孫沛勛 戴保才 張洪亮 程廣田 李曉華

(安陽鋼鐵股份有限公司)

0 前言

燒結(jié)礦質(zhì)量的穩(wěn)定性直接影響到整個(gè)鐵前系統(tǒng)的成本和生產(chǎn)穩(wěn)定，其冷態(tài)強(qiáng)度是生產(chǎn)過程中一項(xiàng)重要指標(biāo)。安鋼各燒結(jié)系統(tǒng)的供料方式存在差異，受場地限制，部分機(jī)組沒有二次混勻料場，被迫采用單品種鐵料配礦的生產(chǎn)工藝，在這種條件下原料的理化指標(biāo)波動較大，對燒結(jié)礦質(zhì)量造成了較大影響。為了穩(wěn)定燒結(jié)礦質(zhì)量，提高燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)，從燒結(jié)礦成分入手，結(jié)合燒結(jié)杯試驗(yàn)數(shù)據(jù)，針對不同階段的燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行對比分析，尋找 FeO、SiO2、Al2O3等組分對燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的影響，為生產(chǎn)提供合適的成分控制范圍，達(dá)到穩(wěn)定燒結(jié)礦質(zhì)量，降低成本，促進(jìn)高爐順行的目的。

1 概況

2013年3月份以來，燒結(jié)系統(tǒng)配加的鐵礦石以南非粉、巴西粉、澳大利亞褐鐵礦粉為主，同時(shí)根據(jù)來料情況以及質(zhì)量要求，搭配使用加精粉、國內(nèi)酸性精礦、俄羅斯精粉等進(jìn)行調(diào)節(jié)，原料配比結(jié)構(gòu)調(diào)整幅度較小，燒結(jié)性能相對穩(wěn)定。部分進(jìn)口礦石成分見表1。

表1 進(jìn)口礦石成分

在這種原料條件下，收集3月份至12月份燒結(jié)礦化驗(yàn)成分?jǐn)?shù)據(jù)，繪制出FeO、SiO2、Al2O3等組分對轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的影響趨勢圖。根據(jù)圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)的落點(diǎn)范圍、密集程度和相關(guān)性等，結(jié)合張金柱［1］、李光森［2］、江正［3］等實(shí)驗(yàn)研究結(jié)論對各個(gè)因素之間的相關(guān)性進(jìn)行分析，用反推的方法確定適宜的燒結(jié)礦成分指標(biāo)控制范圍。

2 影響轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的因素分析

2.1 SiO2對燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的影響

SiO2是液相生成的基礎(chǔ)，對燒結(jié)礦的固結(jié)成型具有重要作用。適當(dāng)降低SiO2含量可減少高爐渣量和能耗，改善燒結(jié)礦的還原性和高溫冶金性能。但SiO2含量過低，燒結(jié)過程中產(chǎn)生的液相量少，燒結(jié)礦強(qiáng)度變差，低溫還原粉化加劇。實(shí)際生產(chǎn)過程中燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)與SiO2的相互關(guān)系如圖1所示。

圖1 SiO2對轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的影響趨勢

由圖1可以看出，當(dāng)SiO2≥4.4%時(shí)，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)均維持在較高水平(≥81%)，4.4% ～4.7%之間相對密集，數(shù)據(jù)更加集中。以整體趨勢觀察，SiO2≥4.4%時(shí)，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)隨著SiO2的含量升高而升高。實(shí)驗(yàn)研究表明，在高堿度(R＞1.8)、CaO含量一定的情況下，SiO2含量對鐵酸鈣的形態(tài)起到?jīng)Q定性的作用，SiO2含量很低時(shí)只能形成塊狀鐵酸鈣，X射線分析其化學(xué)式為CaO·2Fe203。SiO2含量≥3%時(shí)，鐵酸鈣明顯由塊狀向針狀發(fā)展，隨SiO2含量增加，逐漸變?yōu)閺?fù)合型針狀鐵酸鈣(SFCA)。液相中針狀鐵酸鈣含量增加，流動性改善，反應(yīng)更為充分，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)明顯提高。由于原料條件限制，目前部分機(jī)組燒結(jié)礦SiO2含量偏低，應(yīng)將SiO2含量提高至4.4%以上。同時(shí)，在堿度相同條件下，當(dāng)SiO2含量≥6%時(shí)，液相中強(qiáng)度高的針狀鐵酸鈣比例將降低，燒結(jié)礦在高負(fù)壓下易形成薄壁大孔結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)鼓指數(shù)下降，生產(chǎn)中需要對其上限進(jìn)行控制。

2.2 FeO對燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的影響

研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明，適當(dāng)提高FeO含量，可保證燒結(jié)礦中生成足夠的液相，有利于改善燒結(jié)礦強(qiáng)度。FeO含量的高低主要取決于原料配碳量，提高配碳量，燒結(jié)料層的還原性氣氛增強(qiáng)，有利于FeO的生成，考慮FeO過高對燒結(jié)礦還原性能和能耗的影響，應(yīng)控制在合理的區(qū)間內(nèi)。實(shí)際生產(chǎn)過程中燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)與FeO的對應(yīng)關(guān)系如圖2所示。

