李曉兵

(河鋼集團(tuán)宣鋼公司煉鐵廠，河北宣化075100)

摘要:球團(tuán)礦作為高爐煉鐵的主要原料，其冶金性能的好壞對(duì)高爐煉鐵影響較大，并且對(duì)高爐提產(chǎn)降耗發(fā)揮著重要作用。一般高爐要求球團(tuán)礦還原度＞ 60%，而河鋼宣鋼球團(tuán)礦還原度在55% ～ 58%，與先進(jìn)企業(yè)相比存在一定差距。從原料、設(shè)備、工藝參數(shù)等方面進(jìn)行梳理，針對(duì)系統(tǒng)存在的問題制定了整改措施，并逐項(xiàng)落實(shí)。2018 年球團(tuán)礦還原度明顯改善，為高爐指標(biāo)優(yōu)化提供了良好的原料條件。

關(guān)鍵詞:球團(tuán)礦；原料結(jié)構(gòu)；精粉含硫量；設(shè)備功能；工藝參數(shù)；還原性

0 引言

球團(tuán)礦作為高爐主要的爐料之一，具有品位高、強(qiáng)度高、粒度均勻等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)高爐節(jié)能降耗、改善技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、降低生鐵成本具有明顯的作用^［1］。高爐冶煉要求爐料具有良好的透氣性和還原性，但球團(tuán)礦還原性低和還原膨脹率高是制約整體爐料性能的短板。一般高爐要求球團(tuán)礦還原性＞ 60%。爐料還原性好，則有利于高爐內(nèi)間接還原，降低焦比。因此，改善球團(tuán)礦還原性，降低還原膨脹率成為鋼鐵企業(yè)發(fā)展方向。

1 背景和現(xiàn)狀

河鋼宣鋼兩條100 萬t /a 球團(tuán)礦的鏈篦機(jī)—回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線已運(yùn)行10 年，設(shè)備參數(shù)見表1。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，設(shè)備功能缺失已影響到工藝參數(shù)的穩(wěn)定。此外，隨著當(dāng)?shù)氐V山資源的不斷開采，精粉品質(zhì)逐步下滑，SiO₂升高，有害元素含量升高。受設(shè)備、工藝、原料等因素的影響，目前球團(tuán)礦的還原性低，僅為55% ～ 58%，且不穩(wěn)定。

2 影響球團(tuán)礦還原性的因素

2． 1 原料質(zhì)量

球團(tuán)礦生產(chǎn)對(duì)精粉細(xì)度、硫含量、品位要求高，但河鋼宣鋼當(dāng)?shù)鼐酃舳啵肺粎⒉畈积R且質(zhì)量不穩(wěn)定，不利于改善球團(tuán)礦還原性、穩(wěn)定質(zhì)量。具體有以下不利因素:

( 1) 隨著精粉資源枯竭，球團(tuán)用精粉的品位降低，SiO₂升高，最高達(dá)10%。在球團(tuán)高溫焙燒過程中，SiO₂與FeO 作用生成低熔點(diǎn)化合物或共熔混合物。SiO₂含量升高，更容易形成低熔點(diǎn)化合物，更容易產(chǎn)生液相。同樣的焙燒溫度，液相量增多，固相粒子被隔開，氧化鐵粒子之間的再結(jié)晶連接無法產(chǎn)生，導(dǎo)致球團(tuán)礦強(qiáng)度降低。

( 2) 當(dāng)?shù)厮嵝跃哿蚝?． 7%，偏高。精粉的硫含量對(duì)球團(tuán)礦的氧化、固結(jié)速度和強(qiáng)度均有影響。因氧和硫的親和力比氧和鐵的親和力大，當(dāng)精粉硫含量高時(shí)，硫首先氧化，產(chǎn)生SO₂氣體向外擴(kuò)散，阻礙氧向球核擴(kuò)散，妨礙球團(tuán)的固結(jié)，導(dǎo)致球團(tuán)礦氧化不充分，出現(xiàn)層狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生夾心，影響球團(tuán)礦還原性和強(qiáng)度^［2］。

