烧结矿强度和粒级组成影响因素分析

2008年全国炼铁技术交流会论文集1烧结矿强度和粒级组成影响因素分析刘福泉王树立顾爱军(宣钢炼铁厂)摘要：本文结合宣钢炼铁厂及相关单位的研究成果，综合分析了影响烧结矿强度和粒度组成的因素和对策。关键词：烧结矿强度粒度组成1前言烧结矿强度及粒级组成是烧结矿质量的重要内容，没有合格的强度和适宜的粒级组成，就很难谈得上烧结矿的质量，烧结矿强度及粒级组成对高炉冶炼有着明显的影响，根据日本、前苏联、首钢、本钢的生产统计，烧结矿-5mm粒级每增加1%，将影响高炉焦比0.5%，影响高炉产量0.5-1.0%。根据一些专家研究成果表明，烧结矿强度及粒级组成的影响因素是多方面的和复杂的，既有碱度和矿物组成，SiO2、MgO和Al2O3等化学成分方面的影响，又有配碳量和FeO含量，热返矿粒度和返矿量、熔剂和燃料粒度、配矿及反应性的影响，还有料层厚度、抽风负压和冷却速度等工艺操作参数方面的影响。2宣钢炼铁厂烧结矿强度及粒级组成与同类型企业比较表1厂家烧结机面积m2碱度倍FeO%烧结矿粒级组成%强度%[phone]-1010-5-5柳钢501.706.0320.8527.5139.4112.2169.5湘钢502.06.704.4614.2417.9628.6328.566.07三明24×58.510.7215.1948.1722.473.4567.61唐钢60×35.620.356.3013.704.178.30济钢36×28.0324.6252.5310.344.6685.81太钢一烧909.5427.6928.9218.6113.0112.514.0669.87太钢二烧909.3922.5018.8111.6414.4725.009.3373.05武钢烧结厂8台累1.907.4813.5921.7823.0917.6317.685.2177.08入炉粒级8.6912.6550.4225.812.43首钢二烧781.919.1213.3621.7038.2323.293.4287.37宣钢一烧86×22.309.327.9817.9528.5128.6813.133.7578.60宣钢二烧64×22.309.286.5315.9727.1530.9315.873.5578.20宣钢三烧36×42.307.4720.7125.5222.5616.816.9380.6宣钢四烧36×224.0933.2220.8112.486.852.5481.2说明由于各烧结厂家测定烧结矿强度、粒级的地点、采样方法不统一，数据可比性不强。从表中数据看出，一烧和二烧CH1（即二烧装车烧结矿）烧结矿粒级相当，优于武钢水平；二烧CH7烧结矿、一、二烧落地矿烧结矿中小粒级含量较大，处于后列；三、四烧由于是步进式烧结机，实际烧结时间长，中小粒级少，颗粒大。3宣钢炼铁厂烧结矿强度及粒级组成影响因素的对比分析2008年全国炼铁技术交流会论文集23.1碱度和矿物组成对烧结矿强度及粒级组成的影响。碱度和矿物组成是影响烧结矿强度及粒级组成的主要因素，在相同工艺操作条件下，不同的碱度和矿物组成，就有不同的强度及粒级组成。试验结果表明烧结矿强度与其矿物组成直接相关，不同矿物组成的瞬时强度指标列于表2。由表2可知，为了提高烧结矿强度，我们希望得到较多的铁酸钙的矿物相，不希望得到较多的枪晶石和玻璃相的矿物相，由于高碱度烧结矿的矿物相以铁酸钙为主，自熔性烧结矿的矿物相以橄榄石为主，因此高碱度烧结矿明显优于自熔性烧结矿。铁酸钙不仅强度高，而且较铁橄榄石还原性明显优良，因此，烧结矿要坚持生产高碱度的方向不动摇。涞钢和太钢不同碱度烧结矿的矿物组成见表3、4；我厂2005年1-3月一、二烧烧结矿的矿物组成见表5。邯钢不同碱度时烧结矿的粒度组成见表6。不同矿物组成的瞬时强度指标（Kg/mm2）表2铁酸钙磁铁矿赤铁矿钙铁橄榄石铁橄榄石铁酸二钙枪晶石玻璃相CaO.Fe2O3Fe3O4Fe2O3CaO.FeOSiO22Fe。