燒結(jié)礦中FeO含量的工藝控制措施及分析

孫艷紅

（山東鋼鐵集團(tuán)濟(jì)南分公司煉鐵廠， 山東　濟(jì)南　250101）

燒結(jié)礦中FeO含量的工藝控制措施及分析

孫艷紅

（山東鋼鐵集團(tuán)濟(jì)南分公司煉鐵廠， 山東濟(jì)南250101）

從燒結(jié)礦強(qiáng)度指標(biāo)和還原性指標(biāo)兩方面分析燒結(jié)礦中FeO含量對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量的影響機(jī)理，探討影響燒結(jié)礦中FeO含量的因素，包括燒結(jié)料層厚度、燃料配比和水分、燒結(jié)礦化學(xué)成分、焦粉粒度。認(rèn)為：減少燒結(jié)礦FeO含量能增強(qiáng)燒結(jié)礦還原性能，但過低的FeO含量易造成燒結(jié)還原性能惡化。

燒結(jié)礦FeO含量熱態(tài)性能還原性

在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常將燒結(jié)礦中FeO含量作為評(píng)價(jià)燒結(jié)生產(chǎn)的一項(xiàng)綜合指標(biāo)，因?yàn)樗粌H反映燒結(jié)過程中的熱量控制狀態(tài)和燒結(jié)生產(chǎn)水平的高低，同時(shí)也是影響燒結(jié)礦質(zhì)量的主要因素之一，尤其是關(guān)系到燒結(jié)礦熱態(tài)性能的一個(gè)重要因素[1]。減少燒結(jié)礦中FeO含量，可提升燒結(jié)礦還原性，但若FeO含量過低，反而會(huì)惡化燒結(jié)礦部分理化性能指標(biāo)。

在具體實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)礦中FeO的含量除了受混合料水分、配碳量、返礦比例等因素的影響，還與MgO含量、原料結(jié)構(gòu)、SiO2含量等因素關(guān)系緊密，為多個(gè)變量相互作用的結(jié)果。因此，探究發(fā)現(xiàn)影響燒結(jié)礦中FeO含量的因素，對(duì)在穩(wěn)定燒結(jié)生產(chǎn)、確保高爐高產(chǎn)低耗及穩(wěn)定順行方面意義重大。

1　燒結(jié)礦中FeO含量對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量的影響

燒結(jié)生產(chǎn)的主要目的就是，通過高溫焙燒，使多種鐵礦粉混合后黏結(jié)成塊。在這個(gè)人造塊礦的過程中，主要黏結(jié)相有鐵酸鈣（CaO·Fe2O3）、鐵橄欖石（2FeO·SiO2）、鈣鐵橄欖石（CaO·FeO·SiO2）、鈣鎂橄欖石（CaO·MgO·SiO2）、浮氏體（Fe3O4·FeOx）等種類。由此可見，F(xiàn)eO在燒結(jié)礦里多以鐵橄欖石、鈣鐵橄欖石與少量浮氏體等狀態(tài)賦存。

另外，燒結(jié)礦中FeO含量的高低及穩(wěn)定程度直接反映了燒結(jié)礦的生產(chǎn)水平。主要原因有：一方面，在燒結(jié)生產(chǎn)過程中，F(xiàn)eO的生成與焙燒過程的溫度、氣氛及時(shí)間等因素息息相關(guān)；另一方面，F(xiàn)eO含量的高低與燒結(jié)礦的強(qiáng)度指標(biāo)與冶金性能直接關(guān)聯(lián)。

1.1燒結(jié)礦中FeO含量對(duì)強(qiáng)度指標(biāo)的影響

一般認(rèn)為，提高FeO含量，有利于改善燒結(jié)礦強(qiáng)度，但二者之間卻不是簡單的正相關(guān)關(guān)系，而是拋物線的關(guān)系，即當(dāng)燒結(jié)礦中的w（FeO）達(dá)到某一價(jià)值（8%）時(shí)，燒結(jié)礦強(qiáng)度達(dá)到最大值。因此燒結(jié)礦中合適的FeO含量應(yīng)為w（FeO）=7%～9%。這樣一來，可以使燒結(jié)礦既具有一定強(qiáng)度，又具有良好的還原性。但在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)FeO含量的控制，應(yīng)該具體問題具體分析。

