武 軼，張曉萍，李幫平，袁 鵬，熊德懷，朱賀民
（馬鞍山鋼鐵股份有限公司技術(shù)中心，安徽馬鞍山 243000）
摘 要：本文針對帶式燒結(jié)機抽風(fēng)燒結(jié)的自動蓄熱作用導(dǎo)致料層垂直方向上熱量分布嚴(yán)重不均問題，通過燒結(jié)杯分層試驗探究了各層燒結(jié)礦性能差異機理，研究了上部料層強化燒結(jié)技術(shù)。結(jié)果表明：燒結(jié)上部料層壓實程度低于中下層，且處于“驟熱驟冷、高溫區(qū)保持時間短”的狀態(tài)，以至于該層返粉率明顯高于中下層；通過上部料層單獨配料、布料的方法，從燒結(jié)礦堿度、配碳、配礦、混勻制粒、抽風(fēng)負(fù)壓及協(xié)同耦合等多方面優(yōu)化，可顯著提高上層燒結(jié)礦以及整體燒結(jié)礦的成品率。采用多項協(xié)同耦合技術(shù)強化后，上層燒結(jié)礦成品率提高5.31%，增長了9.19 個百分點，整體燒結(jié)礦成品率提高了3.54%，增長了5.25 個百分點。
關(guān)鍵詞：燒結(jié)；返粉；成品率；分層
燒結(jié)返粉主要由未燒結(jié)的混合料及未燒好的小粒級燒結(jié)礦構(gòu)成，其多少直接關(guān)系到燒結(jié)礦產(chǎn)量高低，也是反映燒結(jié)礦質(zhì)量的重要指標(biāo)[1-2]。通過對燒結(jié)礦分層、分區(qū)域研究[3-10]，燒結(jié)工作者對返粉在燒結(jié)臺車橫截面上的分布特征有了充分認(rèn)識。燒結(jié)料層的上部及燒結(jié)臺車兩側(cè)邊緣的返粉率顯著高于料層的中、下部和臺車中間，是燒結(jié)返粉的重要來源。本文在對各層燒結(jié)礦性能差異機理分析的基礎(chǔ)上，研究了燒結(jié)上部料層強化技術(shù)，以期降低燒結(jié)上層乃至整體燒結(jié)礦的返粉率。
1 料層各層燒結(jié)性能差異機理分析
1.1 各層燒結(jié)溫度差異
圖1 為各層燒結(jié)過程技術(shù)指標(biāo)，不同解剖層中燒結(jié)過程溫度變化過程相差較大。各解剖層中升溫時間（即從100℃升高到1100℃的時間）的多少順序為上層<中層<下層；各解剖層中冷卻時間（即從1100℃降低到300℃的時間）的多少順序為上層<下層<中層，上層的降溫速率遠(yuǎn)高于中、下層?？梢?，與中、下層相比，燒結(jié)料上層處于“驟熱驟冷”的環(huán)境。
各解剖層中最高溫度相差不大；而各解剖層中高溫區(qū)保持時間（即高于1100℃的時間）的長短順序為上層<<中層<下層。上層的高溫區(qū)保持時間短，僅為中、下層的46.7%。為了從溫度和保持時間這兩方面來綜合評價燒結(jié)過程中高溫區(qū)的狀況，提出“高溫區(qū)熱強度”概念，即燒結(jié)溫度從上升至1100℃開始到降低至1100℃時的溫度曲線與其對應(yīng)的時間值所包圍的面積作為高溫區(qū)熱強度（℃·min）。各解剖層中高溫區(qū)熱強度的大小順序為上層<<中層<下層。上層的高溫區(qū)熱強度僅為中、下層的46.24%。
1.2 各層燒結(jié)礦性能差異
圖2 為各層燒結(jié)礦性能指標(biāo)。上層燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度比中、下層平均低8.2%左右，中層轉(zhuǎn)鼓強度比下層略高；上層燒結(jié)礦成品率比中、下層分別低14.44%、17.46%，下層成品率比中層略高，上層燒結(jié)礦中占42.2%為返粉；上層燒結(jié)礦的粒度組成呈現(xiàn)右偏態(tài)分布，隨著粒徑變小所占比例呈現(xiàn)越高的趨勢，上層10～16mm、6.3～10mm 的比例明顯高于中下層；隨著解剖位置下移，成品燒結(jié)礦中＞40mm、＞25mm 的比例逐漸增加，下層燒結(jié)礦平均粒度較上層大5.8mm、中層較上層大4.8mm。中下層燒結(jié)礦大顆粒比上層多，細(xì)粒級（–6.3mm粉末）比上層少，粒度組成明顯優(yōu)于上層。
上層燒結(jié)礦質(zhì)量明顯差于中、下層的原因在于：燒結(jié)上部料層壓實程度與中下層相比要低，物料之間接觸相對不夠緊密、間隙較大，為燒結(jié)過程中液相的形成和較大礦石顆粒被液相粘結(jié)造成困難；另一方面，上層燒結(jié)礦升溫速度過快，在燒結(jié)過程中自動蓄熱作用較弱，熱量不是很充足，且在抽風(fēng)作用下燒結(jié)礦表層受吸入的冷空氣作用冷卻速度快所產(chǎn)生的玻璃質(zhì)較多，即燒結(jié)上層處于“驟熱驟冷、高溫區(qū)保持時間短”的狀態(tài)，以至于該層燒結(jié)礦的成品率和轉(zhuǎn)鼓強度較低，返粉較高。此外，還可以看出各層最高燒結(jié)溫度并不是傳統(tǒng)上認(rèn)為的不同位置燒結(jié)礦性能差異的影響因素。
