低品質(zhì)礦燒結工藝開發(fā)與應用

李善彬（天津天鐵冶金集團有限公司，河北涉縣 056404）

低品質(zhì)礦燒結工藝開發(fā)與應用

李善彬（天津天鐵冶金集團有限公司，河北涉縣 056404）

介紹了天鐵集團嚴格按照市場預算控制的要求，不斷謀求低成本運行模式，充分利用價格低廉的鐵礦資源，開發(fā)低品質(zhì)礦燒結新技術的情況。通過采取優(yōu)化配礦結構、加強原料中和混勻、同步調(diào)整生產(chǎn)工藝、噴灑CaCl2溶液降低燒結礦低溫還原粉化率等舉措，使燒結生產(chǎn)對原料的適應性顯著增強，為綜合利用鐵礦石資源提供了借鑒。

鐵礦石 品位 燒結 布料 配礦 工藝 優(yōu)化

1 前言

冶金工藝過程中，鐵前系統(tǒng)的燒結配礦及配料結構的確定，是一項重要的基礎環(huán)節(jié)。合理經(jīng)濟地確定燒結配礦及配料結構，具有廣泛的實踐意義。鋼鐵企業(yè)的鐵礦原料來自多種渠道，具有各自的差異性。各種來源的鐵礦石品位的高低、有害雜質(zhì)含量的多少、造渣成分的差異，都是客觀存在的。因而，通過配礦調(diào)整、中和混勻和工藝優(yōu)化，保證燒結礦適宜的含鐵品位、較高的機械強度、良好的冶金性能，以維護高爐冶煉長周期穩(wěn)定順行，降低生產(chǎn)成本，是煉鐵工作者的共識。

天鐵集團根據(jù)國內(nèi)國際鐵礦石市場環(huán)境的變化，以成本管控為導向，深入研究低品質(zhì)礦的冶煉性能，積極探索原料使用新途徑，依托技術進步和管理創(chuàng)新，不但使低品質(zhì)礦燒結技術得以實現(xiàn)，主要技術經(jīng)濟指標有了明顯突破，而且有效地降低了生產(chǎn)運營成本，拓寬了企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的路子。

2 技術原理

與常規(guī)燒結相比，開發(fā)低品質(zhì)礦燒結技術，其礦物結構、理化性能，尤其是在工藝條件上有著較大差異。低品質(zhì)礦燒結面臨的主要技術難題是解決由于鐵低、硅高、渣多所帶來的問題。突出體現(xiàn)在：一是正硅酸鈣生成量急劇增加，容易因相變引發(fā)燒結礦的粉化，嚴重影響料柱透氣性和煤氣流的分布；二是硅高、渣量多對高爐焦比上升及造渣制度調(diào)整的影響，這就要求必須從大幅度改善燒結礦轉鼓強度和提高其冶金性能等方面來確保高爐爐況的長周期穩(wěn)定順行，從而降低因硅高、渣量多所帶來的負面影響；三是鋁含量過高容易惡化燒結礦低溫還原粉化性能，必須大力實施低溫厚料層燒結，改變燒結溫度和氣氛，采取措施抑制燒結礦低溫還原粉化，并增加白云石配比，以增強爐渣流動性。

3 技術方案論證

3.1 理論上可行性分析

3.1.1 從基本的技術層面上講，對燒結礦質(zhì)量和產(chǎn)量起決定性作用的是垂直燒結速度，而料層的透氣性作為影響垂直燒結速度的主要因素，在老區(qū)已全面實施全富粉燒結和新區(qū)實行高富粉率燒結的前提下，對于開發(fā)實施低品質(zhì)礦燒結已經(jīng)具備基礎條件。現(xiàn)有的燒結生產(chǎn)已經(jīng)實施了高堿度燒結、全生石灰燒結、小球燒結、厚料層燒結等工藝，關鍵在于整合工藝優(yōu)勢資源，實現(xiàn)各工藝技術的系統(tǒng)集成和優(yōu)化，針對低品質(zhì)礦燒結特性，在操作方法和工藝參數(shù)優(yōu)化等方面予以創(chuàng)新和發(fā)展，就能獲得預期的效果。

