張衛(wèi)華，劉懷路，沈洪流，魏瑞瑞，陳那港
內(nèi)容導讀：燒結(jié)配礦技術(shù)是在全面掌握鐵礦粉的常溫特性和高溫特性的基礎(chǔ)上，應用互補性原理和方法進行合理的配礦設(shè)計。本文在工業(yè)試驗中通過增加進口加拿大精粉的配比，迅速提高燒結(jié)轉(zhuǎn)鼓強度，改善燒結(jié)礦質(zhì)量。同時對降低高爐渣中氧化鎂進行技術(shù)攻關(guān)，獲得了顯著效果。
自世界上第一座高爐建立以來，高爐煉鐵始終是冶煉生鐵所使用的主要的工藝，占據(jù)著絕對的主導地位。近些年來，世界各地的學者雖然已經(jīng)開發(fā)出眾多非高爐煉鐵工藝，但在生產(chǎn)成本的經(jīng)濟性上，仍然無法與傳統(tǒng)的高爐生產(chǎn)工藝抗衡。在我國，受歷史因素及生產(chǎn)成本的影響，非高爐煉鐵工藝發(fā)展緩慢，95% 以上的生鐵仍然由高爐生產(chǎn)。在高爐生產(chǎn)中，入爐原料主要為燒結(jié)礦、球團礦及塊礦，其中燒結(jié)礦的占比普遍在 80% 以上。因此，燒結(jié)礦質(zhì)量的好壞對高爐的生產(chǎn)及順行起著決定性的作用，提高燒結(jié)礦質(zhì)量對降低生產(chǎn)成本、保障高爐順行具有重要的現(xiàn)實意義。
蕪湖新興鑄管配置兩座 1280 m3 高爐和兩臺265 m2 燒結(jié)機，2018 年燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)主要采用地方精粉+進口富粉的配礦方式，各項燒結(jié)指標一直低于行業(yè)平均水平，2019 年針對燒結(jié)礦的配礦結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化攻關(guān)，增加了進口精粉 (加拿大精粉) 的使用，在進行了多次工藝調(diào)整后，燒結(jié)各項指標獲得了大幅提升。同時，針對燒結(jié)礦質(zhì)量指標的改變，迅速對高爐布料制度、熱制度等采取相應的措施，使得高爐生產(chǎn)指標也得到快速提升。
燒結(jié)的配礦優(yōu)化
由于鐵礦粉物理化學特性及冶金性能的不同，使其在燒結(jié)特性方面存在較大的差異，燒結(jié)配礦技術(shù)就是在全面掌握鐵礦粉的常溫特性和高溫特性的基礎(chǔ)上，應用互補性原理和方法進行合理配礦設(shè)計[1-4]。而鐵礦粉的燒結(jié)性能，不僅體現(xiàn)在同化性[5-7]、液相流動性[7-12]、粘結(jié)相強度、還原性和復合鐵酸鈣產(chǎn)生能力等方面，還要綜合考慮其常溫性能：包括化學成分、物理特性 (粒度組成等)。
燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)
2018 年蕪湖新興鑄管燒結(jié)的配礦結(jié)構(gòu)為 22% 地方精粉+73% 的進口富粉+5% 內(nèi)部循環(huán)料，其中地方精粉主要使用五礦精粉，富粉主要使用 22% 的羅布河+超特、30% 的巴粗、6% 的羅伊山和 15% 左右的小料種，內(nèi)部循環(huán)料主要是鋼渣精粉和紅粉等，綜合品位平均在 56.46% 左右，但是從總體燒結(jié)效果看，轉(zhuǎn)鼓強度、固體燃耗、利用系數(shù)這三項指標都不是很理想，如表 1 及表 2 所示，毛礦的利用系數(shù)僅有 1.13 t/(m2 ·h)，轉(zhuǎn)鼓強度為 75.86%，固體燃耗凈礦達到 65.85 kg/t。
造成生產(chǎn)指標不理想的原因主要有：(1) 當時環(huán)保限產(chǎn)造成開停機較頻繁，影響了各項指標。(2) 進口富粉粒度偏大，鐵礦粉的成球性能較差。一般要求礦粉粒度組成呈雙峰分布，即 1.25~8 mm 及≤200 目部分越多越好，而 200 目~1.25 mm 及﹥8 mm粒級部分越少越好。在使用的鐵礦粉中 (表 3)，羅布河、巴西粗粉粒度>10 mm 的比例大 (羅布河達到8.5%，巴西粗粉達到 12%)，羅布河雖然燒損較高，但可提高燒結(jié)透氣性，并且其同化溫度較低，液相生成能力較好，有利于提高燒結(jié)透氣性，提高燒結(jié)產(chǎn)量，巴粗雖然燒損相對低，但粒度過大，大于10 mm 的達到 12 %，對成球不利。(3) 國內(nèi)精粉同化溫度高，一般在 1320 ℃，液相流動性指數(shù)、粘結(jié)性指數(shù)等指標不如進口富粉，雖然化學成分 (品位等) 能夠得到保證，但是在燒結(jié)礦物理指標 (轉(zhuǎn)鼓強度等) 方面助力不大[13-14]，如表 3 所示。
燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)優(yōu)化
通過表 3 對比進口精粉和國內(nèi)精粉的燒結(jié)基礎(chǔ)特性，可以看到，進口精粉燒結(jié)性能優(yōu)于國內(nèi)精粉。因此通過增加進口精粉配比，減少進口富粉配比，以達到配礦結(jié)構(gòu)互補的目的。其中進口精粉選定了加拿大精粉，這是因為加拿大精粉[12-13] 的同化溫度要低于其他精粉，如表 4 所示。同時，加拿大精粉中的 SiO2 含量也較高 (4.4% 左右)，容易產(chǎn)生液相復合鐵酸鈣，增加液相量，提高流動性。另外，由于 Fe2+的存在，容易產(chǎn)生低熔點物質(zhì)鈣鐵橄欖石，進一步增加流動性。與其他鐵礦粉相比，加拿大精粉的粒度更大，可以彌補因減少富粉導致的透氣性降低的問題，有利于生產(chǎn)。
2019 年的工業(yè)試驗按月進行，主要調(diào)整了國內(nèi)精粉和進口精粉及進口富粉的比例。進口富粉主要增減巴西粗粉的配比，進口精粉為加拿大精粉，后期增加了伊朗精粉，國內(nèi)精粉為五礦精粉，試驗數(shù)據(jù)如表 5 所示。
圖 1~圖 3 為使用加拿大精粉后燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度、燒結(jié)機利用系數(shù)及燒結(jié)固體燃耗的變化?？梢钥闯觯D(zhuǎn)鼓強度在加拿大精粉配加到 9.19% 時達到最高值 77.62%，利用系數(shù)在加拿大精粉配加到2.23% 時達到最高值 1.33 t/(m2 ·h)，固體燃耗在加拿大精粉配加到 7.71% 時達到最低值 59.2 kg/t。這主要得益于加拿大精粉的特性，相對于富粉，加拿大精粉透氣性差，但對提高燒結(jié)轉(zhuǎn)鼓強度有利。從此次工業(yè)試驗綜合來看，加拿大精粉配加到 7%~9%，進口富粉配加到 65%~70%，可以得到較為合適的燒結(jié)礦技術(shù)指標。
高爐應對攻關(guān)
攻關(guān)原因
因燒結(jié)配礦提高了加拿大精粉比例，使得燒結(jié)礦中的 SiO2 含量降低，平均 SiO2 含量在 5.15% 左右，促使高爐的渣量相對減少；同時燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強度提高，高爐爐料的透氣性獲得改善，使得高爐的指標提升，這為降低高爐渣中的鎂鋁比創(chuàng)造了有利條件。
高爐爐渣中 MgO 含量的控制，是一個重要的工藝控制點。MgO 的作用主要有兩點：(1) 降低爐渣熔化溫度，改善流動性，提高脫硫效率；(2) 當爐渣中Al2O3 增加時，增加 MgO 含量，可以降低爐渣的黏度。其機理是 MgO 與 Al2O3、SiO2 及硅酸鹽反應產(chǎn)生一系列的低熔點化合物，降低了高爐渣的黏度。但是 MgO 過高，會造成如下影響：(1) 隨著渣中 MgO 含量增加，爐渣成分向鈣鎂橄欖石方向轉(zhuǎn)變，使爐渣熔點升高，黏度增大，流動性變差。同時增加 MgO 含量會增加渣量，造成燃料消耗升高，噸鐵耗風增加，產(chǎn)量下降。(2)MgO 的價格高于氧化鈣，通過提高氧化鎂的含量，來保證四元堿度和二元堿度，成本較高。
因此，降低 MgO 的含量并使其達到合適的控制點，不但可以降低燃料消耗，也可以降低燒結(jié)礦的成本，同時結(jié)合原料質(zhì)量的改善，還可以提高高爐產(chǎn)量等經(jīng)濟指標。
攻關(guān)主要措施
(1) 裝料制度：提高礦批量，因燒結(jié)礦性能改善，燒結(jié)礦硅含量下降，渣量減少，透氣增強，可壓制邊緣，布料上增大礦角并增加外環(huán)圈數(shù)，以提高煤氣利用率。
(2) 渣制度：改變過去以二元堿度為主的控制方法，改以四元堿度控制為準，四元堿度由過去的1.03 調(diào)整到 1.0；同時下調(diào)鎂鋁比，直接降低燒結(jié)原料中的 MgO，此次目標鎂鋁比為 0.58。
