不同進口礦粉的燒結特性研究與生產實踐

  李洪革1  宋文武2  魏國友2

(1．北京科技大學  2．首鋼礦業公司)

摘要  在進行各種進口粉燒結特性研究的基礎上，進行了不同進口粉配礦的優化試驗，根據優化試驗結果，指導燒結生產，不僅保證了燒結礦質量的穩定，還實現了燒結生產效益的最大化。

關鍵詞  進口礦粉  試驗研究  生產實踐

l  前  言

         質量穩定的燒結礦是保證高爐生產優質低耗的基礎，但自2003年以來，由于礦粉市場變化，礦粉價格不斷攀升，首鋼礦業公司燒結廠開始大量使用不同品種的進口粉，來替代地方礦粉，確保燒結礦成本的降低。但由于各種進口粉理化性能和燒結特性不同，給燒結礦質量的穩定控制和生產帶來不同程度的影響，需通過大量的燒結試驗和生產實踐，總結摸索各種礦物在燒結過程中的操作規律，在保證燒結礦質量的前提下，實現不同礦物的優化組合，達到燒結生產優質、低耗、高效的目標。

2  進口礦粉的特性分析

         自2004年開始，首鋼礦業公司燒結廠開始逐漸增加進口礦粉配比，而且，進口粉的品種也逐漸增多，褐鐵礦比例也逐漸提高。

2．1進口粉化學成分分析

         進口粉主要來源于澳大利亞和巴西，進口礦粉化學成分見表l。

    從進口粉的化學成分可以看出，進口粉中P、S等有害雜質均較低。從進口粉單燒品位可以看出，除馬薩杰單燒品位較低外，其他各種礦粉的單燒品位基本在60％以上。有利于生產優質的燒結礦。

    產自巴西的各種礦粉屬于典型的赤鐵礦，燒損較低，SiO₂含量在進口粉中均處于較低的水平，因此，有“綠色礦石”之稱，配加巴西礦粉有利于提高燒結礦品位，提高高爐利用系數，降低高爐焦比。

    在產自澳大利亞的澳粉、麥克粉、西安吉拉斯粉、揚地粉和馬薩杰粉中，礦物性質除澳粉以赤鐵礦為主以外，其他各種礦粉均以褐鐵礦為主，其中、麥克粉和西安吉拉斯粉的礦物性質基本相似，主要由60％的褐鐵礦和40％左右的赤鐵礦構成，屬于中度燒損的褐鐵礦，而馬薩杰粉和揚迪粉褐鐵礦比例達到90％左右，屬于高度燒損的褐鐵礦。A1₂O₃含量較高是澳大利亞的各種礦粉的普遍特征，因此，燒結大比例配加澳粉將會造成高爐爐渣A1₂O₃含量上升，降低高爐爐渣的流動性，造成高爐焦比上升。

2．2各種礦物的粒度組成

    從表2可以看出，馬薩杰和揚迪粉2種進口礦粉粒度最粗，巴西精粉、麥克粉和安吉拉斯粉3種進口礦粉粒度最細，而澳粉、巴西燒結粉和巴卡粉3種進口礦粉粒度居中。

2．3進口粉燒結基礎特性試驗研究

2．3．1進口粉最低同化溫度

    由圖l可以看出，赤鐵礦因礦物致密，礦石同化能力較弱，而褐鐵礦(如揚迪粉、馬薩杰粉)因含不同程度的結晶水，氣孔率較大，有利于CaO的擴散，同化性能較好，有利于產生更多的復合鐵酸鈣。

2．3．2進口粉液相流動性指數與堿度的關系

    燒結生產過程是在非均質條件下進行的，研究不同進口粉在不同堿度下的液相流動性，有利于分析進口粉在燒結過程中的行為。根據進口粉在不同堿度條件下的液相流動性可以看出：由于揚迪粉A1₂O₃含量較低，燒損又較大，因此，與其他進口粉相比，具有非常良好的液相流動性，并隨著堿度的提高，液相流動性進一步好轉。而巴西燒結粉、巴西卡拉加斯粉和巴西精粉液相流動性較差，幾乎不受堿度變化影響。澳粉、麥克粉和西安吉拉斯粉液相流動性比較相近，隨著堿度的提高，液相流動性呈現好轉的趨勢，但澳粉和麥克粉隨著堿度的提高，液相流動性略好于西安吉拉斯粉。

