韓鳳光，劉佩秋
( 寶鋼股份梅山鋼鐵公司技術中心，南京210039)
摘要: 在鐵礦石燒結過程中進行富氧，觀察富氧后燒結固體燃料消耗、成品率、利用系數、冶金性能及礦相顯微結構等指標的變化情況． 試驗表明: 富氧時間為2 ～ 4 min、富氧量為5 ～ 8m3 /t 時，燒結礦的各項指標較好． 在該條件下，與基準燒結礦相比，成品率提高2． 12%、轉鼓強度值提高0． 92%、固體燃料消耗降低1． 56 kg /t; 富氧燒結對改善燒結礦成品率的試驗結果表明: 16 組燒結試驗中，對燒結過程進行富氧后，成品率提高了0． 79% ～ 2． 05%，富氧后的成品率平均高于基準成品率1． 35%． 隨著富氧量的增加，成品率呈現出增長趨勢; 而隨著富氧時間的增加，成品率沒有明顯增長． 同時，富氧燒結后，燒結固體燃料消耗下降0． 69 ～ 1． 41 kg /t．
關鍵詞: 富氧燒結; 鐵礦石; 燒結杯試驗
0 前言
燒結過程主要是通過利用焦粉或煤粉的燃燒產生熱量將鐵礦石熔化產生液相重新結晶成塊的過程，因此燒結過程中燃料的燃燒充分程度將影響到鐵礦粉的燒結產量和質量． 在燒結過程中添加氧氣( 即，富氧燒結) 能夠改善燃料燃燒情況，使燃料更好地發揮作用．
富氧燒結是指燒結過程中在抽入的空氣中添加一定量的氧氣，以利于燒結燃料的充分燃燒和反應的燒結過程． 在燒結過程中，固體燃料如焦粉或無煙煤粉燃燒所獲得的高溫和燃燒產物，為液相生成和一切物理化學反應的進行提供了所必需的熱量和氣氛條件［1 － 2］． 碳的燃燒是否充分是決定燒結礦產量和品質的重要條件，也是影響其他一系列過程的重要因素．
梅鋼公司高爐制氧量存在一定的富余，為了充分利用富余的氧氣并提高燒結礦產量和質量，梅鋼技術中心聯合北京科技大學和普萊克斯制氧公司進行了富氧燒結試驗．
1 原料條件及試驗方法
1． 1 原料條件
試驗過程使用梅鋼公司的燒結原燃料，所有原燃料均取自梅鋼公司燒結分廠現場． 所用的原料化學成分見表1．
1． 2 試驗方法
試驗在200 mm × 640 mm 燒結杯中進行．每次試驗前，按照配料要求將各種原料稱出后，人工翻倒8 遍，加水混勻，裝入圓筒混合機內進行制粒． 圓筒混合機尺寸600 mm × 1 000 mm，轉速17 r /min，充填率12%． 混料時間8 min． 取制粒后的混合料100 g，分2 份放入烘箱，烘干2 h 以上取出，測定水分．
燒結過程中，點火負壓8 kPa，點火時間90 s，點火溫度1 050℃ ，抽風負壓16 kPa ，冷卻負壓8 kPa． 點火結束后，按試驗參數設定，將一定流量的氧氣通入燒結杯體進行富氧燒結． 燒結冷卻結束后，將燒結餅倒出，破碎整粒，然后進行燒結礦質量指標、化學成分、冶金性能和礦相等項目的檢測．
1． 3 試驗方案
試驗前期進行了基準配碳量的摸索，確定配碳量為4． 24%． 試驗過程按照唯一的配料比進行，燒結配料單見表2． 富氧燒結試驗的不同參數設定主要依據前期的試驗結果． 具體的富氧燒結試驗方案見表3．
2 試驗結果
按照表3 中的方案進行試驗，并對其中個別試驗進行了重復和驗證試驗． 為了獲得較佳的燒結性能，對基準組試驗進行了反復摸索，并最終確定第0 組試驗基準方案． 基準及各富氧燒結試驗結果見表4．
表4 中的試驗結果數據顯示，進行富氧燒結后，燒結礦的指標大體上得到了改善，尤其是燒結礦利用系數和固體燃料消耗等指標．
3 試驗分析
3． 1 富氧對燒結指標的影響
在16 組燒結試驗中，進行富氧燒結后，燒結成品率均有不同程度的提高． 最低的提高了0． 79%，最高的提高了2． 05%． 富氧后成品率平均高于基準成品率1． 35%． 隨著富氧量的增加，成品率趨于增長趨勢; 而隨著富氧時間的增加，成品率卻沒有明顯增長，如圖1 所示
同時，進行富氧燒結后，燒結固體燃料消耗均有所下降，最少下降了0． 69 kg /t，最多下降了1． 41 kg /t．
富氧對燒結的利用系數影響較為明顯，隨著富氧時間的延長，燒結利用系數呈增加趨勢． 平均利用系數比基準利用系數高0． 06 t /m2·h．
3． 2 富氧燒結對冶金性能的影響
