吳洪義，夏志堅(jiān)，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(jié)杯試驗(yàn)分別對褐鐵礦的礦物組成和燒結(jié)性能進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，該褐鐵礦同化溫度低、液相流動(dòng)性好，其配比從 30% 逐步增加到 70% 后，垂直燒結(jié)速度和成品率下降，固體燃料消耗上升，但燒結(jié)礦的強(qiáng)度指標(biāo)仍然保持在較好水平。在生產(chǎn)實(shí)踐中，通過配礦結(jié)構(gòu)優(yōu)化、改變燒結(jié)生產(chǎn)工藝條件和技術(shù)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(jié)礦質(zhì)量穩(wěn)定性良好，達(dá)到了優(yōu)化結(jié)構(gòu)、降低配礦成本的效果。
關(guān)鍵詞: 燒結(jié); 褐鐵礦; 高配比; 試驗(yàn)研究; 生產(chǎn)實(shí)踐
1 前 言
隨著鋼鐵市場的快速發(fā)展，優(yōu)質(zhì)的粉礦資源逐步減少，褐鐵礦作為一種較為廉價(jià)的礦石逐步推向市場。在燒結(jié)工序中，提高相對廉價(jià)褐鐵礦的使用量，在滿足質(zhì)量要求的基礎(chǔ)上，可以有效地降低燒結(jié)礦成本。國內(nèi)很多鋼鐵企業(yè)通過調(diào)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(jìn)行高配比褐鐵礦的試驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐攻關(guān)，通過原料結(jié)構(gòu)優(yōu)化和對燒結(jié)料層厚度、燒結(jié)負(fù)壓、燒結(jié)礦堿度等一系列調(diào)整措施，褐鐵礦配比從35% 成功提高至 60%，燒結(jié)礦質(zhì)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(jié)試驗(yàn)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(jié)晶水含量高，其通用化學(xué)式為 mFe2O3 ·nH2O ( m = 1～3，n =1 ～4) 。其 X 射線衍射結(jié)果見表1 與圖1。可見，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(yàn)參數(shù)和方案
試驗(yàn)采用300 mm ×700 mm 燒結(jié)杯系統(tǒng)。試驗(yàn)過程中，一次混合加水潤濕，二次混合制粒 3 min; 試驗(yàn)工藝參數(shù)為:制粒時(shí)間 3 min，料層厚度 650 mm，點(diǎn)火時(shí)間 1. 5 min，鋪底料厚度約30 mm，點(diǎn)火溫度 1 050 ±50 ℃，點(diǎn)火負(fù)壓 8 kPa，燒結(jié)負(fù)壓 12 kPa，冷卻負(fù)壓 8 kPa，冷卻時(shí)間 3 min，冷卻溫度 ＜250 ℃。
試驗(yàn)取用寧鋼生產(chǎn)中使用的原料，燒結(jié)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(yàn)具體配比詳見表 2。
2. 3 燒結(jié)杯試驗(yàn)原燃料分析
本次燒結(jié)杯試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果及分析
試驗(yàn)褐鐵礦配比從 30% 增加到 70%，其結(jié)果詳見表 6。
從表 6 的試驗(yàn)結(jié)果可得出以下幾個(gè)結(jié)論:
(1) 隨著褐鐵礦的配比從 30% 提高到70%，垂直燒結(jié)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(qiáng)、流動(dòng)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(dǎo)致垂直燒結(jié)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(fù)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(jié)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(shí)，燒結(jié)的成品率為 75. 14%，當(dāng)褐鐵礦配比增加到 70% 時(shí)，成品率下降到71. 91%。其主要原因是褐鐵礦燒結(jié)容易形成薄壁大孔結(jié)構(gòu)，使燒結(jié)礦整體變脆，在運(yùn)輸和整粒過程中容易破碎導(dǎo)致成品率低;另外，因?yàn)楹骤F礦液相生成溫度低，容易產(chǎn)生大量液相，而且液相的流動(dòng)性好，容易封閉料層的孔隙，使燒結(jié)料層的透氣性不均勻，加劇燒結(jié)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(jié)速度隨著褐鐵礦配比升高而降低，導(dǎo)致燒結(jié)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(shí)，利用系數(shù)達(dá)到 1. 51 t/ ( m2 ·h) ，當(dāng)褐鐵礦配加到70%時(shí)，利用系數(shù)降低到1. 28 t/ ( m2 ·h) 。
(4) 燒結(jié)固體燃耗隨褐鐵礦配比升高而增加，主要是由于結(jié)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(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)仍然較好。褐鐵礦配比從 30% 提高到 70%后，燒 結(jié) 礦 轉(zhuǎn) 鼓 指 數(shù) 從 72. 83% 提 高 到73. 06%，最高到 73. 47%，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)略趨好;燒結(jié)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(jié)礦鐵酸鈣生成能力提高，從而導(dǎo)致燒結(jié)強(qiáng)度略趨好。
3 高褐鐵礦燒結(jié)生產(chǎn)實(shí)踐
3. 1 生產(chǎn)工藝調(diào)整
在生產(chǎn)實(shí)踐中，隨著褐鐵礦配比的提高，燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)和部分生產(chǎn)工藝參數(shù)也做了相應(yīng)的動(dòng)態(tài)調(diào)整，具體如下。
