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聂礼1 毛锐2 杜东2 岳昌燕2 吴敏2 （1.首钢水钢技术中心 2.首钢水钢炼铁厂） 摘 要 本文着重对水钢4号高炉槽下入炉烧结矿物理性能中降低5-10mm的部分比例大量实验、探索、分析、归纳，总结得出了一些经验，拟制出控制措施运用于生产实践，入炉烧结矿准粉末达到了≤25%控制目标，以保高炉炉况顺行，取得了较好效果且创造了一定的经济效益。 关键词 降低 入炉烧结矿 5-10mm 探索与实践 1 前言 烧结矿是高炉的主料。在高炉小矿槽下皮带上入炉烧结矿进行人工筛分再次检测，烧结矿5-10mm的部分称为准粉末，小于5mm的部分称为粉末，小于5mm的部分工艺控制要求不超过5%，一般在4%以下。准粉末含量高后，会影响高炉上部的不透气，堵塞煤气通道，煤气流分布不均匀、紊乱，易造成悬料、崩滑料，甚至管道形成出气流，煤气利用率降低，焦比升高，产量下降，炉况发生波动，甚至可能炉况失常。因此，对四高炉槽下入炉烧结矿准粉末5-10mm的部分进行技术研究，有着重要而深远的意义。2 四高炉入炉烧结矿5-10mm准粉末情况 2016年来，水钢4号高炉槽下烧结准粉末如下图1所示，是近年来比较高的一年，尤其是上半年年平均值达到27.1%，1月份最高达到28.0%，下半年平均值25.6%，7月份最低降到24.8%，年平均值26.3%。由此，提出攻关目标，2017年降到小于25%。
3 水钢四号高炉使用原料情况 2016年来，水钢四号高炉使用原料有：烧结矿、天然块矿（南非块、澳块）、球团（进口普球、国内普球、钛球）。烧结矿主要来源于有效烧结面积均为 265m2的6#、7#烧结机。2017年2月12日-4月8日与三高炉大修同步交替对6#、7#机烧结机与环冷机进行漏风综合治理节能技术改造，烧结机台车小挡板加高60mm。在此期间为了保四高炉烧结矿用料平衡，炼铁厂料运车间在2017年1月对三高炉供料系统F202-2皮带运输机改造，工艺上打通了四高炉块矿和自产焦炭供料K、J双系统，使用了有效烧结面积为132m2的4号机部分烧结矿。4#烧结机于2017年4月20日停产，从此，6#、7#机就承担着为有效容积1350m3的三高炉和2500m3的四高炉保供主料任务。随着高炉的强化及其大型化，对高炉原料质量要求也越来越高，不仅要求它们具有良好的化学分析、物理性能而且还要求具有良好的冶金性能。本文着重对烧结矿物理性能中降低5-10mm的部分比例大量实验探索，总结出了一些经验和措施，2016年 2月10日由技术中心牵头组织炼铁厂烧结工序相关专业技术人员分析1月份准粉末较高的会上也明确提出了主矿种巴西粗粉配比不能低于20%且不能断档；澳粉总配比不能超过50%，其中57澳粉不能超过15%；降低高烧损物料的搭配；加强烧结机操作工艺参数的控制管理等措施与实践。4 试验研究 4.1 进口粉单烧、混烧烧结杯试验 2016年以来，进一步开展单矿种与大配比澳粉混烧烧结试验探索与实践，试验结果如下表1所示。
从表1中可见，进口粉单烧来看，毛塔粉、金步巴61澳粉、巴卡粉主要增加小于5mm的部分；阿特拉斯57澳粉小于5 mm和5-10mm的部分都很高，61澳粉比57澳粉小得多。大配比澳粉混烧试验结果可看出，大配比澳粉烧结准粉末是比较高的，原因与澳矿水化程度高，伴生褐铁矿量多，烧损高有直接关系，主要是准粉末增加。4.2 纯煤粉和纯焦粉单烧试验 为了优化燃料结构，摸索降低成本和烧结性能情况，开展了纯焦粉和纯煤粉烧结杯烧结性能试验研究，试验结果如下表2所示。
从表2中数据可知，纯煤粉烧结或烧结煤多余粉焦的燃料结构烧结，都会使烧结矿准粉末和返矿率升高。由此，燃料结构也是影响烧结准粉末和返矿率升高的又一原因。4.3 国内粉矿复合用料结构烧结试验 因国内粉矿烧结性能和有害元素原因，一般不宜大配比使用。通常是采用混烧复合用料结构烧结杯试验，试验结果如下表3所示。①焙烧粉配比为12%；②铁精粉配比12%；③菱铁粉配比8%；④富矿粉配比6%。另外，硫酸渣、褐铁粉、赤泥粉通常小配比使用一般不超过4%，已做了复合用料结构烧结试验，结果未列入。
