱金属则可能在冶炼过程中引发一系列不良反应。
2.有害元素赋存形态
在包头特殊矿中,氟主要以萤石(CaF?)的形式存在。萤石在矿物结构中较为稳定,但在高炉冶炼的高温环境下,会发生分解,释放出氟离子。这些氟离子进入炉渣后,会对炉渣的物理化学性质产生显著影响。碱金属在矿石中多吸附于铁矿物表面,以较为松散的形式存在。这种赋存形态使得碱金属在烧结和高炉冶炼过程中具有较高的活性。在烧结过程中,随着温度的升高,碱金属容易挥发,挥发后的碱金属会在系统内循环富集。当富集到一定程度后,会对高炉炉衬产生强烈的侵蚀作用,缩短炉衬的使用寿命。碱金属还可能与炉内的其他物质发生反应,导致高炉结瘤现象的出现,严重影响高炉的正常运行和生产效率。
(二)冶炼过程的特殊性挑战
1.炉渣碱度与脱硫矛盾
在包头特殊矿的冶炼过程中,炉渣碱度与脱硫之间存在着尖锐的矛盾。氟离子的存在是导致这一矛盾的关键因素之一。由于氟离子的化学性质较为活泼,它会与炉渣中的其他成分发生反应,从而降低炉渣的黏度。较低的炉渣黏度虽然在一定程度上有利于炉渣中碱金属的排出,对保护炉衬和提高高炉寿命具有积极意义,但却给脱硫带来了难题。
在高炉冶炼中,常用碱度(R=CaO/SiO?)来衡量炉渣的脱硫能力。对于包头特殊矿,其炉渣碱度常低于1.2,在这种低碱度条件下,炉渣的脱硫能力仅为普通矿的60%-70%。为了有效解决这一问题,研究发现可以通过添加MgO来调控炉渣的流动性与脱硫效率。MgO能够与炉渣中的其他成分相互作用,改变炉渣的结构和性质。当MgO含量增加时,炉渣的熔点会升高,黏度
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