3.1.2 從礦物結構上講，正硅酸鈣作為固相反應的最初產(chǎn)物，在500～600℃下即開始出現(xiàn)，轉為熔體后不分解，并與2FeO·SiO2形成低熔點共晶混合物和固熔體存在于燒結礦的膠結相中，當溫度下降時，又以單獨相從膠結相中析出，并發(fā)生晶型轉變，體積膨脹10%～12%，導致燒結礦的碎裂[1]。因此，針對高硅原料C2S生成量增加的機理，通過調(diào)整冷卻制度、提高白云石配比、穩(wěn)定C2S晶型、抑制C2S相變等工藝調(diào)整手段，并深入實施低溫厚料層燒結，大力發(fā)展鐵酸鈣粘結相，進而有效地控制C2S的生成量，在理論上可行。

3.1.3 以厚料層燒結為核心的工藝系統(tǒng)集成，可以充分發(fā)揮料層的自動蓄熱功能，進一步降低配碳量，使低溫高氧位燒結得以實現(xiàn)，改善燃料的熱力學和動力學條件及整個燃燒過程，促進大量磁鐵礦氧化和赤鐵礦、鐵黃長石及鐵酸鈣的充分發(fā)展，減少正硅酸鈣、鐵橄欖石、鈣鐵橄欖石和玻璃相的生成量，提高燒結礦強度、還原性和高溫冶金性能，為高爐增產(chǎn)節(jié)焦和爐況順行創(chuàng)造有利條件。

3.2 生產(chǎn)上可行性分析

2009年6 月，隨著鐵前系統(tǒng)改造工程的全線投產(chǎn)，23萬m2大型中和混勻料場同步投入生產(chǎn)運行，這為開發(fā)實施低品質(zhì)礦燒結奠定了堅實的技術基礎。經(jīng)過投產(chǎn)以來的摸索實踐和外出考察學習，料場管理和中和混勻作業(yè)水平有了很大提高，通過作業(yè)線優(yōu)化和系統(tǒng)分析，科學配置來料堆儲和運輸作業(yè)線，平衡使用資源，加強分類堆放管理，提高混勻大堆堆積層數(shù)，嚴格端料切取，提高混勻礦成分的穩(wěn)定性。在大量配低品質(zhì)鐵礦石的前提下，充分利用大型中和混勻料場的優(yōu)勢，可以有效地規(guī)避部分礦種成分波動大的影響，保持混勻礦物化性能的穩(wěn)定。

4 技術方案確定和實施內(nèi)容

在現(xiàn)有條件下，低品質(zhì)礦燒結工藝開發(fā)與應用必須堅持充分利用中和混勻料場的優(yōu)勢，加強預配礦，提高混勻造堆層數(shù)，燒結生產(chǎn)工藝調(diào)整要同步，對生產(chǎn)影響最小，生產(chǎn)成本要降低。在充分進行技術論證的基礎上，結合現(xiàn)有燒結工藝條件，制定了老區(qū)、新區(qū)不同的工藝技術方案。

老區(qū)：現(xiàn)有60 m2燒結機4臺，132 m2燒結機1臺，126 m2燒結機1臺，設計年生產(chǎn)能力為450萬t。開發(fā)方案：利用中和混勻料場A列混勻料條和老區(qū)精礦倉的一次配礦槽，集中處置鋼泥、鋼渣、鋼灰、重力除塵灰、布袋除塵灰等固體廢物，在實施全富粉燒結的基礎上，加大低品質(zhì)礦的利用量。

新區(qū)：現(xiàn)有400 m2燒結機1臺，設計年生產(chǎn)能力為400萬t。開發(fā)方案：利用中和混勻料場B列混勻料條，在穩(wěn)定國產(chǎn)精礦和大宗長協(xié)礦礦配比的基礎上，不斷加大低品位礦配用量。

