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1、 冶金之家网站降低烧结矿低温还原粉化率齐玉珍 1，孟建荣 1，徐海芳 1，孙雅平 1，李晓云 2（1.唐山钢铁有限公司教育中心，河北 唐山 063001；2.唐山钢铁有限公司技术中心， 河北 唐山 063016）摘 要：论述了影响烧结矿低温还原粉化率的因素，并针对这些影响因素，通过优化配料结构，合理控制烧结矿中 SiO2，Al 2O3，MgO ，R 2，FeO ，改进不合理工艺设备，加强操作等措施，最终改善烧结矿低温还原粉化率指标。关 键 词：低温还原粉化率；烧结矿；化学成分烧结矿质量的好坏对高炉炼铁生产技术经济指标产生重大影响,与高炉炼铁成品的优质、低耗、高效益密切相关。随着高炉“ 精料”技
2、术的发展，对烧结矿质量要求除品位高、杂质少、粒度均匀外，还要求有较好的冶金性能。烧结矿冶金性能主要包括还原性、低温还原粉化性、软熔性能等。烧结矿在高炉炉身上部的低温区 (温度大约在 500600 )还原时由于热冲击及铁矿石中 Fe2O3 还原(Fe 2O3-Fe3O4-FeO)过程中发生 Fe2O3 晶形转变，会导致烧结矿严重破裂、粉化，使高炉料柱的空隙度降低、透气性变差、压差高、炉况不顺。生产实践表明：烧结矿粒度为-3.15 的低温还原粉化率（以下用 RD（I-3.15） 表示）每升高 5，高炉产量会下降 1.5，煤气中 CO 利用率降低 0.5，焦比升高 1.55。目前，烧结由于大量使用进
3、口矿粉，烧结矿 RD（ I-3.15）值高达 35以上。严重影响高炉炉况顺行及高炉寿命。为此，把“降低烧结矿低温还原粉化率”作为技术攻关工作的重点。2 影响烧结矿低温还原粉化率的因素2.1 原料条件的影响矿石原料主要有磁铁矿和赤铁矿两种，赤铁矿烧结矿含 Fe2O3 较多，因而低温还原粉化率较高。唐钢炼铁厂北区在 2001 年前以磁铁矿相的冀东精粉为主生产烧结矿，2001 年后为了降低 SiO2，提高烧结矿品位，适当配加了赤铁矿相的进口矿粉生产烧结矿，到 2006年以后，赤铁矿相的进口比例大约占 75以上，致使烧结矿低温还原粉化率高达 35以上。随着优质铁矿粉资源的逐渐减少，进口铁矿粉成分波动大
4、，质量劣化，品种更换频繁。而在烧结这个高温、多相、复杂的反应过程中，各相之间，各组分之间相互作用，相互影响；不同种类的铁矿粉，因其基础特性各不相同，它们之间也相互作用，相互影响，因此在烧结配矿时，必须在全面了解铁矿粉的常温特性和高温特性的基础上应用互补原理和方法进行合理配矿。为此对烧结用含铁原料的冶金性能进行了系统的研究，对单品种物料的化学成分、矿物组成、脉石粒度、孔隙度、矿物结构、熔点、同化性能、液相流动性、吸水性等进行了全面分析。同时模拟生产实际，对混匀矿进行物理化学性能、成球性、烧结性能和相应烧结矿冶金性能的系统研究。通过实验研究与生产实践可知， 用单品种矿粉生产的烧结矿的粉化指标比较：
5、巴西精矿粉、巴卡矿粉生产的烧结矿的低温还原粉化性能很差；中特 SC 粉、安吉拉斯矿粉、扬迪矿粉生产的烧结矿的低温还原粉化性能比较差；澳矿粉、MAC 矿粉生产的烧结矿的低温还原粉化性能比较好； 棒磨山精粉生产的烧结矿的低温还原粉化性能最好。根据铁矿粉烧结性能的互补原理，确定了最佳的烧结配矿方案。目前，基本稳定了混匀矿大堆配比，实现了优势互补，有效地指导了烧结生产，保证了工艺参数的合理控制，从而稳定了烧结生产，改善了烧结矿的低温还原粉化指标。2.2 烧结矿中 SiO2，MgO ，Al 2O3，R 2，FeO 这些主要化学成分的影响1）SiO 2 是烧结过程形成黏结相的主要因素。高 SiO2 含量有
