張衛(wèi)華，劉懷路，沈洪流，魏瑞瑞，陳那港

內(nèi)容導(dǎo)讀：燒結(jié)配礦技術(shù)是在全面掌握鐵礦粉的常溫特性和高溫特性的基礎(chǔ)上，應(yīng)用互補(bǔ)性原理和方法進(jìn)行合理的配礦設(shè)計(jì)。本文在工業(yè)試驗(yàn)中通過(guò)增加進(jìn)口加拿大精粉的配比，迅速提高燒結(jié)轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度，改善燒結(jié)礦質(zhì)量。同時(shí)對(duì)降低高爐渣中氧化鎂進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，獲得了顯著效果。

自世界上第一座高爐建立以來(lái)，高爐煉鐵始終是冶煉生鐵所使用的主要的工藝，占據(jù)著絕對(duì)的主導(dǎo)地位。近些年來(lái)，世界各地的學(xué)者雖然已經(jīng)開(kāi)發(fā)出眾多非高爐煉鐵工藝，但在生產(chǎn)成本的經(jīng)濟(jì)性上，仍然無(wú)法與傳統(tǒng)的高爐生產(chǎn)工藝抗衡。在我國(guó)，受歷史因素及生產(chǎn)成本的影響，非高爐煉鐵工藝發(fā)展緩慢，95% 以上的生鐵仍然由高爐生產(chǎn)。在高爐生產(chǎn)中，入爐原料主要為燒結(jié)礦、球團(tuán)礦及塊礦，其中燒結(jié)礦的占比普遍在 80% 以上。因此，燒結(jié)礦質(zhì)量的好壞對(duì)高爐的生產(chǎn)及順行起著決定性的作用，提高燒結(jié)礦質(zhì)量對(duì)降低生產(chǎn)成本、保障高爐順行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

蕪湖新興鑄管配置兩座 1280 m₃ 高爐和兩臺(tái)265 m² 燒結(jié)機(jī)，2018 年燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)主要采用地方精粉+進(jìn)口富粉的配礦方式，各項(xiàng)燒結(jié)指標(biāo)一直低于行業(yè)平均水平，2019 年針對(duì)燒結(jié)礦的配礦結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化攻關(guān)，增加了進(jìn)口精粉 (加拿大精粉) 的使用，在進(jìn)行了多次工藝調(diào)整后，燒結(jié)各項(xiàng)指標(biāo)獲得了大幅提升。同時(shí)，針對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)的改變，迅速對(duì)高爐布料制度、熱制度等采取相應(yīng)的措施，使得高爐生產(chǎn)指標(biāo)也得到快速提升。

燒結(jié)的配礦優(yōu)化

由于鐵礦粉物理化學(xué)特性及冶金性能的不同，使其在燒結(jié)特性方面存在較大的差異，燒結(jié)配礦技術(shù)就是在全面掌握鐵礦粉的常溫特性和高溫特性的基礎(chǔ)上，應(yīng)用互補(bǔ)性原理和方法進(jìn)行合理配礦設(shè)計(jì)^[1-4]。而鐵礦粉的燒結(jié)性能，不僅體現(xiàn)在同化性^[5-7]、液相流動(dòng)性^[7-12]、粘結(jié)相強(qiáng)度、還原性和復(fù)合鐵酸鈣產(chǎn)生能力等方面，還要綜合考慮其常溫性能：包括化學(xué)成分、物理特性 (粒度組成等)。

燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)

2018 年蕪湖新興鑄管燒結(jié)的配礦結(jié)構(gòu)為 22% 地方精粉+73% 的進(jìn)口富粉+5% 內(nèi)部循環(huán)料，其中地方精粉主要使用五礦精粉，富粉主要使用 22% 的羅布河+超特、30% 的巴粗、6% 的羅伊山和 15% 左右的小料種，內(nèi)部循環(huán)料主要是鋼渣精粉和紅粉等，綜合品位平均在 56.46% 左右，但是從總體燒結(jié)效果看，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、固體燃耗、利用系數(shù)這三項(xiàng)指標(biāo)都不是很理想，如表 1 及表 2 所示，毛礦的利用系數(shù)僅有 1.13 t/(m2 ·h)，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度為 75.86%，固體燃耗凈礦達(dá)到 65.85 kg/t。

