实现铁前系统降低成本的实践

实现铁前系统降低成本的实践

简正强  杨小军

（陕钢集团龙钢公司炼铁厂）

摘要： 如何实现龙钢铁前成本的降低，是龙钢降本增效，实现控亏扭亏的关键所在。龙钢铁前系统通过高炉精料入炉以及提高烧结矿质量，采取合理的炉料结构，配用高硫煤、贫瘦煤降低配煤成本等措施并通过对多种因素对烧结矿低温还原粉化率的影响的分析，提出如何降低烧结矿低温还原粉化率保证烧结矿质量的方法。从而达到了铁前系统成本下降的目的。

关键词：铁前成本  精料  烧结工艺

1 前言

2008年全球金融危机以来，国内钢铁行业面临的生产经营环境日益严峻，全行业盈利水平低，产能过剩矛盾日益突出使企业处于更加艰难的境地，铁前系统围绕铁“成本最低”这条生命线，立足内部服务高炉，炼铁厂降低对矿石品质的要求，积极探索低成本矿冶炼技术，提高对原料的适应能力，降低生铁成本，为实现产品盈利提供成本支撑。

2 烧结矿质量对高炉炉料结构的影响

2.1优化炉料结构实施精料方针

  首先,认真贯彻精料方针,不断优化炉料结构,实现入炉“精、净、稳、匀”保证高炉精料入炉，提高炉熟料比,改善了高炉炉料结构,为高炉增产、节焦提供了物质基础。针对进厂矿石品种多而杂，烧结性能不同，为稳定烧结矿质量，做好几个方面的工作:一是要求对进厂的每种新矿粉均进行烧结杯和工业性试验，把握矿粉的烧结特性，并建立烧结性能档案，以指导烧结配矿和供应部门采购; 二是按照配矿方案中对各矿种含量的要求，严格控制进厂原料的含量，并分类存放，均匀配加，尽可能减少混匀矿堆与堆之间的波动;三是通过烧结性能分析，摸索合理的烧结矿FeO水平，来确定适宜的燃料配入量，改善烧结矿强度; 四是提高配料精度，稳定水分，针对不同的原料合理控制烧结的风量、负压、料层、厚度、机速和烧结终点；五是适当提高烧结矿中的MgO含量，以改善炉渣性能；六是二次资源利用，针对钢渣、含铁富粉、氧化铁皮、除尘灰等二次资源的不同特点，加大二次资源回收利用力度。钢渣、含铁富粉采用低流量、定节点、定时定量的配入方法，直接参与配矿;氧化铁皮品位较高，与进口铁精矿同时参与配料; 针对除尘灰粒度细、粉尘量大的特点，用装载机预混定点堆入，定时洒水，定时定量使用，较好地确保了混匀矿质量。

2.2配煤对提高烧结矿质量降低成本的作用

烧结厂应提高烧结矿质量,降低含粉率,稳定碱度,提高入炉矿品位,结合采用燃料二次分加;焦、煤混破,干基配比;点火温度自动控制,低碳厚料层等新工艺与新技术。结合长期以来的生产实践经验，确定配煤比例。在高炉稳定顺行的条件下，降低配煤成本要做好两点:一是配用高硫煤，二是配用贫瘦煤，一般情况下，高硫焦煤除硫份稍高外，其结焦性和粘结性比低硫焦煤要好，适当配加可以改善焦炭质量，特别是热态强度[3]，故用高硫焦煤肥煤分别替代一定比例的低硫焦煤、肥煤，并适当增加气煤、焦煤的配比，在有效降本的同时，对提高配合煤和稳定焦炭热态性能十分有利。对进厂高硫煤质量进行跟踪分析，并要求在煤场单独存放使用，工业分析做到进厂的每一批次均有检验结果，煤岩指标做到每列都有检验结果，通过做不同品质，多种配比结构的小焦炉实验，全面分析配加高硫煤、贫瘦煤后对焦炭质量的影响"。

2.3合理的矿种与配矿结构

炼铁厂应不断优选矿种,合理开发、经济的炉料配比,取消熔剂入炉, 减少渣铁的排放和综合治理。还应进一步优化操作,提高能源利用率,减少有害气体的排放，炼铁厂充分利用原、燃料条件改善的有利条件,不断优化操作,改进装料制度,增加正装比例,实行大批料分装。挖掘节能降耗深层潜力,提升技术层次,增加自主研发创新含量。坚持走可持续发展道路,狠抓节能降耗和综合利用,坚持全面优化,系统挖潜,把依靠科技节能作为降低成本、保护环境、提高竞争力的重要措施。

