改善安鋼3號燒結機燒結礦低溫還原粉化指標的實踐

劉月建 萬 雷 周東鋒 關紅兵

1.前言

安鋼3號燒結機投產于2012年，是3號大高爐的配套工程，鐵前配礦人員在高爐穩定順行和低成本煉鐵協調統一的基礎上，摸索出一套適合安鋼實際情況的配礦系統，保持了3號燒結機主體配礦結構的穩定。但是2017年下半年以來，3號燒結機燒結礦低溫還原粉化指數出現了持續下滑的現象，造成3號大高爐上部壓差升高，對高爐的穩定順行造成了不利影響。本文從燒結配礦結構、熔劑結構以及燒結機操作等方面進行了深入分析，運用排除法找準了3號燒結機燒結礦低溫還原粉化指數變差的主要原因，在采取針對性措施后，高爐順行狀態得到了快速恢復。

2.3號機燒結礦RDI指標變差的原因分析

2.1 燒結礦SiO2含量的影響

燒結礦SiO2含量對低溫還原粉化率RDI有較大影響，北京科技大學閆志武等人研究了在堿度R=2.0條件下，SiO2含量在4.8%-5.7%時的燒結礦微觀結構和性能。結果表明：隨著燒結礦SiO2含量增加，燒結礦主要黏結相由赤鐵礦向鐵酸鈣發展，鐵酸鈣比例逐漸增加，赤鐵礦結構由片狀向熔蝕狀變化，鐵酸鈣結構由熔蝕狀向針柱狀變化，骸晶狀菱形赤鐵礦的消失使得燒結礦的低溫還原粉化得到遏制，所以提高燒結礦SiO2會顯著改善低溫還原粉化性能[1]。2017年1月至2018年3月安鋼各機組燒結礦SiO2含量見表1：

安鋼3號燒結機生產的低硅燒結礦品位高、還原性好、高溫冶金性能好，可以減少高爐冶煉過程中產生的渣量，減薄軟熔層，提高滴落帶的透氣性，因而有利于高爐順行和降低焦比。但是較低的Si02不利于改善低溫還原粉化性能，所以3號機燒結礦的RDI指標會低于1號機和2號機。

2.2 精礦比例和品種對燒結礦RDI的影響

表1 2017年1月至2018年3月燒結礦SiO2含量

將2017年初到2018年4月份3號機燒結礦RDI+6.3和RDI+3.15與3號機配礦結構中精礦比例以及其中的磁鐵礦比例的走勢對比，可以看出其走勢呈現正相關性（見圖1）。

圖1 3號機精礦比例、磁鐵礦比例與燒結礦RDI的走勢對比 %

重慶大學程小利的研究表明：次生赤鐵礦如果是由原料中的磁鐵礦在燒結過程中直接氧化生成的，以顆粒狀態存在，還原時對燒結礦的破壞也較小；如果是由燒結熔體中的赤鐵礦和鐵酸鈣在高溫下分解出的磁鐵礦再氧化生成的，還原時對燒結礦的破壞最大[2]。因此，燒結過程中生成的骸晶狀菱形赤鐵礦是造成燒結礦低溫還原粉化的最主要原因。在精礦資源緊張及燒結機提產攻關改善透氣性的要求下，從2017年初到2018年4月份，安鋼3號燒結機配礦結構中精礦比例以及磁鐵礦比例均呈現下降趨勢，是造成3號機燒結礦RDI指標變差的一大原因。

2.3 赤鐵礦品種對燒結礦RDI的影響

在3號機2017年5月份之前的配礦結構中，南非粉始終占有一定比例，但由于其含K、Na堿金屬含量較高，從2017年5月份之后就從3號機配礦結構中去除了，5月到10月期間取而代之的是PB粉，11月份之后換用羅伊山粉。分析數據可以看出，在使用南非粉期間，3號機燒結礦RDI指標均達到了較高水平，在2017年5月份之前配用南非粉期間3號機共取噴Cacl2前的RDI數據14組，RDI+3.15全部達到65%以上，最低的一組67.40%，其中RDI+3.15達到70%以上的達到9組，平均噴前RDI+3.15達到71.19%。且在2018年1月14日至2月14日期間，3號機因為羅伊山粉銜接不上臨時換用南非粉期間，燒結礦RDI數據均好于之前和之后未配加南非粉時的數據。

分析該現象應該與燒結配礦中粉礦的性狀有很大關系，由于南非粉是一種結構致密的純赤鐵礦，而PB粉和羅伊山粉均是半褐半赤的澳礦，相較于南非粉來說，其致密程度較低，細粉率遠高于南非粉。在燒結過程中PB粉、羅伊山粉所含有的小粒級的赤鐵礦粉接觸面積更大、動力學條件更好，更容易與鐵酸鈣在高溫下進行反應，分解出的磁鐵礦再氧化生成骸晶狀的赤鐵礦，對RDI指標造成不利影響。所以，停配南非粉也是造成3號機燒結礦RDI指標變差的一大原因。

