黨彩霞，戚義龍

（1.上海寶華國際招標有限公司安徽分公司；2.馬鞍山鋼鐵股份有限公司煉鐵總廠，安徽馬鞍山 243000）

目前燒結(jié)生產(chǎn)面臨著資源、降耗、減排、成本競爭力等壓力，提質(zhì)和節(jié)能減排是鐵礦粉燒結(jié)的核心重任。提高燒結(jié)生產(chǎn)效率以及實物質(zhì)量，可促進燒結(jié)降本增效和有效減排，因此對整個燒結(jié)生產(chǎn)過程有著極其重要的意義。

傳統(tǒng)提高生產(chǎn)率的方法主要包括強化制粒、合理偏析優(yōu)布料、優(yōu)化原燃料粒度組成、適宜水分控制、混合料預熱、設(shè)置水平松料器等舉措實現(xiàn)料層透氣性的改善［1-2］。此外國內(nèi)裴元東等提出了在燒結(jié)進行大顆粒礦、返礦鑲嵌的技術(shù)路線并在首鋼京唐和中天鋼鐵燒結(jié)產(chǎn)線進行了實踐［3］。日本君津廠通過料層減荷來改善透氣性，取得了生產(chǎn)率提高10%［4］。JFE 公司采用涂層制粒技術(shù)進行燒結(jié)生產(chǎn)后，燒結(jié)利用系數(shù)約提高18.75%，燒結(jié)礦還原性有較大改善［5］。本文通過燒結(jié)杯實驗，研究豎直松料器對燒結(jié)關(guān)鍵指標的影響，旨在為工業(yè)生產(chǎn)提供參考和依據(jù)。

1 實驗方法

本研究所使用的原、燃料（焦粉）及熔劑均取自某鋼鐵公司燒結(jié)現(xiàn)場，并以現(xiàn)場的燒結(jié)返礦作為本實驗的鋪底料。燒結(jié)杯燒結(jié)原料配比見表1。實驗所用燒結(jié)杯高度為720 mm；直徑300 mm。實驗過程參數(shù)如下：點火溫度為1 150 ℃；點火時間為2 min；點火負壓為7 kP；燒結(jié)負壓為14 kP。

表1 燒結(jié)杯原料配比結(jié)構(gòu)%

為揭示松料器的孔徑、松料深度以及松料孔面積比對燒結(jié)關(guān)鍵指標的影響，豎直松料器的松料齒條按圖1 所示的方式進行設(shè)計，并按不同的實驗方案進行燒結(jié)杯料面打孔并進行燒結(jié)杯實驗。其中松料器的孔徑以齒條的半徑r表示，分別設(shè)計3 mm、4.5 mm、6 mm、7.5 mm 以及9 mm 實驗圓齒條。松料深度λ為齒條插入燒結(jié)杯料層的深度與燒結(jié)杯高度（720 mm）的比值，分別設(shè)計4%、8%、12%、16%、20%以及24%的實驗條件。松料孔面積比δ為松料齒條的總面積與燒結(jié)杯截面積的比值，對應不同孔徑的松料齒可通過改變總布置數(shù)量來獲取不同的松料孔面積比δ。

圖1 豎直松料器齒條布置示意圖

2 豎直松料器實驗結(jié)果分析

2.1 松料孔徑以及松料深度對燒結(jié)指標的影響

在相對固定松料孔面積比δ為20%左右，分別進行r=3 mm、4.5 mm、6 mm、7.5 mm、9 mm 以及λ=4%、8%、12%、16%、20%、24%的燒結(jié)杯實驗，用以揭示在固定松料孔面積比δ條件下松料孔徑以及松料深度對燒結(jié)利用系數(shù)、成品率以及燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度指標的影響規(guī)律。

由圖2可知，在相對固定松料孔面積比δ為20%左右，隨著松料孔徑r的增加，插入深度λ在4%～12%的條件下，燒結(jié)利用系數(shù)呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，并高于基準值（1.34 t/m2h），且當λ為8%時其利用系數(shù)最佳；再隨著λ進一步的增加，則利用系數(shù)呈一定的降低趨勢，當λ為24%時，其利用系數(shù)明顯低于基準值。燒結(jié)礦成品率在λ在4%～12%下隨著孔徑r的增加至6 mm 時呈上升趨勢且大于基準值（75.4%），再隨著孔徑的增加對應燒結(jié)礦成品率呈降低趨勢并低于基準值。當λ繼續(xù)增大時，隨著孔徑的增加燒結(jié)礦成品率降幅較為顯著且遠低于基準值。燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度在λ在4%～12%下，隨著孔徑r的增加呈略降低趨勢，但高于基準值（70.8%）。當λ超過16%時其轉(zhuǎn)鼓強度低于基準值且呈急速降低趨勢。綜上在松料孔面積比δ為20%左右時，松料孔徑r為6 mm、λ為8%時上述各項指標均相對較優(yōu)。

圖2 不同松料孔徑和深度對燒結(jié)指標的影響

2.2 松料孔面積比對燒結(jié)指標的影響

在固定松料孔徑r為6 mm，分別進行δ=4%、8%、16%、20%、24%、32%、48% 以及λ=4%、8%、12%、16%、20%、24%的燒結(jié)杯實驗，用以揭示松料孔面積比δ以及松料深度對燒結(jié)利用系數(shù)、成品率以及燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度指標的影響規(guī)律。