(3) 熱制度：要求鐵水中 Si 含量在 0.4% 左右，以此來控制爐溫，保證高爐充沛的物理熱，防止工業(yè)試驗中爐溫過低對高爐造成影響。
攻關(guān)成果
(1) 主要控制參數(shù)如表 6 所示。
此次高爐攻關(guān)工業(yè)試驗較為理想，礦批由初期的 39.0 t 提高到 41.5 t，焦炭負荷由 4.5 提高到 4.8，鎂鋁比由 0.62 降低到 0.58，高爐運行穩(wěn)定，未發(fā)生爐溫大幅度下滑、懸料等工藝性事故。
(2) 主要指標如表 7 所示。
主要指標在此次攻關(guān)中獲得重大進步，在品位由 57.69% 下降到 57.35% 的情況下，燃料比下降了12 kg/t，利用系數(shù)上升了 0.21 t/m3，綜合比較，在燒結(jié)強度指標大幅度提升的情況下，高爐的礦批、布料角度隨之調(diào)整，同時降低了鎂鋁比，對高爐的經(jīng)濟指標提升非常有利。
結(jié)束語
(1) 加拿大精粉的配加量在 7%~9% 時，燒結(jié)礦的綜合性能最佳，但要注意加拿大精粉的粒度不能過小，200 目粒度的礦粉占比 7%~8% 最為合適。
(2) 在提高燒結(jié)經(jīng)濟指標、增加精粉比例時，推薦增加進口精粉配比，從同化溫度來看，進口精粉的性能要好于國產(chǎn)精粉，同時在實際生產(chǎn)中可以發(fā)現(xiàn)，進口精粉的指標比較穩(wěn)定。
(3) 在原料質(zhì)量得到改善時，要快速增加礦批量，加強邊緣的壓制，在高爐透氣性改善后，使高爐的煤氣利用率達到最佳。
(4) 渣制度控制方面，將四元堿度控制到 1.0，鎂鋁比降低到 0.58，此時，爐況的穩(wěn)定性較好，經(jīng)濟指標較佳。
參考文獻
[1] 姚朝權(quán), 張建良, 張亞鵬, 等. 基于天鋼鐵礦粉高溫性能的燒結(jié)優(yōu)化配礦. 燒結(jié)球團, 2015，40(2)：15
[2] 畢學工, 吳名, 周進東, 等. 優(yōu)化高爐配礦模型的開發(fā)及應用. 煉鐵, 2017，36(2)：10
[3] 張琦, 劉然, 王小艾, 等. 富礦粉燒結(jié)配礦優(yōu)化研究. 重慶大學學報, 2018，41(2)：44
[4] 許滿興. 優(yōu)化高爐煉鐵原料采購與燒結(jié)高爐配礦一體化的思路和方法. 燒結(jié)球團, 2016，41(5)：1
[5] 吳勝利, 劉宇, 杜建新, 等. 鐵礦石的燒結(jié)基礎(chǔ)特性之新概念. 北京科技大學學報, 2002，24(3)：254
[6] 吳勝利, 劉宇, 杜建新, 等. 鐵礦粉與CaO同化能力的試驗研究. 北京科技大學學報, 2002，24(3)：258
[7] Debrincat D, Loo C E, Hutchens M F. Effect of iron ore particle assimilation on sinter structure. ISIJ Int，2004，44：1308
[8] Lv X W, Bai C G, Deng Q Y, et al. Behavior of liquid phase formation during iron ores sintering. ISIJ Int，2011，51(5)：722
[9] 吳勝利, 蘇博, 齊淵洪, 等. 鐵礦粉液相流動性的主要液相生成特征因素解析. 工程科學學報, 2018，40(3)：321
[10] 王天雄, 丁成義, 呂學偉. 燒結(jié)原料理論液相量對燒結(jié)礦質(zhì)量的影響. 鋼鐵研究學報, 2016，28(9)：28
[11] 謝皓, 白晨光, 呂學偉, 等. 昆鋼鐵礦粉燒結(jié)特性試驗研究. 鋼鐵, 2010，45(2)：9
[12] 閻麗娟, 吳勝利. 加拿大卡羅爾湖精粉在寶鋼的試驗研究. 冶金工程, 2017，4(4)：221
[13] 許滿興. 進口鐵礦粉主要化學成分燒結(jié)特性與科學合理配礦// 2015年全國燒結(jié)生產(chǎn)技術(shù)研討會論文集. 南京, 2015：22
[14] 許滿興. 鐵礦粉種類、化學成分、燒結(jié)基礎(chǔ)特性與科學合理配好礦// 2015年全國燒結(jié)生產(chǎn)技術(shù)研討會論文集. 南京, 2015：35