潘飛  范凱利

（江蘇鑌鑫鋼鐵集團）

摘    要：隨著鋼鐵工業(yè)的不斷發(fā)展，降本增效已成為鋼鐵企業(yè)發(fā)展的主流。燒結(jié)作為高爐原料供應的重要工序，其能耗和成本對鋼鐵生產(chǎn)的綜合能耗和生產(chǎn)成本具有重要影響。本文綜述了燒結(jié)優(yōu)化配礦技術的研究進展，包括配礦方案的設計、鐵礦粉性能的評價以及優(yōu)化配礦方法的應用。通過合理的配礦方案，可以改善燒結(jié)礦質(zhì)量，降低能源消耗，保證高爐穩(wěn)定順行，提高鋼鐵企業(yè)的競爭力。

關鍵詞：燒結(jié)；配礦優(yōu)化；鐵礦粉；高爐；穩(wěn)定順行；降本增效

一、引言

鋼鐵工業(yè)作為國民經(jīng)濟的重要支柱，其降本增效對于提高整體經(jīng)濟效益具有重要意義。降本增效的前提是高爐的穩(wěn)定順行，燒結(jié)作為高爐原料供應的重要工序，其能耗和成本占鋼鐵生產(chǎn)總能耗和成本的較大比例，同時燒結(jié)礦質(zhì)量的好壞對高爐的穩(wěn)定順行具有重要影響。因此，優(yōu)化燒結(jié)配礦技術，降低燒結(jié)能耗，提高燒結(jié)礦質(zhì)量，已成為鋼鐵企業(yè)關注的焦點。高爐的降本增效，穩(wěn)定順行是鋼鐵企業(yè)不斷追求的目標。

二、配礦方案的設計

配礦方案的設計是燒結(jié)優(yōu)化配礦技術的核心，燒結(jié)配礦技術是在全面掌握鐵礦粉的常溫特性和高溫特性的基礎上，應用互補性原理和方法進行合理的配礦設計。合理的配礦方案應根據(jù)鐵礦粉的化學成分、物理性能以及燒結(jié)特性進行綜合考慮。不同鐵礦粉具有不同的燒結(jié)特性，如同化性、液相流動性、黏結(jié)相強度和鐵酸鈣生成特性等，這些特性對燒結(jié)礦的成礦和質(zhì)量指標具有重要影響。在高爐生產(chǎn)中，入爐原料主要為燒結(jié)礦、球團礦及塊礦，其中燒結(jié)礦的占比普遍在70%以上。因此，燒結(jié)礦質(zhì)量的好壞對高爐的生產(chǎn)及順行起著決定性的作用，提高燒結(jié)礦質(zhì)量對降低生產(chǎn)成本、保障高爐順行具有重要的現(xiàn)實意義。

1、鐵礦粉性能評價

由于鐵礦粉物理化學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)配礦技術就是在全面掌握鐵礦粉的常溫特性和高溫特性的基礎上，應用互補性原理和方法進行合理配礦設計。而鐵礦粉的燒結(jié)性能，不僅體現(xiàn)在同化性、液相流動性、粘結(jié)相強度、還原性和復合鐵酸鈣產(chǎn)生能力等方面，還要綜合考慮其常溫性能：包括化學成分、物理特性（粒度組成等）。化學成分：鐵礦粉的化學成分是影響燒結(jié)礦質(zhì)量的基礎因素。通常要求鐵礦粉具有較高的鐵品位和適宜的化學成分比例，以保證燒結(jié)礦的冶金性能。物理性能：鐵礦粉的粒度、密度、強度等物理性能對燒結(jié)過程具有重要影響。粒度分布合理的鐵礦粉有利于改善燒結(jié)料的透氣性和混合料的成球性，從而提高燒結(jié)礦的產(chǎn)量和質(zhì)量。燒結(jié)特性：鐵礦粉的同化性、液相流動性、黏結(jié)相強度和鐵酸鈣生成特性等燒結(jié)特性是影響燒結(jié)礦成礦和質(zhì)量的關鍵因素。通過測定這些特性，可以指導配礦方案的設計，優(yōu)化燒結(jié)工藝參數(shù)。燒結(jié)礦的質(zhì)量由化學成分、物理性能和冶金性能組成，它們?nèi)咧g的關系為：

