吳洪義，夏志堅，陳曉光

(寧波鋼鐵有限公司，浙江 寧波 315807)

摘 要: 利用 X 射線衍射及燒結杯試驗分別對褐鐵礦的礦物組成和燒結性能進行了研究。研究結果表明，該褐鐵礦同化溫度低、液相流動性好，其配比從 30% 逐步增加到 70% 后，垂直燒結速度和成品率下降，固體燃料消耗上升，但燒結礦的強度指標仍然保持在較好水平。在生產實踐中，通過配礦結構優(yōu)化、改變燒結生產工藝條件和技術參數(shù)等措施，褐鐵礦配比成功配加到 60%，赤鐵礦等配比大幅度下降，燒結礦質量穩(wěn)定性良好，達到了優(yōu)化結構、降低配礦成本的效果。

關鍵詞: 燒結; 褐鐵礦; 高配比; 試驗研究; 生產實踐

1 前 言

隨著鋼鐵市場的快速發(fā)展，優(yōu)質的粉礦資源逐步減少，褐鐵礦作為一種較為廉價的礦石逐步推向市場。在燒結工序中，提高相對廉價褐鐵礦的使用量，在滿足質量要求的基礎上，可以有效地降低燒結礦成本。國內很多鋼鐵企業(yè)通過調整料層厚度和水炭配比，褐鐵礦配加到 30% 以上，其中寶鋼最高，短暫的配到了55%^［1］。寧波鋼鐵從 2015 年開始著力進行高配比褐鐵礦的試驗研究和生產實踐攻關，通過原料結構優(yōu)化和對燒結料層厚度、燒結負壓、燒結礦堿度等一系列調整措施，褐鐵礦配比從35% 成功提高至 60%，燒結礦質量保持在較好的水平，滿足了高爐高效順行的要求。

2 高褐鐵礦燒結試驗研究

2. 1 褐鐵礦的礦物性能分析

澳洲楊迪礦屬于河道型褐鐵礦，結晶水含量高，其通用化學式為 mFe₂O₃ ·nH₂O ( m = 1～3，n =1 ～4) 。其 X 射線衍射結果見表1 與圖1?？梢?，該礦物主要由褐鐵礦、赤鐵礦和極少數(shù)磁鐵礦及少量脈石組成。

2. 2 試驗參數(shù)和方案

試驗采用300 mm ×700 mm 燒結杯系統(tǒng)。試驗過程中，一次混合加水潤濕，二次混合制粒 3 min; 試驗工藝參數(shù)為:制粒時間 3 min，料層厚度 650 mm，點火時間 1. 5 min，鋪底料厚度約30 mm，點火溫度 1 050 ±50 ℃，點火負壓 8 kPa，燒結負壓 12 kPa，冷卻負壓 8 kPa，冷卻時間 3 min，冷卻溫度 ＜250 ℃。

試驗取用寧鋼生產中使用的原料，燒結礦堿度為 1. 80，MgO 含量固定為 1. 5%，熔劑用石灰石和白云石粉。試驗具體配比詳見表 2。

2. 3 燒結杯試驗原燃料分析

本次燒結杯試驗所用原料及燃料成分分別見表 3 與表 4，含鐵原料的粒度組成見表 5。

2. 4 試驗結果及分析

試驗褐鐵礦配比從 30% 增加到 70%，其結果詳見表 6。

從表 6 的試驗結果可得出以下幾個結論:

(1) 隨著褐鐵礦的配比從 30% 提高到70%，垂直燒結速度呈下降趨勢。其主要原因是雖然隨著褐鐵礦的配比增加，混合料變得疏松，原始透氣性變好，但是褐鐵礦的同化溫度低、液相生成能力強、流動性高于其它赤鐵礦石，增加了燃燒帶的厚度，從而影響了燃燒帶的透氣性，導致垂直燒結速度不升反降^［2］。另外，過多的水分增加了氣流帶出水分的負荷，氣流蒸汽飽和后，水不再以氣體的形式遷移，以液體的形式向料層下部遷移，易堵塞氣流通道，從而降低料層透氣性。

