低硅烧结矿转鼓强度的研究分析

低硅烧结矿转鼓强度的研究分析

杨继武

（陕西龙门钢铁有限责任公司  韩城 715405）

摘  要：本文主要论述了厚料层烧结时烧结矿转鼓影响因素及解决办法，促进烧结矿转鼓逐步提升。

关键词：烧结矿、转鼓、提升

Study and analysis of rotary drum strength of low silicon sinter

Yang Jiwu

（Shaanxi Longmen iron and Steel Co., Ltd.，Hancheng 715405，China）

Abstract：This paper mainly discusses the influence factors and solutions of the sinter drum when the thick layer is sinter, and promotes the gradual lifting of the sinter drum.

Key words：Sinter, drum, lifting

1 前言

影响烧结矿转鼓强度的因素繁多。分析烧结生产过程, 影响该技术质量指标的最基本因素包括: 原燃料的品种、料层厚度、机速,、垂直烧结速度 、生产率、混合料水分、燃料粒度和配比、点火温度和强度、压料厚度、生产稳定性等。而精料是高炉炼铁生产的重要方针，高铁低硅能改善烧结矿的冶金性能，减少高炉冶炼过程中产生的渣量，减薄软熔层，提高滴落带的透气性，因而有利于高炉顺行、降低渣比和增铁节焦。同时，减少渣量还有利于增加高炉的喷煤量。但是，随着烧结矿二氧化硅的降低，烧结矿强度开始下降，烧结生产率降低以及低温还原粉化指标变差，高炉入炉粉末增加，减弱了品位提高给高炉冶炼带来的强化作用。如何在低硅烧结条件下获得高强度烧结矿成为烧结生产的一项重要课题。为此，在现有的原料条件下，根据烧结生产特点，认真分析了烧结矿碱度、原料成分、料层厚度、混合料水分和配碳量以及烧结矿矿物组成与结构对烧结矿质量的影响，及时合理配矿及应当采取的适宜工艺操作参数进行了改进调整，采取了适应高铁低硅烧结的技术措施，提高烧结矿中铁酸钙粘结相的生成数量，以提高烧结矿强度。

2 存在问题及分析

随着烧结矿中二氧化硅的质量分数降低，烧结过程的液相生成量减少，烧结矿强度下降，烧结生产率降低以及低温还原粉化指标变差，高炉生产指标下降。针对这一问题，如何在低硅烧结条件下增加粘结相的数量成为提高烧结矿强度的中心任务。烧结理论的研究成果表明，影响烧结矿转鼓指数的主要因素是针状铁酸钙(SF)或复合铁酸钙（SFCA）的生成数量。而影响针状铁酸钙或复合铁酸钙生成数量的主要因素有碱度和矿物组成，SiO2、MgO和Al2O3等化学成分，配碳量，配矿及反应性，料层厚度等工艺操作参数。

2.1 碱度和矿物组成的影响

碱度和矿物组成是影响烧结矿强度的基本影响因素。高碱度烧结矿的矿物相是以铁酸钙为主，自熔性烧结矿的矿物相是以橄榄石为主的。随碱度提高，铁酸钙（SFCA）含量明显增加，烧结矿的强度得到改善。因此，高碱度烧结矿的强度明显得到提高。

2.2 SiO2、MgO和Al2O3含量的影响

SiO2是烧结过程形成硅酸盐粘结相的基础，硅酸盐化合物在烧结过程中是常见的液相之一，尤其烧结非熔剂性烧结矿时，主要依靠硅酸盐固结。随着烧结料中SiO2质量分数的降低，烧结中的液相量减少，当（SiO2）＜5％时，液相量不足。烧结研究和生产实践表明，低品位、高二氧化硅原料适宜于生产低碱度烧结矿，高品位、低二氧化硅原料适宜于生产高碱度烧结矿。在低硅条件下，应提高碱度来发展铁酸钙系粘结相，改善烧结矿强度和还原性。

烧结矿中含有一定的MgO有利于改善高炉炉渣的流动性和提高脱硫能力，同时可改善烧结矿强度、低温还原粉化性能和软熔性能。含MgO的硅酸盐液相粘度大，因而烧结矿呈中小气孔结构，气孔表面积大。高MgO烧结矿游离氧化钙含量少，可提高贮存强度。但MgO含量高后，烧结矿中赤铁矿量减少、镁磁铁矿增加，会降低烧结矿中铁酸钙的含量，从而不利于烧结矿的冷强度，故MgO含量过高会降低烧结矿的转鼓指数。烧结矿中含有一定量的Al2O3有利于四元系针状交织结构的铁酸钙（SFCA）的形成，可提高烧结矿的强度；Al2O3含量太高时，有助于玻璃质的形成，使烧结矿强度和低温还原粉化性能变坏。有关研究表明，Al2O3可改变“初熔”相的物理化学特性，从而在烧结过程中影响相变与聚变反应，最终导致烧结矿生成一种独特的不规则孔隙结构，进而影响烧结矿的冶金性能。因此，控制烧结矿的MgO、Al2O3含量，是获得高强度烧结矿的重要条件。