2.4 白云石粉配比增加對燒結礦RDI的影響

從2017年初到2018年4月份以來，為了滿足高爐爐渣鎂鋁比的要求，3號機燒結礦的MgO含量呈現了逐步走高的趨勢，MgO絕對值由1.7%左右上升到1.8%-1.9%，燒結礦鎂鋁比則由0.8左右一路攀升到超過1.1。伴隨著MgO含量的提高，3號機配料結構中白云石粉配比也在逐步提高，由2017年初的3.0%逐步提高到超過6.0%的水平（見圖2）。

圖2 3號機白云石粉配比與MgO趨勢 %

有研究表明：MgO對于燒結礦RDI具有雙重影響，當MgO含量在1.8%-2.3%之間，隨著MgO提高，RDI指標會得到改善；當MgO含量大于2.3%時，隨著MgO提高，RDI指標開始惡化。

中南大學姜濤教授等人研究了燒結生產分別添加白云石或蛇紋石調整MgO含量對燒結礦礦相組成變化的對比，結果表明：添加白云石來提高MgO含量時，燒結礦中赤鐵礦含量明顯高于添加蛇紋石，而磁鐵礦與鐵酸鈣的含量明顯則低于后者，且硅質玻璃體含量較高[3]。

燒結生產配加白云石后，燒結礦礦物組成主要為鐵酸鈣與骸晶狀赤鐵礦，且有大量以玻璃相物相存在的硅酸鹽礦物，發現有微細裂紋，有損燒結礦的強度，這部分裂紋提供了燒結礦在高爐上部低溫（500℃-700℃）環境下發生粉化的原始裂紋。所以，過高的白云石粉配比使得燒結礦礦物組成中產生了大量骸晶狀的赤鐵礦，也是燒結礦RDI指標變差的一大原因。

表2 3號機2017年以來燒結礦FeO完成情況

2.5 燒結礦FeO含量的影響分析

3號燒結機從2016年以來，燒結礦的FeO含量保持了長期穩定，一直按照7%-9%控制，合格率長期保持在80%以上，個別月份達到90%以上，所以FeO含量變化并非造成3號機RDI降低的原因[4]。

2.6 其它因素的影響分析

（1）Al2O3與RDI的關系：Al2O3升高，會造成燒結礦RDI惡化，為此應該降低燒結礦Al2O3含量。從2017年以來，3#機Al2O3總體是降低趨勢，目前維持在1.8%-1.9%范圍內，Al2O3并非是影響燒結礦RDI指標變差的原因。

（2）堿度與RDI關系：在MgO、SiO2含量不變的情況下，隨著燒結礦堿度的提高，RDI指數會得到改善。從2017年以來除取暖季以外，3號機R總體穩定，燒結礦堿度并非是影響燒結礦RDI指標變差的原因[5]。

3.改善RDI指標的措施

針對原因分析，為了改善3號機燒結礦RDI指標，技術人員從以下幾個方面采取了措施：

（1）根據透氣性情況和高爐對燒結礦性能的要求，3號機精礦比例適當提高到20%-23%，改善RDI指標。同時根據資源情況適當提高優質精礦的比例，以達到提高精礦比例的同時不影響透氣性的目的。

（2）采取措施降低3號燒結機白云石粉配比，一是通過配礦結構的優化降低燒結礦的Al2O3含量。二是降低球團和塊礦的Al2O3含量來降低高爐爐渣的Al2O3含量；三是提高球團礦鎂含量，降低燒結礦提MgO壓力。

（3）將3號機燒結礦FeO控制標準由7%-9%適當提高到8%-10%。

（4）短期內通過噴灑燒結助劑的方式改善入爐燒結礦的RDI指標。

4.結論

（1）由于高爐對燒結礦品位的要求，3號機燒結礦SiO2含量較低，但是較低的SiO2不利于改善低溫還原粉化性能；

（2）將燒結配礦數據與燒結過程參數以及燒結礦質量做對比，采取數據歸納、同類合并和趨勢分析的方法，逐項排除影響因素，分析得到磁鐵礦比例降低、致密的赤鐵礦比例降低以及白云石粉配比升高是造成3號機RDI指標變差的主要原因。正確運用數據分析的方法能夠幫助技術人員更快地找準問題的根源；

（3）通過適當提高燒結配礦結構中的磁鐵礦比例，通過多種措施降低白云石粉配比以及適當提高燒結礦FeO含量的方法可以顯著改善燒結礦原始RDI指標。通過采取以上措施，3號機燒結礦原始RDI+3.15穩定達到65%以上，滿足了高爐要求；

（4）通過噴灑燒結助劑的方式可以有效改善入爐燒結礦的RDI指標，3號機燒結礦噴后RDI+3.15穩定達到70%以上，一般認為，當燒結礦噴前RDI+3.15數據≤60%時要進行燒結助劑的噴灑。