程西亞¹，李 斌¹，龐焯剛² ，王蓀璇³，徐崇德¹

（1． 陜西龍門鋼鐵有限責(zé)任公司，陜西 韓城 715400；2． 西安建筑科技大學(xué) 冶金工程學(xué)院，陜西 西安 710055；3． 陜西省食品藥品監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，陜西 西安710016）

摘要：基于龍鋼現(xiàn)有條件及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，開展了豎爐生產(chǎn)鎂質(zhì)球團(tuán)的工業(yè)試驗(yàn)，重點(diǎn)分析了豎爐使用輕燒鎂粉后球團(tuán)礦質(zhì)量及冶金性能的變化規(guī)律。 實(shí)踐表明，配加輕燒鎂粉后，隨MgO含量的提高，生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均呈增大趨勢，成品球團(tuán)抗壓強(qiáng)度1500 ～2000N合格率逐漸升高，還原度指標(biāo)和 RDI_+3.15提升，高爐料的軟化區(qū)間降低 13 ℃，軟熔區(qū)間降低24 ℃。 通過球團(tuán)礦提鎂，爐渣鎂鋁比提高了0.04，鐵水硫降低了0.004％ ，爐渣流動(dòng)性得到改善，脫硫效率提高，節(jié)約煉鐵成本3964.988 萬元／ a。 龍鋼公司豎爐焙燒鎂質(zhì)球團(tuán)技術(shù)的開發(fā)可為同類型球團(tuán)生產(chǎn)企業(yè)提供重要借鑒。

關(guān)鍵詞：豎爐；球團(tuán)；MgO；抗壓強(qiáng)度；還原性；RDI_+3.15 ；膨脹性；軟熔性

0 引言

陜西龍門鋼鐵有限責(zé)任公司（以下簡稱龍鋼公司）現(xiàn)有2 座球團(tuán)豎爐，年產(chǎn)球團(tuán) 180萬t，基本滿足高爐用料需求。 為了穩(wěn)定高爐渣中鎂含量，選擇在燒結(jié)生產(chǎn)中大量配加鎂質(zhì)熔劑或使用高鎂鐵礦粉兩種途徑提高燒結(jié)礦鎂帶入量，但由此引發(fā)了燒結(jié)礦強(qiáng)度降低、返礦率增大等一系列問題，導(dǎo)致鐵前成本居高不下。 大量研究發(fā)現(xiàn)^［1-8］，為降低燒結(jié)礦鎂含量，提升燒結(jié)礦產(chǎn)量和質(zhì)量，將一部分氧化鎂轉(zhuǎn)加至球團(tuán)礦，可以在球團(tuán)礦中形成鎂橄欖石和偏硅酸鎂等高熔點(diǎn)物質(zhì)，有效改善球團(tuán)礦的冶金性能，但也會(huì)降低球團(tuán)礦強(qiáng)度，增大球團(tuán)返礦率，提高焙燒制度控制要求，加大生產(chǎn)操作難度。 目前，我國鎂質(zhì)球團(tuán)主要以鏈篦機(jī)–回轉(zhuǎn)窯為焙燒設(shè)備，相關(guān)工藝制度趨于成熟。 然而，國內(nèi)尚存在大量豎爐，在國內(nèi)現(xiàn)有爐料結(jié)構(gòu)體系中，如何實(shí)現(xiàn)豎爐生產(chǎn)高品質(zhì)鎂質(zhì)球團(tuán)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。

