邱家用

（北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京100083）

永通鑄鐵管公司提高燒結(jié)礦強度的實踐

邱家用

（北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京100083）

分析了燒結(jié)礦堿度、原料結(jié)構(gòu)、料層厚度、混合料水分和配碳量以及燒結(jié)礦礦物組成與結(jié)構(gòu)對燒結(jié)礦質(zhì)量的影響，介紹了采取的適應(yīng)高鐵低硅燒結(jié)的技術(shù)措施。實踐證明，通過采取優(yōu)化配礦、配加SYP增效劑、提高燒結(jié)礦堿度、控制MgO和Al2O3含量等措施,提高了燒結(jié)礦中鐵酸鈣黏結(jié)相的生成數(shù)量和燒結(jié)礦強度，取得了顯著效果，滿足了高爐煉鐵生產(chǎn)的需要。

燒結(jié)技術(shù)措施燒結(jié)礦強度效果

精料是高爐煉鐵生產(chǎn)的方針，高鐵低硅能改善燒結(jié)礦的冶金性能，減少高爐冶煉過程中產(chǎn)生的渣量，減薄軟熔層，提高滴落帶的透氣性，有利于高爐順行、降低渣比和增鐵節(jié)焦；同時，減少渣量還有利于增加高爐的噴煤量。但是，隨著燒結(jié)礦二氧化硅的降低，燒結(jié)礦強度開始下降，燒結(jié)生產(chǎn)率降低以及低溫還原粉化指標變差，高爐入爐粉末增加，弱化了因品位的提高給高爐冶煉帶來的強化作用。因此，如何在低硅燒結(jié)條件下獲得高強度燒結(jié)礦成為燒結(jié)生產(chǎn)的一項重要課題。

1 存在問題及影響因素分析

隨著燒結(jié)礦中二氧化硅含量的降低，燒結(jié)過程的液相生成量減少，燒結(jié)礦強度下降，燒結(jié)生產(chǎn)率降低以及低溫還原粉化指標變差，高爐生產(chǎn)指標下降。針對這一問題，如何在低硅燒結(jié)條件下增加黏結(jié)相的數(shù)量成為提高燒結(jié)礦強度的中心任務(wù)。燒結(jié)理論的研究成果表明，影響燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的主要因素是針狀鐵酸鈣（CF）或復(fù)合鐵酸鈣（SFCA）的生成數(shù)量。而影響針狀鐵酸鈣或復(fù)合鐵酸鈣生成數(shù)量的主要因素有：堿度和礦物組成，SiO2、MgO和Al2O3等成分含量，燃料用量，配礦及反應(yīng)性，料層厚度等工藝操作參數(shù)。

1.1 堿度和礦物組成

堿度和礦物組成是影響燒結(jié)礦強度的基本影響因素。高堿度燒結(jié)礦的礦物組成以鐵酸鈣為主，自熔性燒結(jié)礦的礦物組成以橄欖石為主。隨著堿度的提高，鐵酸鈣（SFCA）含量明顯增加，燒結(jié)礦的強度得到改善。

1.2 SiO2、MgO和Al2O3含量

SiO2是燒結(jié)過程形成硅酸鹽黏結(jié)相的基礎(chǔ)，硅酸鹽化合物是燒結(jié)過程中常見的液相之一，尤其燒結(jié)非熔劑性燒結(jié)礦時，主要依靠硅酸鹽固結(jié)。隨著燒結(jié)料中SiO2含量的降低，燒結(jié)中的液相量減少，當w（SiO2）＜5%時，液相量不足。燒結(jié)研究和生產(chǎn)實踐表明，低品位、高二氧化硅原料適宜于生產(chǎn)低堿度燒結(jié)礦，高品位、低二氧化硅原料適宜于生產(chǎn)高堿度燒結(jié)礦［1］。在低硅條件下，應(yīng)通過提高堿度來發(fā)展鐵酸鈣系黏結(jié)相，改善燒結(jié)礦強度和還原性。

