低硅燒結礦轉鼓強度的研究分析

楊繼武

（陜西龍門鋼鐵有限責任公司  韓城 715405）

摘  要：本文主要論述了厚料層燒結時燒結礦轉鼓影響因素及解決辦法，促進燒結礦轉鼓逐步提升。

關鍵詞：燒結礦、轉鼓、提升

Study and analysis of rotary drum strength of low silicon sinter

Yang Jiwu

（Shaanxi Longmen iron and Steel Co., Ltd.，Hancheng 715405，China）

Abstract：This paper mainly discusses the influence factors and solutions of the sinter drum when the thick layer is sinter, and promotes the gradual lifting of the sinter drum.

Key words：Sinter, drum, lifting

1 前言

影響燒結礦轉鼓強度的因素繁多。分析燒結生產過程, 影響該技術質量指標的最基本因素包括: 原燃料的品種、料層厚度、機速,、垂直燒結速度 、生產率、混合料水分、燃料粒度和配比、點火溫度和強度、壓料厚度、生產穩定性等。而精料是高爐煉鐵生產的重要方針，高鐵低硅能改善燒結礦的冶金性能，減少高爐冶煉過程中產生的渣量，減薄軟熔層，提高滴落帶的透氣性，因而有利于高爐順行、降低渣比和增鐵節焦。同時，減少渣量還有利于增加高爐的噴煤量。但是，隨著燒結礦二氧化硅的降低，燒結礦強度開始下降，燒結生產率降低以及低溫還原粉化指標變差，高爐入爐粉末增加，減弱了品位提高給高爐冶煉帶來的強化作用。如何在低硅燒結條件下獲得高強度燒結礦成為燒結生產的一項重要課題。為此，在現有的原料條件下，根據燒結生產特點，認真分析了燒結礦堿度、原料成分、料層厚度、混合料水分和配碳量以及燒結礦礦物組成與結構對燒結礦質量的影響，及時合理配礦及應當采取的適宜工藝操作參數進行了改進調整，采取了適應高鐵低硅燒結的技術措施，提高燒結礦中鐵酸鈣粘結相的生成數量，以提高燒結礦強度。

2 存在問題及分析

隨著燒結礦中二氧化硅的質量分數降低，燒結過程的液相生成量減少，燒結礦強度下降，燒結生產率降低以及低溫還原粉化指標變差，高爐生產指標下降。針對這一問題，如何在低硅燒結條件下增加粘結相的數量成為提高燒結礦強度的中心任務。燒結理論的研究成果表明，影響燒結礦轉鼓指數的主要因素是針狀鐵酸鈣(SF)或復合鐵酸鈣（SFCA）的生成數量。而影響針狀鐵酸鈣或復合鐵酸鈣生成數量的主要因素有堿度和礦物組成，SiO2、MgO和Al2O3等化學成分，配碳量，配礦及反應性，料層厚度等工藝操作參數。

2.1 堿度和礦物組成的影響

堿度和礦物組成是影響燒結礦強度的基本影響因素。高堿度燒結礦的礦物相是以鐵酸鈣為主，自熔性燒結礦的礦物相是以橄欖石為主的。隨堿度提高，鐵酸鈣（SFCA）含量明顯增加，燒結礦的強度得到改善。因此，高堿度燒結礦的強度明顯得到提高。

2.2 SiO2、MgO和Al2O3含量的影響

SiO2是燒結過程形成硅酸鹽粘結相的基礎，硅酸鹽化合物在燒結過程中是常見的液相之一，尤其燒結非熔劑性燒結礦時，主要依靠硅酸鹽固結。隨著燒結料中SiO2質量分數的降低，燒結中的液相量減少，當（SiO2）＜5％時，液相量不足。燒結研究和生產實踐表明，低品位、高二氧化硅原料適宜于生產低堿度燒結礦，高品位、低二氧化硅原料適宜于生產高堿度燒結礦。在低硅條件下，應提高堿度來發展鐵酸鈣系粘結相，改善燒結礦強度和還原性。