化學成分是基礎，物理性能是保證，冶金性能是關鍵。

2、方案優(yōu)化

原料選擇：根據(jù)鐵礦粉的化學成分、物理性能和燒結(jié)特性，選擇適宜的原料進行配礦。通常要求原料具有較高的性價比和穩(wěn)定的供應渠道。配比設計：通過試驗和計算，確定不同鐵礦粉的配比。合理的配比可以充分利用各種鐵礦粉的互補特性，提高燒結(jié)礦的質(zhì)量和產(chǎn)量。工藝參數(shù)優(yōu)化：根據(jù)配礦方案，優(yōu)化燒結(jié)工藝參數(shù)，如堿度、燃料配比、混合料水分等，以進一步提高燒結(jié)礦的性能。從本質(zhì)上講，現(xiàn)在配礦方法屬于試探性配礦，故盲目性較大。優(yōu)化配礦的內(nèi)涵是對鐵礦石資源進行合理和優(yōu)化利用；提高燒結(jié)生產(chǎn)的穩(wěn)定性；降低燒結(jié)生產(chǎn)成本；提高燒結(jié)礦產(chǎn)量和質(zhì)量；具有較好的冶金性能，能夠滿足高爐生產(chǎn)需要。利用鐵礦性能互補原則，實現(xiàn)礦種合理搭配使用。滿足燒結(jié)礦化學成分要求，滿足燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強度，成品率和粒度要求，滿足燒結(jié)礦冶金性能的要求。優(yōu)化配礦的目的是使燒結(jié)礦的常溫特性和高溫特性均能滿足高爐的需要。使高爐能夠穩(wěn)定順行，進而實現(xiàn)鐵前降本增效的目的。常溫特性主要有化學成分、粒度組成、礦相形貌、制粒性能；高溫特性主要有同化性、液相流動性、黏結(jié)相強度、連晶強度、熔化特性、吸液性、鐵酸鈣生成能力。

3、燒結(jié)礦的宏觀結(jié)構(gòu)

疏松多孔的薄壁結(jié)構(gòu)：在配碳量低，液相量少且粘度低的情況下出現(xiàn)。這種燒結(jié)礦強度低，還原性好。中孔厚壁結(jié)構(gòu)：出現(xiàn)于配碳量適當，液相量充分的情況下，這種燒結(jié)礦強度好，還原性好。大孔厚壁結(jié)構(gòu)：常出現(xiàn)于配碳量較高的情況下，燒結(jié)礦的強度較好，還原性較差。大孔薄壁結(jié)構(gòu)：若配碳量太高，就會出現(xiàn)大孔薄壁結(jié)構(gòu)，燒結(jié)礦的強度和還原性均差。決定燒結(jié)礦宏觀結(jié)構(gòu)的主要因素是生產(chǎn)工藝參數(shù)的控制以及配碳量的高低。鑌鋼集團燒結(jié)礦低溫還原粉化指數(shù)長期偏低，低的時候在54左右，高的時候在64，還原度在80左右，給高爐的爐況順行造成了一定的影響。為實現(xiàn)優(yōu)化配礦，確保高爐穩(wěn)定順行，在燒結(jié)杯實驗中，以原有配礦方案為基線進行了調(diào)整，旨在提高燒結(jié)礦的冶金性能，通過綜合分析考量，設計了2個配礦方案， 降低了巴西精粉的配比，增加褐鐵礦比例，且保證燒結(jié)礦的品味在57以上。

