中天鋼鐵高堿度燒結研究與實踐

張俊杰  裴元東  周曉冬  張巧玉  管振列  周翔

（中天鋼鐵集團有限公司）

摘  要：中天燒結在550m2燒結機大修期間，為了確保高爐生產需要，對4臺180m2燒結機的堿度進行了調整，采用提高生石灰配比的方式，堿度中線從2.1調整到2.25。高堿度燒結期間，成分上表現出燒結礦S含量升高、FeO含量降低的特點；指標上表現出料層透氣性改善、負壓降低的特點，高堿度期間燒結礦產質量得到保證，強度最高的堿度范圍在2.15-2.2。但超高堿度燒結也出現了燒結礦堿度波動率增大的問題，尤其燒結料厚越高堿度波動率越大。從本次工業試驗來看，高堿度燒結中線控制不宜超過2.25。原輔料尤其白灰質量的穩定供應是發揮高堿度燒結優勢的保障。

關鍵詞：燒結；高堿度；分析；實踐

1 前言

高堿度燒結是近幾十年來不斷發展成熟的工藝，也是燒結發展鐵酸鈣優質粘結相、高爐爐料中搭配酸性球團/塊礦的必需。在近幾年環保管控背景下，燒結常因限產而堿度升高到較高水平，但燒結礦的堿度并不是越高越好，過高的堿度可能帶來正硅酸鈣含量高、燒結礦難滴落等負面問題。

中天鋼鐵共有550m2和4*180m2五臺燒結機，高爐爐料結構中燒結礦比例在70%水平。550m2燒結機自2019年4月9日至5月23日組織大修，期間為了確保高爐生產需求，4月9日對4臺550m2燒結的堿度中線調整至2.25，后供礦壓力減緩后，堿度中線自4月23日調增至2.20，550 m2檢修結束后堿度中線回歸至2.15。堿度調整路徑如下：

表1 堿度中線調整情況

根據這一階段生產數據的變化，分析總結了中天高堿度燒結的情況和特點，以為后續生產提供參考。

2 高堿度期間燒結礦成分變化特點

2.1 燒結礦的S含量

燒結過程中，燒結料中S的脫除率基本在90%水平，剩余的S則進入燒結礦，進而帶給高爐。扣除原料中S含量波動的影響，如圖1中大數據分析可知，隨著中天南區燒結礦堿度從1.9增到2.4，燒結礦的S含量呈現升高趨勢。從回歸公式看，基本上燒結礦的堿度每升高0.1，燒結礦的S含量增加0.0031-0.0034%。則在燒結礦堿度從2.1增加到2.3過程中，隨著有時堿度的波動，則燒結礦S含量整體上升0.01%是可預期的。

分析原因，認為主要是兩方面原因導致高堿度下燒結礦S含量升高：

1）高堿度燒結固S。隨著燒結礦堿度的逐步提高，CaO含量繼續增加，則燒結礦固S的作用進一步強化，發生如下反應。

CaO+S→CaS+O

2）高堿度燒結液相熔點降低。在實踐范圍內，隨著燒結礦堿度的逐步提高，燒結液相熔點繼續降低，在一定燃料條件下，一方面液相數量增多，另一方面燒結溫度降低，最終不利于燒結過程中的脫硫反應，使S固結到燒結礦中的量增加。

圖1 南區燒結礦堿度與S含量的關系

2.2 燒結礦FeO含量

中天燒結礦的FeO目前按7-8%控制。在550m2大修期間，180m2燒結機的FeO常在低限波動，個別時候通過增加燃料配比也難使FeO升高。圖2所示為南區180m2燒結礦堿度與FeO含量的關系。

整體上看，雖然堿度和FeO二者的趨勢不明顯，但仍可看出隨著堿度的提高，FeO有一定降低趨勢。這主要是由于燃料配比等影響FeO的眾多因素也在變化。

圖2 南區燒結礦堿度與FeO含量的關系

分析堿度提高后會使FeO降低的原因如下：

隨著燒結礦堿度的提高，CaO含量增加，燒結液相的熔點將進一步降低（如圖3所示），有助于在低溫下生成較多的鐵酸鈣相。在燒結燃料配比不變時，燒結的液相量將增多。因此整體上堿度提高有利于操作上降低燃料配比，尤其對于沒有石灰石分解吸熱而言。同時厚料層條件下，蓄熱作用更強，因此燃料配比可進一步下降。即一定的燃料即可以保證燒結過程需要的液相量，生成最佳的粘結相鐵酸鈣。