2.3 配碳量和Fe0的影响

烧结混合料的碳含量对烧结过程的变化起着非常重要的作用。配碳量高，烧结矿中Fe0含量高。对自熔性烧结矿而言，Fe0呈固熔状态存在，烧结矿的强度随Fe0含量增加而升高，但还原性和软熔性能会明显变差。对高碱度烧结矿而言，强度与Fe0含量不直接相关，一般随Fe0升高（配碳量增加），会造成Fe203分解为Fe304+ Fe0使得矿物组成中(Fe304)增加，铁酸钙含量降低，从而造成烧结矿的强度下降。同时高温型烧结得到的铁酸钙往往不是针状铁酸钙，而是柱状甚至块状铁酸钙，烧结矿在冷却过程中会产生大量的裂纹，造成粉化和还原强度降低。因而高碱度烧结时，配碳量不宜过高。

2.4 料层厚度的影响

料层厚度对烧结过程热利用及烧结矿成品率的影响是突出的。料层太厚，料层阻力加大，水汽冷凝现象加剧，容易导致料层透气性变坏，从而降低垂直烧结速度。薄料层烧结是可以提高烧结速度和机速。但是因为强度差的表层烧结矿相对增加，成品率必然下降。因此，适宜的料层高度应该根据优质、高产的原则统一考虑。料层厚度高低影响烧结过程自动蓄热强弱、高温保持时间、垂直烧结速度和气氛性质，影响烧结成矿过程，从而决定成品矿的质量。随着料层厚度增加，热利用变好，高温保持时间延长，氧化性气氛增强，有利于铁酸钙粘结相的发展，提高烧结矿的强度和成品率。

2.5 混合料水分的影响

混合料水分是烧结过程中十分活跃的因素，它直接影响FeO含量和固体燃耗的变化，同时又影响烧结矿强度和粒度组成等指标，合适的混合料水份随料层厚度增加是下降的。合理控制混合料水分，是获得低FeO高强度烧结矿的一个重要因素。

3 提高烧结矿强度的技术措施

3.1 优化配矿，改善烧结原料结构

配用合适比例的进口粉矿，可改善混合料的原始粒度组成，增加成球核心，提高料层透气性，为低碳厚料层烧结创造条件，有利于烧结技术经济指标的改善。近年来，不断进行配加进口粉矿(印度粉矿、澳粉、南非粉矿、巴西粉矿)的生产实践，配用较多的是澳粉、南非粉和印度粉。由于印度矿单烧性能差、品位低、SiO2高，南非粉或澳大利亚纽曼山粉矿单烧性好、品位较高、SiO2低，二者合理搭配后烧结矿产、质量指标较好。生产实践表明，增加优质进口粉矿的配加比例对提高烧结矿产量和强度等指标意义重大。

3.2 提高烧结矿碱度

生产实践和理论研究表明：烧结矿的碱度不同，其矿物组成不同，随着烧结矿碱度的提高，液相生成量增加，尤其是铁酸钙(SFCA)数量增加，烧结矿的宏观结构也随之由自熔性的多孔薄壁结构向高碱度的大孔厚壁结构转变，促进烧结矿强度、还原性及低温还原粉化性能的改善。我厂烧结矿SiO2降到5.2%左右时，碱度提高到2.05，转鼓指数均在81%以上，成品率和利用系数也都明显提高。因此，提高烧结矿碱度是改善低硅烧结矿强度的有效措施之一。

3.3 采用厚料层烧结

实践证明，要实现低FeO、高还原性和高强度的要求，就必须采取厚料层。提高料层可增强烧结过程的自动蓄热作用，降低烧结固体燃耗。同时由于料层提高，高温保持时间延长，垂直烧结速度减慢和氧化性气氛增强，有利于铁酸钙粘结相的发展，烧结过程反应充分，提高烧结矿强度和成品率。在现有原料条件下，当料层厚度从750mm提高到770mm，固体燃耗从72.3 kg/t降低到69.5kg/t，返矿率下降1.82%，FeO降低0.4%，转鼓指数提高0.9%。由于料层提高后垂直烧结速度降低，利用系数略有下降，故一般将料层厚度控制在750～770mm，在提高烧结矿强度的同时保证较高的生产率。