2 燒結(jié)上部料層強化試驗
針對厚料層燒結(jié)中沿料層高度熱量分配不合理，上層燒結(jié)礦質(zhì)量明顯低于中下層的問題，采用將燒結(jié)上部料層與中下層區(qū)分開，單獨進行配碳、配礦、堿度、制粒、抽風(fēng)負(fù)壓等燒結(jié)工藝參數(shù)的優(yōu)化，以提高上層燒結(jié)礦質(zhì)量、降低燒結(jié)過程能耗。
2.1 燒結(jié)上部料層各單項強化措施對比
2.1.1 對上層高溫區(qū)的改善作用
各強化措施對上部料層高溫區(qū)指標(biāo)的影響見表1。在各種強化措施中，以調(diào)整上部料層配碳對高溫區(qū)保持時間和高溫區(qū)熱強度的改善效果最好，上、中、下層燒結(jié)溫度差異大幅度縮小，熱量分布最為均衡，降低上部料層燒結(jié)負(fù)壓次之，再次為上層配用磁鐵精礦，上部料層原料強化制粒、上層原料提高堿度兩措施對延長高溫區(qū)保持時間和增強高溫區(qū)熱強度的作用有限，對改善各料層燒結(jié)溫度分布差異作用較小。
上部料層高溫區(qū)指標(biāo)改善效果排序：配碳>負(fù)壓>配礦>強化制粒、堿度。
2.1.2 對上層燒結(jié)礦質(zhì)量的改善作用
各強化措施對上部料層燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)的影響見表2。各強化措施對上部料層燒結(jié)礦質(zhì)量改善作用見表3。在改善上層燒結(jié)礦成品率方面，各強化措施中，調(diào)整上部料層配碳緩解了上部料層燒結(jié)面臨的顆粒自身和熱量分布兩大問題，尤其是在熱量方面，因此其對上部料層燒結(jié)礦質(zhì)量的改善效果最好；上層配用磁鐵精礦、降低上部料層燒結(jié)負(fù)壓從補充部分熱量、減緩燒結(jié)速度這兩方面著手在一定程度上緩解了上層燒結(jié)問題，改善效果次之；上部料層原料強化制粒、上層原料提高堿度兩措施著重在顆粒自身優(yōu)化，調(diào)整熱量分布方面作用有限，因此改善效果再次。
在改善上層燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度方面，各強化措施中，調(diào)整上部料層配碳的改善效果最好，降低上部料層燒結(jié)負(fù)壓次之，上部料層原料強化制粒、上層原料提高堿度、上層配用磁鐵精再次。
2.2 燒結(jié)上部料層耦合強化試驗
綜合上述強化措施，在上部料層應(yīng)用耦合強化技術(shù)。在保持燒結(jié)料總堿度、總配碳量、總磁精礦量相同的情況下，燒結(jié)料上層按不同堿度、不同燃料用量與中下層分開單獨進行配料、混合、強化制粒（制粒時間由204s 延長到300s），使燒結(jié)料堿度及燃料用量、磁精礦配比沿料層高度方向從上層到中下層依次減少（詳見表4）的方法分2 層布料，然后點火、燒結(jié)，燒結(jié)負(fù)壓按試驗方案調(diào)整，對燒結(jié)礦切割為3 層取樣并破碎，測定燒結(jié)礦的粒度組成分布、落下強度和轉(zhuǎn)鼓強度。
2.2.1 對不同位置燒結(jié)溫度的影響
方案A 的各層燒結(jié)過程技術(shù)指標(biāo)見表5，上部料層進行耦合強化燒結(jié)后，上層的高溫區(qū)時間延長到7.97min，達(dá)到與中、下層燒結(jié)高溫區(qū)時間（分別為7.43min、7.27min）108.39％的水平，上層的高溫區(qū)熱強度提高到10371℃·min，是中、下層高溫區(qū)熱強度的110.33%，燒結(jié)料層中溫度分布趨向合理，徹底扭轉(zhuǎn)了上部料層熱量不足的局面。
2.2.2 對燒結(jié)礦整體性能的影響
上部料層耦合強化試驗總體燒結(jié)技術(shù)指標(biāo)見表6。從燒結(jié)整體技術(shù)指標(biāo)來看，對上層原料采用耦合強化技術(shù)后，燒結(jié)礦整體垂直燒結(jié)速度和利用系數(shù)、成品率、轉(zhuǎn)鼓強度均有不同程度的升高，燒結(jié)礦固體燃耗降低。其中，整體成品率高出基準(zhǔn)組3.54%，增長了5.25 個百分點，整體轉(zhuǎn)鼓強度較基準(zhǔn)組高出5.25%，增長了8.13 個百分點，整體燒結(jié)利用系數(shù)高出基準(zhǔn)組0.053t/(m2·h)，增長了4.22 個百分點。