4.1 配礦調(diào)整

深入研究低品質(zhì)礦的同化性能、液相流動特性、粘結相自身強度、連晶固結強度等基礎燒結性能，應用互補原理進行配礦方案的設計工作，平衡使用資源，實現(xiàn)大宗鐵料與小品種之間、高低燒損礦種之間、外購原料與含鐵固廢之間、精礦與進口富礦之間的最佳匹配。老區(qū)在全富粉燒結的基礎上，做實做細循環(huán)經(jīng)濟這篇大文章，集中配置轉爐OG泥、脫硫鋼渣、轉爐鋼渣、瓦斯灰、混鐵爐及LT法轉爐除塵灰等其他生產(chǎn)工序的副產(chǎn)物，同時加大低品質(zhì)礦種（B、C、D）的配用量，將其配比提高至40%。新區(qū)突出資源平衡使用，在保持20%左右精粉率的前提下，低品質(zhì)礦配比達到25%（A、E）。見表1。

4.2 中和混勻

4.2.1 取料調(diào)整

在加強進廠原料分類堆放管理的基礎上，積極調(diào)整一次料場取料方式，以旋轉分層、分段取料代替原來的定點垂直取料，以保證料流的均衡，取料機臂架回轉速度采用自動無級調(diào)速，以彌補取料的月牙損失。分層取料可保證原料的初混，分段取料則可充分利用料場，先堆先取，提高料場利用率。

表1 部分低品質(zhì)礦成分/%

4.2.2 混勻造堆

按照混勻配比計劃，在分配配料品種礦槽時，原則上按含鐵品位高低來順序安排；特殊品種原料（如高硅礦種）盡量安排在料堆中間；質(zhì)量較差的原料多用小槽，使其盡量分散，減少成分波動對配料的影響。充分利用設備優(yōu)勢，11個配料槽保證9個以上同時作業(yè)，一般預留2個備用，以保證生產(chǎn)順行。增加配料品種，以逐步提高配料層數(shù)，保持混勻配礦結構長期穩(wěn)定，這對于保證燒結配礦結構的穩(wěn)定、提高燒結礦質(zhì)量尤為重要。以控制SiO2含量為中心，確保燒結對堿度的控制水平。提高混勻堆料機的行走速度，保證堆料層數(shù)在420層以上，并保證每層料厚的一致性。實施以來，勻礦SiO2穩(wěn)定率（±0.2%）由61.90%提高到82.76%，σSiO2由0.35降低到0.16，對低品質(zhì)礦燒結技術開發(fā)發(fā)揮了積極的促進作用。

4.3 工藝優(yōu)化

4.3.1 配料室二次配料調(diào)整

根據(jù)混勻礦SiO2、Al2O3含量，及時調(diào)整白云石配比（由原來的4.5%提高至8.5%），以改變燒結礦粘結相組成，使液相中含有鈣鎂橄欖石、鎂黃長石、鎂薔薇輝石、透輝石及二元系化合物鎂橄欖石、偏硅酸鎂、鐵酸鎂等，這樣就減少了正硅酸鈣和難還原的鐵橄欖石、鈣鐵橄欖石生成的機會，不能融化的部分高熔點鈣鎂橄欖石礦物，在冷卻時成為液相結晶核心，可以減少玻璃質(zhì)的生成，同時MgO有穩(wěn)定β-C2S的作用，它可以抑制β-C2S的晶型轉變，這些都可以提高燒結礦的機械強度，減少粉化率，改善還原性。

4.3.2 嚴格控制固體燃料粒度

固體燃料對燒結過程的影響很大，粒度過大，燃燒速度慢，燃燒帶變寬，料層下部容易產(chǎn)生過熔，燒結過程透氣性變差，垂直燒結速度下降，燒結機利用系數(shù)降低。反之，粒度過小，燃燒速度快，液相反應進行得不完全，燒結礦強度變差，成品率降低，燒結機利用系數(shù)降低[1]。根據(jù)新、老區(qū)實際情況，我們積極摸索現(xiàn)有工藝條件下合適的焦粉粒度，通過現(xiàn)場試驗，得出焦粉粒度＜3 mm控制在85%～90%是合適的，不僅焦粉配比最低，而且燒結礦FeO、強度能穩(wěn)定在較好的水平。為此，嚴格按照作業(yè)程序定期車削輥皮，提高四輥破碎機的破碎效率和燃料的破碎合格率，確保-3 mm粒級含量處于合理范圍。