( 3) 精粉品位及細(xì)度差別大，－ 200 目含量最低達(dá)50%、最高達(dá)80%，精粉成球性不均勻，造球工序加水量和生球落下波動(dòng)較大，進(jìn)一步影響到鏈篦機(jī)———回轉(zhuǎn)窯預(yù)熱焙燒效果。

2． 2 設(shè)備因素影響

設(shè)備是鋼鐵企業(yè)產(chǎn)線穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)，設(shè)備功能缺失，將嚴(yán)重影響工藝操作控制、球團(tuán)礦產(chǎn)量和還原性。主要的設(shè)備影響因素有:

( 1) 潤(rùn)磨機(jī)主要作用是提高混合料的細(xì)度，增加礦物的晶格缺陷，使粘結(jié)劑與精粉直接接觸，增大其附著力，改善精粉的成球效果。但在生產(chǎn)過程中，精粉或鋼球在排料口襯板篦條縫隙不易排出，堵塞篦板縫隙，造成潤(rùn)磨機(jī)排料不暢。

( 2) 輥篩邊部磨損、間隙增大，邊部漏球嚴(yán)重，鏈篦機(jī)兩側(cè)布料不平、虧料，熱風(fēng)從邊部走短路，影響中間生球干燥預(yù)熱效果。同時(shí)導(dǎo)致鏈篦機(jī)篦板、側(cè)板燒損嚴(yán)重，進(jìn)一步惡化球團(tuán)礦強(qiáng)度和還原性。

( 3) 回轉(zhuǎn)窯燃燒器構(gòu)造為四通道，由外向內(nèi)排布為: 軸流風(fēng)通道、高爐煤氣通道、旋流風(fēng)通道和焦?fàn)t煤氣通道。燃燒器沒有中心風(fēng)，易引起高溫氣體回流，窯內(nèi)氣流不穩(wěn)定，導(dǎo)致窯頭正壓和局部高溫，造成球團(tuán)礦產(chǎn)生液相量增加，形成次生Fe₃O₄再結(jié)晶，F(xiàn)eO 含量升高，降低球團(tuán)礦的還原性^［3］。

2． 3 工藝參數(shù)控制

工藝參數(shù)控制對(duì)改善球團(tuán)礦還原性同樣重要，但生產(chǎn)過程中設(shè)備、人為操作等因素會(huì)影響參數(shù)的穩(wěn)定性。具體因素如下:

( 1) 干燥機(jī)采用高爐常壓煤氣，煤氣壓力波動(dòng)、干燥機(jī)溫度波動(dòng)，會(huì)影響到干燥機(jī)的干燥效果，造成干燥機(jī)出口精粉水分波動(dòng)大。

( 2) 精粉水分波動(dòng)和粘結(jié)劑吸水快、吸水量大的特點(diǎn)^［4］，只在造球盤加水，無法滿足粘結(jié)劑的需求，導(dǎo)致生球質(zhì)量差。造成造球操作難度大，生球粒級(jí)、流量波動(dòng)，影響到鏈篦機(jī)和回轉(zhuǎn)窯熱工參數(shù)控制，過程控制不穩(wěn)定。

( 3) 1#窯分為干燥一段、干燥二段、預(yù)熱段3 個(gè)升溫區(qū)間，鏈篦機(jī)內(nèi)溫度梯度不合理。

( 4) 為保證球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度，操作過程中焙燒溫度控制偏高，但不利于改善球團(tuán)礦還原性。

( 5) 受脫硫增壓風(fēng)機(jī)影響，主抽風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速受限，影響預(yù)熱段和回轉(zhuǎn)窯內(nèi)氧化氣氛，不利于降低球團(tuán)礦亞鐵含量。

3 改善球團(tuán)礦還原性的措施

3． 1 優(yōu)化球團(tuán)精粉結(jié)構(gòu)

