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降低烧结矿低温还原粉化率（河北武安裕华钢铁有限公司生产部）1前言武安裕华钢铁有限公司共有五台烧结机，烧结矿供应五座高炉使用，烧结矿质量的好坏对高炉生产技术经济指标产生重大影响，与炼铁的优质、低耗、高效益密切相关。高炉对烧结矿质量要求除品位高、杂质少、粒度均匀外，还要求有较好的冶金性能。烧结矿冶金性能主要包括还原性、低温还原粉化性、软熔性能等。烧结矿在高炉炉身上部的低温区(温度大约在500℃－600℃)还原时由于热冲击及铁矿石中Fe2O3还原(Fe2O3－Fe3O4－FeO)过程中发生Fe2O3晶形转变，会导致烧结矿严重破裂、粉化，使高炉料柱的空隙度降低、透气性变差、压差升高、炉况不顺。生产实践表明：烧结矿RDI-3.15每升高5％，高炉产量会下降1．5％，煤气中CO利用率降低0．5％，焦比升高1．55％。烧结由于大量使用进口矿粉，烧结矿RDl-3.15值有可能高达35％以上，可严重影响高炉炉况顺行及高炉经济指标。为此，“降低烧结矿低温还原粉化率”必须是烧结生产中的重点。2影响烧结矿低温还原粉化率的因素2．1原料条件的影响矿石原料主要有磁铁矿和赤铁矿两种，赤铁矿烧结矿含Fe2O3较多，因而低温还原粉化率较高。在2008年前裕华铁厂主要以磁铁矿矿相的国内精粉为主生产烧结矿，2008年后随着资源结构的变化及为了提高烧结矿品位，适当配加了赤铁矿相的进口矿粉生产烧结矿，到2008年以后至现在，赤铁矿相的进口矿粉所占比例大约70％以上，如果没有采取有效措施抑制烧结矿的低温还原粉化，将致使烧结矿低温还原粉化率有可能高达35％以上。随着优质铁矿粉资源的逐渐减少，进口铁矿粉呈现出成分波动大、质量劣化的不利因素，同时品种更换频繁。而在烧结这个高温、多相、复杂的反应过程中，各相之间，各组分之间相互作用，相互影响，不同种类的铁矿粉，因其基础特性各不相同，它们之间也相互作用，相互影响，因此在烧结配矿时，必须在全面了解铁矿粉的常温特性和高温特性的基础上应用互补原理和方法进行合理配矿。通过实验研究与生产实践可知：用单品种矿粉生产的烧结矿的粉化指标比较如下：巴西精矿粉、巴卡矿粉生产的烧结矿的低温还原粉化性能很差；中特SC粉、安吉拉斯矿粉、扬迪矿粉生产的烧结矿的低温还原粉化性能比较差；澳矿粉、MAC矿粉生产的烧结矿的低温还原粉化性能比较好；山东、武安本地精粉生产的烧结矿的低温还原粉化性能最好。根据铁矿粉烧结性能的互补原理，去确定最佳的烧结配矿方案。稳定的混匀矿配比，实现了优势互补，有效地指导了烧结生产，保证了工艺参数的合理控制，从而稳定了烧结生产，改善了烧结矿的低温还原粉化指标。2．2烧结矿中主要化学成份SiO2、MgO、Al2O3，R2，FeO对低温还原粉化率的影响2．2．1SiO2的影响SiO2是烧结过程形成粘结相的主要因素，高SiO2含量有利于烧结液相的形成，改善粉化指标，但如果SiO2含量过高，一方面影响液相流动性，降低产量；另一方面，SiO2高会生成大量正硅酸钙(2CaO·SiO2)。由于正硅酸钙(2CaO·SiO2)在冷却过程中发生相变(γC2S→βC2S)体积膨胀，会造成自然粉化和降低烧结矿强度。2009年生产实验结果：烧结矿中SiO2低于4．6％时，烧结矿RDI－3．15达到35％以上。这主要是因为SiO2低会造成因粘结相量明显不足，铁酸钙数量减少，显微结构的均匀性显著恶化，使烧结矿粉化指标明显变差。后来逐步提高烧结矿中的SiO2含量到4．8％、4．9％、5．0%、5．1％、5．2％，5．3%，烧结矿RDI-3.15是降低的趋势。通过近几年的生产实践，在现有的烧结原料条件下，较适宜的烧结矿SiO2含量控制在5．0～5．5%左右。2．2．2MgO的影响由于烧结矿中的MgO与Fe2O3结合，游离低，可减轻烧结矿粉化。同时为了满足高炉造渣的要求，改善炉渣的流动性和提高脱硫能力，烧结矿中需保证一定量的MgO。但是因MgO的熔点高达2799℃，在烧结过程中Mg2+进入Fe3O4晶格中取代Fe弘，稳定了Fe3O4矿相，造成Fe3O4难以向Fe2O3转变形成铁酸钙，限制了铁酸钙系的发展，使矿物组成复杂化，由于各种矿物的结晶能力不同，冷凝后，必然存在应力，所以随着MgO含量增加，烧结矿的低温还原粉化指标变差。