国内外烧结技术发展现状.

国内外烧结技术发展现状许满兴北京科技大学2005.6.近十多年来，铁矿粉烧结技术有了不断重大发展，诸如低温烧结技术、球团烧结技术、小球烧结技术、高铁分低硅烧结技术，特别是在混合料制粒、布料、烧结矿质量控制、节能与环保等方面技术进步尤为显著，下面将国内外烧结技术的发展作一具体评介：1.混合料强化制粒技术：细精矿粉烧结遇到的一个普遍技术问题，是混合料透气性的问题。过去低料层(＜350mm)烧结自焙性烧结矿时，这个问题还不大突出，进入八十年代以来，要烧高碱度烧结矿提高料层、改善烧结矿质量时，这个问题就很突出，降低FeO，提高强度就要加原料层，原料层烧结的一个首要问题就是如何改善混合料透气性的问题，也是球团烧结、小球烧结的一项关键技术问题。这个问题既是实际问题，又是一项重大理论问题。与强化制粒相关联的是一系列技术问题，诸如原燃料的粒度和粒度组成问题，改善制粒的粘结剂问题，园简混合机的内衬材料和工艺参数问题，混合料水份的配加及方式问题等等。1-1：原燃料的粒度及粒度组成问题：［1］［2］日本新日铁公司自七十年代末就开始研究原料粒度对混合料制粒的影响，并且提出了“人造料粒”的概念，“料粒”就是较细颗粒粘附到较粗(粒核)颗粒上，八十年代末法国学士利特斯特提出一个与水分有关的中间颗粒粒度范围，这个粒度范围一般为0.25～1.0mm，这种粒级从以下两个方面影响混合料的透气性：(1)作为粒核，这种粒级会减小料粒的平均粒度，因而降低混合料的透气性。(2)作为粘附细粉，这种粒级的粘附性差，很容易从干燥中的料粒表面上脱落下来。利特斯特的研究还发现，粒核结构(表石形状，气孔率等)水分和细粉含量是影响在粒核上粘附细粉程度的三因素。形状不规则的返矿，焦粉和针铁矿颗粒能成为良好的粒核；表面平整，形状规则的石灰石，致密的赤铁矿颗粒不能成为良好的粒核。我国“八五”期间，也开展了大量强化制粒的研究，对制粒小球显微观察的结果发现，制粒小球为有核球和无核球两类，其中有核球可分为三层，即中心核颗粒，粘附内层和粘附外层，粘附内层都是很细的颗粒，粘附外层有细颗粒，也有较粗的颗粒。无核球则是由细颗粒或较粗颗粒组成的集合体。有核球和无核球如图示：经过大量的分析研究提出了不同粒级颗粒成球性指数的概念：GIX=1-MX/Wx。式中：MX为混合制粒后X粒级的百分数(%)WX为混合前原料中X粒级的百分数(%)。研究有得出＜0.25mm颗粒的成球性指数达到98%，基本上全部成球，0.25～0.50mm颗粒80%进入1mm以上的球中参加制粒，0.5～1.0mm颗粒的成球性指数达到60%以上，大部分可以成球。成球性指数最低的是1.0～3.0mm的颗粒，但由于其颗粒较粗，对混合料的透气性影响并不大，而0.25～1.0mm单颗粒的存在，影响混合料的透气性严重,将这部分粒级称为中间颗粒，中间颗粒所佔的比例是影响制粒效果的主要参数。1-2.改善制粒的粘结剂问题：为了强化细精矿粉的制粒，配加生石灰或膨润土这类粘结剂是必要的，从传统的观念认为，添加生石灰的目的是，有利于制粒，加快烧结速度加大料层原度，德国蒂森钢铁公司施韦尔根烧结厂自1967年起便开始使用生石灰，英国钢铁公司沃金顿烧结厂70年代初期便使用了生石灰，日本钢铁公司水岛添加生石灰来提高料层透气性，实现700mm的原料层操作，加生石灰后制出的料粒平均粒度由2mm增大到3mm，在蒂森钢铁公司凡汞苏姆烧结厂，生石灰添加量为17kg/t矿，烧结的利用系数提高45%，添加生石灰不仅能改善制粒状况，同时能提高料粒强度。在加拿大添加2%～5%生石灰，可以在烧结料中配入高达40%的镜铁精矿粉。为了取得添加生石灰的最佳效果，对生石灰的质量要求：（1）粒度细，保证在制粒过程中充分消化。（2）反应性高，这取决于石灰的焙烧，法国索粒克公司福斯厂要求残余CO2应＜2%。日本黑泽等人研究发现，生石灰的反应性越好，烧结利用系数越高，NKK公司研究通过增大生石灰的比表石积来提高生石灰的反应性和提高其反应温度，80年代初，该公司的2个烧结厂均采用热水配加系统改善生石灰的消化。