近年來，龍鋼針對鎂質(zhì)球團(tuán)生產(chǎn)進(jìn)行了大量研究。 試驗(yàn)開展初期，向球團(tuán)礦原料中配加白云石粉 （18.50％ MgO）或高鎂灰（29.34％ MgO），一定程度上提高了球團(tuán)的鎂含量，但由于白云石粉、高鎂灰的鎂含量低，所需配加量較大，并且粒度較粗，導(dǎo)致生球強(qiáng)度指標(biāo)下滑，爐況惡化，無法高效生產(chǎn)。 進(jìn)入2020年后，龍鋼公司以高鎂含量的輕燒鎂粉為鎂質(zhì)添加劑，進(jìn)行了嘗試性研究，明確了高鎂含量的輕燒鎂粉為鎂質(zhì)球團(tuán)的合理添加劑，能夠保證球團(tuán)具有較好的抗壓強(qiáng)度，且對球團(tuán)礦品位影響較低。 為進(jìn)一步系統(tǒng)分析豎爐使用輕燒鎂粉對提鎂后球團(tuán)礦質(zhì)量及冶金性能的變化規(guī)律，龍鋼在實(shí)驗(yàn)室研究基礎(chǔ)上，基于現(xiàn)有原料條件，開展了豎爐生產(chǎn)鎂質(zhì)球團(tuán)的工業(yè)試驗(yàn)，力求達(dá)到高爐爐料綜合品位提高的目標(biāo)，以期為豎爐焙燒球團(tuán)企業(yè)生產(chǎn)鎂質(zhì)球團(tuán)提供借鑒。

1 鎂質(zhì)球團(tuán)工業(yè)生產(chǎn)試驗(yàn)

1.1 原料分析

鎂質(zhì)球團(tuán)工業(yè)試驗(yàn)生產(chǎn)期間配加的含鐵精礦由35％ 精礦A、20％ 精礦B、16％ 精礦 C、29％ 精礦 D組成，配加 0.3％ ～ 0.6％ 的輕燒鎂粉和1.8％ 的膨潤土。 所用膨潤土主要指標(biāo)為：膠質(zhì)價(jià)6.3mL／g，蒙脫石質(zhì)量分?jǐn)?shù) 83.9％ ，膨脹容19.33mL／g，吸水率217％ 。 表1為各種原料的化學(xué)成分及粒度組成。

1.2 生產(chǎn)階段

試驗(yàn)基準(zhǔn)期內(nèi)不配加輕燒鎂粉，球團(tuán)鎂含量為0.69％ 。 試驗(yàn)期分為3個(gè)階段：第一階段配加0.3％ 的輕燒鎂粉，球團(tuán)鎂含量控制在1.15％ 左右；第二 階段配加0.40％ 的輕燒鎂粉，球團(tuán)鎂含量控制在1.20％ 左右；第三階段配加0.6％ 的輕燒鎂粉，球團(tuán)鎂含量控制在1.40％ 左右。

1.3 豎爐操作

豎爐操作參數(shù)指標(biāo)如表2所示。

由表2可以看出，與基準(zhǔn)期相比，煙罩溫度、烘干床溫度、燃燒室溫度均有所提高，其中，烘干床溫度提高30 ～70 ℃，燃燒室溫度提高10 ～40 ℃，煤氣流量提高約900m³ ／h。 這主要是由于鎂質(zhì)球團(tuán)礦焙燒對能量的要求更大，所以豎爐各部位的檢測溫度值均不同程度升高，且鎂含量越高，溫度變化越大。 豎爐主要的熱量來源為煤氣燃燒，與基準(zhǔn)期相比，鎂質(zhì)球團(tuán)焙燒過程煤氣流量有所提高。 生產(chǎn)現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，鎂質(zhì)球團(tuán)焙燒時(shí)，豎爐烘干床上部存在爆裂聲，粉塵和返礦均增加，成品率略有降低。同時(shí)，在廢氣總量增加的情況下，燃燒室壓力有所提高，這說明爐內(nèi)透氣性變差，需要控制生球質(zhì)量，提高生球爆裂溫度，改善豎爐焙燒透氣性。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 球團(tuán)鎂含量對生球質(zhì)量的影響

