非熔劑性燒結在105 m2燒結機的生產試驗

華旭軍

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東濟南 250101）

試驗研究

非熔劑性燒結在105 m2燒結機的生產試驗

華旭軍

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東濟南 250101）

為降低煉鐵成本，根據現有原燃料條件，在105 m2燒結機進行了非熔劑性燒結工業試驗，結果表明，非熔劑性燒結生產會造成燒結利用系數降低、設備作業率下降、燒結礦轉鼓強度下降等一系列問題。通過優化燒結配料、合理調整料層厚度、提高混合料溫度，并對單輥破碎機設備和成品燒結礦系統設備適應性改造等一系列措施，燒結礦質量明顯改善，燒結生產穩定，滿足了高爐對非熔劑性燒結礦質量的要求。

非熔劑性燒結；透氣性；利用系數；轉鼓指數

1 前言

由于鋼鐵行業市場競爭日益激烈，企業要想生存和發展，就必須降低鐵前系統生產成本，提高其產品的市場競爭力。而在燒結生產中，用非熔劑性（或酸性）燒結礦代替成本較高的球團礦和塊礦，是降低煉鐵成本的必要手段和有效途徑。某鋼鐵公司為了燒結礦入爐比例達到85%～90%的水平，決定將現有的105 m2燒結機改為非熔劑性燒結生產，達到代替球團和塊礦的目的。

2 非熔劑性燒結成礦機理

由于非熔劑性燒結生產過程中，不再添加熔劑，其鈣、鎂成分主要來自礦粉本身。根據燒結理論，其液相形成主要由硅酸鐵固相反應體系形成。圖1為FeO—SiO2體系狀態［1］，從圖中可以看出，燒結料的融化溫度在1 100～1 200℃區間時，FeO至少要達到62%的水平才能開始形成鐵橄欖石液相，之后，燒結料中的Fe2O3和Fe3O4才能被熔解形成化合物，從而保證燒結料固—液結合，進行熱交換以及充分進行物理化學反應。

圖1 FeO-SiO2體系狀態［1］

生產非熔劑燒結礦時，硅酸鐵系化合物是燒結礦固結的主要黏結相。鐵橄欖石在燒結過程中形成的多少與燒結料中SiO2含量和加入或還原的FeO量有關。增加燃料用量，料層中的溫度升高，還原氣氛加強，有利于FeO還原，形成的鐵橄欖石黏結相就愈多，可提高燒結礦強度，但是，燃料用量增加，液相數量多，此時氧化鐵進入熔體的量增加，以自由氧化鐵狀態存在的量相對減少，使燒結礦還原性降低［1］。因此，在燒結礦強度和還原性方面需綜合考慮其燒結配礦、操作參數以及燒結礦質量的取舍關系，既要保證燒結礦的強度，也要考慮燒結礦還原性能。

3 非熔劑性燒結工業試驗

與熔劑性燒結礦生產相比，由于燒結廠多以髙堿度燒結礦和極少數低堿度燒結礦（酸性燒結礦）生產為主，非熔劑性燒結礦生產完全沒有相關經驗廠家可以參照。對現有105 m2燒結生產的配料、操作參數進行階段性工業試驗，摸索最佳配料結構、操作參數，其時間跨度長達半年。

3.1 試驗期原料條件

根據生產組織安排，2014年7月2—23日作為試驗期，進行非熔劑性燒結礦生產工業試驗。試驗期燒結原料結構見表1。由于燒結礦粉未進行預混勻，考慮到與高堿度燒結配料結構的一致性，該原料結構基本與高堿度燒結配料結構相同，試驗期間燒結礦自然堿度（CaO/SiO2）在0.2左右。

表1 非熔劑性燒結試驗期原料結構%

3.2 燒結機主要參數控制

考慮到非熔劑性燒結混合料中未添加熔劑，原料造球作用不明顯，混合料粒度組成欠佳，會導致垂直燒結速度較低。為便于燒結過程的調節，工業試驗期間中加強了燒結機主要參數的控制，采用了放慢機速，降低燒結機料層厚度等辦法，與高堿度燒結操作參數對比如表2所示。

表2 燒結操作參數變化情況

從表2可以看出，生產非熔劑性燒結礦時，燒結機速由1.3 m/min降低到了0.7 m/min左右，料層厚度從800 mm下降到500 mm左右，配碳量上升了2.5個百分點，點火溫度和混合料水分控制變化不大。

3.3 燒結礦質量

取2014年6月1—30日的生產指標作為堿性燒結礦生產指標，試驗期間所產非熔劑性燒結礦產質量指標及化學成分見表3、表4。因非熔劑性燒結礦為自然堿度（0.2左右），同時試驗期間控制燒結機機速、降低料層厚度，燒結機利用系數大幅降低，產量較生產堿性燒結礦時降低983 t/d，與堿性燒結礦相比，非熔劑性燒結礦強度降低6.79%，作業率下降了7.1%，固體燃耗上升了7.4 kg/t，含粉上升了0.58%，燒結礦中亞鐵含量從8.56%上升到18.21%，但燒結品位提高8.67%。機尾燒結礦大塊有所增加，有跑紅現象出現，燒結料面出現風洞，篦條燒損嚴重。