燒結(jié)礦中含有一定的MgO有利于改善高爐爐渣的流動性和提高脫硫能力，同時可改善燒結(jié)礦強度、低溫還原粉化性能和軟熔性能。含MgO的硅酸鹽液相黏度大，燒結(jié)礦呈中小氣孔結(jié)構(gòu)，氣孔表面積大。高MgO燒結(jié)礦游離氧化鈣含量少，可提高貯存強度。但是高的MgO含量會使燒結(jié)礦中赤鐵礦量減少以及鎂磁鐵礦增加，會降低燒結(jié)礦中鐵酸鈣的含量，從而不利于燒結(jié)礦的冷強度的提高，故MgO含量過高會降低燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)。燒結(jié)礦中含有一定量的Al2O3有利于四元系針狀交織結(jié)構(gòu)的鐵酸鈣（SFCA）的形成，可提高燒結(jié)礦的強度，Al2O3含量太高時，有助于玻璃質(zhì)的形成，使燒結(jié)礦強度和低溫還原粉化性能變壞。有關(guān)研究表明，Al2O3可改變“初熔”相的物理化學(xué)特性，從而在燒結(jié)過程中影響相變與聚變反應(yīng)，最終導(dǎo)致燒結(jié)礦生成一種獨特的不規(guī)則孔隙結(jié)構(gòu)，進而影響燒結(jié)礦的冶金性能［2］。

1.3 配碳量和FeO

配碳量高，燒結(jié)礦中FeO含量高。對自熔性燒結(jié)礦來說，F(xiàn)eO呈固熔體狀態(tài)存在，燒結(jié)礦的強度隨FeO含量的增加而升高，但還原性和軟熔性能會明顯變差。對高堿度燒結(jié)礦來說，強度與FeO含量關(guān)系不大，一般隨著FeO含量的升高（配碳量增加），會造成Fe2O3分解為Fe3O4和FeO，使得礦物組成中鐵酸鈣含量降低，從而使燒結(jié)礦的強度下降。同時高溫燒結(jié)得到的鐵酸鈣往往不是針狀鐵酸鈣，而是柱狀甚至板狀或塊狀鐵酸鈣。燒結(jié)礦在冷卻過程中會產(chǎn)生大量的裂紋，造成粉化性能變差和還原強度降低。因而高堿度燒結(jié)時，配碳量不宜過高。

1.4 料層厚度

料層厚度的高低影響燒結(jié)過程自動蓄熱的強弱、高溫保持時間的長短、垂直燒結(jié)速度的大小和氣氛性質(zhì)的好壞，也就是說影響燒結(jié)成礦的過程，從而決定成品礦的質(zhì)量。隨著料層厚度的增加，熱利用情況變好，高溫保持時間延長，氧化性氣氛增強，礦物結(jié)晶充分，有利于鐵酸鈣黏結(jié)相的發(fā)展，從而提高燒結(jié)礦的強度和成品率。

1.5 混合料水分

混合料水分是燒結(jié)過程中十分活躍的因素，它直接影響FeO的含量和固體燃耗的變化，同時又影響燒結(jié)礦強度和粒度組成等指標。合適的混合料水分隨料層厚度的增加呈下降的趨勢。合理控制混合料水分，是獲得低FeO、高強度燒結(jié)礦的一個重要因素。

2 提高燒結(jié)礦強度的技術(shù)措施

2.1 優(yōu)化配礦改善燒結(jié)原料結(jié)構(gòu)