3.4 控制合适的MgO和Al2O3含量

在烧结矿中含有一定量的MgO可改善烧结矿的高温性能，提高烧结矿的热稳定性和还原强度。MgO可以固溶于磁铁矿中，起到稳定Fe3O4，抑制Fe2O3形成的作用，因而抑制低温还原时发生晶型转变造成烧结矿粉化，从而大大改善了烧结矿的低温粉化性能。但随着烧结矿中MgO含量的增加，降低了烧结矿的含铁品位。同时，由于MgO是高熔点物质，其化合物的熔化温度也很高，为了维持必要的粘结相，需要增加燃料配加量，燃烧带变宽，料层透气性下降，产量降低。在烧结过程中，MgO部分固溶于磁铁矿形成镁磁铁矿，会降低烧结矿中铁酸钙的含量，从而不利于烧结矿的冷强度，降低烧结矿的转鼓指数。有关研究表明：对以细磁铁精矿为主的低硅烧结而言，当烧结矿中MgO含量从1.6%增加到2.1%时， 烧结机运行速度从1.92 m /min减慢到1.78 m /min，利用系数从1.28t/(m2·h)降低到1.19t/(m2·h)。我厂根据原料条件进行合理配矿，控制MgO含量不超过2.0%。一定的铝硅比(Al2O3/SiO2)=0.1～0.2是烧结过程形成复合针状铁酸钙的必要条件。Al2O3属于高熔点物质(2042℃），在烧结矿中的含量应低于1.8%，否则会降低烧结矿的冷强度，恶化烧结矿的还原粉化指数。在高炉渣中，Al2O3 应控制在13%～15%，超过此值，会降低炉渣的流动性和脱硫能力。

3.5 控制熔剂和燃料的粒度

烧结生产中熔剂和燃料粒度过粗时，会造成粒度偏析，使烧结过程不均匀，造成烧结矿强度和粒度组成不均匀，要求熔剂和燃料的粒度＜3mm的应达到85%以上。当熔剂粒度偏大时，烧结矿中白点多，在冷却过程中吸水消化膨胀，造成自然粉化。燃料的粒度不能过粗，也不能过细，否则会降低烧结矿的强度和成品率。对于反应性强的无烟煤粉，其最佳粒度范围可适当放宽，控制其粒度<3mm的应达到70%以上。

3.6 强化岗位标准化操作

严格贯彻“精心备料，减少漏风，稳定水碳，厚料低碳，铺平烧透，烧好返矿”的烧结生产操作方针，推行低碳、低水、厚料层操作。通过加强工艺纪律检查与考核，强化了对配料、混料、烧结等关键工序的操作。

在配料工序，加强配料系统的校验与调整，提高配比准确性。稳定生石灰的下料和准确性。

在混料工序，强化加水操作，提高混合料料流和水分的稳定性，一次混合水分控制在(7.5±0.3)%，二次混合加好蒸汽预热系统，并根据原料变化作相应的调整，配用富矿粉则适当增加水量，控制混合料粒度组成3～10mm在70%以上，提高料层透气性，为烧结矿强度和生产率的提高提供条件。

在烧结工序中，将烧结点火温度控制在1000℃～1100℃，配碳量在3.8%～4.2%，料层厚度控制在750～770mm，实现低温低负压点火，结合偏析布料技术和料面平料压料技术，强化布料操作，调整松料和压料强度，从而较好地实现了烧结料层横向和纵向的均匀烧结。加强烧结终点控制，强化烧结过程，改善强度高、还原性好的铁酸钙体系的生成条件，促进铁酸钙的大量生成，提高烧结矿产、质量。

4 生产效果

通过采取优化配矿、提高烧结矿碱度、控制MgO和Al2O3含量等措施,使低硅烧结矿强度得到提高,满足了高炉生产的需要。

1)优化配矿、改善烧结原料结构是降低烧结矿SiO2含量及提高烧结矿品位和强度的重要手段。

2)提高烧结矿碱度和采取厚料层烧结是改善烧结矿强度的有效措施。

3)控制烧结矿中合适的MgO、Al2O3质量分数，是获得高强度烧结矿的重要条件。

参考文献

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[3] 朱贺民.烧结矿碱度、SiO₂和MgO含量对烧结冶金性能的影响[J].钢铁研究.2006年04期.