表3 燒結礦產質量指標情況

表4 燒結礦成分對比

由于非熔劑性燒結幾乎不配加熔劑，導致燒結過程透氣性差，主要特性：垂直燒結速度減慢，利用系數降低，作業率下降，強度下降，品位提高，燃耗增加，成品礦中大塊增加等。

4 存在的問題

4.1 配料結構不合理

由于燒結過程中未配加任何熔劑，燒結透氣性顯著下降，非熔劑性燒結礦生產試驗過程中，未充分考慮配料結構的優化，燒結配料完全按照髙堿度燒結配料結構進行生產，沒有發揮配料結構優化的作用來提高燒結料的原始透氣性。

4.2 利用系數低，產量損失大

從利用系數看，非熔劑性燒結的利用系數下降30%左右，降低幅度較大。其主要原因也是因不配加生石灰和白云石等熔劑所致：一是在制粒時粘結不足，使造球效果不好，原始透氣性變差；二是熔劑對混合料的預熱作用基本沒有，同時外加蒸汽的不足使混合料的料溫低，最低接近空氣溫度；三是熔劑中沒有CaO對燃料燃燒的催化作用，使燃料燃燒速度慢，熔融層厚度增大，降低了燒結生產中的過程透氣性；四是由于生灰消化成極細的消石灰膠體顆粒，具有較大的比表面積，可以吸附和持有大量水分而不丟失物料的松散性和透氣性，消除過濕層，而非熔劑性燒結生灰只有原料礦粉中含有少量的CaO，導致混合料的濕容量變小，燒結過濕層現象與生產高堿度燒結礦時相比較嚴重。最后由于燒結料造球效果不好，導致燒結料粒度結構偏細，燒結布料風洞增加，燒結返礦增加，成品率降低。

4.3 設備作業率降低

生產非熔劑性燒結礦后，燒結設備作業率從96.5%降低到了89.4%，主要原因是由于燒結物料輸送環節各相關設備極不適應非熔劑性燒結礦的特性所致。一是一方面由于燒結礦亞鐵升高，最高達到20%水平，燒結大塊明顯增多，＞40 mm的粒級多達45%，單輥破碎設備負荷增加，導致燒結單輥破碎機本身頻繁跳閘停機，降低了設備作業率；另一方面燒結機尾卸料口大塊無法及時破碎，導致燒結餅蓬料嚴重，最終也導致單輥破碎機跳閘停機。二是由于燒結礦大塊增多，燒結帶冷卻效果明顯降低，成品輸送系統皮帶燒結紅料增加，經常性燒損皮帶，造成燒結生產停滯。三是隨著燒結大塊的增加，原有各設備下料口，如帶冷機下料口、成品皮帶下料口經常性堵料停機，致使燒結作業率降低。

4.4 燒結固體燃耗上升

自生產非熔劑性燒結礦以來，燒結固體燃耗整體上升了16%左右。從燒結過程機理看，其原因主要為非熔劑性燒結礦產生的液相形成的過程中，燒結礦的成礦機理有別于高堿度燒結礦。高堿度燒結礦的黏結相主要為針狀鐵酸鈣（SFCA），而非熔劑性燒結礦的主要黏結相為高溫產生的硅酸鹽玻璃相與鐵橄欖石；同時為了提高非熔劑性燒結礦的強度需要，促進液相的生成，也加大了燃料的配比。

4.5 燒結礦各質量指標下降

燒結礦轉鼓強度降低，含粉上升（5～10 mm粒級從20.5%提高到22%），燒結礦的還原性降低。主要原因：一方面由于沒有配加熔劑，燒結液相明顯減少，燒結成品率下降，導致轉鼓強度下降，含粉上升；另一方面，為了提高燒結礦強度，燒結過程需要更多的燃料來形成液相，燒結過程中的還原氛圍區域增加，最終導致燒結FeO含量明顯上升，燒結礦的還原性降低。

5 應對措施

5.1 生產應對措施

1）優化配料結構。適當增加粒度粗的低品位礦粉配加比例，增加污泥使用量，減少氧化鐵皮等雜料的使用，從而提高燒結混合料的原始透氣性。

2）增加蒸汽余熱系統，提高燒結料溫。一方面在混料系統一次混合料機中增加蒸汽余熱管道，提高混合料溫，強化混合造粒，減少過濕層。另外，在保證不燙皮帶的前提下，環冷的冷卻風機盡可能多停，通過提高返礦溫度來提高混合料溫度，提高透氣性并消除過濕層。