从表3中可知，焙烧粉和富矿粉烧结准粉末相对较高，虽然都在准粉末控制要求≤25.0%范围，但也不宜多配，多配在复合用料结果中将会导致烧结矿强度下降，准粉末增加。5 主矿种进口粉使用比例情况 2016年以来，主要进口粉矿消耗数据统计分析如下表4所示。从表4中可见，数据对比分析四高炉整体入炉准粉末下降原因有：一方面巴西粗粉用量提升，上升了8.52%；另一方面澳粉总用量下降了1.98%，下降幅度不大，基本持平，尤其用量总澳粉中57澳粉用量大幅下降，下降了26.3%，烧结矿强度得到了较大改善，准粉末降低。这与前表1中57澳粉单烧，大配比澳粉混烧试验结果是一致的。因此，复合用料结构中巴西粗粉用量少，57澳粉用量大是烧结矿准粉末高的重要原因。6 配C和FeO的影响 烧结矿FeO含量与配C量直接相关，配碳高的，属于高温型烧结，FeO含量就高，有的甚至超过10%，对烧结矿强度造成很大影响。在烧结过程中烧结温度一般在1100-1300℃，在1260或1280℃生成铁酸钙是最多的，因此要求低温烧结，控制合适的配碳量是关键，目的获得更多的主要粘接相铁酸钙，烧结矿有较好强度。在高碱度矿物结构组成中，复合铁酸钙中的铁主要以三氧化二铁的形式存在，氧化亚铁仅占1%，因此强度和亚铁不直接相关。一般随亚铁升高（配碳增加）造成三氧化二铁分解，使矿物四氧化三铁增加，复合铁酸钙减少，从而成品矿冷态强度下降。同时高温型烧结得到的不是针状铁酸钙，而是柱状或板状的铁酸钙，这种成品矿在冷却过程中会出现大量裂纹，造成粒度碎化，准粉末增加，还原度降低。因此，高配碳，高亚铁含量，常生成大孔薄壁烧结矿，经不起运输过程中的摔打粒度细化，准粉末增加。在统计分析8月22日-9月4日期间，烧结准粉末日平均又达到25.4-27.4%，转鼓指数较高达80.0-81.3%，原因经现场落实，要求机尾保发电量，生产四班烧结燃料配比看得较大。8月 25日烧结矿微观结构矿物组成检测：赤铁矿0%，磁铁矿49.8%，铁酸钙34.68%，玻璃相15.52%。该批矿物组成太差，玻璃相太高，主要原因高碱度下，操作上燃料配加量过多，烧结过程还原气氛太强烈，烧结温度太高，生成磁铁矿太多，抑制了复合铁酸钙生成，冷却速度过快，造成结构强度下降，粒度碎化，准粉末增加。为此，提高机尾发电量，建议以保环冷机恢复动、静密封胶皮完好，减少漏风，提高热能回收效率为主，不要求烧结机工看大燃料配比来保机尾发电量，否则，保住了6#、7#机尾发电量而受损了烧结矿结构强度影响大高炉顺行。7 烧结矿SiO2影响 烧结矿SiO2在烧结过程中是形成粘接相的主要元素，其含量高低对烧结矿强度和性能有着举足轻重的影响，在8%以上由于正硅酸钙在冷却过程中相变，体积膨胀，严重自然分化，降低烧结矿强度，在5%以下，形成低硅烧结，SiO2液相较少，也会严重影响烧结矿强度。按照SiO2的分类，SiO2在5%以下为低硅烧结矿，5-6%为中硅烧结矿，在6%以上为高硅烧结矿。根据实践生产经验总结，中硅高碱度烧结矿是比其他类的烧结矿强度和性能都要好，烧结矿最理想的SiO2范围5.3-5.5%之间，因品位高，高碱度烧结强度和性能都较好，SiO2太高或太低对烧结矿冷热态强度都不利且影响大。烧结矿SiO2高低主要取决于用料结构中SiO2含量高低，与使用的矿类有很大关系。关键是看如何搭配，烧结配料最主要就是要抓住SiO2含量，若SiO2含量波动大，选取数据代表性差，配料烧出来的烧结矿化学分析也波动大，尤其碱度和品位的准确性；其次是烧损；再锁定氧化镁含量为2.05%计算。因此，配料是烧结工艺重要环节。2016年烧结矿SiO2平均6.26%，最高4月份6.83%，最低1月份5.71%。2017年1-9月份SiO2平均5.94%，最高1月份6.52%，最低9月份5.36%,7月、8月、9月逐月下降，已降到SiO2含量5.3-5.5%理想的范围。8 不同碱度对烧结矿微观结构强度影响 2016年1月份最高碱度2.04倍， 2月、5月、6月碱度最低1.87倍，年平均碱度1.92倍，从碱度分类可看出为熔剂性烧结矿。2017年1-9月份，除1月、5月、6月烧结碱度1.93倍、1.93倍、1.97倍也为熔剂性烧结矿外，其余6个月均为高碱度烧结矿，尤其是8月、9月碱度更高，8月平均2.14倍，9月份平均2.19倍。熔剂性烧结矿、高碱度烧结矿、超高碱度烧结矿的矿物组成一般有赤铁矿、磁铁矿、复合铁酸钙、玻璃相，可能有钙铁橄榄石，硅酸钙、硅酸二钙、硅酸三钙，生成矿物是很复杂的。对高碱度烧结矿而言，按烧结矿碱度分类R2≥2.0倍的烧结矿为高碱度烧结矿，高碱度烧结矿CaO含量较高，主要粘接相为铁酸钙，烧结矿冷态强度好。