平衡燒結(jié)和球團(tuán)精粉，球團(tuán)優(yōu)選細(xì)度高、SiO₂和硫含量低、利于成球的精粉。具體平衡條件:

( 1) 選用細(xì)度高、硫含量低的精粉精粉細(xì)度－ 200 目含量大于65%的在球團(tuán)中使用，且考慮TiO₂會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)礦粉化率高的因素，鑫新、非凡等高鈦半自熔精粉含硫低優(yōu)選球團(tuán)使用，整體平衡球團(tuán)用精粉含硫在0． 35%以下。

( 2) 優(yōu)選利于成球的精粉結(jié)合常用精粉的微觀結(jié)構(gòu)( 圖1) 和資源情況，停配造球性能不好的低鈦半自熔精粉，適當(dāng)提高高品位酸性精粉配比，保證其配比在40% 以上。不同精粉微觀結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

由圖1 可以看出，不同精粉具有如下特點(diǎn):

①高鈦半自熔精粉: 顆粒邊角圓滑或?yàn)樗倪?、六邊形、楔形、針狀，小顆粒較少，造球性能適中。

②低鈦半自熔精粉: 顆粒邊角圓滑且圓顆粒居多，四邊、六邊形大中顆粒較多，楔形、針狀、小顆粒少，造球性能( 差) 。

③研山酸性精粉: 四邊形、六邊形居多，大顆粒較少，中形顆粒較多，造球性能適中。

④研山自熔精粉: 小顆粒，楔形較多，利于成球，造球性能適中。

⑤高品位酸性精粉: 顆粒不均勻，楔形、條柱形顆粒較多，造球性能好。

⑥60 品位酸性精粉: 顆粒較細(xì)，形狀不好，大顆 粒少，造球性能適中。

( 3) 降低球團(tuán)礦SiO₂，提高M(jìn)gO 含量球團(tuán)礦SiO₂高、品位低會(huì)降低球團(tuán)礦的還原性和軟熔溫度，增大軟熔區(qū)間^［5］。因此為降低球團(tuán)礦SiO₂，提高品位，配礦結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)，優(yōu)選高品位的酸性精粉，配加含鐵有機(jī)粘結(jié)劑替代膨潤(rùn)土，停配高硅的60 酸精等。

當(dāng)?shù)氐陌胱匀劬跰gO 含量1． 6% ～ 1． 7%，其配比維持在50% ～ 60%。自然界中MgO 以碳酸鎂的形式存在，碳酸鎂分解使球團(tuán)礦的氣孔率增加，改善還原氣體的擴(kuò)散條件，同時(shí)由于MgO 與Fe₂O₃形成少量鐵酸鎂和鎂固溶到氧化鐵中，使渣相中難還原的鐵橄欖石和鈣鐵橄欖石減少，有利于改善球團(tuán)礦還原性^［6］。

3． 2 設(shè)備功能完善

針對(duì)潤(rùn)磨機(jī)、造球、布料等工序存在的問題，進(jìn)行詳細(xì)梳理，并制定了完善措施，逐步實(shí)施，進(jìn)一步提高了設(shè)備運(yùn)行效率。

( 1) 潤(rùn)磨機(jī)襯板改造

潤(rùn)磨機(jī)出料口襯板篦條堵塞主要因襯板篦條平行排列，且縫隙為矩形，精粉進(jìn)入不易排出。將原有的矩形縫隙改為等腰梯形，篦條縫隙外側(cè)寬度大于內(nèi)側(cè)，等腰梯形的上底與襯板的內(nèi)側(cè)面齊平，等腰梯形的下底與襯板的外側(cè)面齊平，梯形的上底長(zhǎng)度小于梯形下底的長(zhǎng)度。精粉或碎鋼球進(jìn)入縫隙后會(huì)順利排出，杜絕了精粉、碎鋼球堵死篦板縫隙現(xiàn)象的發(fā)生，提高了潤(rùn)磨機(jī)的處理能力。襯板篦條內(nèi)側(cè)面增加了圓弧凸臺(tái)，可以減小鋼球?qū)σr板篦條的碰撞力度，避免了襯板篦條的損壞。改造后的襯板如圖2 所示。