燒結(jié)杯實驗轉(zhuǎn)鼓指數(shù)均＞65.50%根據(jù)YB-421-77 燒結(jié)杯轉(zhuǎn)鼓≥65.50%時，轉(zhuǎn)換為實際燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指標≥78%。方案1為基準配礦方案，方案2、3為在基準方案基礎上調(diào)整后的配礦方案。實驗方案中，燒結(jié)用雜料添加鎳礦，考慮到入爐有害元素情況，方案2、3的鎳礦比例較方案1有所下調(diào)，方案2和方案1燒結(jié)礦的硅相同，為4.6左右，方案3的硅為5.0，燒結(jié)礦品味依次下降，鋁含量依次上升。S、P含量基本正常，方案3有利于提高燒結(jié)礦的產(chǎn)量，且強度較好，燒結(jié)礦成品率高，內(nèi)返率低，粒級分布更加合理。方案2和方案3從燒結(jié)杯實驗來看燒結(jié)固體燃耗會有所增加。從冶金性能數(shù)據(jù)分析方案2的冶金性能指數(shù)相對較好。

三、燒結(jié)礦化學成分的影響

1、堿度對其性質(zhì)的影響

隨著堿度和燃料用量不同，燒結(jié)礦的礦物組成相應發(fā)生變化。當堿度高時磁鐵礦和赤鐵礦量減少，鐵酸鈣增加。這是由于CaO增加和氧化鐵結(jié)合的結(jié)果。隨著堿度的提高，燒結(jié)礦還原性能和燒結(jié)礦強度不斷提高，低溫還原粉化率有降低的趨勢。由于這個原因，燒結(jié)礦堿度變化時，不僅會造成高爐渣成分的波動，而且也會造成爐內(nèi)燒結(jié)礦軟熔位置變化而引起爐況不順的情況。同時，因為燒結(jié)礦堿度的提高，燒結(jié)礦含鐵量會隨之下降，必須按照高爐的要求，結(jié)合燒結(jié)工序的具體情況，選擇適當?shù)膲A度進行控制。

2、Al₂O₃含量對燒結(jié)礦性質(zhì)的影響

Al₂O₃是高熔點化合物，高Al₂O₃含量需要更高的燒結(jié)溫度和更長的燒結(jié)時間來維持所需的燒結(jié)礦強度。一般來說，會對燒結(jié)礦質(zhì)量（特別是轉(zhuǎn)鼓指數(shù)和還原性）和生產(chǎn)率帶來不良影響。此外，Al₂O₃含量的增加還會使燒結(jié)礦低溫還原粉化率（-3.15）明顯升高。 當燒結(jié)料中含Al₂O₃較高時，可生成含Al₂O₃硅酸鹽，促進鐵酸鈣的生成，減少硅酸鈣的生成，同時會導致液相的粘度增大。Al₂O₃能加寬針狀鐵酸鈣存在的溫度范圍，針狀鐵酸鈣最大生成量對應的Al₂O₃/SiO₂值為0.3～0.35。