由圖3可知，隨著松料孔面積比的增加，燒結(jié)利用系數(shù)呈先增加后降低的趨勢，在λ為8%、δ為20%時對應的利用系數(shù)最高。燒結(jié)礦成品率在λ為4%～12%、δ為小于24%的條件下均高基準值，再隨著λ以及δ的進一步增加其成品率呈降低趨勢。對應的燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度變化規(guī)律與上述成品率的趨勢基本一致。綜上在松料孔徑r為6 mm、λ為8%、松料孔面積比δ為20%時上述各項指標均相對較優(yōu)。

圖3 不同松料孔面積比和深度對燒結(jié)指標的影響

豎直松料器孔徑、插入深度、松料孔面積比一定程度上的增加，一方面燒結(jié)料層透氣性和燒結(jié)速度增加從而獲得較高的利用系數(shù)，另一方面因有效增加上層料層的壓實度而達到改善上層燒結(jié)礦的強度和成品率一定幅度的提升。當上述參數(shù)再進一步地增加，由于料層中局部燒結(jié)速度與傳熱速度非同步的現(xiàn)象明顯加劇，且松料孔內(nèi)對應下方的燒結(jié)料層會被過度壓實，存在局部欠燒的現(xiàn)象存在，最終導致利用系數(shù)、轉(zhuǎn)鼓強度以及成品率的急速降低。

3 豎直松料工業(yè)性生產(chǎn)實踐

3.1 豎直松料器工業(yè)性生產(chǎn)

豎直松料器工業(yè)性生產(chǎn)的裝置如圖4 所示，其釬桿的r設(shè)置為6 mm 并沿燒結(jié)臺車寬度方向上合理布置若干個，其通過上方的氣缸實現(xiàn)插入燒結(jié)料層深度λ的控制；同時通過調(diào)整前后兩次插入動作的周期來實現(xiàn)燒結(jié)料面松料孔面積比δ的合理控制。在380m2燒結(jié)機上進行了豎直松料和優(yōu)化固體燃料粒級組成來改善上層燒結(jié)料層質(zhì)量的生產(chǎn)嘗試。其中基準期為無豎直松料；生產(chǎn)期Ⅰ為采用豎直松料：r=6 mm、λ=8%、δ=20%；生產(chǎn)期Ⅱ為豎直松料+細化固體燃料粒級。

圖4 豎直松料器安裝示意圖

表2的數(shù)據(jù)結(jié)果表明采用豎直松料的生產(chǎn)期Ⅰ的燒結(jié)利用系數(shù)較基準期增加了0.048 t/m2h，燒結(jié)礦成品率和轉(zhuǎn)鼓強度分別提高1.36%和0.57%，同時在層厚增加20 mm 的前提下燒結(jié)負壓降低0.88 kPa。生產(chǎn)期Ⅱ的利用系數(shù)進一步提高至1.467 t/m2h，在燒結(jié)料層進一步提高的情況下，其他各項指標仍保持較好水平。

表2 生產(chǎn)實踐數(shù)據(jù)結(jié)果

3.2 基準期和生產(chǎn)期Ⅱ的燒結(jié)礦顯微結(jié)構(gòu)

對基準期和生產(chǎn)期Ⅱ的上層燒結(jié)礦的顯微結(jié)構(gòu)進行分析?；鶞势跓Y(jié)礦由交織熔蝕結(jié)構(gòu)和斑狀、粒狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成。磁鐵礦被鐵酸鈣熔蝕或交織成它形，鐵酸鈣呈板狀、不規(guī)則狀；自形、半自形晶磁鐵礦少見；硅酸二鈣呈細小粒狀均勻分布其中。這種結(jié)構(gòu)占比約65%，在交織熔蝕結(jié)構(gòu)中局部集中分布針狀鐵酸鈣。半自形、它形赤鐵礦與粘結(jié)相礦物鈣鐵橄欖石、玻璃質(zhì)結(jié)合成斑狀、粒狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)占比35%。試驗期Ⅱ上層燒結(jié)礦：磁鐵礦被鐵酸鈣熔蝕或交織成它形，鐵酸鈣呈板狀、不規(guī)則狀；自形、半自形晶磁鐵礦少見；硅酸二鈣呈細小粒狀均勻分布其中。這種結(jié)構(gòu)占比約85%，交織熔蝕結(jié)構(gòu)在孔洞邊緣出現(xiàn)的菱形次生赤鐵礦。不規(guī)則狀的赤鐵礦顆粒與鐵酸鈣、鈣鐵橄欖石結(jié)合成共晶結(jié)構(gòu)，約占15%。

4 結(jié)語

（1）豎直松料器的燒結(jié)杯實驗結(jié)果表明，在松料孔面積比δ為20%時，松料孔徑r為6 mm、λ為8%時對應的燒結(jié)利用系數(shù)、燒結(jié)礦成品率以及轉(zhuǎn)鼓強度等指標較無豎直松料器生產(chǎn)時更優(yōu)。在松料孔徑r為6 mm 時，隨著松料孔面積比δ的增加，燒結(jié)利用系數(shù)呈先增加后降低的趨勢，在λ為8%、δ為20%時對應的上述各項指標結(jié)果均較佳。

（2）工業(yè)生產(chǎn)實踐表明，采用豎直松料和細化固體燃料粒級的方法生產(chǎn)，可獲得較高的燒結(jié)利用系數(shù)，同時燒結(jié)礦成品率和轉(zhuǎn)鼓強度保持較好水平。且料層上部燒結(jié)礦的顯微結(jié)構(gòu)得到一定程度的改善。