4.3.3 完善工藝，強化實施厚料層燒結

近年來，天鐵圍繞厚料層燒結相繼實施了高堿度燒結、全生石灰燒結、小球燒結、偏析布料、低負壓點火、余熱回收等諸多工藝，并在生產(chǎn)中取得了顯著的成效。為了更好地適應低品質(zhì)礦燒結的新要求，必須充分發(fā)展和深入挖掘厚料層燒結的優(yōu)勢和潛力，為此，重點采用以下措施。

（1）采用高質(zhì)量石灰

針對混勻礦SiO2含量上升的特點，在保持R= 1.95的前提下，全面采用高質(zhì)量石灰替代外購劣質(zhì)石灰，其中老區(qū)采用豎窯白灰（CaO含量為82%），新區(qū)使用回轉窯白灰（CaO含量為88%），以進一步提高同化反應發(fā)生的概率，促進低熔點液相的生成。

（2）提高蒸汽預熱效果

針對三燒和四燒未配置熱礦篩，不具備利用熱返礦預熱混合料的工藝特點，在保留原有在二混通蒸汽預熱混合料的工藝基礎上，采用在小礦槽內(nèi)強制預熱技術，以確保混合料溫度達到60℃，減少料層下部過濕現(xiàn)象，提高透氣性。

（3）優(yōu)化布料方式

根據(jù)輥式布料取代反射板布料改造后存在的布料器利用率不高、偏析、布料效果不佳等問題，通過采取降低輥式布料器的安裝角度、整體上移圓輥給料機的位置等措施，使圓輥給料機落料點處于九輥布料器的一輥和二輥之間，這樣就提高了布料器的利用率，燒結料的合理偏析效果也更加明顯。見圖1。

（4）實施富氧燒結

針對公司氧氣系統(tǒng)在滿足轉爐吹煉和高爐富氧的前提下仍有富余的現(xiàn)狀，為降低氧氣放散率，結合低溫厚料層燒結的生產(chǎn)需求，實施了富氧燒結技術攻關，通過新建氧氣管道將部分氧氣從煉鐵口切出，通入燒結機保溫爐，以增強燒結過程中的氧化性氣氛，改善燃料燃燒反應的熱力學和動力學條件，使燃燒更加完全，從而提高燒結高溫區(qū)的溫度水平，增加液相生成量，提高燒結礦強度。

上述措施的采取，使厚料層燒結得以進一步強化，7臺燒結機全部滿擋板鋪料，尤其是400 m2燒結機實現(xiàn)了750 mm厚料層燒結，有力地促進了低品質(zhì)礦燒結工藝的深入實施。

4.3.4 合理使用返礦

返礦粒度較粗，具有疏松多孔的結構，可以改善混合料的透氣性，但全富粉燒結條件下的混合料的原始透氣性和燒結過程中的透氣性本身就好，一旦返礦配比過高，透氣性太好，勢必造成燒結速度過快、高溫持續(xù)時間短、達不到必要的燒結溫度、礦物結晶不充分等問題，非常不利于燒結礦強度的提高和粒級組成的改善。為此，重點從深化篩分設備管理方面進行調(diào)整，一方面加強對返礦粒度的監(jiān)測，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)返礦中＞5 mm含量明顯上升，則對溝下燒結篩進行全面檢查，凡篩孔磨損嚴重的及時更換，并嚴格槽存管理，確保溝下槽存在50%以上，防止燒結礦入倉時因落差大造成粉化率升高。另一方面，針對新區(qū)2 800 m3高爐溝下燒結礦篩孔孔徑偏大的情況，在確保爐況順行的前提下，逐步縮小篩孔孔徑。從2010年3月開始，高爐溝下棒條篩篩孔依次由6.5 mm→5.5 mm→5 mm逐步縮小，保證了返礦率逐步降低。

4.3.5 調(diào)整冷卻制度

穩(wěn)定主抽風門開度，控制點火段風量，保持點火負壓受控在6 000～8 000 Pa，嚴格控制冷卻速度，延長保溫爐，促使液相充分冷凝結晶，減少脆性玻璃質(zhì)的產(chǎn)生，促進燒結礦強度的提高。針對原來環(huán)冷風機風門全部打開，各冷卻段的冷卻強度和風量幾乎相同，高溫燒結礦急冷后易形成骸晶狀Fe2O3的狀況，針對性調(diào)整了環(huán)冷風機的風門開度，對燒結礦實施“階梯漸進”冷卻方式，即根據(jù)不同季節(jié)和環(huán)境溫度，將風機風門呈“階梯”狀依次開大，使冷卻強度和風量呈“漸進式增加”，以避免燒結礦的急冷粉化現(xiàn)象。