3. 1. 1 調(diào)整配礦結(jié)構(gòu)
因褐鐵礦的同化溫度低，液相流動(dòng)性普遍較好，在選擇精粉品種時(shí)，盡量選用同化溫度相對較高的磁精粉，實(shí)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(jié)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(jié)過程中出現(xiàn)的大量收縮，對提高燒結(jié)礦強(qiáng)度和成品率有利。實(shí)踐中褐鐵礦配比超過 50%時(shí)，精粉配比保持在 15%以上，2017 年精粉配比達(dá) 19%。
3. 1. 2 實(shí)行厚料層燒結(jié)
燒結(jié)過程自上而下是一個(gè)自動(dòng)的蓄熱過程，隨著燒結(jié)料層的提高，自動(dòng)蓄熱的熱量不斷增加［4］。應(yīng)用厚料層燒結(jié)技術(shù)還可以有效地降低燒結(jié)固體燃料的配加，同時(shí)提高燒結(jié)過程的氧化氣氛，延長燒結(jié)高溫保溫時(shí)間，促進(jìn)鐵酸鈣的形成，從而改善燒結(jié)礦的質(zhì)量。燒結(jié)料層厚度初始設(shè)計(jì)為 650 mm，后來通過對臺(tái)車墻板的加高和采用燒結(jié)溢流布料技術(shù)，料層厚度從650 mm 提高到 780 mm。
3. 1. 3 適當(dāng)提高燒結(jié)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(jié)礦堿度的提高，除了與 SiO2 和 FeO 結(jié)合的 CaO 外，還有多余的CaO 和 Fe2O3 反應(yīng)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(jié)礦的強(qiáng)度和還原性。在生產(chǎn)高堿度燒結(jié)礦時(shí)，鐵酸鈣液相起主導(dǎo)作用，因此在高褐鐵礦燒結(jié)時(shí)，可以適當(dāng)提高燒結(jié)礦的堿度來改善燒結(jié)礦的各項(xiàng)指標(biāo)［5］。2013 年、2014 年，生產(chǎn)中燒結(jié)礦堿度基準(zhǔn)控制在 1. 79 ～1. 82 之間，2015 年以后，生產(chǎn)中將燒結(jié)礦堿度基準(zhǔn)從 1. 82 提高到目前的1. 88，燒結(jié)礦質(zhì)量良好，高爐穩(wěn)定順行。
3. 1. 4 降低燒結(jié)過程負(fù)壓
褐鐵礦結(jié)構(gòu)比較疏松，其在較低的抽風(fēng)負(fù)壓下燒結(jié)速度即可以達(dá)到較高。在高抽風(fēng)負(fù)壓燒結(jié)條件下，燒結(jié)速度更快，會(huì)造成燒結(jié)過程中的高溫保持時(shí)間短，燒結(jié)反應(yīng)時(shí)間不充分，液相生成不足，結(jié)晶也不完善，不僅會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)礦成品率下降，而且也會(huì)使燒結(jié)礦強(qiáng)度降低。因此，降低燒結(jié)負(fù)壓，可以明顯改變燒結(jié)速度，增加燒結(jié)過程的高溫保持時(shí)間，使燒結(jié)礦結(jié)晶更加完善。2 # 燒結(jié)機(jī)投產(chǎn)后，生產(chǎn)中對 1 # 燒結(jié)機(jī)的兩臺(tái)主抽風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻改造，燒結(jié)負(fù)壓從設(shè)計(jì)的額定 17 kPa 降低到 12 kPa 以下，燒結(jié)礦質(zhì)量良好穩(wěn)定。
3. 1. 5 適當(dāng)?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(jié)時(shí)，過高的生石灰配加，會(huì)導(dǎo)致混合料過于疏松，燒結(jié)速度過快，燒結(jié)礦強(qiáng)度質(zhì)量降低。因此，高褐鐵礦配比生產(chǎn)時(shí)，合適的生石灰配比很有必要。褐鐵礦配比在 30% 以下時(shí)，噸燒生石灰消耗在45 ～50 kg 之間; 當(dāng)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(jié)礦質(zhì)量保持在原來的較好水平。
3. 2 生產(chǎn)情況
目前兩臺(tái) 430 m2 的燒結(jié)機(jī)，配套兩座2 500 m3 的高爐，燒結(jié)產(chǎn)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(shí)間到 65%，2017 年一直保持在較高的水平。不同時(shí)期不同 配比褐鐵礦生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)詳見表 7。
根據(jù)表 7 生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知: 燒結(jié)礦強(qiáng)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(jié)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(jié)礦產(chǎn)能富余較大，只是微弱下降，沒有真實(shí)反映出其規(guī)律; 褐鐵礦配比升高后，燒結(jié)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(dǎo)致燒結(jié)礦二氧化硅升高，品位下降到 57. 2% 左右; 燒結(jié)礦 ＲDI 指標(biāo)有略微劣化跡象。
4 結(jié) 論
高褐鐵礦試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐證明:
(1) 經(jīng)過配礦結(jié)構(gòu)優(yōu)化和生產(chǎn)工藝調(diào)整，在燒結(jié)產(chǎn)能富余的條件下，褐鐵礦配比到 60%可行，燒結(jié)礦質(zhì)量穩(wěn)定。
(2) 當(dāng)燒結(jié)產(chǎn)能富余，在不追求產(chǎn)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(zhì)低硅低鋁的褐鐵礦，提高褐鐵礦配比后，燒結(jié)礦品位仍然可以保持在較高的水平。
(4) 當(dāng)褐鐵礦達(dá)到一定的配比以后，燒結(jié)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。
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