( 2) 改造輥篩和溜槽，完善布料功能

小球篩邊部磨損，主要是因輥的邊部有15 cm未包聚氨酯，耐磨性差，因此在輥外部全部包聚氨酯，改善耐磨性，解決輥的磨損問題。

小球篩返料堆積的原因:①下料溜子南側(cè)角度較小，易造成返料下料不暢，造成小球篩下部第1 ～ 5 根輥頂料，加劇篩輥磨損。②小球篩溜子?xùn)|西寬度較窄，使小球篩有效篩分面積縮小，造成鏈篦機(jī)東西兩側(cè)布料虧料，東西兩側(cè)鏈篦機(jī)篦板、鏈篦機(jī)側(cè)板燒損嚴(yán)重，降低鏈篦機(jī)篦床使用壽命。利用檢修機(jī)會(huì)改造小球篩下料溜子，將溜子南側(cè)角度由原55°加大至垂直90°，以解決粘料造成的積料問題。將小球篩下料溜子?xùn)|西兩側(cè)加寬300 mm，增加篩分面積，同時(shí)調(diào)整輥篩兩側(cè)擋板，消除鏈篦機(jī)東西兩側(cè)虧料。

( 3) 設(shè)計(jì)新型回轉(zhuǎn)窯燃燒器

1#窯燃燒器為四通道構(gòu)造，由外向內(nèi)排布為: 軸流風(fēng)通道、高爐煤氣通道、旋流風(fēng)通道和焦?fàn)t煤氣通道。燃燒器沒有中心風(fēng)，中心風(fēng)的主要作用是可以把火焰中心部位的負(fù)壓回流區(qū)控制在離燃燒器頭部合適的距離，防止負(fù)壓過大，高溫氣體回流造成燃燒器端部溫度過高。

設(shè)計(jì)新型燃燒器，從外向內(nèi)通道順序: 軸流風(fēng)、旋流風(fēng)、高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、中心風(fēng)。煤氣從通道按一定的擴(kuò)散角向外噴出，旋流風(fēng)與噴出的煤氣混合以高速度螺旋前進(jìn)，與高速射出的軸流風(fēng)束相遇。軸流風(fēng)束的插入進(jìn)一步增強(qiáng)了煤氣與風(fēng)的混合( 包括周圍的二次風(fēng)) ，并可調(diào)節(jié)火焰的發(fā)散程度，能按需要調(diào)節(jié)火焰的長(zhǎng)短、粗細(xì)，達(dá)到需要的火焰形狀。

中心風(fēng)促使中心部分少量回流煤氣燃燒，使燃燒更為充分，并起穩(wěn)流的作用。在燃燒器的外側(cè)增加攏焰罩，防止軸向火焰發(fā)散，起到穩(wěn)定火焰的功效。

3． 3 優(yōu)化參數(shù)控制和標(biāo)準(zhǔn)化操作

根據(jù)煤氣壓力、造球水分、熱工等參數(shù)方面存在的問題，摸索調(diào)整，改進(jìn)操作習(xí)慣，培訓(xùn)職工，提高標(biāo)準(zhǔn)化操作水平。

( 1) 根據(jù)干燥機(jī)煤氣壓力不穩(wěn)定的現(xiàn)狀，在煤氣平衡方面優(yōu)先保證干燥機(jī)煤氣用量，改造安裝煤氣加壓機(jī)，改善精粉的干燥效果，確保干燥后精粉水分( 6． 5 ± 0． 5) %。

( 2) 根據(jù)粘結(jié)劑吸水快和吸水量大的特點(diǎn)，為確保在造球前充分吸水，在潤(rùn)磨后的皮帶上安裝加水管。采用霧化噴頭，實(shí)現(xiàn)扇形全料面噴淋，保證7min 的吸水時(shí)間，入造球盤精粉水分達(dá)到7． 0%。