1.1.1燒結(jié)礦中FeO含量與SiO2含量的關(guān)系

當(dāng)?shù)凸锜Y(jié)時(shí)，對(duì)燒結(jié)礦中FeO含量的控制水平與燒結(jié)礦中SiO2含量有直接的關(guān)系。如果燒結(jié)礦中w（SiO2）＜4.5%，則要降低FeO含量幾乎不可能。在此情況下，為了確保燒結(jié)礦具有足夠的強(qiáng)度，應(yīng)該適當(dāng)提高FeO含量；當(dāng)燒結(jié)礦中w（SiO2）＞5%時(shí)，可以使FeO含量適當(dāng)降低，原因是在此種條件下，其他黏結(jié)相的數(shù)量足以保證燒結(jié)礦具有一定的強(qiáng)度滿足高爐需求。

1.1.2燒結(jié)礦中FeO含量與堿度R的關(guān)系

燒結(jié)礦中FeO含量與堿度的高低密切相關(guān)。當(dāng)R=1.6～1.7時(shí)，要控制低含量的FeO不可能，原因是在這種情況下，燒結(jié)礦中的黏結(jié)相不足以保證強(qiáng)度，因此，必須適當(dāng)提高FeO含量，以保證燒結(jié)礦具有足夠的強(qiáng)度；當(dāng)R＞1.8時(shí)，則可以適當(dāng)降低FeO含量。

1.2燒結(jié)礦中FeO含量對(duì)還原性指標(biāo)的影響

從提高高爐產(chǎn)量和降低焦比的角度考慮，希望在確保燒結(jié)礦強(qiáng)度的前提下，盡量降低FeO含量。在巴西等國家，一般控制w（FeO）為3%～4%，而在北歐等一些國家，則控制w（FeO）在10%～12%，應(yīng)根據(jù)各自的實(shí)際條件進(jìn)行合理的選擇。

燒結(jié)礦中的FeO含量對(duì)燒結(jié)礦強(qiáng)度與還原性指標(biāo)具有不同的影響。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)各自的生產(chǎn)條件合理選擇合FeO含量。

2　影響燒結(jié)礦FeO含量的主要因素

2.1燒結(jié)料層厚度

厚料層燒結(jié)前提為低鐵、低碳、高還原性。燒結(jié)時(shí)，一方面，隨著料層厚度的增加，自動(dòng)蓄熱能力變強(qiáng)，配碳量則降低，料層氧化性氣氛變強(qiáng)[2]；另一方面，隨著料層厚度的提升，料層中高溫保持時(shí)間逐漸延長，有利于鐵酸鈣黏結(jié)相的形成，從而抑制燒結(jié)時(shí)Fe2O3轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3O4，減少燒結(jié)礦中FeO含量。

2.2燃料配比

大量實(shí)踐性研究指出：當(dāng)配碳量增加后，CO生成量變多，提升了FeO含量。當(dāng)配碳量在一定范圍內(nèi)，燒結(jié)礦中FeO含量增長緩慢，在該區(qū)間內(nèi)混合料中的碳主要作為發(fā)熱劑處于充分燃燒階段，料層中CO濃度隨配碳量的提高增加不明顯，料層中還原性氣氛增強(qiáng)不明顯。當(dāng)配碳量超過3.9%時(shí)，透過料層的風(fēng)量不能滿足碳充分燃燒所需要的氧氣量，且燃燒帶內(nèi)溫度高，碳的燃燒進(jìn)入不完全階段，因此會(huì)生成大量的CO，料層的還原性氣氛明顯增強(qiáng)，F(xiàn)eO含量急劇上升。由此看見，合理匹配碳量和風(fēng)量的關(guān)系，是穩(wěn)定燒結(jié)礦中FeO含量以及保證燒結(jié)質(zhì)量的重要措施。

2.3水分

合適的水分與碳、風(fēng)量等各因素的合理匹配是生產(chǎn)高質(zhì)量燒結(jié)礦的條件。水分對(duì)FeO含量的影響，主要是在改變燒結(jié)料層透氣性的基礎(chǔ)上達(dá)到改變燒結(jié)氣氛來實(shí)現(xiàn)的。在保證燒好、燒透的條件下，改善料層透氣性，提高傳熱前沿移動(dòng)速度，加之受高溫下水分解產(chǎn)生的H+與OH-的助燃作用，縮短還原性氣氛時(shí)間，減少了FeO含量。