圖2 FeO對轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的影響趨勢

由圖2可以看出，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)≥80%時(shí)，F(xiàn)eO集中在7% ～8.5%的區(qū)間，其中以7% ～7.5%最為密集;FeO含量在7.5% ～8.0%時(shí)，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)均維持在較高的水平(81%左右)，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)隨著FeO含量的增加有上升趨勢。研究表明：增加配碳量提高了焙燒過程中的燃燒溫度，還原氣氛增強(qiáng)，形成的鐵橄欖石粘結(jié)相增多，在一定范圍內(nèi)，起到了改善強(qiáng)度的作用。

當(dāng)配碳量過多或過少時(shí)，都會帶來一系列負(fù)面效應(yīng)。過多時(shí)，燒結(jié)溫度高，燃燒帶變寬，透氣性惡化，不利于針狀鐵酸鈣的形成，燒結(jié)礦的還原性能變差;過低時(shí)，液相量不足，鐵礦石的結(jié)晶程度不充分，礦物組成玻璃質(zhì)粘結(jié)相增多，造成燒結(jié)礦多孔洞，強(qiáng)度差，成品率下降。

因此，合理配碳量的選擇，應(yīng)根據(jù)具體的原料條件以及改善燒結(jié)礦性能進(jìn)行綜合考慮，在保證燒結(jié)礦強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，將FeO控制在7% ～8%左右。

2.3 Al2O3對燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的影響

關(guān)于Al2O3對燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的影響，目前存在許多不同的觀點(diǎn)。依據(jù)本廠數(shù)據(jù)分析，其對轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的影響并非線性關(guān)系，根據(jù)不同的原料條件情況，轉(zhuǎn)化的節(jié)點(diǎn)存在一定差異，但是總體趨勢是一致的。實(shí)際生產(chǎn)中燒結(jié)礦Al2O3含量與轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的相互關(guān)系如圖3所示。

圖3 Al2O3對轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的影響趨勢

由圖3可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)鼓指數(shù)大于80%時(shí)，Al2O3集中在1.8% ～2.2%之間，在該區(qū)間內(nèi)，以Al2O3含量2.0%為節(jié)點(diǎn)。含量低于2.0%時(shí)，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)隨著Al2O3含量增加而小幅度改善。分析認(rèn)為：當(dāng)Al2O3含量較低時(shí)，燒結(jié)礦的礦物組成比較復(fù)雜，粘結(jié)相除了有CF外，還有C2F，C2S，增加Al2O3含量可以促進(jìn)鐵酸鈣的生成，抑制了燒結(jié)礦中正硅酸鈣的形成，從而改善了燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù);當(dāng)其含量高于2.0%后，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)出現(xiàn)下行趨勢。這時(shí)，燒結(jié)礦中玻璃質(zhì)增加，液相粘度升高，使燒結(jié)礦的致密性受到抑制，形成細(xì)的粘結(jié)鍵和大量孔洞結(jié)構(gòu)，使得燒結(jié)礦在冷卻過程中受到多種應(yīng)力的作用而產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致燒結(jié)礦碎裂，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)變差。當(dāng)燒結(jié)礦中Al2O3含量超過2.2%時(shí)，在赤鐵礦中Al2O3的固溶量增加，促使Fe2O3再結(jié)晶，由粒狀向片狀發(fā)展，整個(gè)顆粒結(jié)合為片狀結(jié)晶態(tài)，F(xiàn)e2O3還原時(shí)產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力由較為分散變得相對集中，導(dǎo)致膨脹激烈化;另外，Al2O3含量的增加，在鐵酸鈣中Al2O3的固溶量增加，促進(jìn)了板狀鐵酸鈣的生成，而板狀鐵酸鈣在低溫下就開始還原產(chǎn)生應(yīng)力，降低了燒結(jié)礦抵御裂紋擴(kuò)展的能力，加劇了粉化的產(chǎn)生。若Al2O3含量超過2.2%后，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)可能低于80%。建議生產(chǎn)過程中將Al2O3含量控制在1.8% ～2.2%之間，保證轉(zhuǎn)鼓指數(shù)穩(wěn)定。

3 改進(jìn)措施

通過對實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析，研究FeO、SiO2、Al2O3等組分變化對燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的影響，生產(chǎn)中采取了以下措施改善燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)。

3.1 合理配加高硅礦石

通過對比可以看出，SiO2是影響燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的主要因素，增加SiO2含量對提高燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)最為有效。生產(chǎn)過程中，根據(jù)配料計(jì)算，適當(dāng)增加了南非粉、巴西粗粉等高硅礦的原料配比，同時(shí)配加性價(jià)比較好的高硅非主流礦。通過不同硅含量原料進(jìn)行合理搭配，將SiO2含量從目前的4.5%左右提高至4.8%以上，同時(shí)將上限控制在6%以下。生產(chǎn)表明：燒結(jié)礦液相生產(chǎn)能力明顯提高，液相量增加，成品燒結(jié)礦性能改善。