燒結礦中含有一定的MgO有利于改善高爐爐渣的流動性和提高脫硫能力，同時可改善燒結礦強度、低溫還原粉化性能和軟熔性能。含MgO的硅酸鹽液相粘度大，因而燒結礦呈中小氣孔結構，氣孔表面積大。高MgO燒結礦游離氧化鈣含量少，可提高貯存強度。但MgO含量高后，燒結礦中赤鐵礦量減少、鎂磁鐵礦增加，會降低燒結礦中鐵酸鈣的含量，從而不利于燒結礦的冷強度，故MgO含量過高會降低燒結礦的轉鼓指數。燒結礦中含有一定量的Al2O3有利于四元系針狀交織結構的鐵酸鈣（SFCA）的形成，可提高燒結礦的強度；Al2O3含量太高時，有助于玻璃質的形成，使燒結礦強度和低溫還原粉化性能變壞。有關研究表明，Al2O3可改變“初熔”相的物理化學特性，從而在燒結過程中影響相變與聚變反應，最終導致燒結礦生成一種獨特的不規則孔隙結構，進而影響燒結礦的冶金性能。因此，控制燒結礦的MgO、Al2O3含量，是獲得高強度燒結礦的重要條件。

2.3 配碳量和Fe0的影響

燒結混合料的碳含量對燒結過程的變化起著非常重要的作用。配碳量高，燒結礦中Fe0含量高。對自熔性燒結礦而言，Fe0呈固熔狀態存在，燒結礦的強度隨Fe0含量增加而升高，但還原性和軟熔性能會明顯變差。對高堿度燒結礦而言，強度與Fe0含量不直接相關，一般隨Fe0升高（配碳量增加），會造成Fe203分解為Fe304+ Fe0使得礦物組成中(Fe304)增加，鐵酸鈣含量降低，從而造成燒結礦的強度下降。同時高溫型燒結得到的鐵酸鈣往往不是針狀鐵酸鈣，而是柱狀甚至塊狀鐵酸鈣，燒結礦在冷卻過程中會產生大量的裂紋，造成粉化和還原強度降低。因而高堿度燒結時，配碳量不宜過高。

2.4 料層厚度的影響

料層厚度對燒結過程熱利用及燒結礦成品率的影響是突出的。料層太厚，料層阻力加大，水汽冷凝現象加劇，容易導致料層透氣性變壞，從而降低垂直燒結速度。薄料層燒結是可以提高燒結速度和機速。但是因為強度差的表層燒結礦相對增加，成品率必然下降。因此，適宜的料層高度應該根據優質、高產的原則統一考慮。料層厚度高低影響燒結過程自動蓄熱強弱、高溫保持時間、垂直燒結速度和氣氛性質，影響燒結成礦過程，從而決定成品礦的質量。隨著料層厚度增加，熱利用變好，高溫保持時間延長，氧化性氣氛增強，有利于鐵酸鈣粘結相的發展，提高燒結礦的強度和成品率。

2.5 混合料水分的影響

混合料水分是燒結過程中十分活躍的因素，它直接影響FeO含量和固體燃耗的變化，同時又影響燒結礦強度和粒度組成等指標，合適的混合料水份隨料層厚度增加是下降的。合理控制混合料水分，是獲得低FeO高強度燒結礦的一個重要因素。

3 提高燒結礦強度的技術措施

3.1 優化配礦，改善燒結原料結構

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，為低碳厚料層燒結創造條件，有利于燒結技術經濟指標的改善。近年來，不斷進行配加進口粉礦(印度粉礦、澳粉、南非粉礦、巴西粉礦)的生產實踐，配用較多的是澳粉、南非粉和印度粉。由于印度礦單燒性能差、品位低、SiO2高，南非粉或澳大利亞紐曼山粉礦單燒性好、品位較高、SiO2低，二者合理搭配后燒結礦產、質量指標較好。生產實踐表明，增加優質進口粉礦的配加比例對提高燒結礦產量和強度等指標意義重大。

3.2 提高燒結礦堿度

生產實踐和理論研究表明：燒結礦的堿度不同，其礦物組成不同，隨著燒結礦堿度的提高，液相生成量增加，尤其是鐵酸鈣(SFCA)數量增加，燒結礦的宏觀結構也隨之由自熔性的多孔薄壁結構向高堿度的大孔厚壁結構轉變，促進燒結礦強度、還原性及低溫還原粉化性能的改善。我廠燒結礦SiO2降到5.2%左右時，堿度提高到2.05，轉鼓指數均在81%以上，成品率和利用系數也都明顯提高。因此，提高燒結礦堿度是改善低硅燒結礦強度的有效措施之一。

3.3 采用厚料層燒結

實踐證明，要實現低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過程的自動蓄熱作用，降低燒結固體燃耗。同時由于料層提高，高溫保持時間延長，垂直燒結速度減慢和氧化性氣氛增強，有利于鐵酸鈣粘結相的發展，燒結過程反應充分，提高燒結礦強度和成品率。在現有原料條件下，當料層厚度從750mm提高到770mm，固體燃耗從72.3 kg/t降低到69.5kg/t，返礦率下降1.82%，FeO降低0.4%，轉鼓指數提高0.9%。由于料層提高后垂直燒結速度降低，利用系數略有下降，故一般將料層厚度控制在750～770mm，在提高燒結礦強度的同時保證較高的生產率。