2．3．3進口粉液相流動性指數與溫度的關系

    由圖3可以看出，各種進口粉液相流動性指數隨著溫度的提高而提高，但隨著溫度的升高，各種進口粉液相流動性指數變化幅度差異卻較大。巴西各種礦物液相流動性指數隨溫度變化幅度較小，而揚迪粉和澳粉液相流動性隨溫度的提高上升幅度較大。配加一定的揚迪粉有利于在低溫條件下將各種難熔礦物粘結在一起。
3 不同進口粉的試驗研究

3．1  以西安吉拉斯粉代替澳粉的試驗情況

    為摸索西安吉拉斯粉燒結特性，掌握西安吉拉斯粉燒結操作規律，分別進行了l 5％的西安吉拉斯粉代替澳粉進行實驗室試驗和工業試驗。

    實驗室試驗情況：以全部磁鐵礦粉進行燒結杯試驗作為試驗的基準期，以l0％、15％的西安吉拉斯粉代替澳粉，其它金屬料全部采用自產磁鐵礦粉，燒結礦堿度按照1．80倍進行控制，白灰配比控制在4％。

    根據西安吉拉斯代替磁鐵礦粉進行燒結杯試驗可以看出，混合料裝杯重量逐漸下降，這與西安吉拉斯粉多孔狀的礦物結構有直接的關系。以不同配比的西安吉拉斯粉代替民粉，燒結利用系數明顯降低，但全系數變化幅度較小，由此可以看出，西安吉拉斯粉屬于“不好燒但容易冷卻”的礦粉；以西安吉拉斯粉代替磁鐵礦粉，燒結成品率呈現遞減趨勢，而燒結燃料消耗呈現逐步上升趨勢。

    工業試驗情況：工業試驗以磁鐵礦粉+15％的澳粉作為基準期，工業試驗分別以15％、20％的西安吉拉斯粉代替澳粉，白灰配比控制在4％，燒結礦堿度按照1．80倍進行控制。

    針對西安吉拉斯粉孔隙率大的礦物特性，混合造球過程需吸收較多的水分，為此，試驗期間適當提高了混合料水分。從表4中數據看出，雖然西安吉拉斯粉比澳粉粒度細，但通過提高混合料水分，混合料造球效果反而有所改善。
   利用系數變化與燃料消耗變化趨勢與實驗室試驗相同。工業試驗期間，由于西安吉拉斯粉供應問題，20％配比的西安吉拉斯粉工業試驗僅進行60小時，因此，20％配比的西安吉拉斯粉工業試驗數據代表性存在一定的局限性。
    工業試驗過程中，通過適當提高混合料水分和混合料碳含量，燒結礦轉鼓強度得到保持，但返礦率略有上升，燒結礦小于5mm含量明顯上升，這與褐鐵礦燒結特點有直接關系，隨著褐鐵礦比例的增加，燒結礦結構呈現薄壁大孔狀，導致燒結礦平均粒徑呈現不同程度的下降。

3．2  以揚迪粉代替澳粉試驗情況

    試驗以不同配比的揚迪粉代替澳粉進行對比分析。
 

    通過燒結杯試驗可以看出，在揚迪粉配比在10％以內，由于揚迪粉A1₂O₃％含量較低，液相流動性較好，燒結時間和冷卻時間均呈現不同程度的縮短，燒結利用系數得到提高，揚迪粉配比超過15％以后，利用系數略有下降，主要是燃燒帶變厚，燒結阻力增大原因所致。
    根據燒結礦成品粒度篩析結果可以看出，揚迪粉與其它褐鐵礦呈現明顯不同，以不同比例的揚迪粉代替澳粉進行燒結，燒結礦成品粒度組成未發生顯著的變化。揚迪粉雖然也是褐鐵礦，但與其它褐鐵礦不同，這與揚迪粉特殊的燒結特性有直接關系。

4  針對不同性質的進口礦粉配加量采取的措施

4．1根據不同性質的進口礦粉配比，混合料水分分階段進行控制

    不同進口粉的特性不同，各種礦物的吸水性也呈現明顯的差異。各種褐鐵礦具有不同的孔隙度，而礦物的通孔與半通孔形狀決定了礦物的成球性，對混合料的粒度組成影響較大，直接對燒結生產效率產生較大的影響。因此，首鋼礦業公司燒結廠在生產實踐中，針對不同礦物的性質和配比，結合工藝流程的特點，采取了混合料在配料室提前潤濕，一混加足水，二混補充水的措施，其中，配料室加水量占混合料總加水量的20％以上，而二混加水量僅占總加水量的5％左右，從而，改善混合料制粒的效果。