6、利于烧结液相的形成，改善粉化指标，但如果 SiO2 含量过高，一方面影响液相流动性，降低产量；另一方面，SiO 2 冶金之家网站高会生成大量正硅酸钙(2CaOSiO 2)。由于正硅酸钙(2CaOSiO 2)在冷却过程中的相变(C2SC 2S)体积膨胀，会造成自然粉化和降低烧结矿强度。生产实验结果：烧结矿中w（SiO 2）低于 4.6%时，烧结矿 RD（I-3.15） 达到 35以上。这主要是因为 SiO2 低会造成因黏结相量明显不足，铁酸钙数量减少，显微结构的均匀性显著恶化，使烧结矿粉化指标明显变差。后来逐步提高烧结矿中的 w（SiO 2）到4.8，4.9，5.0，5.1，5.2，5.3，烧结
7、矿 RD（I-3.15） 是降低的趋势。通过近几年的生产实践，在现有的烧结原料条件下，较适宜的烧结矿 w（SiO 2）控制在在 5.2%5.3左右。2）由于烧结矿中的 MgO 与 Fe2O3 结合，游离低，可减轻烧结矿粉化。同时为了满足高炉造渣的要求，改善炉渣的流动性和提高脱硫能力，烧结矿中需保证一定量的 MgO。但是因 MgO 的熔点高达 2799 ，在烧结过程中 Mg2+进入 Fe3O4 晶格中取代 Fe2+，稳定了Fe3O4 矿相，造成 Fe3O4 难以向 Fe2O3 转变形成铁酸钙，限制了铁酸钙系的发展，使矿物组成复杂化。由于各种矿物的结晶能力不同，冷凝后，必然存在应力，所以随着 Mg
8、O 含量增加，烧结矿的低温还原粉化指标变差。经过多次实践摸索，同时考虑炉渣对 MgO 含量的要求，烧结矿 w（MgO）控制在 2.4%2.6% 较合适。3）Al 2O3 是烧结矿化学成分不可缺少的成分。因为一定的铝硅比（m（Al 2O3）/m（SiO 2）=0.10.4）是烧结过程形成铁酸钙的必要条件，但生产实践中烧结矿中w（Al 2O3）2以后会导致液相流动性变差，还会恶化烧结矿的还原粉化指数。因为烧结矿中 Al2O3 的含量增加，在铁酸钙中 Al2O3 的固溶量增加，促进了板状铁酸钙的生成，而板状铁酸钙在低温下就开始还原产生应力，降低了烧结矿抵御裂纹扩展的能力，加剧了粉化的产生。根据生产实
9、践经验，烧结矿中 w（Al 2O3）的合理控制在 1.8%左右。因澳矿粉系列 w（Al 2O3）较高，在配矿时注意考虑了与低的 w（Al 2O3）矿粉的合理搭配。4）由于烧结矿 R2 的不同，烧结矿生成的液相也不同。随 R2 升高铁酸钙黏结相增多 Fe3O4 晶粒与黏结相矿物形成网状熔蚀结构或柱状交织结构。特别是高 R2 烧结矿磁铁矿被铁酸钙熔蚀晶粒细小，形状浑圆呈它形晶或半自形晶，与铁酸钙紧紧相连而形成熔蚀结构，两者之间有较大的接触面和摩擦力，因此镶嵌牢固，烧结矿的强度相应提高，低温还原粉化指数有所改善。通过多次的生产实践摸索，就目前烧结配料结构，碱度控制在1.982.08 之间，有利于保证
10、烧结矿既有良好的机械强度和还原性，又有较低的低温还原粉化率。5）烧结矿 FeO 含量反映了烧结过程的动态控制状态。 FeO 含量不仅受配碳量、混合料水分、返矿量的交互作用，而且受原燃料配比、烧结料层厚度、透气性、工艺过程控制等的共同影响，降低烧结矿 FeO 含量有利于改善烧结矿的还原性，但过低的 FeO 又会恶化低温还原粉化率，同时 FeO 含量的波动区间越窄，烧结过程越稳定。通过近几年的生产实践得出：FeO 含量是影响 RDI 和还原性的显著因素。因此，在烧结工序中，要保证烧结矿有较好的冶金性能，关键是控制好 FeO 含量。FeO 含量又受以下因素影响。1）混合料水、碳的影响。 烧结混合料中