2.2.3 不同位置燒結(jié)礦的性能差異
各層燒結(jié)礦性能指標(biāo)見表7，燒結(jié)上層原料進行耦合強化燒結(jié)后，上、中、下層的燒結(jié)礦成品率、轉(zhuǎn)鼓強度均有下同程度的改善，方案A 的上層燒結(jié)礦成品率提高了5.31%，增長了9.19 個百分點，上層與整體燒結(jié)礦成品率的差距由9.70%縮小到7.93%；方案A 的上層燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度提高了6.60%，而上層與整體燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度的差距也由5.47%縮小到4.13%；上層燒結(jié)礦粒度組成中>16mm 比例明顯增加，6.3～10mm比例呈現(xiàn)降低趨勢，上、中、下層燒結(jié)礦平均粒度均高于基準(zhǔn)組。
3 結(jié)論與建議
（1）在對厚料層燒結(jié)上、中、下各層燒結(jié)礦性能差異及其機理的系統(tǒng)剖析基礎(chǔ)上，從燒結(jié)礦堿度、配碳、配礦、混勻制粒、抽風(fēng)負(fù)壓及其協(xié)同耦合技術(shù)方面研究，采用上部料層單獨配料、布料的強化方法可顯著提高上層燒結(jié)礦以及整體燒結(jié)礦的成品率。
（2）實驗室最佳上層強化條件為：上層堿度提高0.4（下層堿度下降0.2，總體堿度2.1 不變）、配碳提高0.2%（下層配碳下降0.1%，總體配碳保持不變），磁鐵精配比提高10%（下層磁鐵精配比降低5%，總體磁鐵精配比保持不變），混合料二混圓筒制粒時間延長96sec（下層混合料二混圓筒制粒時間保持不變），燒結(jié)負(fù)壓采用逐步遞增的方式（下層燒結(jié)負(fù)壓保持不變），在進行協(xié)同耦合優(yōu)化后上層燒結(jié)礦成品率提高5.31%，增長了9.19 個百分點，同時整體燒結(jié)礦成品率提高了3.54%，增長了5.25 個百分點。
（3）考慮到此技術(shù)在現(xiàn)場實施對現(xiàn)有工藝流程改動量以及場地要求，提出兩種實施方案：一是單項強化，二是耦合強化。其中，單項強化方案工藝流程簡單，適于場地允許的舊燒結(jié)機改造；耦合強化方案工藝流程復(fù)雜，適于新建燒結(jié)機。
參 考 文 獻
[1] 康旭, 史先菊, 李軍. 返礦的物化特性及其對燒結(jié)過程的影響研究[J]. 燒結(jié)球團, 2014, 39(2): 5-8.
[2] 孫艷紅. 燒結(jié)返礦產(chǎn)生機理分析及控制途徑探究[J]. 世界有色金屬, 2016(7): 147-148.
[3] 姜濤, 李光輝, 許斌. 燒結(jié)生產(chǎn)進一步提質(zhì)節(jié)能的途徑—均熱高料層燒結(jié)[C]//第十屆中國鋼鐵年會暨第六屆寶鋼學(xué)術(shù)年會論文集.
[4] 龍紅明, 左俊, 王平. 厚料層燒結(jié)高度方向均質(zhì)性研究[J]. 燒結(jié)球團, 2013, 38(4): 1-6.
[5] 裴元東, 安鋼, 趙志星. 厚料層燒結(jié)條件下料層物料分區(qū)測定研究[C]//第十三屆全國煉鐵原料學(xué)術(shù)會議.
[6] 裴元東, 史鳳奎, 安鋼. 京唐550m2 燒結(jié)機臺車上物料和燒結(jié)礦分區(qū)研究(Ⅰ)[J]. 燒結(jié)球團, 2013, 38(1): 9-12, 21.
[7] 裴元東, 史鳳奎, 安鋼. 京唐550m2 燒結(jié)機臺車上物料和燒結(jié)礦分區(qū)研究(Ⅱ)[J]. 燒結(jié)球團, 2013, 38(2): 14-19, 47.
[8] 劉玉東, 康海軍, 裴元東. 京唐800mm 燒結(jié)料層物料分布測定[J]. 河北冶金, 2014(11): 33-35.
[9] 趙志星, 安鋼, 裴元東． 京唐大型燒結(jié)機料層結(jié)構(gòu)物性參數(shù)和混合料性能測定[C]//2012 年全國煉鐵生產(chǎn)技術(shù)會議暨煉鐵學(xué)術(shù)年會.
[10] 陳東峰, 胡夏雨, 黃發(fā)元. 不同厚度和不同部位燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)變化規(guī)律[J]. 燒結(jié)球團, 2012, 37(3): 5-9.