我国武钢和安钢分别在84年和86年进行配加生石灰的试验和粒继投入工业生产，武钢烧结生产1988年初，配加3－5%的粒度为0－3mm的活性石灰，产量提高了17%，安钢1986年实施配入生石灰（8%）后，烧结利用系数提高了16.53%，能耗降低了25.30kg标准/t矿，综合合格率提高了2.84%［3］［4］，生石灰的活性度是指生石灰消化的反应速度，活性石灰是指活性度＞300ml的生石灰。我国马钢、首钢和本钢等企业也相应在80年代中期烧结生产配用活性石灰。1-3园筒混合机的强化制粒强化制粒技术不仅是小球烧结的关键技术，也是烧结生产实现低C原料层的基础技术，它除了与上2节提到的原料粒度和粘结剂有关外，更主要地由以下4个方面的内容：1－3－1：园筒混合机及其工艺参数：（1）园筒混合机的长度，直径和转速：通过北京科技大学大量的研究得出，混合料在园筒内的最佳充填率为：φ＝11%～14%，费劳德准数NFγ＝Dn2/g。NFr=4.2×10－3～5.4×10－3制粒时间t≥4min日本和美国的制粒时间一般均延长到4.5～5分钟，日本名古屋1－3＃机的混合时间达到7.25分钟，釜石1＃机混合时间达到9分钟。［5］D＝0.0857L＝172.620.8·NFγ0.4·TSinn=640.920.2.NFγ0.6上三式中：D为直径（m）L为园简混合机长度（m）n为转速（转/min）γ为混合料堆密度（t/m3）Pmax为生产率（t/min）,α为混合机倾角（°）θ为原料安息角（°）当：D＝0.58M时n=18.1～16.0（r/min）D＝1.0M时n=13.8～12.2（r/min）D＝4.0M时n=6.9～6.1（r/min）长度前几年从6米加长至9米，近几年一般都加长至12～15米，有的考虑到制粒和分加燃料和焙剂的需要还增设了三混（6米长），研究的结果提出以制粒为主要目的二次混合机混合料的最佳运动状态应以滚动为主辅至以少量泄落运动，我国多数企业的园简混合机制粒尚未进入这一最佳状态，而是处于三相混合状态（滑动、滚动、泄落），应适当提高转速和充填率，加长混合机长度来提高制粒效果。（2）园筒混合机的内衬：目前混合机的内衬有钢板衬，含油尼龙稀土不粘料内衬，塑料高分子不粘料内衬，耐磨橡胶内衬、陶瓷板内衬，橡胶＋陶瓷板内衬等种类，对内衬的要求是耐磨、不粘料、不滑料，目前推广的内衬偏面强调不粘料，忽视了不滑料，真正达到上述要求的依次排队应为：耐磨橡胶橡胶陶瓷衬板、稀土衬板、含油尼龙。其余的提不上。因此应优先选用耐磨橡胶衬板，通过内衬材料的选择解决不粘料，不滑料和不抛物的现象。（3）合理设置加水位置和方式：合理而准确地设置加水位置和方式，是混合料制粒的一项重要技术，依据“滴水成球、雾水长大、水小球小、水大球大”的十六字加水成球原则，应在一混的后阶段加滴水,二混的头阶段中间阶段加雾水，在燃料和熔剂分阶段衬加雾水进行设置。巴西国家钢公司将水喷头从园筒混合机的前中部移到后半部，并在关键部位采用逆向搅拌叶片，从而避免了混合机过早粒化，同时使混合料的水分从6%～6.5减少到5.5%～6.0%。矿种和粒度组成不一样，合理的水分会变化。合理的水分还与料层厚度有关，一般随着料层加的，混合料水分应相应降低。合理的水分应该是混合料制粒后最佳透气性时的85%－90%。原苏联南方采选公司烧结厂把6米长的二次混合机治长度方向分为数段：①准备段为受料处（0.5米）不加水；②主润湿段以刑成造球核心（0.5米）加水；③造球段较小球成型，且坚固（2米）不加水；④补充加水段，对尚未成球部分料进行润湿（0.5米）；⑤小球硬化段（2.5米）不加水。据报导，这样做后，混合料中＜1.6mm部分降低17%，整个料层的透气性提高15%。原苏联、法国、美国、西德等国家的烧结生产还试验了石灰石和燃料预先润湿法，也取得了改善粒度和提高透气性的良好效果。总之，混合料的加水是一项专门技术，值得重视，它是混合料强化制粒的一项重要措施。