2.4燒結(jié)礦化學(xué)成分與堿度

2.4.1堿度R

在燃料用量與SiO2含量一定的基礎(chǔ)上，燒結(jié)礦最終礦物化學(xué)組成從某方面取決于R的高低。R升高后，為鐵酸鈣（CaO·Fe2O3）形成提供了CaO，從而降低了鐵橄欖石（2FeO·SiO2）生成量，使燒結(jié)礦中的FeO含量降低。同時(shí)，R升高后，會(huì)提高生石灰用量，增強(qiáng)混合料制粒效果，提升料層內(nèi)氧位，增加鐵酸鈣（CaO·Fe2O3）的生成量，抑制鐵橄欖石（2FeO·SiO2）的生成。可見，提升燒結(jié)礦堿度可降低FeO含量。

2.4.2SiO2含量

若溫度超過900℃，磁鐵礦能被還原，尤其是在有SiO2的環(huán)境下，更易出現(xiàn)如下還原反應(yīng)：

2Fe3O4+3SiO2+2CO=3（2FeO·SiO2）+2CO2.

此反應(yīng)的最終產(chǎn)物鐵橄欖石（2FeO·SiO2）提升了FeO含量。研究發(fā)現(xiàn)：隨著配碳量的增加，SiO2對(duì)FeO含量的影響逐步減弱，燒結(jié)過程中液相生成量逐漸增加，逐步趨向于勻相；燒結(jié)礦最終的礦物組成更大程度上決定于燒結(jié)過程的溫度水平。

2.5焦粉粒度

從宏觀視角分析，整個(gè)燒結(jié)流程即為一個(gè)氧化流程，不過在料層內(nèi)部，固體燃料顆粒臨近范圍內(nèi)，仍屬于還原性氣氛。此種局部還原性氣氛范圍大小與固體燃料粒度關(guān)系緊密，受氧氣傳質(zhì)的影響。若燃料粒度過大，局部燃燒不充分，還原性氣氛強(qiáng)，保留時(shí)間久；若燃料粒度小，還原性氣氛則弱。若配碳量不變，此類局部還原性氣氛強(qiáng)弱均會(huì)影響燒結(jié)礦中FeO含量。

3　結(jié)論

1）減少燒結(jié)礦FeO含量能增加燒結(jié)礦還原性能，但過低的FeO含量易造成燒結(jié)還原性能惡化。

2）燒結(jié)礦生產(chǎn)中的燒結(jié)料層厚度、燃料配比、水分、R、焦粉粒度、SiO2含量等，都是影響燒結(jié)礦中FeO含量的重要因素。

3）在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)該根據(jù)各自的生產(chǎn)條件，合理控制FeO含量，以確保在燒結(jié)礦強(qiáng)度足夠的前提下，盡量降低FeO含量，提高燒結(jié)礦的還原性能。

[1]唐賢容，王篤陽，張清岑.燒結(jié)理論與工藝[M].長沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1992.

[2]薛俊虎.燒結(jié)生產(chǎn)技能知識(shí)問答[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

（編輯：胡玉香）

Measures and Analysis on Control Technology of FeO Content in Sinter

SUN Yanhong
（Iron Works of Jinan Branch，Shandong Iron and Steel Group，Jinan Shandong 250101）

From two aspects of intensity index and reducibility，this paper analyzes the affecting of FeO content in sinter quality，and discusses the factors of FeO content，including sintering thickness，the ratio of fuel and water，chemical composition and particle size of coke powder.It is thought that reducing the FeO content can strengthen the reducibility of sinter and the lower FeO content can deteriorate the reducibility.

sinter，F(xiàn)eO content，hot performance，reducibility

TF046

A

1672-1152（2016）04-0112-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.04.38

經(jīng)驗(yàn)交流

2016-06-15

孫艷紅（1972—），女，燒結(jié)球團(tuán)工程師，研究方向：燒結(jié)工藝。