(2) 燒結礦的成品率隨著褐鐵礦配比的升高而降低。褐鐵礦配比在 30% 時，燒結的成品率為 75. 14%，當褐鐵礦配比增加到 70% 時，成品率下降到71. 91%。其主要原因是褐鐵礦燒結容易形成薄壁大孔結構，使燒結礦整體變脆，在運輸和整粒過程中容易破碎導致成品率低;另外，因為褐鐵礦液相生成溫度低，容易產生大量液相，而且液相的流動性好，容易封閉料層的孔隙，使燒結料層的透氣性不均勻，加劇燒結料層中焦粉燃燒形成的橫向不均勻性所致。

(3) 因成品率和垂直燒結速度隨著褐鐵礦配比升高而降低，導致燒結利用系數(shù)也隨著褐鐵礦配比的升高而降低。褐鐵礦配比為 30%時，利用系數(shù)達到 1. 51 t/ ( m² ·h) ，當褐鐵礦配加到70%時，利用系數(shù)降低到1. 28 t/ ( m² ·h) 。

(4) 燒結固體燃耗隨褐鐵礦配比升高而增加，主要是由于結晶水含量高需要消耗大量的熱及成品率的降低所致。

(5) 隨著褐鐵礦配比的提高，燒結礦質量指標仍然較好。褐鐵礦配比從 30% 提高到 70%后，燒 結 礦 轉 鼓 指 數(shù) 從 72. 83% 提 高 到73. 06%，最高到 73. 47%，轉鼓指數(shù)略趨好;燒結礦平均粒徑均保持在 25. 3mm 以上，其 5～10mm 的含量從 16. 96% 降低到 15. 21%。主要原因是褐鐵礦生成鐵酸鈣的能力大，隨著褐鐵礦配比的增加，燒結礦鐵酸鈣生成能力提高，從而導致燒結強度略趨好。

3 高褐鐵礦燒結生產實踐

3. 1 生產工藝調整

在生產實踐中，隨著褐鐵礦配比的提高，燒結配礦結構和部分生產工藝參數(shù)也做了相應的動態(tài)調整，具體如下。

3. 1. 1 調整配礦結構

因褐鐵礦的同化溫度低，液相流動性普遍較好，在選擇精粉品種時，盡量選用同化溫度相對較高的磁精粉，實踐中選擇配加的磁精粉有南非精粉、智利精粉，磁精粉配比保持在8% 以上，以改善混勻礦燒結性能的匹配程度^［3］。此外，精粉配比的增加，也提高了混合料的堆比重，減少了燒結過程中出現(xiàn)的大量收縮，對提高燒結礦強度和成品率有利。實踐中褐鐵礦配比超過 50%時，精粉配比保持在 15%以上，2017 年精粉配比達 19%。

3. 1. 2 實行厚料層燒結

燒結過程自上而下是一個自動的蓄熱過程，隨著燒結料層的提高，自動蓄熱的熱量不斷增加^［4］。應用厚料層燒結技術還可以有效地降低燒結固體燃料的配加，同時提高燒結過程的氧化氣氛，延長燒結高溫保溫時間，促進鐵酸鈣的形成，從而改善燒結礦的質量。燒結料層厚度初始設計為 650 mm，后來通過對臺車墻板的加高和采用燒結溢流布料技術，料層厚度從650 mm 提高到 780 mm。