富氧燒結試驗燒結礦的還原性和低溫還原粉化指標見表5．
從表5 中的試驗結果來看，富氧燒結有利于改善燒結礦的還原性． 基準樣的還原性指數ＲI 為87． 96%，而所有經過富氧燒結后的試驗中，ＲI 指標最高達到91． 20%，最低為88． 21%，都超過了基準組的水平． 可見，富氧燒結對改善燒結礦還原性指數有明顯的作用．
低溫還原粉化ＲDI 指數總體低于基準組． 這是因為富氧燒結過程中，燒結料層氧位較高，氧化氣氛較強，燒結礦中所保留的原生赤鐵礦和再氧化產生的赤鐵礦較多，燒結礦中的磁鐵礦減少的緣故所致． 眾所周知，在500 ℃還原條件下，現有α-Fe2O3經過γ-α-Fe2O3，再還原為Fe3O4，此過程發生相變，體積膨脹25%，最終導致ＲDI 指標下降［3］．
3． 3 富氧燒結對燒結礦微觀結構的影響
選擇基準試驗組及第13 至第15 組作為一個系列，進行礦相觀察分析． 將樣品經過粉碎、篩分，選擇一定粒度且具有代表性的燒結礦進行煮膠制樣，最后分別經過初磨、細磨和拋光，制得可以在礦相顯微鏡下觀察的樣品． 燒結礦礦相檢測方法主要采用目估法． 經過礦相觀察，4個樣品的燒結礦礦物組成見表6．
由表6 可以看出，燒結礦的主要礦物為磁鐵礦，其次為赤鐵礦和鐵酸鈣．
隨著燒結礦富氧量的增加，燒結礦中赤鐵礦含量增多，磁鐵礦含量減少． 燒結礦經過富氧后，燒結氣氛呈一定的氧化性． 與此同時，富氧后燒結礦的磁鐵礦數量有所減少． 經過富氧后，燒結礦的鐵酸鈣含量增加，而玻璃相的含量沒有明顯增加．礦物組成中，富氧后的燒結礦鐵酸鈣晶粒較大，同時赤鐵礦和鐵酸鈣的含量也較多，燒結礦的強度和還原性改善得到保證［4］． 富氧前后的礦相結構如圖2 所示． 圖2 中，H 為赤鐵礦，M 為磁鐵礦，V 為玻璃相，F 為鐵酸鈣，P 為熔劑殘余．
4 效益估算
根據試驗結果，將第7 組試驗，即富氧時間為4 min、富氧量為8 m3 /t 的燒結礦作為效益估算的前提條件． 氧氣按照0． 21 元/m3 計算，則燒結礦氧氣消耗量為1． 68 元/t．第7 組試驗中，由于成品率提高約2%，燒結利用系數提高了2． 4%，同時還減少了返礦量，降低了燒結礦的成本． 如果燒結工序的成本按照80元/t 計算，則可節約加工費1． 92 元/t． 與此同時，固體燃耗降低1． 5 kg /t，無煙煤按照600 元/t 計算，則燒結礦的直接效益約為1． 14 元/t．噸礦直接經濟效益= 因成品率提高而節省的加工費+ 使用富氧后降低燃耗費用－ 氧氣成本=1． 92 元+ 1． 92 元－ 1． 68 元= 1． 14 元．
5 結論
( 1) 對燒結進行富氧后，燒結礦成品率提高，燒結礦的還原性有所改善，但低溫還原粉化情況有所惡化．
( 2) 富氧時間為2 ～ 4 min、富氧量為5 ～ 8m3 /t 時，燒結礦各項指標表現較好．
( 3) 隨著燒結富氧量的增加，燒結礦中赤鐵礦和鐵酸鈣含量增多，交織熔蝕結構增加，有利于提高燒結礦的強度和還原性．
( 4) 在優化的富氧條件下，富氧燒結具有一定的效益． 根據理論計算，富氧后燒結礦的直接效益大約為1． 14 元/t．
參考文獻:
［1］ 黎明． 蘇聯燒結廠應用的幾項新技術和新工藝［J］． 國外鋼鐵，1986( 5) : 1 － 7．
［2］ 盧宇飛． 煉鐵工藝［M］． 北京: 冶金工業出版社， 2006．
［3］ Neuschütz D，Spencer P H，Weiss W，et al． Comparison onthermochemically calculated and measured dioxin contents inthe off-gas of a sinter plant-part 1［C］∥proceedings of the 9thJapan-Germany seminar on fundamentals of iron andsteelmaking，on september，1996( 8 － 9) : 113 － 117．
［4］ 郭玉盛． 富氧燒結試驗［J］． 燒結球團， 1992，17( 1) : 16 － 18．