造成生產(chǎn)指標(biāo)不理想的原因主要有：(1) 當(dāng)時(shí)環(huán)保限產(chǎn)造成開(kāi)停機(jī)較頻繁，影響了各項(xiàng)指標(biāo)。(2) 進(jìn)口富粉粒度偏大，鐵礦粉的成球性能較差。一般要求礦粉粒度組成呈雙峰分布，即 1.25~8 mm 及≤200 目部分越多越好，而 200 目~1.25 mm 及﹥8 mm粒級(jí)部分越少越好。在使用的鐵礦粉中 (表 3)，羅布河、巴西粗粉粒度>10 mm 的比例大 (羅布河達(dá)到8.5%，巴西粗粉達(dá)到 12%)，羅布河雖然燒損較高，但可提高燒結(jié)透氣性，并且其同化溫度較低，液相生成能力較好，有利于提高燒結(jié)透氣性，提高燒結(jié)產(chǎn)量，巴粗雖然燒損相對(duì)低，但粒度過(guò)大，大于10 mm 的達(dá)到 12 %，對(duì)成球不利。(3) 國(guó)內(nèi)精粉同化溫度高，一般在 1320 ℃，液相流動(dòng)性指數(shù)、粘結(jié)性指數(shù)等指標(biāo)不如進(jìn)口富粉，雖然化學(xué)成分 (品位等) 能夠得到保證，但是在燒結(jié)礦物理指標(biāo) (轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度等) 方面助力不大^[13-14]，如表 3 所示。

燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)優(yōu)化

通過(guò)表 3 對(duì)比進(jìn)口精粉和國(guó)內(nèi)精粉的燒結(jié)基礎(chǔ)特性，可以看到，進(jìn)口精粉燒結(jié)性能優(yōu)于國(guó)內(nèi)精粉。因此通過(guò)增加進(jìn)口精粉配比，減少進(jìn)口富粉配比，以達(dá)到配礦結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的目的。其中進(jìn)口精粉選定了加拿大精粉，這是因?yàn)榧幽么缶?sup>[12-13] 的同化溫度要低于其他精粉，如表 4 所示。同時(shí)，加拿大精粉中的 SiO₂ 含量也較高 (4.4% 左右)，容易產(chǎn)生液相復(fù)合鐵酸鈣，增加液相量，提高流動(dòng)性。另外，由于 Fe²⁺的存在，容易產(chǎn)生低熔點(diǎn)物質(zhì)鈣鐵橄欖石，進(jìn)一步增加流動(dòng)性。與其他鐵礦粉相比，加拿大精粉的粒度更大，可以彌補(bǔ)因減少富粉導(dǎo)致的透氣性降低的問(wèn)題，有利于生產(chǎn)。

2019 年的工業(yè)試驗(yàn)按月進(jìn)行，主要調(diào)整了國(guó)內(nèi)精粉和進(jìn)口精粉及進(jìn)口富粉的比例。進(jìn)口富粉主要增減巴西粗粉的配比，進(jìn)口精粉為加拿大精粉，后期增加了伊朗精粉，國(guó)內(nèi)精粉為五礦精粉，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 5 所示。

圖 1~圖 3 為使用加拿大精粉后燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)及燒結(jié)固體燃耗的變化。可以看出，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度在加拿大精粉配加到 9.19% 時(shí)達(dá)到最高值 77.62%，利用系數(shù)在加拿大精粉配加到2.23% 時(shí)達(dá)到最高值 1.33 t/(m² ·h)，固體燃耗在加拿大精粉配加到 7.71% 時(shí)達(dá)到最低值 59.2 kg/t。這主要得益于加拿大精粉的特性，相對(duì)于富粉，加拿大精粉透氣性差，但對(duì)提高燒結(jié)轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度有利。從此次工業(yè)試驗(yàn)綜合來(lái)看，加拿大精粉配加到 7%~9%，進(jìn)口富粉配加到 65%~70%，可以得到較為合適的燒結(jié)礦技術(shù)指標(biāo)。

高爐應(yīng)對(duì)攻關(guān)

攻關(guān)原因

因燒結(jié)配礦提高了加拿大精粉比例，使得燒結(jié)礦中的 SiO₂ 含量降低，平均 SiO₂ 含量在 5.15% 左右，促使高爐的渣量相對(duì)減少；同時(shí)燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度提高，高爐爐料的透氣性獲得改善，使得高爐的指標(biāo)提升，這為降低高爐渣中的鎂鋁比創(chuàng)造了有利條件。