通過調(diào)整配礦結(jié)構(gòu)，改善混合料的粒度組成，并改善混勻礦燒結(jié)性能的匹配程度。配用合適比例的進口粉礦，可改善混合料的原始粒度組成，增加成球核心，提高料層透氣性，為低碳厚料層燒結(jié)創(chuàng)造條件，有利于燒結(jié)技術(shù)經(jīng)濟指標的改善。在配礦時應(yīng)考慮將同化性能好的礦粉與同化溫度較高的鐵礦粉搭配使用，以確保燒結(jié)料層的熱態(tài)透氣性，避免燒結(jié)生產(chǎn)率降低和燒結(jié)礦質(zhì)量變差。近年來，永通公司不斷進行配加進口粉礦（印度粉礦、澳粉、南非粉礦、巴西粉礦）的生產(chǎn)實踐，配用較多的是澳礦、南非礦和印度礦。印度礦單燒性能差、品位低、SiO2高，南非礦和澳大利亞紐曼山粉礦單燒性好、品位較高、SiO2低，二者合理搭配可改善燒結(jié)性能。同時由于南非礦具有燒損小、同化性較好的特性，與磁精礦或高鎂精礦（同化性很弱）搭配，可改善綜合混合礦的同化性能，促進燒結(jié)過程液相的形成和黏結(jié)。利用南非礦中較高的Al2O3含量來調(diào)整燒結(jié)礦中合適的鋁硅比（m(Al2O3)/m(SiO2)＝0.10～0.35），促進復(fù)合鐵酸鈣（SFCA）的形成，以求取得合適的生產(chǎn)指標。生產(chǎn)實踐表明，提高優(yōu)質(zhì)進口粉礦的配加比例對提高燒結(jié)礦產(chǎn)量和強度等指標意義重大。另外，適當增加粗粒返礦配比，利用其在燒結(jié)中所起的骨架作用，對提高燒結(jié)礦強度和成品率也是有利的。

2.2 配加SYP燒結(jié)增效劑

為了提高燒結(jié)礦強度，降低燒結(jié)固體燃料消耗，從2005年開始，在燒結(jié)生產(chǎn)中配加SYP燒結(jié)增效劑，配比控制在3.5×10-4～4.0×10-4，并根據(jù)生產(chǎn)情況進行調(diào)整。SYP燒結(jié)增效劑以低溫燒結(jié)和燃煤氣化助燃理論為基礎(chǔ)，主要由燃煤氣化劑、增氧劑、增強劑、阻凝劑和超細粉末穩(wěn)定劑等組成。利用SYP燒結(jié)增效劑對燒結(jié)過程所具有的催化強化作用，實現(xiàn)低溫高氧化性氣氛燒結(jié)，提高針狀復(fù)合鐵酸鈣（SFCA）的生成量，使燒結(jié)礦的固結(jié)強度大大改善，從而提高燒結(jié)礦強度和燒結(jié)礦成品率。生產(chǎn)實踐表明，配加SYP燒結(jié)增效劑使燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)提高3.13%，篩分指數(shù)降低2.39%，w（FeO）降低0.84%，固體燃耗降低3.68kg/t，返礦率降低3.48%，燒結(jié)礦粒度組成趨于合理，其中5～10mm粒級的質(zhì)量分數(shù)由原來的33.9%降低至10.1%，燒結(jié)礦的還原性和低溫還原粉化性也有不同程度的改善。結(jié)合不同時期原料條件的變化情況，對SYP的配比及配方（結(jié)合供應(yīng)廠家）進行調(diào)整，并定期校準，以取得更佳的燒結(jié)效果。

2.3 提高燒結(jié)礦堿度

生產(chǎn)實踐和理論研究表明：燒結(jié)礦的堿度不同，其礦物組成也不同，隨著燒結(jié)礦堿度的提高，液相生成量增加，尤其是鐵酸鈣（SFCA）數(shù)量增加，燒結(jié)礦的宏觀結(jié)構(gòu)也隨之由自熔性的多孔薄壁結(jié)構(gòu)向高堿度的大孔厚壁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，促進燒結(jié)礦強度、還原性及低溫還原粉化性能的改善。永通公司燒結(jié)礦w（SiO2）降到4.8%左右時，堿度提高到2.30，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)均在74%以上，成品率和利用系數(shù)也都明顯提高。因此，提高燒結(jié)礦堿度是改善低硅燒結(jié)礦強度的有效措施之一。

2.4 提高料層厚度

實踐證明，要實現(xiàn)低FeO、高還原性和高強度的要求，就必須采取厚料層。提高料層可增強燒結(jié)過程的自動蓄熱作用，降低燒結(jié)固體燃耗。同時由于料層提高，高溫保持時間延長，垂直燒結(jié)速度減慢和氧化性氣氛增強，有利于鐵酸鈣黏結(jié)相的發(fā)展，燒結(jié)過程反應(yīng)充分，提高燒結(jié)礦強度和成品率。在現(xiàn)有原料條件下，當料層厚度從500mm提高到550mm，固體燃耗從52.4kg/t降低到48.6kg/t（降低2.8kg/t），返礦率下降1.82%，w（FeO）降低0.4%，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)提高0.9%。由于料層提高后垂直燒結(jié)速度降低，利用系數(shù)略有下降，故一般將料層厚度控制在520～530mm，在提高燒結(jié)礦強度的同時保證較高的生產(chǎn)率。

