提高燒結礦轉鼓指數的生產實踐

孫沛勛 戴保才 張洪亮 程廣田 李曉華

(安陽鋼鐵股份有限公司)

0 前言

燒結礦質量的穩定性直接影響到整個鐵前系統的成本和生產穩定，其冷態強度是生產過程中一項重要指標。安鋼各燒結系統的供料方式存在差異，受場地限制，部分機組沒有二次混勻料場，被迫采用單品種鐵料配礦的生產工藝，在這種條件下原料的理化指標波動較大，對燒結礦質量造成了較大影響。為了穩定燒結礦質量，提高燒結礦轉鼓指數，從燒結礦成分入手，結合燒結杯試驗數據，針對不同階段的燒結礦質量指標進行對比分析，尋找 FeO、SiO2、Al2O3等組分對燒結礦轉鼓指數的影響，為生產提供合適的成分控制范圍，達到穩定燒結礦質量，降低成本，促進高爐順行的目的。

1 概況

2013年3月份以來，燒結系統配加的鐵礦石以南非粉、巴西粉、澳大利亞褐鐵礦粉為主，同時根據來料情況以及質量要求，搭配使用加精粉、國內酸性精礦、俄羅斯精粉等進行調節，原料配比結構調整幅度較小，燒結性能相對穩定。部分進口礦石成分見表1。

表1 進口礦石成分

在這種原料條件下，收集3月份至12月份燒結礦化驗成分數據，繪制出FeO、SiO2、Al2O3等組分對轉鼓指數的影響趨勢圖。根據圖中數據點的落點范圍、密集程度和相關性等，結合張金柱［1］、李光森［2］、江正［3］等實驗研究結論對各個因素之間的相關性進行分析，用反推的方法確定適宜的燒結礦成分指標控制范圍。

2 影響轉鼓指數的因素分析

2.1 SiO2對燒結礦轉鼓指數的影響

SiO2是液相生成的基礎，對燒結礦的固結成型具有重要作用。適當降低SiO2含量可減少高爐渣量和能耗，改善燒結礦的還原性和高溫冶金性能。但SiO2含量過低，燒結過程中產生的液相量少，燒結礦強度變差，低溫還原粉化加劇。實際生產過程中燒結礦轉鼓指數與SiO2的相互關系如圖1所示。

圖1 SiO2對轉鼓指數的影響趨勢

由圖1可以看出，當SiO2≥4.4%時，轉鼓指數均維持在較高水平(≥81%)，4.4% ～4.7%之間相對密集，數據更加集中。以整體趨勢觀察，SiO2≥4.4%時，轉鼓指數隨著SiO2的含量升高而升高。實驗研究表明，在高堿度(R＞1.8)、CaO含量一定的情況下，SiO2含量對鐵酸鈣的形態起到決定性的作用，SiO2含量很低時只能形成塊狀鐵酸鈣，X射線分析其化學式為CaO·2Fe203。SiO2含量≥3%時，鐵酸鈣明顯由塊狀向針狀發展，隨SiO2含量增加，逐漸變為復合型針狀鐵酸鈣(SFCA)。液相中針狀鐵酸鈣含量增加，流動性改善，反應更為充分，燒結礦轉鼓指數明顯提高。由于原料條件限制，目前部分機組燒結礦SiO2含量偏低，應將SiO2含量提高至4.4%以上。同時，在堿度相同條件下，當SiO2含量≥6%時，液相中強度高的針狀鐵酸鈣比例將降低，燒結礦在高負壓下易形成薄壁大孔結構，導致轉鼓指數下降，生產中需要對其上限進行控制。

2.2 FeO對燒結礦轉鼓指數的影響

研究和生產實踐表明，適當提高FeO含量，可保證燒結礦中生成足夠的液相，有利于改善燒結礦強度。FeO含量的高低主要取決于原料配碳量，提高配碳量，燒結料層的還原性氣氛增強，有利于FeO的生成，考慮FeO過高對燒結礦還原性能和能耗的影響，應控制在合理的區間內。實際生產過程中燒結礦轉鼓指數與FeO的對應關系如圖2所示。