高爐爐渣中 MgO 含量的控制，是一個(gè)重要的工藝控制點(diǎn)。MgO 的作用主要有兩點(diǎn)：(1) 降低爐渣熔化溫度，改善流動(dòng)性，提高脫硫效率；(2) 當(dāng)爐渣中Al₂O₃ 增加時(shí)，增加 MgO 含量，可以降低爐渣的黏度。其機(jī)理是 MgO 與 Al₂O₃、SiO₂ 及硅酸鹽反應(yīng)產(chǎn)生一系列的低熔點(diǎn)化合物，降低了高爐渣的黏度。但是 MgO 過(guò)高，會(huì)造成如下影響：(1) 隨著渣中 MgO 含量增加，爐渣成分向鈣鎂橄欖石方向轉(zhuǎn)變，使?fàn)t渣熔點(diǎn)升高，黏度增大，流動(dòng)性變差。同時(shí)增加 MgO 含量會(huì)增加渣量，造成燃料消耗升高，噸鐵耗風(fēng)增加，產(chǎn)量下降。(2)MgO 的價(jià)格高于氧化鈣，通過(guò)提高氧化鎂的含量，來(lái)保證四元堿度和二元堿度，成本較高。

因此，降低 MgO 的含量并使其達(dá)到合適的控制點(diǎn)，不但可以降低燃料消耗，也可以降低燒結(jié)礦的成本，同時(shí)結(jié)合原料質(zhì)量的改善，還可以提高高爐產(chǎn)量等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

攻關(guān)主要措施

(1) 裝料制度：提高礦批量，因燒結(jié)礦性能改善，燒結(jié)礦硅含量下降，渣量減少，透氣增強(qiáng)，可壓制邊緣，布料上增大礦角并增加外環(huán)圈數(shù)，以提高煤氣利用率。

(2) 渣制度：改變過(guò)去以二元堿度為主的控制方法，改以四元堿度控制為準(zhǔn)，四元堿度由過(guò)去的1.03 調(diào)整到 1.0；同時(shí)下調(diào)鎂鋁比，直接降低燒結(jié)原料中的 MgO，此次目標(biāo)鎂鋁比為 0.58。

(3) 熱制度：要求鐵水中 Si 含量在 0.4% 左右，以此來(lái)控制爐溫，保證高爐充沛的物理熱，防止工業(yè)試驗(yàn)中爐溫過(guò)低對(duì)高爐造成影響。

攻關(guān)成果

(1) 主要控制參數(shù)如表 6 所示。

此次高爐攻關(guān)工業(yè)試驗(yàn)較為理想，礦批由初期的 39.0 t 提高到 41.5 t，焦炭負(fù)荷由 4.5 提高到 4.8，鎂鋁比由 0.62 降低到 0.58，高爐運(yùn)行穩(wěn)定，未發(fā)生爐溫大幅度下滑、懸料等工藝性事故。

(2) 主要指標(biāo)如表 7 所示。

主要指標(biāo)在此次攻關(guān)中獲得重大進(jìn)步，在品位由 57.69% 下降到 57.35% 的情況下，燃料比下降了12 kg/t，利用系數(shù)上升了 0.21 t/m³，綜合比較，在燒結(jié)強(qiáng)度指標(biāo)大幅度提升的情況下，高爐的礦批、布料角度隨之調(diào)整，同時(shí)降低了鎂鋁比，對(duì)高爐的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)提升非常有利。

結(jié)束語(yǔ)

(1) 加拿大精粉的配加量在 7%~9% 時(shí)，燒結(jié)礦的綜合性能最佳，但要注意加拿大精粉的粒度不能過(guò)小，200 目粒度的礦粉占比 7%~8% 最為合適。

(2) 在提高燒結(jié)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、增加精粉比例時(shí)，推薦增加進(jìn)口精粉配比，從同化溫度來(lái)看，進(jìn)口精粉的性能要好于國(guó)產(chǎn)精粉，同時(shí)在實(shí)際生產(chǎn)中可以發(fā)現(xiàn)，進(jìn)口精粉的指標(biāo)比較穩(wěn)定。

(3) 在原料質(zhì)量得到改善時(shí)，要快速增加礦批量，加強(qiáng)邊緣的壓制，在高爐透氣性改善后，使高爐的煤氣利用率達(dá)到最佳。

(4) 渣制度控制方面，將四元堿度控制到 1.0，鎂鋁比降低到 0.58，此時(shí)，爐況的穩(wěn)定性較好，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較佳。

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