SiO22CaO.Fe2O33CaO.2SiO2.CaF2SiO2结晶37.036.926.723.320.2614.27.775.18涞钢不同碱度烧结矿的矿物组成表3CaO/SiO2CaO.Fe2O3（SFCA）Fe3O4Fe2O32CaO.SiO2玻璃相未矿化熔剂1.3510-1250-557-10320-251-21.6015507-106-815-172-31.8025457-106-810-121-22.1035405-75-77-83-5太钢不同碱度烧结矿的矿物组成表4CaO/SiO2CaO.Fe2O3（SFCA）Fe3O4Fe2O32CaO.。SiO2玻璃相未矿化熔剂1.3110-1550-557-103-520未见1.7835-4030-3510-15103-5小于31.964025-3015102-33-52.1545307-1010-151-23-52005年1-3月宣钢炼铁厂一、二烧烧结矿的矿物组成测定表5CaO/SiO2CaO.Fe2O3（SFCA）Fe3O4Fe2O32CaO.。SiO2玻璃相未矿化熔剂一烧2.302255968未见二烧2.102156779未见2.1019568710未见2008年全国炼铁技术交流会论文集3邯钢不同碱度时烧结矿的粒度组成表6碱度+2020-1010-5-5-10合计1.6536.9032.4026.703.9030.601.6939.6020.8032.906.7039.601.7236.0032.7027.603.7031.301.7549.8026.8019.005.8024.801.7940.5424.8027.905.9033.801.8032.2037.1027.103.7030.801.8338.4032.4025.303.9029.201.8536.3736.1023.404.2027.601.8740.8032.9023.003.3026.301.8837.6038.0020.803.6024.401.9039.9035.3022.302.5024.801.9533.0029.7027.803.5031.30北科大的研究结论：碱度和矿物组成是影响烧结矿强度及粒级组成的基本因素。宣钢炼铁厂烧结矿属高碱度烧结矿，但仍属于高温型烧结矿，一、二烧烧结矿矿物组成中与太钢比铁酸钙含量低15－20%，玻璃相高5-6%，硅酸二钙达到7%左右，铁酸钙含量有待进一步提高。3.2FeO和配碳的影响烧结矿FeO含量与混合料配碳直接相关，配碳高者，属高温型烧结，含FeO高。对自熔性烧结矿而言，它的矿物组成主要是磁铁矿、铁橄榄石和钙铁橄榄石，FeO呈固熔状态存在，烧结矿的强度随FeO增加而升高，成品矿强度及粒级组成得到改善，但还原性和软熔性能明显变差。对高碱度烧结矿而言，它的主要矿物为赤铁矿和铁酸钙，铁酸钙中的铁主要以Fe2O3形式存在，FeO含量仅占1%，因此强度和FeO不直接相关，一般随FeO升高（配C增加）造成Fe2O3分解，使矿物Fe3O4增加，铁酸钙含量降低，从而成品矿的强度下降，同时高温型烧结得到的往往不是针状铁酸钙，而是柱壮甚至块状铁酸钙，这种成品矿在冷却过程中会出现大量裂纹，造成粒度碎化和还原强度降低。配碳高，FeO含量升高，会造成高碱度烧结矿强度低和粒度细化。宣钢炼铁厂烧结矿属于高碱度、中钛、高镁、高温型烧结矿，烧结矿强度和粒度组成相当程度上依赖于FeO含量和液相数量，同时由于熔剂当中钙灰等总体粒度偏粗，影响烧结矿矿化和液相质量的改善，影响烧结矿强度和粒级水平。目前条件下，应继续保持FeO在８－１０％控制水平。同时应进一步采取措施改善熔剂质量，创造条件降低FeO含量。3.3SiO2含量的影响SiO2是烧结过程形成粘结相的主要元素，其含量高低对烧结矿强度和性能有举足轻重的影响。烧结矿SiO2含量在8%以上，由于正硅酸钙在冷却过程中相变，体积膨胀，会造成严重自然粉化，降低烧结矿强度。烧结矿SiO2含量在5%以下，一些厂家烧结矿强度降低。