2.5 控制合適的MgO和Al2O3含量

在燒結(jié)礦中含有一定量的MgO可改善燒結(jié)礦的高溫性能，提高燒結(jié)礦的熱穩(wěn)定性和還原強度。MgO可以固溶于磁鐵礦中，起到穩(wěn)定Fe3O4、抑制Fe2O3形成的作用，因而抑制了低溫還原時發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變造成的燒結(jié)礦粉化，從而大大改善了燒結(jié)礦的低溫粉化性能。但隨著燒結(jié)礦中MgO含量的增加，降低了燒結(jié)礦的含鐵品位。同時，由于MgO是高熔點物質(zhì)（2799℃），其化合物的熔化溫度也很高，為了維持必要的黏結(jié)相，需要增加燃料配加量，燃燒帶變寬，料層透氣性下降，產(chǎn)量降低。在燒結(jié)過程中，MgO部分固溶于磁鐵礦形成鎂磁鐵礦，會降低燒結(jié)礦中鐵酸鈣的含量，從而不利于燒結(jié)礦的冷強度［3］，降低燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)。有關(guān)研究表明：對以細磁鐵精礦為主的低硅燒結(jié)而言，當燒結(jié)礦中w（MgO）從1.4%增加到2.3%時，燒結(jié)速度從22.61mm/min減慢到19.48mm/min，利用系數(shù)從2.031t/(m2·h)降低到1.629t/(m2·h)［4］。永通公司根據(jù)原料條件進行合理配礦，控制w（MgO）不超過2.5%。

一定的鋁硅比（m(Al2O3)/m(SiO2)=0.10～0.35）是燒結(jié)過程形成復(fù)合針狀鐵酸鈣的必要條件。Al2O3屬于高熔點（2042℃）物質(zhì)，在燒結(jié)礦中w(Al2O3)應(yīng)低于1.8%［3］，否則會降低燒結(jié)礦的冷強度，惡化燒結(jié)礦的還原粉化指標。在高爐渣中，w（Al2O3）應(yīng)控制在13%～15%，超過此值，會降低爐渣的流動性和脫硫能力。因此，控制燒結(jié)礦中w（MgO）＜2.5%、w（Al2O3）＜1.8%，對提高燒結(jié)礦的強度至關(guān)重要。

2.6 控制熔劑和燃料的粒度

燒結(jié)生產(chǎn)中熔劑和燃料粒度過粗時，會造成粒度偏析，使燒結(jié)過程不均勻，造成燒結(jié)礦強度和粒度組成不均勻。因此，要求粒度小于3mm的熔劑和燃料的質(zhì)量分數(shù)應(yīng)達到85%以上。當熔劑粒度偏大時，燒結(jié)礦中白點多，在冷卻過程中吸水消化膨脹，造成自然粉化。燃料的粒度不能過粗，也不能過細，否則會降低燒結(jié)礦的強度和成品率。對于反應(yīng)性強的無煙煤粉，其最佳粒度范圍可適當放寬，控制其粒度＜3mm的應(yīng)達到70%以上。

2.7 強化崗位標準化操作

永通公司燒結(jié)廠嚴格貫徹“精心備料，減少漏風，穩(wěn)定水碳，厚料低碳，鋪平燒透，燒好返礦”的燒結(jié)生產(chǎn)操作方針，推行低碳、低水、厚料層操作。

配料工序：加強自動配料系統(tǒng)的校驗與調(diào)整，提高配比準確性；穩(wěn)定對生石灰的打水，掌握加水量，特別是使用熱水作為生石灰消化用水，改善生石灰的消化效果。