4.3.6 噴灑CaCl2溶液

對于低品質(zhì)礦燒結礦而言，抗低溫還原粉化性能重要指標。改善燒結礦低溫還原粉化性能的措施一般有提高燒結礦FeO和MgO含量、生產(chǎn)高堿度燒結礦、添加蛇紋石、硅石等[2]。但在SiO2、Al2O3含量大幅上升，白云石配比已作出重大調(diào)整，厚料層燒結的強化實施又不允許人為增加配碳量及FeO含量基本穩(wěn)定等情況下，只有尋求其他途徑來改善燒結礦的低溫還原粉化性能。為此，采用了在成品燒結礦表面噴灑CaCl2溶液的方法，使其表面和孔隙被鹵化物覆蓋，以減緩燒結礦在400～6 000℃的還原速度，阻止Fe2O3轉變成Fe3O4時低溫相變導致的體積膨脹，達到減少燒結礦低溫還原粉化的目的。生產(chǎn)應用以來，燒結礦RDI+6.3mm從47.60%提高至87.93%，RDI+3.15mm從71.96%提高至94.72%，RDI-0.5mm從6.35%降低至1.45%，取得了較好的效果。

5 實施效果

低品質(zhì)礦燒結工藝開發(fā)與應用項目實施后，燒結及煉鐵主要技術指標有了大幅度提高，達到了預期目標。燒結和煉鐵總體性能指標對比情況見表2、表3。

表2 實施前后燒結主要指標對比

6 結束語

低品質(zhì)礦燒結工藝開發(fā)，充分利用價格低廉的鐵礦資源，通過優(yōu)化配礦結構，加以生產(chǎn)工藝的調(diào)整，及時有效地為生產(chǎn)服務，切實發(fā)揮了燒結原料的基礎作用。

表3 實施前后煉鐵主要指標對比

低品質(zhì)礦燒結在較短時間內(nèi)達到了預期效果。一方面，燒結礦轉鼓強度和冶金性能等方面的改善，確保了高爐爐況的長周期穩(wěn)定順行，不僅消除了部分因燒結礦品位下降、硅高鋁高造成礦石單耗上升、焦比升高所帶來的成本增加量，而對于利用低品質(zhì)礦替代高價礦生產(chǎn)所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益，具有不可比擬的優(yōu)勢。另一方面，低品質(zhì)礦燒結工藝開發(fā)開創(chuàng)了天鐵生產(chǎn)新局面，使鐵前對原料的適應性顯著增強，這對于沒有礦山資源的天鐵而言，具有重大的戰(zhàn)略意義，同時也為其他內(nèi)陸型冶金企業(yè)綜合利用鐵礦石資源提供了一定的借鑒意義。

[1]任貴義.煉鐵學（上冊）[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

[2]李躍民.燒結礦表面噴灑CaCl2溶液應用試驗[J].鞍鋼技術，2006（1）：26-27.

Development and Application of Sintering Process for Low Grade Ore

Li Shanbin

Strictly meeting the demand of market budget control,Tiantie Group constantly pursues a low cost running mode and has developed new technology of sintering process for low grade ore with full utilization of iron ore of low price,which is described in this paper.The adaptability of sintering production to raw material was enhanced remarkably by measures of ore blending structure optimization,strengthening bed blending,synchronously adjusting production process and alleviating the rate of reduction and pulverization of sintering ore at low temperature by spraying CaCl2solution.The paper provides a reference to comprehensive utilization of iron ore.

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（收稿 2011-03-27責編趙實鳴）

李善彬，1986年畢業(yè)于北京科技大學鋼鐵冶金專業(yè)，高級工程師，現(xiàn)任天津天鐵冶金集團有限公司副總經(jīng)理，負責集團生產(chǎn)、技術、安全等工作。