经过多次实践摸索，同时考虑炉渣对MgO含量的要求，烧结矿MgO含量控制在2．3％～2．7％较合适。2．2．3AI2O3的影响A12O3是烧结矿化学成份不可缺少的成分，因为一定的铝硅比(A12O3／SiO2)—0．1～0．4是烧结过程形成铁酸钙的必要条件，但生产实践中烧结矿中Al2O32％以后会导致液相流动性变差，还会恶化烧结矿的还原粉化指数。因为烧结矿中Al2O3的含量增加，在铁酸钙中Al2O3的固溶量增加，促进了板状铁酸钙的生成，而板状铁酸钙在低温下就开始还原产生应力，降低了烧结矿抵御裂纹扩展的能力，加剧了粉化的产生。根据生产实践经验，烧结矿中A12O3的合理含量应控制在1．7～1．95％之间。因澳矿粉系列含Al2O3较高，在配矿时注意考虑了与低含量的Al2O3矿粉的合理搭配。根据我裕华实际配矿特点，建议必须控制铝硅比向0.4靠拢。2．2．4R2的影响由于烧结矿R2的不同，烧结矿生成的液相也不同，随R2升高铁酸钙粘结相增多，Fe3O4晶粒与粘结相矿物形成网状熔蚀结构或柱状交织结构。特别是高R2烧结矿磁铁矿被铁酸钙熔蚀，晶粒细小，形状浑圆，呈它形晶或半自形晶，与铁酸钙紧紧相连而形成熔蚀结构，两者之间有较大的接触面和摩擦力，因此镶嵌牢固，烧结矿的强度相应提高，低温还原粉化指数有所改善。通过生产实践摸索，就目前烧结配料结构，碱度控制在1．85—2.05之间，有利于保证烧结矿既有良好的机械强度和还原性，又有较低的低温还原粉化率。2．2．5FeO的影响烧结矿FeO含量反映了烧结过程的动态控制状态，其含量不仅受配碳量、混合料水分、返矿量的交互作用，而且受原燃料配比、烧结料层厚度、透气性、工艺过程控制等的共同影响，降低烧结矿FeO含量有利于改善烧结矿的还原性，但过低的FeO又会恶化低温还原粉化率，同时FeO含量的波动区间越窄，烧结过程越稳定。通过近几年的生产实践得出：FeO含量是影响RDI和还原性的显著因素。因此，在烧结工序中，要保证烧结矿有较好的冶金性能，关键是控制好FeO含量。FeO含量又受以下因素影响。1)混合料水、碳的影响。烧结混合料中水、碳的合理匹配是获得优质烧结矿的保证，一般情况是：低水低碳厚料层有利于降低烧结矿中的FeO含量，随混合料配碳量的提高，烧结矿的FeO含量会升高。但由于五台烧结机的料层厚度分别为750mm，属厚料层烧结，如配碳过高烧结过程还原气氛增强，由于料层的自动蓄热作用，会使下层烧结温度过高，燃烧带温度升高，恶化透气性，不利于针状铁酸钙的形成，而且烧结矿中燃料分布不均匀，产生热脆性，使烧结矿低温还原粉化率指标变差。2)燃料质量的影响烧结用的固体燃料有焦粉和无烟煤粉两个品种。燃料粒度过细或白煤比例过高，会使燃料燃烧速度过快，使烧结过程液相形成不充分；燃料粒度过粗，布料时大颗粒燃料滚到料层下部，造成下层烧结温度高，燃料分布不均。根据生产经验：再以粗颗粒外矿粉为主要配料结构时，控制破碎焦粉3rnm部分78％，白煤3mm部分73％以上较为理想。根据生产实践，根据目前的原料结构，控制烧结混合料的固定碳含量在2．8～3．0％之间，烧结机混合料水分在7．8％±0．2左右，烧结矿的FeO含量在9±1％之间，烧结矿的低温还原粉化率指标及还原性指标比较好。下表是邯钢烧结厂抽测的RDI指标与烧结矿FeO关系。以上邯钢数据供我们裕华参考。2．3操作制度及工艺设备的影响烧结过程的温度控制也影响烧结矿低温还原粉化率的因素，它与烧结点火温度、点火负压、负压、机速、废气温度，终点控制等有关。如机速过快或烧结负压较低，会使液相结晶发育不完善，烧结矿强度差，粉化率高。根据生产经验点火温度由980℃提高到目前的1050℃以上，料面点火效果会有明显改善，可有力保证烧结矿低温还原粉化指标的改善。为保证烧结过程的稳定，必须随时注意松料器的正确工作位置与完好程度；考虑边缘效应，适当压边；用热水、蒸汽预热混合料至65度以上；控制配料停料次数，便于稳定水分；做好生石灰消化问题等。3结语烧结大量使用进口矿粉后，烧结矿低温还原粉化率指标变差，而烧结矿低温还原粉化恶化时将严重影响高炉的透气性，因此高炉生产必须注意烧结矿的低温还原指标。烧结生产通过优化配料结构，合理控制烧结矿中SiO2、A12O3、MgO、R2、FeO，加强操作等措施，改善烧结矿低温还原粉化率指标也是烧结工作者日常组织生产中的重点。