3、MgO對燒結(jié)礦性質(zhì)的影響

燒結(jié)礦中MgO的作用是滿足高爐造渣的要求，能改善高爐爐渣的流動性。同時還有助于改善燒結(jié)礦質(zhì)量，降低其低溫還原粉化率。但燒結(jié)礦強度隨之降低。如果因較高的MgO含量對燒結(jié)礦質(zhì)量造成較大影響時，要從保證燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度和改善爐渣角度統(tǒng)籌考慮，可以考慮MgO的優(yōu)化配置，即降低燒結(jié)礦MgO含量，提高球團礦中的MgO含量生產(chǎn)鎂質(zhì)球團，以滿足高爐造渣要求。1）從改善爐渣流動性方面來講，MgO含量應與爐渣中Al₂O₃含量匹配，一般來說，燒結(jié)礦的MgO/Al₂O₃應大于1.05。2）從燒結(jié)礦冷強度來看，適量的氧化鎂（如MgO含量為1.8%到2.1%時）可以使赤鐵礦被交織熔蝕結(jié)構(gòu)更均勻、更緊密地固結(jié)，有助于燒結(jié)礦的組織結(jié)構(gòu)均勻化和鐵酸鈣的發(fā)育長大，從而提高燒結(jié)礦的強度。然而，當氧化鎂含量過高（2.6%以上時），磁鐵礦、玻璃相明顯增多，赤鐵礦、鐵酸鈣有所減少，導致燒結(jié)礦強度下降，MgO含量增加，燒結(jié)液相開始生成溫度明顯上升，液相流動相降低，燒結(jié)礦冷強度降低。3）從改善燒結(jié)礦低溫還原粉化率方面來看，MgO含量在1.4~2.3之間都有效果，在2.0-2.2達到最好。MgO易與Fe₃O₄結(jié)合生成鎂磁鐵礦（MgO·Fe₃O₄），阻礙Fe₃O₄氧化為Fe₂O₃，從而降低鐵酸鈣（CaO·Fe₂O₃）液相的生成量，影響燒結(jié)礦的還原性。此外，MgO·Fe₂O₃的還原性較CaO·Fe₂O₃差，因此高MgO燒結(jié)礦的還原性也較差。4）從熔滴性能來看：燒結(jié)礦MgO含量高會提高液相生成溫度，不利于燒結(jié)過程中液相的生成，從而影響燒結(jié)礦的熔滴性能。高MgO燒結(jié)礦的高溫軟熔性能也較差，熔融區(qū)間增大，壓差提高，滴落量變少。綜上所述， MgO含量應以爐渣中的Al₂O₃含量決定。

4、SiO₂含量對燒結(jié)礦質(zhì)量的影響

SiO₂ 的增加,燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強度呈上升趨勢,SiO2 = 4. 5 %～5. 0 % ,轉(zhuǎn)鼓強度上升幅度較大, SiO₂ = 5. 0 %～5. 5 % ,上升幅度較小。SiO₂高時，燒結(jié)礦的還原性能較差，降低燒結(jié)礦SiO₂含量，不僅可以減少高爐渣量和熔劑用量，降低高爐燃料消耗，同時還可以改善燒結(jié)礦的高溫性能，有利于穩(wěn)定爐況和實現(xiàn)低Si冶煉。一般燒結(jié)礦SiO₂含量宜控制在4.7-5.5%。

5、FeO含量對燒結(jié)礦性能的影響

燒結(jié)礦中FeO含量的高低，主要與所用鐵料、燒結(jié)過程中的氧化氣氛強弱及溫度水平高低有關，反映出了燒結(jié)過程中的溫度水平和氧位的高低。與配碳量和燃料粒度有關系。配碳量增加，會使燒結(jié)礦中FeO含量升高；燃料粒度粗，燃料在燒結(jié)料中的分散度小，化學反應不均勻，會造成相同配比下，燒結(jié)礦FeO含量波動大。工藝條件不變時，F(xiàn)eO含量有一個適宜值。可以根據(jù)需要進行微調(diào)整，偏重于改善還原度和軟熔性能，應適當?shù)鸵稽c，偏重于改善粒度組成和低溫還原粉化時，可以稍高一點。燒結(jié)礦硅低時FeO可以適當控制高點，燒結(jié)礦硅高時FeO可以適當控制低些。