3）控制料層厚度，盡量做到厚料層燒結。為了實現厚料層燒結，采用配水優化、使用新型松料器、布料霧化噴水等一系列創新措施，實現了突破，目前燒結生產的原始料層厚度高到550 mm，料層中的自動蓄熱作用得到強化，促進了黏結相的生成，轉鼓強度及成品粒級有了明顯改善。此外，厚料層操作的實施，使燒結過程中的自動蓄熱能力得到提升，燃料消耗大幅度降低。

4）控制FeO不高于16%的水平。燒結礦FeO的高低直接影響燒結礦的粒度組成，為了使燒結礦大塊比例降低，采用控制FeO不高于16%的原則進行配碳操作，結合料層厚度的適當提高，燒結大塊比例下降到30%水平。

5）控制大煙道溫度。非熔劑性燒結由于燃料配比高及垂直燒結速度慢，使機尾高溫段風箱帶入的熱量較高堿度燒結多，導致大煙道溫度明顯高于高堿度燒結，需要注意降低大煙道溫度，以保護電場及抽風機葉輪。

5.2 設備改造應對措施

1）單輥破碎機的維護及改造。一是在運行允許的情況下，通過電氣措施放大單輥破碎機跳閘額定電流比例。二是由于105 m2所使用的單輥破碎機為錘頭式，機尾卸料料溫高，錘頭和襯條變形嚴重，出現羅桿出伸，錘頭無法固定，經常性導致錘頭卡襯條、斷星齒、斷襯條、電機跳閘等，特別是生產非熔劑性燒結礦時，更是造成燒結礦無法及時破碎而停機。為此，把錘頭式單輥改為一體式，避免了以上問題的發生。三是單輥刮料刀與臺車間的距離在保證兩者不刮卡的前提下盡可能小，防止帶料或個別礦未經破碎直接從該空隙漏下堵漏嘴。

2）加大溜槽漏嘴尺寸，解決大塊料堵下料口問題。隨著生產操作的調整，燒結礦大塊堵下料口的問題得到一定改善，但沒有徹底解決，通過加大成品系統中溜槽漏嘴的尺寸，解決此問題。

3）增大冷卻強度，解決紅料燙皮帶的問題。在實際生產中增大冷卻機的冷卻強度，多加注意成礦系統皮帶突發故障造成帶負荷停機的情況，為避免燙壞皮帶，及時打水冷卻。

4）提高篦條質量并改變項修模式，解決篦條燒損問題。篦條燒損嚴重經常性導致燒結料面風洞增加，燒結成品率、作業率都下降，針對此問題，一方面提高篦條質量，提高燒結篦條的使用壽命；另一方面改變燒結項修模式，即把原有兩個月12 h項修模式改成1月6 h項修模式，使得篦條能夠得到及時更換，減少影響燒結生產的可能。

6 應對改進效果

采取應對措施并加強現場操作管理等，非熔劑性燒結礦產質量指標都得到了較大改善，見表5。

表5 2014年7月—2015年1月燒結礦產質量指標

由表5可以看出，燒結機利用系數不斷提高，產量大幅度增加；燒結礦轉鼓強度提高并基本保持穩定；燒結生產組織順暢，燒結機作業率穩步提高，固體燃耗下降，亞鐵控制在16%水平，含粉率下降，＞40 mm大塊減少，帶冷機跑紅現象大大減少。

105m2燒結機生產非熔劑性燒結礦的實踐表明，制定合理的原料結構，并采取相應的技術措施后，可以生產出滿足高爐生產需求的質量指標較好的非熔劑性燒結礦。

［1］王筱留.鋼鐵冶金學（煉鐵部分）［M］.北京：冶金工業出版社，2013.

［2］唐賢容.燒結理論與工藝［M］.長沙：中南工業大學出版社，1992.

Production Test of Non-sintered Flux in 105 m2Sintering Machine

HUA Xujun

（Shandong Province Metallurgical Engineering Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

To reduce the iron making cost,according to the existing conditions of the ore and fuel,the production practice test of nonsintered flux at 105 m2sintering machine shows that:non-sintered flux production will cause a series of problems of decreasing the productivity of sintering machine,equipment operation rate,and the sinter ISO drum strength etc.By optimization of the sintering burdening,reasonable adjusting the thickness of material,improving the temperature of mixture,and a series of measures on the single roll crusher equipment and sinter system equipment,the sinter quality was obviously improved.The operation of sintering production was stable.And the quality of non-sintered flux production can meet the requirements of blast furnace.

non-sintered flux;air permeability;productivity of sintering machine;tumbler index

TF046

A

1004-4620（2015）03-0025-03

2015-02-06

華旭軍，男，1981年生，2004年畢業于武漢科技大學礦物加工工程專業；2007年畢業于武漢科技大學材料學專業，碩士。現為山東省冶金設計院股份有限公司工程師，從事燒結球團設計與技術研究工作。