3.2 調(diào)整原燃料結(jié)構(gòu)

生產(chǎn)過程中，F(xiàn)eO含量高低直接受原料條件以及燃料條件的影響。首先，調(diào)整原料中精礦和粉礦的比例，提高磁鐵礦配比，增加混合料中的原始FeO含量。其次，嚴(yán)格控制燃料粒度，避免燃料粒度過大或過粉碎，保證合理的粒度組成，保持燒結(jié)過程適當(dāng)?shù)倪€原性氣氛以及較長的高溫保持時(shí)間，在不增加燃料消耗的同時(shí)改善燃料質(zhì)量。通過以上措施，生產(chǎn)中將燒結(jié)礦FeO含量控制在7% ～8%范圍，保證燒結(jié)礦強(qiáng)度滿足高爐強(qiáng)化冶煉要求。

3.3 控制原料鋁硅比

燒結(jié)礦中的Al2O3含量對燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的影響呈現(xiàn)非線性特征，生產(chǎn)中應(yīng)對鋁含量的上下限進(jìn)行控制。目前各燒結(jié)系統(tǒng)的原料條件存在差異，對于鋁含量相對較高的機(jī)組，降低了部分高鋁澳礦的配加比例。同時(shí)在其他機(jī)組配加部分性價(jià)比較高的高鋁非主流礦。在提高Al2O3含量的同時(shí)，將燒結(jié)礦中的鋁硅比控制在0.1～0.4，以促進(jìn)針狀鐵酸鈣液相的形成，提高燒結(jié)礦的強(qiáng)度以及還原性，滿足高爐需求。

4 改進(jìn)效果

2014年1月份以來，通過在生產(chǎn)操作過程中不斷改善原燃料結(jié)構(gòu)、合理搭配礦石品種，將影響燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的相關(guān)組分控制在合理范圍內(nèi)。生產(chǎn)過程中燒結(jié)機(jī)操作條件明顯改善，燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)提高并呈現(xiàn)逐月上升的趨勢。一季度燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)如圖4所示。

圖4 一季度燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)

2014年一季度轉(zhuǎn)鼓指數(shù)平均值為80.89%，比2013年全年平均值79.68%提高了1.21個(gè)百分點(diǎn)。1月份、2月份、3月份轉(zhuǎn)鼓指數(shù)分別為80.49%、80.89%、81.28%，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)逐月提高，燒結(jié)礦冷態(tài)強(qiáng)度以及冶金性能均有不同程度改善。

在轉(zhuǎn)鼓指數(shù)提高的同時(shí)，由于成品燒結(jié)礦中的SiO2含量增加，燒結(jié)礦粒度組成優(yōu)化，高爐料柱整體透氣性改善，氣流分布均勻，高爐順行情況良好。

在保證爐渣性能的基礎(chǔ)上，適當(dāng)提高Al2O3控制上限，為燒結(jié)系統(tǒng)配加經(jīng)濟(jì)性好的高鋁礦粉提供了有利條件。在改善燒結(jié)礦冶金性能的同時(shí)大幅度降低了高爐原料成本，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化操作和降低成本的有機(jī)結(jié)合。

5 結(jié)語

通過對比分析SiO2、FeO、Al2O3等組分含量對轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的影響，應(yīng)適當(dāng)提高燒結(jié)礦中的Al2O3、SiO2含量，穩(wěn)定FeO含量。生產(chǎn)過程中通過合理配加性價(jià)比較高的高鋁礦、高硅礦，將燒結(jié)礦鋁硅比控制在0.1～0.4，為還原性好，強(qiáng)度高的針狀鐵酸鈣粘結(jié)相的形成創(chuàng)造了有利條件。同時(shí)，優(yōu)化燃料粒度組成，減少燃料中的大顆粒、避免過粉碎，保證了燒結(jié)料層具備適當(dāng)?shù)倪€原性氣氛和適宜的高溫持續(xù)時(shí)間。實(shí)踐表明，通過采取上述措施，在降低原燃料結(jié)構(gòu)成本的同時(shí)，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)穩(wěn)步提高，冶金性能改善，滿足了高爐強(qiáng)化冶煉的要求。

［1］ 張金柱，鄧海亮，敖萬忠，趙躍萍.燒結(jié)混合料中 SiO2和FeO含量對燒結(jié)礦強(qiáng)度的影響［J］.鋼鐵，2008，43(5)：18-21.

［2］ 李光森，金明芳，姜鑫，儲滿生，沈峰滿.燒結(jié)礦粘結(jié)相流動性的研究［J］.中國冶金，2008，18(5)：20-23.

［3］ 江正，傅元坤.改善高鋁燒結(jié)礦性能的研究［J］.安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，28(4)：325-328.