混料工序：強化加水操作，提高混合料料流和水分的穩(wěn)定性，一次混合水分控制在（6.5±0.5）%，二次混合水分控制在（8.0±0.5）%，并根據(jù)原料變化作相應(yīng)的調(diào)整，配用富礦粉則適當增加水量；控制粒度組成3～10mm的混合料的質(zhì)量分數(shù)在70%以上，提高料層透氣性，為燒結(jié)礦強度和生產(chǎn)率的提高提供條件。

燒結(jié)工序：將燒結(jié)點火溫度控制在950～1000℃，配碳量控制在3.8%～4.2%（質(zhì)量分數(shù)），料層厚度控制在520～530mm，實現(xiàn)低溫、低負壓點火；結(jié)合偏析布料技術(shù)和料面平料壓料技術(shù)，強化布料操作，調(diào)整松料和壓料強度，同時配合全屏阻流器實現(xiàn)能量和風量的合理分配和有效利用，從而較好地實現(xiàn)了燒結(jié)料層橫向和縱向的均勻燒結(jié)；加強燒結(jié)終點控制，強化燒結(jié)過程，改善強度高、還原性好的鐵酸鈣體系的生成條件，促進鐵酸鈣的大量生成，提高燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量。

3 生產(chǎn)效果

通過采取優(yōu)化配礦、配加SYP增效劑、提高燒結(jié)礦堿度、控制MgO和Al2O3含量等措施,使低硅燒結(jié)礦強度得到提高,滿足了高爐生產(chǎn)的需要。低硅燒結(jié)主要技術(shù)經(jīng)濟指標見下頁表1。由表1可知，2009年燒結(jié)礦w（SiO2）降到4.85%，w（TFe）提高到56.42%，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)提高到75.12%，利用系數(shù)提高到2.395t/(m2·h)，固體燃耗降到47.83kg/t。

4 結(jié)論

（1）優(yōu)化配礦、改善燒結(jié)原料結(jié)構(gòu)是降低燒結(jié)礦SiO2含量及提高燒結(jié)礦品位和強度的重要手段。

（2）提高燒結(jié)礦堿度和采取厚料層燒結(jié)是改善燒結(jié)礦強度的有效措施。

（3）控制燒結(jié)礦中合適的MgO和Al2O3含量，是獲得高強度燒結(jié)礦的重要條件。

（4）配加SYP燒結(jié)增效劑，實現(xiàn)低溫高氧化性氣氛燒結(jié)，可提高燒結(jié)礦強度，降低燒結(jié)固體燃耗，改善燒結(jié)礦還原性和低溫還原粉化性。

表1 燒結(jié)主要技術(shù)經(jīng)濟指標對比

［1］周傳典.高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊［M］.北京:冶金工業(yè)出版社,2003:30.

［2］(澳)L Lu，R JHolmes，JR Manue．A12O3對赤鐵礦燒結(jié)過程的影響［J］.世界鋼鐵，2007（5）:23-30.

［3］許滿興，馮根生.改善燒結(jié)礦強度和粒度組成的理論與實踐［G］．2001中國鋼鐵年會論文集，2001:243-244.

［4］黃柱成，韓志國.MgO對以細磁鐵精礦為主的低硅燒結(jié)的影響［J］.中南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005，36（5）:800-806.

（編輯：胡玉香）

Practice of Im proving Sinter Strength at Yongtong Cast Iron Pipe Co.

QIU Jiayong
（Metallurgical and Ecological Engineering School,University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083,China）

Of these factors such as sinter basicity,raw material structure,depth of bed,dosage of moisture and carbon inmixture,aswell asmineral composition and structure of sinter,the influence on the sinter quality were analyzed.The technicalmeasures adapt to high-iron low-silicon sintering were introduced.Practice has proved that the remarkable result was achieved by increasing the content of calcium ferrite binder in sinter,improving the sinter strength,to meet the need of BF smelting.

sintering,technicalmeasures,sinter strength,result

book=23,ebook=97

TF046

A

2010-02-25

邱家用（1975-），男，北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院在職研究生。Tel:13598140608，E-mail：qiujiayong5803454@yahoo.com.cn

1672-1152（2010）02-0023-04