11、水、碳的合理匹配是获得优质烧结矿的保证，一般情况是：低水低碳厚料层有利于降低烧结矿中的 FeO 含量，随混合料配碳量的提高，烧结矿的 FeO 含量会升高。但由于是厚料层烧结，如配碳过高烧结过程还原气氛增强，由于料层的自动蓄热作用，会使下层烧结温度过高，燃烧带温度升高，恶化透气性，不利于针状铁酸钙的形成，而且烧结矿中燃料分布不均匀，产生热脆性，使烧结矿低温还原粉化率指标变差。2）燃料质量的影响。 烧结用的固体燃料有焦粉和无烟煤粉两个品种。生产实践表明：燃料粒度、焦粉和白煤比例，分加焦粉比例也是影响 FeO 含量的一个因素。由于每种燃料 冶金之家网站的燃烧特性不同，对于其粒度就应有不同的要求，当原
12、料条件有较大幅度改变后，烧结用的燃料粒度及分加焦粉比例应有不同的需求。根据原料条件变化，需确定不同的燃料分加比例，在混匀矿粒度相对较粗时，分加焦粉比例适当降低（20%25% ） ；而当原料粒度相对较细时，分加焦粉适当提高（25%35% ） 。同时燃料粒度过细或白煤比例过高，会使燃料燃烧速度过快，使烧结过程液相形成不充分；燃料粒度过粗，布料时大颗粒燃料滚到料层下部，造成下层烧结温度高，燃料分布不均。目前控制焦粉大于 3 mm 部分 85，白煤大于 3 mm 部分 75以上。通过不断的生产实践，根据目前的原料结构，控制烧结混合料的固定碳含量（质量分数）在 2.8%2.95之间，烧结机混合料水分在（
13、 7.80.2）左右，烧结矿的 w（FeO）在（90.5）%之间，烧结矿的低温还原粉化率指标及还原性指标比较好。表 1 是抽测的RDI 指标与烧结矿 FeO 关系。2.3 操作制度及工艺设备的影响烧结过程的温度控制也影响烧结矿低温还原粉化率的因素，它与烧结点火温度、点火负压、负压、机速、废气温度、终点控制等有关。如机速过快或烧结负压较低，会使液相结晶发育不完善，烧结矿强度差，粉化率高。为提高点火温度，对点火炉及保温炉进行了改造更新。新式点火炉采用新型烧嘴提高点火强度，同时增加东西两排烧嘴角度，延长了点火时间。点火温度由改造前的 980 提高到目前的 1120 以上，料面点火效果有明显改善，有力
14、保证了烧结矿低温还原粉化指标的改善。为保证烧结过程的均匀稳定，一方面根据生产实际情况对烧结机机尾后 5 个风箱实行自动控制，后 5 个风箱设定不同的温度，达到规定温度，风箱自动关闭，这样保证了风的合理利用。另一方面对不合理的工艺、设备进行改进。如增加了疏料器长度，考虑边缘效应，适当缩短了沿台车方向的宽度；对混合料槽加蒸汽工艺不断改进，大大减轻了混合料槽南北两侧的水分和料温差别较大的现象；为减少悬料、粘料次数，配料室燃料仓改造；使用新型生石灰消化器等。2.4 使用 SYP 烧结剂及烧结矿表面喷洒 CaCl2SYP 烧结强化剂一般占混合料总量的万分之三至万分之四，该产品对煤气化反应，燃烧反应起到一
15、定的催化助燃作用，使煤粉的反应活性大大提高，可使烧结过程的氧化气氛增强，促进矿物组成中 SFCA 的大量生成。提高烧结矿强度，防止其低温粉化。从近两年使用 SYP 烧结强化剂情况，使用后烧结矿 RD（I-3.15 ） 指标可降低 2左右。在入高炉前的成品烧结矿表面喷洒 CaCl2 溶液后，其表面被 CaCl2 覆盖，低温时 CaCl2不分解，在烧结矿表面形成一层保护膜，减少了与还原气体的接触，所以降低了烧结矿的RD（I -3.15） 。喷洒 CaCl2 浓度为 5左右，表 2 是喷洒 CaCl2 前后指标对比情况。从表 2 看，烧结矿表面正常喷洒 CaCl2 可降低 RD（I -3.15）79 个百分点。3 结语通过优化烧结配料结构，合理控制烧结矿成分，改进不合理的工艺设备，烧结矿表面喷洒 CaCl2 等一系列措施，烧结矿 RD（I-3.15） 基本控制在 30以下，保证了高炉的稳定顺行，提高了煤气利用率，降低了焦比。取得了显著的经济效益。但由于混合料槽使用的是利用环冷余热回收自产的蒸汽，生产波动时蒸汽不稳定，造成混合料水分和料温的波动，影响了生产的稳定性。今后，拟把提高和稳定混合料温度作为重要课题进行研究。 冶金之家网站