圖2 FeO對轉鼓指數的影響趨勢

由圖2可以看出，轉鼓指數≥80%時，FeO集中在7% ～8.5%的區間，其中以7% ～7.5%最為密集;FeO含量在7.5% ～8.0%時，轉鼓指數均維持在較高的水平(81%左右)，轉鼓指數隨著FeO含量的增加有上升趨勢。研究表明：增加配碳量提高了焙燒過程中的燃燒溫度，還原氣氛增強，形成的鐵橄欖石粘結相增多，在一定范圍內，起到了改善強度的作用。

當配碳量過多或過少時，都會帶來一系列負面效應。過多時，燒結溫度高，燃燒帶變寬，透氣性惡化，不利于針狀鐵酸鈣的形成，燒結礦的還原性能變差;過低時，液相量不足，鐵礦石的結晶程度不充分，礦物組成玻璃質粘結相增多，造成燒結礦多孔洞，強度差，成品率下降。

因此，合理配碳量的選擇，應根據具體的原料條件以及改善燒結礦性能進行綜合考慮，在保證燒結礦強度的基礎上，將FeO控制在7% ～8%左右。

2.3 Al2O3對燒結礦轉鼓指數的影響

關于Al2O3對燒結礦轉鼓指數的影響，目前存在許多不同的觀點。依據本廠數據分析，其對轉鼓指數的影響并非線性關系，根據不同的原料條件情況，轉化的節點存在一定差異，但是總體趨勢是一致的。實際生產中燒結礦Al2O3含量與轉鼓指數的相互關系如圖3所示。

圖3 Al2O3對轉鼓指數的影響趨勢

由圖3可以看出，當轉鼓指數大于80%時，Al2O3集中在1.8% ～2.2%之間，在該區間內，以Al2O3含量2.0%為節點。含量低于2.0%時，轉鼓指數隨著Al2O3含量增加而小幅度改善。分析認為：當Al2O3含量較低時，燒結礦的礦物組成比較復雜，粘結相除了有CF外，還有C2F，C2S，增加Al2O3含量可以促進鐵酸鈣的生成，抑制了燒結礦中正硅酸鈣的形成，從而改善了燒結礦的轉鼓指數;當其含量高于2.0%后，轉鼓指數出現下行趨勢。這時，燒結礦中玻璃質增加，液相粘度升高，使燒結礦的致密性受到抑制，形成細的粘結鍵和大量孔洞結構，使得燒結礦在冷卻過程中受到多種應力的作用而產生裂紋，導致燒結礦碎裂，燒結礦轉鼓指數變差。當燒結礦中Al2O3含量超過2.2%時，在赤鐵礦中Al2O3的固溶量增加，促使Fe2O3再結晶，由粒狀向片狀發展，整個顆粒結合為片狀結晶態，Fe2O3還原時產生的膨脹應力由較為分散變得相對集中，導致膨脹激烈化;另外，Al2O3含量的增加，在鐵酸鈣中Al2O3的固溶量增加，促進了板狀鐵酸鈣的生成，而板狀鐵酸鈣在低溫下就開始還原產生應力，降低了燒結礦抵御裂紋擴展的能力，加劇了粉化的產生。若Al2O3含量超過2.2%后，轉鼓指數可能低于80%。建議生產過程中將Al2O3含量控制在1.8% ～2.2%之間，保證轉鼓指數穩定。

3 改進措施

通過對實際生產數據的分析，研究FeO、SiO2、Al2O3等組分變化對燒結礦轉鼓指數的影響，生產中采取了以下措施改善燒結礦轉鼓指數。

3.1 合理配加高硅礦石

通過對比可以看出，SiO2是影響燒結礦轉鼓指數的主要因素，增加SiO2含量對提高燒結礦轉鼓指數最為有效。生產過程中，根據配料計算，適當增加了南非粉、巴西粗粉等高硅礦的原料配比，同時配加性價比較好的高硅非主流礦。通過不同硅含量原料進行合理搭配，將SiO2含量從目前的4.5%左右提高至4.8%以上，同時將上限控制在6%以下。生產表明：燒結礦液相生產能力明顯提高，液相量增加，成品燒結礦性能改善。