四、燒結(jié)礦冶金性能影響

燒結(jié)礦的冶金性能包括900℃還原性（RI）、500℃低溫還原粉化性能（RDI）、荷重軟化性能（TBS、TBE、ΔTB）和熔融滴落性能（Ts、Td、ΔT、ΔPm、S值）。這四項性能中900還原性是基本性能，它不僅直接影響煤氣利用率和燃料比，同時由于還原程度的不同，還影響其還原粉化性能（RDI）和軟熔性能。500℃低溫還原性能是反映燒結(jié)礦在高爐上部還原強度的，它是高爐上部透氣性的限制性環(huán)節(jié)。在高爐冶煉進程中，高爐上部的阻力損失約占總阻力損失的15%。燒結(jié)礦的荷重還原軟化性能是反映其在高爐爐身下部和爐腰部分軟化帶透氣性的，這部分的透氣阻力約占高爐總阻力損失的25% 。熔融滴落性能是燒結(jié)礦冶金性能最重要的部分，因為它約占高爐總阻力損失的60%，是高爐下部透氣性的限制性環(huán)節(jié)，要保持高爐長期順行穩(wěn)定，必須十分重視含鐵原料在熔融帶的透氣阻力。1）燒結(jié)礦還原性對高爐冶煉主要操作指標的影響燒結(jié)礦還原性取決于其礦物組成和氣孔結(jié)構(gòu)。還原性不好的燒結(jié)礦進入高爐后，首先會影響高爐上部塊狀帶的煤氣利用率，造成高爐內(nèi)上部間接還原降低，直接還原增加，影響高爐的燃料比和產(chǎn)量，經(jīng)驗數(shù)據(jù)顯示，入爐礦的直接還原變動10%影響高爐燃料比和產(chǎn)量各10%。多數(shù)高堿度燒結(jié)礦的900℃還原性應≥85%，燒結(jié)礦的氧化鎂和亞鐵含量高均會明顯降低燒結(jié)礦的還原性。2）燒結(jié)礦低溫還原粉化性對高爐主要操作指標的影響燒結(jié)礦在低溫下還原產(chǎn)生粉化的原因主要是骸晶狀赤鐵礦（又稱再生赤鐵礦）在低溫還原過程中發(fā)生晶格轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的極大內(nèi)應力，導致燒結(jié)礦碎裂。除此之外，礦種、配碳、二氧化鈦和三氧化二鋁含量過高等因素也會導致燒結(jié)礦產(chǎn)生低溫還原粉化，這是影響高爐上部塊狀帶透氣性的限制性環(huán)節(jié)。已有的生產(chǎn)實踐數(shù)據(jù)證明，燒結(jié)礦的RDI（-3.15）每增加10%，影響高爐產(chǎn)量3%以上，燃料比升高1.5%。堿度是影響RDI的一個重要因素。隨著燒結(jié)礦堿度的提高，燒結(jié)礦的強度有所提高，RDI（-3.15）值降低。原因如下：①燒結(jié)礦堿度的提高，燒結(jié)礦中強度高的鐵酸鈣增多，強度低的玻璃質(zhì)降低。②高堿度燒結(jié)礦中，大量的磁鐵礦受鐵酸一鈣熔蝕并與其交織在一起，呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。③高堿度燒結(jié)礦熔融充分，氣孔分布均勻，這也有利于提高燒結(jié)礦常溫強度。還原性的優(yōu)劣是燒結(jié)礦質(zhì)量的一項基本指標，高料層、高強度、高還原性、低碳、低FeO的三高兩低原則始終是燒結(jié)生產(chǎn)追求的目標。對高堿度(R=1.9~2.3)燒結(jié)礦而言，常規(guī)要求RI>85%,高要求RI應>90%，若RI<80%證明燒結(jié)礦的質(zhì)量出了問題，或是配碳高了、FeO高了，或是配礦的原因?qū)е職饪捉Y(jié)構(gòu)出了問題，應提出改進的措施。3）熔滴性能的影響熔滴性能是燒結(jié)礦冶金性能中重要的指標，因為熔滴帶的阻力損失約占高爐總阻力損失的60%，它是高爐下部順行的限制性環(huán)節(jié)。優(yōu)良的冶金性能是燒結(jié)礦質(zhì)量的關鍵，當燒結(jié)礦的開始軟化溫度低于950℃、軟化溫度區(qū)間>300℃時，高爐必然會產(chǎn)生嚴重的懸料。因此為了保持高爐順行穩(wěn)定，燒結(jié)礦應具有良好的荷重還原軟化性能，據(jù)實驗分析：開始軟化溫度由1200℃提高50度，高爐的透氣性△P下降8%，產(chǎn)量提高16%。高堿度燒結(jié)礦由于含F(xiàn)eO低和還原性優(yōu)良，開始熔融溫度就高，同時由于其渣相熔點高，滴落溫度也高，但是開始軟化溫度Ts提高的幅度大于Td（滴落溫度） 所以熔滴區(qū)間窄(Td-Ts=△T),即熔滴帶的厚度變薄，從而使得透氣阻力損失(△Pm)降低，有利于高爐下部的順行和強化。燒結(jié)礦的軟化性能主要與其堿度、FeO、SiO2含量和還原性相關。在正常情況下，高堿度燒結(jié)礦的熔滴性能總是優(yōu)于低堿度燒結(jié)礦，這就是高爐爐料結(jié)構(gòu)為什么始終要堅持高堿度燒結(jié)礦的道理。日本學者斧勝也做過深入的研究，提出含鐵爐料開始熔融溫度（Ts）也即壓差開始陡升溫度（ΔPs）取決于FeO低熔點渣的熔點。含F(xiàn)eO高的爐料，會較早地造成壓差開始陡升。而渣相中的FeO取決于爐料被還原的程度。造成含F(xiàn)eO高和還原性差的爐料開始熔融溫度低。含鐵品位高是燒結(jié)礦質(zhì)量的核心，高堿度是燒結(jié)礦質(zhì)量的基礎，燒結(jié)礦生產(chǎn)追求高料層、高堿度、高還原性和低碳、低亞鐵的三高兩低目標。高MgO、高Al₂O₃、高FeO和大粒度的高溫型燒結(jié)不是燒結(jié)生產(chǎn)的方向，低碳厚料層的低溫燒結(jié)才是燒結(jié)生產(chǎn)的方向，優(yōu)良的燒結(jié)礦質(zhì)量有利于實現(xiàn)高爐冶煉低燃料比煉鐵，并且是高爐穩(wěn)定順行的前提，是鐵前降本增效的關鍵。