4．2根據進口粉燒結基礎特性進行優化配礦

    根據進口粉最低同化溫度和液相流動性特性，可以看出，要保持燒結良好的生產效率和燒結礦質量，需要根據進口粉的燒結特性進行合理的搭配。在生產過程中，配加難熔的巴西精粉、巴卡粉和巴西燒結粉燒結，適宜與揚迪粉進行搭配，以克服燒結礦液相量的不足。

    近幾年，根據礦業公司進口粉品種多，礦物性質差異大的矛盾，礦業公司組織了進口粉燒結基礎特性分析和大量優化配礦試驗研究，根據赤鐵礦粉燒結“好燒不好冷”和褐鐵礦粉“好冷不好燒”特點，結合機上冷卻生產工藝特點，采取配加磁鐵精礦粉為基礎，配加赤鐵礦粉為主，褐鐵礦粉為輔的配礦結構，較好保證了燒結效率和燒結礦質量。

4．3合理控制燒結礦鋁硅比

    隨著進口礦粉配比的提高，燒結礦品位得到有效提高，但燒結礦SiO₂含量逐漸下降，Al₂O₃含量上升。為確保燒結礦強度的穩定，在日常生產過程中，通過調整不同進口粉配比結構，少量配加產自巴西的各種礦粉的措施，燒結礦SiO₂穩定控制在5．1～5．5％之間，燒結礦A1₂O₃含量穩定控制在1．70％以下，滿足燒結過程形成復合鐵酸鈣的必要條件，保證燒結礦礦相結構的穩定。

4．4合理控制混合料含碳量和燒結料層厚度

    生產實踐證明，隨著褐鐵礦粉比例的提高，燒結混合料中顆粒料比例增大，燒結料層透氣性改善，為提高料層厚度創造了條件，并針對褐鐵礦燒結特點，采取加大混合料堆密度的措施，緩解了燒結礦粉末增多和生產效率下降的問題。

    混合料中所含的碳是燒結礦的主要能源，在生產實踐過程中，應結合各種礦物同化性和液相流動性隨溫度的變化，對含碳量進行合理調整，否則將嚴重影響燒結效率和燒結礦質量。

4．5提高白灰配比

    褐鐵礦煅燒過程中，大部分水分是以液體形式去除，隨著進口粉中褐鐵礦比例的提高，混合料水分增加，在燒結過程中容易產生較厚的過濕帶，嚴重影響燒結生產效率。而白灰具有較強的分散性和較大的濕容量，提高白灰配比，有利于減少過濕帶的厚度。同時，由于煅燒后的褐鐵礦孔隙度較大，增加了與白灰的反應面積，提高了同化反應速度，促進復合鐵酸鈣的形成，改善燒結礦礦相結構。
5  取得的效果

5．1燒結礦質量得到穩定控制

    2004年以來，隨著不同品種的褐鐵礦比例的不斷提高，通過有效的保質措施措施，燒結礦質量得到穩定提高，燒結礦轉鼓指數得到穩定控制(見圖6)，返礦率呈現下降趨勢(見圖7)，有效消除了褐鐵礦燒結對燒結礦質量控制帶來的不利影響。

5．2燒結利用系數和燃料消耗

    隨著進口粉比例的增加，改善了燒結混合料的透氣性，燒結利用系數呈現明顯的上升趨勢(見圖8)。

    通過實驗證明，隨著褐鐵礦配加比例的增大，燃料消耗呈現上升趨勢。但在實際生產過程中，通過采取一定的技術措施，如增加白灰配比，提高料層厚度，回收高爐瓦斯灰等，燃料消耗可以得到穩定控制(見圖9)。
5  結  語

    1)由于進口粉理化成分不同，燒結基礎特性差異較大，應用進口粉燒結需進行燒結基礎特性試驗研究，以摸索各種礦物的燒結性質差異。

    2)要保持良好的燒結生產效率和燒結礦質量，進行優化配礦試驗，掌握不同礦物在燒結過程和冷卻過程中的變化規律。

    3)根據不同進口粉燒結特點，需采取適當的技術措施，結合本單位工藝技術特點，能夠達到高效、優質、低耗的生產目標。

參考文獻

l  許滿興，馮根生．改善燒結礦強度和粒度組成的理論與實踐

2  吳勝利，劉字．鐵礦粉燒結液相流動性的實驗研究

3  李艷茹，周明順．褐鐵礦用于燒結的試驗研究．燒結球團，2005，30(1)

4  傅菊英，姜濤，朱德慶．燒結球團學

5  吳勝利，陳輝．北京理工大學．鐵礦石燒結孔隙宰和諧和度