低SiO2条件下获得高强度烧结矿技术是目前各厂家研究的课题之一。济钢SiO2、FeO与转鼓指数的变化见表7。我厂一2008年全国炼铁技术交流会论文集4烧2003年低硅烧结试验显示烧结矿SiO2降低至4.6%时，强度也有所降低（见表8）。济钢SiO2、FeO与转鼓指数的变化表7碱度倍2.101.981.911.821.83TFe%51.7353.4954.2855.2656.26SiO2%7.286.856.206.185.80FeO%11.6613.337.346.546.71转鼓%85.9487.1786.5285.3983.80宣钢炼铁厂一烧2003年低硅烧结试验相关指标表8项目烧结系数（t/m2.h）品位（%）碱度（倍）含粉率（%）转鼓强度（%）FeO（%）SiO2（%）基准期1.5355.562.04.9775.038.915.31第一阶段1.5556.572.014.4274.89.014.96第二阶段1.5957.082.004.4375.658.854.89第三阶段1.5757.672.034.2175.979.274.61第四阶段1.5257.362.004.5773.879.104.653.4MgO和Al2O3的影响MgO和Al2O3是影响烧结矿强度和粒度组成的重要因素，MgO有利于改善烧结矿的热稳定性，提高烧结矿的还原强度，在高炉内一定的MgO含量有利于改善炉渣流动性和提高脱硫能力。但由于MgO熔点高达2799℃，在烧结过程中，部分固熔于磁铁矿形成镁磁铁矿，MgO含量高后，会降低烧结矿中铁酸钙含量，从而不利于烧结矿的冷强度，提高MgO含量会降低烧结矿冷强度。Al2O3是烧结矿化学成分不可缺少的成分，因为一定的铝硅比（Al2O3/SiO2）=0.1-0.4是烧结过程形成铁酸钙的必要条件。因此烧结矿成分不能没有Al2O3，但含量高了有害无益。Al2O3熔点为2042℃，在烧结过程中除了生成复合铁酸盐外，不能单独熔化，烧结矿的合理含量应低于1.8%，高了会降低烧结矿的冷强度，还会恶化烧结矿的低温还原粉化指数。我厂一、二烧烧结矿MgO控制在2.8-3.0%较国内厂家（一般在２－３％）处于较高水平，造成燃耗偏高，对烧结矿强度有一定影响。3.5料层厚度的影响低C、厚料层、低FeO高还原性是烧结工艺追求的方向，而厚料层是基础。八钢不同料层高度时烧结矿的粒度组成变化见表9。八钢不同料层高度时烧结矿的粒度组成表9料层高度mm+4040-2525-1616-1010-5平均粒级43012.4514.0517.2523.0233.2319.8148014.5612.2520.6621.9130.6120.6458016.8011.9623.7320.3027.2021.832008年全国炼铁技术交流会论文集5目前宣钢炼铁厂一烧料层控制最高料层，600mm，二烧料层一般控制在600-650mm，不能长时间保持700mm料层烧结。3.6热返矿粒度和返矿量的影响热返矿粒度和返矿量增大后，引起混合料水分波动和成球率下降，从而烧结矿强度下降，粒度变小。宣钢炼铁热返矿粒度和返矿量目前也是造成烧结区烧结矿FeO、强度粒级波动、产量波动的重要因素之一，车间应继续高度重视冷、热筛筛板的管理，控制好更换周期，控制适宜热返矿粒度和返矿量。3.7熔剂、燃料粒度影响熔剂和燃料粒度过粗，会造成其在混合料中分布不均匀。造成强度和结块不均匀，熔剂粒度-3mm应达到90%。否则造成烧结矿白点，冷却过程中吸水，造成自然粉化。目前，宣钢炼铁按熔剂粒度-3mm达到８５%，钙灰粒度-5mm达到87%考核，熔剂粒度较粗，白点较严重，影响强度、粒级及成分指标。故应继续加强对钙、镁灰粒级及质量的考核，以改善生石灰粒级。燃料粒度过粗，布料偏析加重，且造成燃烧带过宽，阻力增大，产量下降；燃料粒度过细会造成燃烧速度过快，燃烧带高温停留时间短，降低烧结矿强度和成品率。宣钢炼铁厂相关单位应做好燃料破碎，控制适宜燃料粒度，减少过