目前混合料水份的在线测量和自动控制已成为一项成熟技术，已由日本的HISMAX株式会社生产的OMM3000红外线三波长水分计和北京九如仪器公司联合研制，安装调试，测量范围为0.1%～40%H2O，精度：0.1%H2O，测量范围：350±50mm，响应时间＜0.2秒，价格：10.5万元，已成为一项先进而快速的成熟技术。（4）燃料和熔剂分加技术：[6]燃料分加和熔剂分加是强化小球烧结的重大技术措施。它既能提高产量，又能改善质量，降低燃耗。已有的实验是研究和生产实践证明，实验燃料分加技术后，烧结利用系数由1.82t/m2.h提高到1.92t/m2.h，固体燃耗大幅度下降，燃耗由全内加时的54.91kg剂、标煤/t矿降到44.41kg标煤/t矿，降低了10.5kg标煤/t矿。节能效果显著。燃料分加经过工业试验实践，证明内配三分之一，外配三分之二是比较适宜的。加入的方式可有两种，一种方式是焦粉经四辊破碎后，一部分送到配料室料仓作为内配，另一部分送到二混机尾料仓，由园盘给料机至皮带机伸入二混内3m内，第二种方式是这另一部分送到二混与三混间的焦粉仓，由园盘给料机输入三混。日本钢管株式会社曾研究过生石灰分加技术对小球烧结指标的影响，具体做法是将混合料制粒后，在小球表面外滚3.5%的焦粉和0.5%～1.0%的石灰，一般可内配2%～4%，外配2%，再将小球布到烧结机上，当生产R＝1.0～2.5的小球烧结时，采用石灰分加技术与石灰全部内配相比，成品率由69.1%提高到77.0%～77.9%，利用系数由1.23t/m2.h提高到1.55～1.15t/m2.h；当生产低碱度（R＝0.6）小球烧结矿时，石灰分加后，利用系数由1.48t/m2.h提高到1.64t/m2.h，利用系数提高了10.8%。由此可见，采用石灰分加技术，增产效果是相当显著的。采用石灰分加技术，可以大大验化酸性小球烧结过程，这对于提高我国酸性小球团烧结的产质量无疑是一项可采纳的新技术石灰分加技术对小球烧结的影响：①石灰分加可使外滚燃料粘附在小球表面，改善混合料的透气性和强化垂直燃结适度；②石灰对焦粉（煤粉）燃烧有催化作用，加速小球表层燃料的燃烧，提高重直烧结速度；③在生产高碱度小球烧结矿时，石灰分加技术有利于小球表面生成以铁碱钙为主要粘结相的矿物结构，有利于改善烧结矿的质量。石灰分加技术对小球烧结技术指标的影响项目Cao/sio2料层高度(mm）烧结气压(Pa）利用系数(t/m2.h)燃耗(kg/t矿)转鼓T1(＞6.3mm%)成品率（%）垂直烧结速度（mm/min）FeO(%)石灰分加1.200.60500500650065001.871.6442.3043.2166.2269.2476.0179.9023.3817.909.8211.31石灰石分加1.200.60500500650065001.831.4841.6743.5168.1370.7277.9180.5822.7416.519.5212.702.布料技术[7]强化制粒后，布料技术是烧结生产过程程处于最佳热工状态，获得高质量指标的重要工序。因为烧结混合料中粒度大小不同的颗粒，它们的化学成分和C含量是不同的，一般粗颗粒的SiO2含量高，CaO和C含量低，而细粒级中CaO和C含量高，烧结过程存在自上而下的盖热作用，往往使烧结料层下部热量过剩，上部热量不是容易造成下部过熔，上部烧不透，而影响烧结矿的产质量。为了满足烧结工艺的要求，布料时必须使混合料粒度和C含量沿高度方向进行合理的偏析，即沿料层高度方向使混合料中的含C量自上而下逐渐降低，料度逐渐增大。这就是偏析布料的概含。而沿台车宽度方向的同一料层的粒度，C含量和水分保持均匀，不产生偏析，还要求料面平整，整个料层具有良好的透气性。正因为如此，世界各国烧结工作者对布料技术都十分重视，特别是日本烧结界，开展了大量试验研究工作各企业提出了很多不同的布料方法和装置，前苏联和德国也做了不少研究工作，我国的不同企业也