低成本矿冶炼技术是通过对各种矿石进行性价分析而建立一整套科学的配煤、配矿体系，并扎实地进行生产实践，达到降低成本的目的。

虽然铁前系统的降本增效工作能在较短时间内达到一定效果，但低成本矿冶炼是一个系统工程，如优化配矿结构，严格控制磷、砷、铬等有害杂质，细化和量化以成本日核算体系为代表的成本管理方法，以及进一步摸索高炉布料矩阵来提高高炉煤气利用率等，这些基础工作是一个长期艰巨的任务，需要我们在生产实践中不断地总结、提高。

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；鲁中、莱州地方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，确定了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。

3 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

3.1 SiO₂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。2005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，在炼铁厂北区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。

3.2 MgO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。

3.3 AI₂O₃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Al₂O₃>2％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。

3.4 R₂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。通过多次的生产实践摸索，就目前烧结配料结构，碱度控制在1.95～2.10倍之间，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。

3.5 FeO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。

3.5.1烧结矿中FeO含量的影响因素

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。

a.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。

b.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，1、2辱烧结机还设有燃料分加工艺。生产实践表明：燃料粒度、焦粉和白煤比例，分加焦粉比例也是影响FeO含量的一个因素。由于每种燃料的燃烧特性不同，对于其粒度就应有不同的要求，当原料条件有较大幅度改变后，烧结用的燃料粒度及分加焦粉比例应有不同的需求：根据原料条件变化，需确定不同的燃料分加比例，在混匀矿粒度相对较粗时，分加焦粉比例适当降低，而当原料粒度相对较细时，分加焦粉适当提高。

同时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。目前控制焦粉>3rnm部分85％，白煤>3mm部分75％以上。

通过不断的生产实践，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。下表是抽测的RDI指标与烧结矿FeO关系。

3.6 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。为提高点火温度，一、二号烧结机利用大修机会，对点火炉及保温炉进行了改造更新。新式点火炉采用新型烧嘴提高点火强度，同时增加东西两排烧嘴角度，延长了点火时间。点火温度由改造前的980℃提高到目前的1120℃以上，料面点火效果有明显改善，有力保证了烧结矿低温还原粉化指标的改善。

为保证烧结过程的均匀稳定，一方面根据生产实际情况对2#烧结机机尾后5个风箱实行自动控制，后5个风箱设定不同的温度，达到规定温度，风箱自动关闭，这样保证了风的合理利用。另一方面对不合理的工艺、设备进行改进。如增加了疏料器长度，考虑边缘效应，适当缩短了沿台车方向的宽度；对混合料槽加蒸汽工艺不断改进，大大减轻了混合料槽南北两侧的水分和料温差别较大的现象；为减少悬料、粘料次数，配料室燃料仓改造；使用新型生石灰消化器等。

3.7使用SYP烧结剂及烧结矿表面喷洒CaCl₂

SYP烧结强化剂一般占混合料总量的万分之三至万分之四，该产品对煤气化反应，燃烧反应起到一定的催化助燃作用，使煤粉的反应活性大大提高，可使烧结过程的氧化气氛增强，促进矿物组成中铁酸钙的大量生成。提高烧结矿强度，防止其低温粉化。从近两年使用SYP烧结强化剂情况，使用后烧结矿RDI-3.15指标可降低2％左右。

在进入高炉前的成品烧结矿表面喷洒CaCl₂溶液后，其表面被CaCl₂覆盖，低温时CaCl₂不分解，在烧结矿表面形成一层保护膜，减少了与还原气体的接触，所以降低了烧结矿的RDI-3.15炼铁北区目前喷洒CaCl2浓度为5％左右，烧结矿表面正常喷洒CaCl₂可降低RDI-3.157～9个百分点。

4 结语

通过优化烧结配料结构，合理控制烧结矿成分，改进不合理的工艺设备，烧结矿表面喷洒CaCl2等一系列措施，烧结矿RDl-3.15基本控制在30％以下，保证了高炉的稳定顺行，提高了煤气利用率，降低了焦比，取得了显著的经济效益。但由于混合料槽使用的是利用环冷余热回收自产的蒸汽，生产波动时蒸汽不稳定，造成混合料水分和料温的波动，影响了生产的稳定性。今后，拟把提高和稳定混合料温度作为重要课题进行研究。

参考文献：

[1]周传典，高炉炼铁生产技术手册，北京，冶金工业出版社，2002年

[2]王筱留，钢铁冶金学（炼铁部分），北京，冶金工业出版社，2000年

[3]黄晓煜，赵明等，优化配煤结构降低成本改善焦炭质量，钢铁，2000年

[4]刘琦，炼铁精料带来的问题和对策，冶金管理，2003年

[5]刘巧云，吴金钟，张风仪;重点抓好铁前系统节 能带动企业实现清洁生产;中国冶金;2001年05期