但随着碱度再升高，大于2.10倍以上，大多数为硅酸二钙和硅酸三钙。如果烧结矿SiO2含量较高，CaO含量更高后，生成硅酸钙量就越多。从烧结矿物结构组成各组分抗压强度表[1]中可知，硅酸一钙20.31N/mm2，硅酸二钙30.3 N/mm2，较玻璃相40.60 N/mm2还要低，可见硅酸钙机械强度是最低的，烧结矿硅酸钙数量增加，因为这种矿物在低温657℃以下由γ-2CaO.SiO2转变成β-2CaO .SiO2时，体积突然膨胀10%左右，导致烧结矿粉化。而CaO又能降低赤铁矿至磁铁矿相变ＴHM的变化，稳定磁铁矿量，抑制赤铁矿生成，改善低温还原粉化，但超高碱度烧结矿中，过多的CaO含量会游离，增加高炉渣量。9 烧结系统漏风综合治理节能改造 水钢（集团）公司通过与北京国策蓝天节能工程技术有限公司合作，对6#、7#烧结机漏风进行综合治理节能技术改造，改造完成后，经过5个多月的运行，对比改造前的情况，烧结原始料层等指标有较大的提升，烧结机漏风率等指标大幅度下降。原720mm的台车挡板高度提高到了780mm,从原700mm厚的原始料层高度提高到了760mm。不仅节能取得了较好的效果，而且烧结矿强度得到了一定改善，入炉烧结矿小于10mm的粒级、外返矿比例降低，如下表5所示。10 取得的效果 从表中5可见，2017年1-9月份5-10mm烧结矿准粉末比2016年平均降低了1.9%，小于5mm的降低了0.1%，小于10mm的降低了2.2%。四高炉2016年全年完成焦比355kg/t，2017年1-8月份累计完成焦比375kg/t,按照355kg/t计算。2017年1-8月份四高炉累计完成产量1414997t。按照2017年8月份水钢自产焦制造成本计算。生产实际数据表明[2]：小于10mm粒级烧结矿含量（质量分数）每减小或降低1%，高炉焦比将降低0.2-0.3%，增产0.2-0.3%。本文中降低焦比和增产均按0.25%取值计算经济效益。2017年8月四高炉生铁产量177651吨，吨铁固定费用224.42元。经济效益测算：（1）、烧结矿小于10mm的粒级下降2.2个百分点，吨铁成本节约2.25元。节约焦炭费用318.73万元。（ 2 ）、烧结矿小于10mm的粒级下降2.2个百分点，增加产量，分摊吨铁固定费用223.86元，节约固定费用79.24万元。由此，2017年1-8月份降低烧结矿粒级小于10mm的2.2%，合计节约费用=318.73+79.24=397.97万元。11 结论与建议 （1）稳定了主矿体系，主矿种巴粗粉和澳粉。2016年巴粗粉只有5个月超过20%，7个月未超过20%，澳粉总配比未超过50%，但是57澳粉配比较大。2017年1-9月份巴西粉配比均大于20%基本未中断，澳粉总配比未超过50%，57澳粉配比大幅减小，准粉末下降，在用料结构方面这是造成准粉末升高关键原因。建议巴粗粉配比不低于20%且不中断，澳粉总配比不超过50%，57澳粉配比不超过15%。国内粉矿配比按照前述复合用料结构试验结果要求而搭配。（2）燃料结构和燃料配比也是重要因素。尤其燃料配比是关键原因，燃料配比过大，亚铁含量过高，使烧结矿粒度碎化，准粉末增加。在现有燃料条件下，建议燃料配比4.8±0.3%，湿燃料粒度≤3mm的部分不低于75%，亚铁继续控制8-10%。（3）碱度不同对烧结矿微观结构强度影响也不一样，这也是影响准粉末的重要原因。建议控制烧结碱度1.90-2.15倍，最低不低于1.80倍，最高不要超过2.20倍。转鼓指数79.4-80.5%，最低不要低于79%，最高不要超过81%。（4）烧结矿SiO2也是影响重要因素，结合碱度控制要求。建议生产中硅高碱度烧结矿，因强度和性能都优越其它类型的烧结矿。（5）综合漏风治理节能EMC工程改造竣工，降低了漏风率，提高了原始料层厚度，烧结矿强度改善，准粉末与返矿率降低，这也是关键原因。建议坚持烧结杯试验结果为指导，坚持“四低一高”操作方针，即低水、低碳、低温烧结、低抽风负压点火，高料层；坚持“铺平、烧透”为原则。12 参考文献 [1] 《烧结球团微观结构》陈耀铭，陈锐 编著 中南大学出版社.2011年12月. [2] 《山西冶金》于广富等人著 论文《烧结矿小于10mm粒级含量指标的影响因素和改善措施》 2015年第3期 总第155期.
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