3.4 控制合適的MgO和Al2O3含量

在燒結礦中含有一定量的MgO可改善燒結礦的高溫性能，提高燒結礦的熱穩定性和還原強度。MgO可以固溶于磁鐵礦中，起到穩定Fe3O4，抑制Fe2O3形成的作用，因而抑制低溫還原時發生晶型轉變造成燒結礦粉化，從而大大改善了燒結礦的低溫粉化性能。但隨著燒結礦中MgO含量的增加，降低了燒結礦的含鐵品位。同時，由于MgO是高熔點物質，其化合物的熔化溫度也很高，為了維持必要的粘結相，需要增加燃料配加量，燃燒帶變寬，料層透氣性下降，產量降低。在燒結過程中，MgO部分固溶于磁鐵礦形成鎂磁鐵礦，會降低燒結礦中鐵酸鈣的含量，從而不利于燒結礦的冷強度，降低燒結礦的轉鼓指數。有關研究表明：對以細磁鐵精礦為主的低硅燒結而言，當燒結礦中MgO含量從1.6%增加到2.1%時， 燒結機運行速度從1.92 m /min減慢到1.78 m /min，利用系數從1.28t/(m2·h)降低到1.19t/(m2·h)。我廠根據原料條件進行合理配礦，控制MgO含量不超過2.0%。一定的鋁硅比(Al2O3/SiO2)=0.1～0.2是燒結過程形成復合針狀鐵酸鈣的必要條件。Al2O3屬于高熔點物質(2042℃），在燒結礦中的含量應低于1.8%，否則會降低燒結礦的冷強度，惡化燒結礦的還原粉化指數。在高爐渣中，Al2O3 應控制在13%～15%，超過此值，會降低爐渣的流動性和脫硫能力。

3.5 控制熔劑和燃料的粒度

燒結生產中熔劑和燃料粒度過粗時，會造成粒度偏析，使燒結過程不均勻，造成燒結礦強度和粒度組成不均勻，要求熔劑和燃料的粒度＜3mm的應達到85%以上。當熔劑粒度偏大時，燒結礦中白點多，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，否則會降低燒結礦的強度和成品率。對于反應性強的無煙煤粉，其最佳粒度范圍可適當放寬，控制其粒度<3mm的應達到70%以上。

3.6 強化崗位標準化操作

嚴格貫徹“精心備料，減少漏風，穩定水碳，厚料低碳，鋪平燒透，燒好返礦”的燒結生產操作方針，推行低碳、低水、厚料層操作。通過加強工藝紀律檢查與考核，強化了對配料、混料、燒結等關鍵工序的操作。

在配料工序，加強配料系統的校驗與調整，提高配比準確性。穩定生石灰的下料和準確性。

在混料工序，強化加水操作，提高混合料料流和水分的穩定性，一次混合水分控制在(7.5±0.3)%，二次混合加好蒸汽預熱系統，并根據原料變化作相應的調整，配用富礦粉則適當增加水量，控制混合料粒度組成3～10mm在70%以上，提高料層透氣性，為燒結礦強度和生產率的提高提供條件。

在燒結工序中，將燒結點火溫度控制在1000℃～1100℃，配碳量在3.8%～4.2%，料層厚度控制在750～770mm，實現低溫低負壓點火，結合偏析布料技術和料面平料壓料技術，強化布料操作，調整松料和壓料強度，從而較好地實現了燒結料層橫向和縱向的均勻燒結。加強燒結終點控制，強化燒結過程，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，提高燒結礦產、質量。

4 生產效果

通過采取優化配礦、提高燒結礦堿度、控制MgO和Al2O3含量等措施,使低硅燒結礦強度得到提高,滿足了高爐生產的需要。

1)優化配礦、改善燒結原料結構是降低燒結礦SiO2含量及提高燒結礦品位和強度的重要手段。

2)提高燒結礦堿度和采取厚料層燒結是改善燒結礦強度的有效措施。

3)控制燒結礦中合適的MgO、Al2O3質量分數，是獲得高強度燒結礦的重要條件。

參考文獻

[1] 伍成波等.改善低硅燒結礦低溫還原粉化性能的研究[J].鋼鐵.2010年04期.

[2] 馮向鵬等.低硅條件下堿度對燒結礦強度的影響[J].燒結球團.2004年02期.

[3] 朱賀民.燒結礦堿度、SiO₂和MgO含量對燒結冶金性能的影響[J].鋼鐵研究.2006年04期.