圖3 相圖CaO-Fe2O3

值得注意的是，在這種背景下，繼續提高燃料配比將會增加燒結過程的熱量，不僅破壞鐵酸鈣相（高溫分解），也讓更多的礦粉熔化形成液相——如果液相過多，燒結礦的強度不一定提高，反而容易形成大孔薄壁結構，同時燒結礦的還原性肯定變差，反而不利于高爐燃料比等指標；同時液相過多也不利于燒結脫硫反應，會使燒結礦S含量升高。

因此，最關鍵的問題是高堿度燒結雖然FeO不高，但液相已足夠，而不是普通燒結時靠“提高燃料配比—提高FeO/提高液相量—改善燒結礦質量”的邏輯。

因此，超高堿度燒結FeO控制應適當放低。

同時，FeO的控制也應與SiO2含量相匹配。低硅條件應提高FeO來保強度；但在高硅條件下，FeO含量可適當放低，避免高SiO2高FeO條件下生成較多的硅酸鐵相，反而不利于高爐爐內的透氣性。在中天高堿度期間，燒結礦的SiO2含量在5.3%水平，則FeO含量在8%水平是可行的；個別時候SiO2含量波動在5.5-6.0%，則FeO含量適當放低到7-7.5%對燒結整體有利。

3 高堿度期間燒結礦質量變化特點

3.1 廢氣溫度和透氣性

燒結廢氣溫度受上料量、料層負壓影響較大。但同時與燒結礦堿度也有一定關系。整體上看，隨著燒結礦堿度進一步提升，廢氣溫度有升高趨勢；圖4和圖5所示分別為燒結礦堿度與廢氣溫度的推移圖。后期南區180m2篦條的糊堵后，廢氣溫度提高，與堿度沒有對應關系。一燒結堿度從2.15到2.25時，廢氣溫度平均值也從135℃提到141℃。基本上堿度提高0.1，廢氣溫度中線提高約5-10℃。

圖4 燒結礦R和SiO2推移圖

圖5 燒結廢氣溫度推移圖

與對廢氣溫度影響類似，高堿度燒結有利于降低燒結負壓，如表2所示。但負壓同時受配料的影響，因此對應關系不是很明顯。

3.2 燒結指標

隨著堿度的提高，一混加水量呈現升高趨勢。這是由于白灰配比增加后，需要更多的水分形成Ca(OH)2膠體，這有助于改善料層的透氣性和加強粘結效果，降低返礦，最終內返礦在提高堿度過程中呈現降低趨勢。其中8#堆水分稍低是由于南非粉替代楊迪粉所致。

高堿度燒結改善了料層透氣性，粘結效果好，有利于燒結提產，同時高堿度燒結也有物料輕、配水高等不利因素，尤其在整個高堿度期間外購灰使用背景下，最終整體上燒結礦的產量得到了保證。

水分高使的燃料消耗一定程度增加，因此燃料配比降幅不顯著。

在高堿度期間，燒結礦轉鼓指數整體上較為穩定，燒結礦質量得到了保證。一燒結和二燒結轉鼓最高對應的堿度分別為2.2和2.15。分析認為，二燒結對提高堿度更敏感的原因是其料層厚度更高，物料的偏析問更大，因此高堿度下物料偏析帶來的負面影響較一燒結會更大些。

表2  一燒結堿度中線調整階段燒結參數變化

4 高堿度燒結的成分波動性尤其堿度合格率問題

4.1 生石灰供應保障和原輔料成分的穩定性

受550大修期間自產灰供應量減少，甚至無自產灰情況下，外購灰廠家頻繁切換影響生石灰配比穩定。

燒結堿度中線調整對燒結礦堿度穩定性、亞鐵百分比含量變化均有不同程度影響。二元堿度受CaO和SiO2含量變化影響較大。高堿度燒結下，因生石灰配比較大，最高達到6.35%，生石灰質量波動對燒結礦堿度帶來較大影響。同時，各類原輔料成分穩定性也有影響。