表 3為鎂含量對生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的影響。配加輕燒鎂粉后，生球落下強(qiáng)度逐漸增大，但均在 4 ～5 次·個(gè) ^－1 。與基準(zhǔn)期相比，水分略增大，約 8.2％ ～8.3％。隨著氧化鎂含量提高，球團(tuán)落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均呈增大趨勢，這主要是因?yàn)榕浼拥妮p燒鎂粉粒度較小，生球內(nèi)部比較致密加水分后輕燒鎂粉中的MgO 易形成，膠適狀當(dāng)增的 Mg（OH）₂ ，粘結(jié)力增強(qiáng)，提高了生球的落下強(qiáng)度。

2.2 球團(tuán)鎂含量對成品球質(zhì)量的影響

2.2.1 抗壓強(qiáng)度

圖1為基準(zhǔn)期和試驗(yàn)期成品球抗壓強(qiáng)度的變化。 可以看到，隨著試驗(yàn)期球團(tuán)鎂含量的升高，抗壓強(qiáng)度1500 ～ 2000N合格率逐漸升高，成品球的平均抗壓強(qiáng)度明顯增加。 第三階段球團(tuán)的平均抗壓強(qiáng)度達(dá)到3230 N，比基準(zhǔn)期提高了178 N；抗壓強(qiáng)度 1500 N、180N和 2000N合格率也分別提高 6.2％ 、4.1％ 、6.5％。

2.2.2 還原性能

MgO含量對球團(tuán)還原度的影響如圖2所示。可以看出，隨著球團(tuán)中鎂含量的增加，成品球團(tuán)礦的還原度指標(biāo)逐漸提升，冶金性能改善。 當(dāng)氧化鎂含量低于 1.0％ 時(shí)，還原度處于50％ 左右。 隨著氧化鎂含量進(jìn)一步增大，球團(tuán)還原度快速增加，當(dāng)氧化鎂含量達(dá)到 1.4％ 時(shí)，還原度達(dá)到60％ 左右，之后趨于穩(wěn)定。 球團(tuán)還原性能增強(qiáng)的原因是 ＭｇＯ 與鐵氧化物結(jié)合生成易還原的鐵酸鎂，并且 Mg²⁺還可以取代 Fe²⁺ ，抑制難還原的鐵橄欖石相的形成。

2.2.3 低溫還原粉化性能

圖3展示了MgO含量對球團(tuán)低溫還原粉化性的影響。 可以看出，球團(tuán)的RDI_+3.15 隨MgO含量的增加逐漸增大，其原因可能是MgO在焙燒時(shí)彌散分布于鐵相中，抑制了Fe₂O₃ 的還原，同時(shí) Mg²⁺發(fā)揮著穩(wěn)定赤鐵礦晶型的作用，降低了球團(tuán)礦在還原過程中由于晶型轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力^［9，10］ 。 此外，MgO含量的增加阻礙了 CaO與 Fe₂O₃的反應(yīng)，導(dǎo)致液相生成量減少，促進(jìn)了Fe₂O₃ 結(jié)晶，球團(tuán)的低溫還原粉化性得到提高。

2.2.4 膨脹指數(shù)

MgO含量對球團(tuán)膨脹指數(shù)的影響如圖4所示。

由圖4可以看出，隨著球團(tuán)礦中MgO含量由0.69％ 提升至1.67％ ，成品球團(tuán)礦膨脹指數(shù)維持在8％ ～12％ ，擬合曲線顯示球團(tuán)膨脹指數(shù)稍有下降， 分析可能是MgO與鐵氧化物形成穩(wěn)定的FeO ·MgO，降低了球團(tuán)的膨脹率。

2.2.5 軟熔性能

表4是成品球軟熔性能試驗(yàn)結(jié)果。 可見 MgO含量從 0.95％ 升高至1.57％ ，成品球團(tuán)礦T10、T40 、 Ts 變化不大，Td呈升高趨勢，升高幅度達(dá)35 ℃，達(dá) 到1355 ℃，低于燒結(jié)礦 Td （1450 ℃）。