3. 1. 3 適當提高燒結礦堿度

混合料中 CaO 的存在有利于易還原鐵酸鈣CaO·Fe₂O₃ 的生成。隨著燒結礦堿度的提高，除了與 SiO₂ 和 FeO 結合的 CaO 外，還有多余的CaO 和 Fe₂O₃ 反應生成鐵酸鈣，堿度越高，出現(xiàn)的鐵酸鈣越多，從而可改善燒結礦的強度和還原性。在生產高堿度燒結礦時，鐵酸鈣液相起主導作用，因此在高褐鐵礦燒結時，可以適當提高燒結礦的堿度來改善燒結礦的各項指標^［5］。2013 年、2014 年，生產中燒結礦堿度基準控制在 1. 79 ～1. 82 之間，2015 年以后，生產中將燒結礦堿度基準從 1. 82 提高到目前的1. 88，燒結礦質量良好，高爐穩(wěn)定順行。

3. 1. 4 降低燒結過程負壓

褐鐵礦結構比較疏松，其在較低的抽風負壓下燒結速度即可以達到較高。在高抽風負壓燒結條件下，燒結速度更快，會造成燒結過程中的高溫保持時間短，燒結反應時間不充分，液相生成不足，結晶也不完善，不僅會導致燒結礦成品率下降，而且也會使燒結礦強度降低。因此，降低燒結負壓，可以明顯改變燒結速度，增加燒結過程的高溫保持時間，使燒結礦結晶更加完善。2 # 燒結機投產后，生產中對 1 # 燒結機的兩臺主抽風機進行了變頻改造，燒結負壓從設計的額定 17 kPa 降低到 12 kPa 以下，燒結礦質量良好穩(wěn)定。

3. 1. 5 適當?shù)纳遗浔?/p>

在混合料中配加生石灰可以提高混合料的料溫、濕容量和改善制粒效果。但在高褐鐵礦燒結時，過高的生石灰配加，會導致混合料過于疏松，燒結速度過快，燒結礦強度質量降低。因此，高褐鐵礦配比生產時，合適的生石灰配比很有必要。褐鐵礦配比在 30% 以下時，噸燒生石灰消耗在45 ～50 kg 之間; 當褐鐵礦配比超過 50%后，噸燒生石灰消耗降低到 25 kg 以下，最低只有 16 kg，燒結礦質量保持在原來的較好水平。

3. 2 生產情況

目前兩臺 430 m² 的燒結機，配套兩座2 500 m³ 的高爐，燒結產能只需要發(fā)揮 65% ～70%。從 2015 年開始褐鐵礦的配比不斷提升，從 35%開始一直配加到 60%，短時間到 65%，2017 年一直保持在較高的水平。不同時期不同 配比褐鐵礦生產的技術經濟指標詳見表 7。

根據表 7 生產數(shù)據統(tǒng)計可知: 燒結礦強度變化不大，都保持在較好水平，平均粒徑略微變粗;固體燃料消耗隨著褐鐵礦配比增加略微增加;垂直燒結速度不斷下降，但成品率變化不大，均保持在 79%以上; 利用系數(shù)因燒結礦產能富余較大，只是微弱下降，沒有真實反映出其規(guī)律; 褐鐵礦配比升高后，燒結品位仍然保持在57. 4% 以上的較好水平，在 2017 年配加 FMG高硅、高鋁的褐鐵礦后，導致燒結礦二氧化硅升高，品位下降到 57. 2% 左右; 燒結礦 ＲDI 指標有略微劣化跡象。

4 結 論

高褐鐵礦試驗和生產實踐證明:

(1) 經過配礦結構優(yōu)化和生產工藝調整，在燒結產能富余的條件下，褐鐵礦配比到 60%可行，燒結礦質量穩(wěn)定。

(2) 當燒結產能富余，在不追求產能的情況下，成品率可保持在79%以上的較好水平。

(3) 褐鐵礦品位較低，燒損高，配加優(yōu)質低硅低鋁的褐鐵礦，提高褐鐵礦配比后，燒結礦品位仍然可以保持在較高的水平。

(4) 當褐鐵礦達到一定的配比以后，燒結混合料的水份不再隨褐鐵礦配比增加而增加，而是穩(wěn)定在 7. 2% ～7. 4%之間。

參考文獻

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