五、結(jié)語

（1）燒結(jié)優(yōu)化配礦要充分考慮各種礦粉的燒結(jié)特性，保證燒結(jié)礦具有較好的冶金性能，能夠滿足高爐的穩(wěn)定順行，以高爐的順行為前提來指導燒結(jié)優(yōu)化配礦結(jié)構(gòu)。（2）由于地質(zhì)條件、成礦過程的不同，除了化學成分、粒度組成等常溫特性之外，各種鐵礦粉在其燒結(jié)高溫特性方面亦存在明顯差異，通過深入研究以提取和凝練符合燒結(jié)工藝特點的鐵礦粉高溫特性，它們均是燒結(jié)優(yōu)化配礦、工藝流程優(yōu)化的重要技術判據(jù)。依據(jù)各種原料性能互補原理進行優(yōu)化配礦，必能獲得質(zhì)量較好的燒結(jié)礦。（3）燒結(jié)優(yōu)化配礦技術是提高燒結(jié)礦質(zhì)量、降低能源消耗的有效途徑。通過合理的配礦方案設計和優(yōu)化配礦方法的應用，可以充分利用各種鐵礦粉的互補特性，提高燒結(jié)礦的產(chǎn)量和質(zhì)量。未來，隨著鋼鐵工業(yè)的不斷發(fā)展，燒結(jié)優(yōu)化配礦技術將繼續(xù)發(fā)揮重要作用，為鋼鐵企業(yè)的降本增效提供有力支持。10%精粉+50%赤鐵礦+40%褐鐵礦的配礦結(jié)構(gòu)既不降低燒結(jié)礦的品味，又可以降低燒結(jié)成本，而且不影響高爐的爐況順行。

六、參考文獻

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