使用鎂質(zhì)球團(tuán)前后進(jìn)行模擬爐料結(jié)構(gòu)的軟熔性能試驗(yàn)，結(jié)果見表5。 可知，T10 、T40 、Ts 及Td 變化不大，熔化區(qū)間基本持平，但軟化區(qū)間降低 13℃，軟熔區(qū)間降低 24 ℃。 試驗(yàn)證明使用鎂質(zhì)球團(tuán)后，爐料軟熔性能有向好趨勢，試應(yīng)到高爐內(nèi)，軟熔帶變窄，有利于降低煤氣上升阻力，改善料柱透氣性。

2.3 配加鎂質(zhì)球團(tuán)礦對高爐冶煉的影響

通過球團(tuán)礦提鎂，爐渣鎂鋁比提高了 0.04，鐵 水硫含量降低了0.004％ ，爐渣流動(dòng)性得到改善，脫硫效率提高，如表6所示。

3 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估

通過合理選擇鎂質(zhì)熔劑、調(diào)整熱工參數(shù)、強(qiáng)化過程管控，龍鋼配加輕燒鎂粉生產(chǎn)鎂質(zhì)球團(tuán)礦的工業(yè)實(shí)踐獲得了成功。 第三階段球團(tuán)礦中鎂含量控制在1.4％ 左右，與基準(zhǔn)期相比，單位原料成本上升0.66 元／ t，生產(chǎn)成本上升 101．803 萬元／a，球團(tuán)礦提鎂后降低了燒結(jié)過程鎂質(zhì)熔劑、煤粉、石灰石等的使用量，燒結(jié)原燃料成本降低1.47 元／ t，燒結(jié)礦生產(chǎn)成本降低 764.116萬元／ a。

同時(shí)，因使用鎂質(zhì)球團(tuán)礦，高爐焦比降低 3.23kg ／ t，以目前焦炭價(jià)格 2045 元／ t計(jì)算， 高爐冶煉成本下降 3302．675 萬元／a。 綜合各工序生產(chǎn)成本，龍鋼配用鎂質(zhì)球團(tuán)工業(yè)生產(chǎn)節(jié)約煉鐵成本共計(jì)3964.988 萬元／a。

4結(jié)論

（1）豎窯生產(chǎn)鎂質(zhì)球團(tuán)過程中，選用輕燒鎂粉作為鎂質(zhì)添加劑，烘干床溫度提高 30 ～ 70℃，燃燒室溫度提高10～40 ℃，煤氣流量提高約900 m³ ／h。 通過嚴(yán)格管控，可以生產(chǎn)滿足高爐需求的優(yōu)質(zhì)球團(tuán)。

（2）隨著氧化鎂含量提高，球團(tuán)落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均呈增大趨勢。 成品球團(tuán)礦的還原度指標(biāo)逐漸提升， 冶金性能改善， 同時(shí)平均抗壓強(qiáng)度和RDI_+3.15明顯提高，膨脹指數(shù)相對穩(wěn)定，維持在 8％ ～12％ 。

（3）MgO含量從 0.95％ 升高至1.57％ ，成品球團(tuán)礦T10、T40、Ts變化不大，Td呈升高趨勢，升高幅度達(dá)35 ℃，最高為1355 ℃。 熔化區(qū)間基本持平， 軟化區(qū)間降低13℃，軟熔區(qū)間降低 24℃。

（4）龍鋼配加輕燒鎂粉生產(chǎn)球團(tuán)礦，第三階段球團(tuán)的鎂含量控制在1.4％ 左右，降低了燒結(jié)過程鎂質(zhì)熔劑、煤粉、石灰石等的使用量，降低高爐焦比3.23kg ／t，綜合各工序生產(chǎn)成本，龍鋼配用鎂質(zhì)球團(tuán)工業(yè)生產(chǎn)節(jié)約煉鐵成本 3964．988 萬元／ a。

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