3.2 調整原燃料結構

生產過程中，FeO含量高低直接受原料條件以及燃料條件的影響。首先，調整原料中精礦和粉礦的比例，提高磁鐵礦配比，增加混合料中的原始FeO含量。其次，嚴格控制燃料粒度，避免燃料粒度過大或過粉碎，保證合理的粒度組成，保持燒結過程適當的還原性氣氛以及較長的高溫保持時間，在不增加燃料消耗的同時改善燃料質量。通過以上措施，生產中將燒結礦FeO含量控制在7% ～8%范圍，保證燒結礦強度滿足高爐強化冶煉要求。

3.3 控制原料鋁硅比

燒結礦中的Al2O3含量對燒結礦轉鼓指數的影響呈現非線性特征，生產中應對鋁含量的上下限進行控制。目前各燒結系統的原料條件存在差異，對于鋁含量相對較高的機組，降低了部分高鋁澳礦的配加比例。同時在其他機組配加部分性價比較高的高鋁非主流礦。在提高Al2O3含量的同時，將燒結礦中的鋁硅比控制在0.1～0.4，以促進針狀鐵酸鈣液相的形成，提高燒結礦的強度以及還原性，滿足高爐需求。

4 改進效果

2014年1月份以來，通過在生產操作過程中不斷改善原燃料結構、合理搭配礦石品種，將影響燒結礦轉鼓指數的相關組分控制在合理范圍內。生產過程中燒結機操作條件明顯改善，燒結礦的轉鼓指數提高并呈現逐月上升的趨勢。一季度燒結礦轉鼓指數如圖4所示。

圖4 一季度燒結礦轉鼓指數

2014年一季度轉鼓指數平均值為80.89%，比2013年全年平均值79.68%提高了1.21個百分點。1月份、2月份、3月份轉鼓指數分別為80.49%、80.89%、81.28%，燒結礦轉鼓指數逐月提高，燒結礦冷態強度以及冶金性能均有不同程度改善。

在轉鼓指數提高的同時，由于成品燒結礦中的SiO2含量增加，燒結礦粒度組成優化，高爐料柱整體透氣性改善，氣流分布均勻，高爐順行情況良好。

在保證爐渣性能的基礎上，適當提高Al2O3控制上限，為燒結系統配加經濟性好的高鋁礦粉提供了有利條件。在改善燒結礦冶金性能的同時大幅度降低了高爐原料成本，實現了優化操作和降低成本的有機結合。

5 結語

通過對比分析SiO2、FeO、Al2O3等組分含量對轉鼓指數的影響，應適當提高燒結礦中的Al2O3、SiO2含量，穩定FeO含量。生產過程中通過合理配加性價比較高的高鋁礦、高硅礦，將燒結礦鋁硅比控制在0.1～0.4，為還原性好，強度高的針狀鐵酸鈣粘結相的形成創造了有利條件。同時，優化燃料粒度組成，減少燃料中的大顆粒、避免過粉碎，保證了燒結料層具備適當的還原性氣氛和適宜的高溫持續時間。實踐表明，通過采取上述措施，在降低原燃料結構成本的同時，燒結礦轉鼓指數穩步提高，冶金性能改善，滿足了高爐強化冶煉的要求。

［1］ 張金柱，鄧海亮，敖萬忠，趙躍萍.燒結混合料中 SiO2和FeO含量對燒結礦強度的影響［J］.鋼鐵，2008，43(5)：18-21.

［2］ 李光森，金明芳，姜鑫，儲滿生，沈峰滿.燒結礦粘結相流動性的研究［J］.中國冶金，2008，18(5)：20-23.

［3］ 江正，傅元坤.改善高鋁燒結礦性能的研究［J］.安徽工業大學學報，2011，28(4)：325-328.