堿度中線變化時，燒結礦堿度合格率如表3和表4所示。整體上看，燒結礦堿度合格率隨著堿度提高而下降，尤其對于二燒結而言，這與外購生石灰使用比例較大、生石灰氧化鈣含量波動大、生石灰因供應量頻繁切換生石灰倉、熔劑下料波動、超厚料層燒結均有關。一燒結在4月9日堿度合格率上升是因為550燒結機大修后，180-2#的生石灰供應單位進行了調整，僅保留了一家外供單位，生石灰使用比例、質量穩定性均改善，故堿度合格率有明顯上升。

4.2 超厚料層偏析問題

在中天當前較高厚料層的條件下，物料的偏析本身較大，堿度的提高將加劇偏析，最終使燒結礦成分存在一定波動性。同時，在目前幾臺機的圓輥下輥式布料器受料點太低，九輥/七輥實際僅發揮3-4輥的作用，布料器起到均勻偏析的效果較弱，也不利于燒結成分的均勻化，后續有改造機會應進行相應改造調整。

4.3 低比例燒結礦問題

高堿度燒結伴隨高爐爐料結構中低入爐燒結礦比例。在超厚料層條件下，大量塊礦和球團作為高爐返礦返回燒結利用，尤其粒度較粗的塊礦回用燒結，粗粒度物料偏析到料層底部，且難以制粒和成礦，最終將加大燒結礦成分的不均勻性。

另外，非定時和量少的取樣化驗也對燒結礦成分穩定性有一定影響。在燒結物料偏析布料下，料層上下部燒結礦的成分不可能像球團一樣基本接近（料層上下部燒結堿度差異在0.3以上——高堿度燒結會進一步放大這一問題——這也是高堿度燒結期間頻繁檢測出堿度波動大的原因之一），少量的取樣化驗難保證同時取到料層上下部的燒結礦樣，則檢驗結果難有真實代表性。

表3  一燒結堿度合格率

表4  二燒結堿度合格率

5 高堿度燒結的生產要領

1）從源頭抓原料穩定。穩定配礦結構，減少換料次數；加強配料管理，保證配料的準確性[1]。

2）生石灰下料。高堿度燒結下生石灰配比較大，下料波動勢必帶來堿度波動。通過對生石灰倉下料技改后，生石灰下料較之前穩定；同時生石灰倉技改運用到粉塵倉，穩定粉塵下料，避免因粉塵下料波動帶來的SiO2波動。

3）生石灰消化。高堿度下生石灰配比增加，生石灰消化時間勢必延長，保證一混水溫在75℃以上，適當增加混合料水分，穩定一混加水量，強化生石灰消化過程，同時，對小礦槽蒸汽量和圓輥下的混合料溫跟蹤，保證在60℃以上；穩定生石灰品種，減少換倉帶來的波動，同時對生石灰進倉做好計劃，合理使用。

4）保證設備穩定運行，強化點巡檢工作，對穩定設備運行的建議、改造積極落實。

6 結論

1）隨著堿度的提高，CaO配加量增加，燒結礦的固S作用加強，燒結礦S含量呈現升高趨勢，中天條件下基本按堿度每升高0.1燒結礦S含量增加0.003%的趨勢。

2）FeO含量隨著堿度升高有一定降低趨勢，但又受生產中其他因素如配碳量的干擾。堿度提高后燒結液相熔點降低，燒結礦FeO中線可適當追求低線控制。

3）堿度從2.1中線提高到2.25過程中，燒結過程透氣性改善，廢氣溫度提高約10℃，在提高燒結配水量和提高白灰條件下，通過增加Ca(OH)2膠體，克服了燒結熔劑量大的缺點，最終燒結礦的產質量均得到了保證。

4）試驗中燒結礦強度最高時對應的堿度在2.15-2.2水平；料厚越高則對堿度越敏感。

5）堿度在2.25-2.3條件下，盡管燒結礦產質量有保證，但燒結礦成分的波動性尤其是堿度波動性明顯增加。這與物料供應保障、厚料層燒結偏析等均有關。

6）從本次試驗看高堿度燒結有利于改善燒結礦質量，但中線控制以不超過2.25為宜。后續高堿度燒結時應注意成分穩定性問題，從保證自產灰供應、穩定外購灰質量、穩定大宗原料成分、穩定返礦中塊球比例和粒度等方面協同配套。  

參考文獻

[1] 王靜波，劉月建，程廣田，等.單品種直供配料下提高燒結礦堿度穩定率的實踐.燒結球團，2019，44（3）：10-13