( 3) 小粒級(jí)的生球在焙燒過程中氧化更充分，同時(shí)在造球盤流量可以滿足的條件下，大輥篩間隙由18 mm 調(diào)整為16 mm，入鏈篦機(jī)生球粒級(jí)控制10～ 16 mm，透氣性更均勻，干燥預(yù)熱效果好轉(zhuǎn)。

( 4) 生球由干燥一段到干燥二段，升溫幅度達(dá)到500 ℃。正常內(nèi)部蒸汽通過生球毛細(xì)管擴(kuò)散到表面，升溫幅度大，生球產(chǎn)生蒸汽多，不能及時(shí)擴(kuò)散到生球表面，球內(nèi)蒸汽壓增加，易造成生球爆裂或夾層。為解決該問題，調(diào)整干燥一段、二段、預(yù)熱段隔墻開孔尺寸，降低干燥二段溫度，升溫區(qū)間更合理，避免生球的爆裂或夾層。

( 5) 氧化氣氛下磁鐵礦球團(tuán)的最佳焙燒溫度為1 250 ℃左右，應(yīng)保證足夠的保溫時(shí)間使球團(tuán)充分固結(jié)。有研究表明，隨著焙燒溫度提高，磁鐵礦球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度提高，但焙燒溫度提高到1 260 ℃以上時(shí)，抗壓強(qiáng)度提高的幅度減小。焙燒溫度較低時(shí)，球團(tuán)礦中有很多細(xì)小的Fe₂O₃晶粒，隨著焙燒溫度提高，F(xiàn)e₂O₃晶粒長(zhǎng)大并靠攏，連成整體，球團(tuán)內(nèi)部的空隙變小，還原過程產(chǎn)生的CO₂氣體不能及時(shí)擴(kuò)散，致使局部壓力增大，引起球團(tuán)膨脹產(chǎn)生裂縫^［7］。在滿足抗壓強(qiáng)度達(dá)到2 300 N 的條件下，操作中盡量降低焙燒溫度，以改善球團(tuán)礦的還原性能。通過摸索焙燒溫度和抗壓強(qiáng)度的關(guān)系，確定焙燒溫度在1 230～ 1 240 ℃為最佳。

( 6) 回轉(zhuǎn)窯燃燒器采用高爐和焦?fàn)t煤氣提供熱量。因焦?fàn)t煤氣熱值高，為避免窯內(nèi)局部高溫，穩(wěn)定焦?fàn)t煤氣流量在2 700 ～ 2 800 m³ /h，調(diào)整高爐煤氣流量控制窯內(nèi)焙燒溫度。

( 7) 在保持主抽風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變的條件下，增加環(huán)冷一段風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，降低環(huán)冷二段風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，增加窯內(nèi)空氣補(bǔ)充，進(jìn)一步改善預(yù)熱段和回轉(zhuǎn)窯的氧化氣氛。

4 實(shí)施效果

球團(tuán)原料結(jié)構(gòu)優(yōu)化、設(shè)備改造和功能完善，優(yōu)化控制參數(shù)，強(qiáng)化工藝操作等一系列措施的實(shí)施，球團(tuán)礦亞鐵降低，還原度指標(biāo)明顯提高，且抗壓強(qiáng)度可達(dá)到2 500 N，均可以滿足高爐生產(chǎn)需求，具體指標(biāo)見表3。

5 結(jié)語

原料結(jié)構(gòu)優(yōu)化、高球團(tuán)品位、控制精粉含硫量、對(duì)球團(tuán)礦的基礎(chǔ)設(shè)備功能完善是改善還原性的支柱，優(yōu)化參數(shù)和過程控制是改善球團(tuán)礦還原性的技術(shù)支撐。因此，原料、設(shè)備、技術(shù)作為球團(tuán)礦指標(biāo)提升關(guān)鍵環(huán)節(jié)，缺一不可。

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