中天钢铁一烧结高碱度烧结生产实践

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中天钢铁一烧结高碱度烧结生产实践刘桐盛建华裴元东张巧玉王博文（中天钢铁集团有限公司，江苏常州 213000）摘要：中天钢铁集团550m2烧结机处于大修期间，烧结矿供应紧张，为了满足高炉供…

中天钢铁一烧结高碱度烧结生产实践
刘桐盛建华裴元东张巧玉王博文
（中天钢铁集团有限公司，江苏常州 213000）

摘要：中天钢铁集团550m²烧结机处于大修期间，烧结矿供应紧张，为了满足高炉供矿需求，将烧结矿碱度中线由2.1逐步调整到2.25。在排除因换堆而造成混匀料成分变化的条件下，随着碱度中线的逐渐上调，生石灰配比不断增加，混匀料加水量逐渐升高，烧结机上料量由285 t/h提升至300 t/h，平均内返率降低至15.76%；烧结过程中，随着碱度中线的上调，总管负压呈下降趋势，废气温度呈上升趋势；碱度中线为2.2时，碱度偏差最大，亚铁偏差最小，转鼓强度达到最大值78.2%。
关键词：碱度中线；上料量；碱度偏差；亚铁偏差；转鼓强度

Practice of sintering process with high bascity in No.1 sintering plantof Zenith steel
Liu Tong,Zhang Qiaoyu,Sheng Jianhua,Wang Bowen ,Pei Yuandong
(Zenith Steel Group Corporation ,Changzhou213000, Jiangsu)

Abstract: As the sinter machine of 550m² in Zenith in the period of overhaul, sinter supply is shortage. In order to meet the demand sinter supplyof blast furnace, the sinter basicity line gradually adjusted to 2.25 from 2.1 in ruled out due to change of blending of material composition change conditions, as the basicity of the midline gradually rise, quicklime ratio increasing, blending material water content increased, sinter machine on shoes by 285 t/h to 300 t/h, within an average return rate reduce to 15.76%; During sintering process, with the increase of basicity midline, the negative pressure of main pipe decreases and the exhaust gas temperature rises. When the middle line of alkalinity is 2.2, the alkalinity deviation is the largest, the ferrous deviation is the smallest, and the drum strength reaches the maximum value of 78.2%
Key words:alkalinity midline; The shoes; Alkalinity deviation; Ferrous deviation; Drum strength

烧结矿作为高炉入炉原料，其质量的好坏直接影响高炉炼铁的经济和技术指标^[1]。高碱度烧结搭配酸性炉料是中国高炉的普遍特色，一般炉料结构中烧结矿的比例在70%水平。一方面，近几年随着环保形势的逐步严峻，烧结面临频繁的限产管控，因此烧结矿入炉比例被迫减少，提高球团矿和块矿酸性料的比例后，为了平衡高炉渣碱度，烧结矿的碱度被迫进一步提高；另一方面，在企业的部分烧结机进行大修后，烧结矿备料的不足也会造成后续其余烧结矿碱度提高。
中天烧结有1台550m²烧结机和4台180m²烧结机，在550m²大修期间，其余烧结矿的碱度从2.1水平将逐步提高到2.25水平。前人研究表明，高碱度烧结矿适宜的碱度范围为1.8-2.1^[2]。超过这个碱度范围后，如有碱度进一步提升，可能对烧结矿的质量造成一定的影响。为了满足高炉对烧结矿产质量的需求，烧结在采取高碱度操作时，探索了一系列应对措施来保证烧结矿的产质量。本文对中天第一烧结厂180m²的高碱度烧结实践进行了总结。
1 研究方法
高碱度烧结期间碱度调整时间如表1所示，通过对不同碱度烧结矿质量以及生产工艺的对比分析，探究烧结矿的合适碱度区间。

表1 碱度中线调整情况

日期	碱度调整基准
1月1日	R中线调整到2.10
3月8日	R中线调整到2.15
3月15日	R中线调整到2.20
4月9日	R中线调整到2.25

同时考虑到碱度调整阶段使用各C型料库堆配比不同，混匀矿粉稍有不同，在碱度中线调整期间，对1-6#堆配比单、成分进行分析如下表2和表3所示。

表2 1-6#堆配比情况

堆号	高返	巴西混合粉	纽曼粉	PB粉	杨迪粉	MAC粉	烧损	水分
1#	32	19	17	12	20		4.6	5.3
2#	32	22	16		18	12
3#	32	22		16	18	12	4.7	5.2
4#	32	35	18	15			2.9	6.1
5#	32	17	18	15	18		4.4	6
6#	32	20	14	12	22		4.6	5.9

表3 1-6#堆成分情况

堆号	TFe/%	SiO₂/%	CaO/%	MgO/%	Al₂O₃/%	Zn/%	S/%	P/%
1#	59.5	5.0	3.2	0.8	2		0.029	0.074
2#	59.5	5.1	3.2	0.8	1.95		0.025	0.074
3#	59.01	5.12	3.2	0.75	1.88	0.29	0.033	0.074
4#	60.7	4.9	3.2	0.8	1.89	0.29	0.023	0.086
5#	59.5	5.1	3.2	0.8	1.92	0.29	0.022	0.079
6#	59.6	5.2	3.2	0.8	1.87	0.29	0.022	0.077

从给定的配比单以及成分测算上看，除4#堆受设备因素影响导致配比设定上矿粉品种仅为3种，二氧化硅百分比含量偏低，影响烧结过程液相生成外，其他配比单成分设定上，成分基本一致，故因配比单变化带来的波动情况不做考虑。
2 不同碱度中线条件下生产工艺参数变化
2.1 不同碱度中线条件下生石灰配比情况
本烧结厂所使用的生石灰分为两种，一种是有自己石灰窑生产的生石灰（统称自产灰），还有其他厂家提供的生石灰（统称外购灰），由于碱度中线的调整，配料过程中生石灰的配比调整比较频繁，调整过程中生石灰和燃料的配比如表4所示。

表4 烧结碱度中线调整阶段配比调整

碱度中线	调整日期	堆号	换堆时间	上料量 t/h	自产灰配比 /%	外购灰配比 /%	燃料配比 /%
R=2.10	1月1日	1#	1月8日	285	2.36	3.06	4.36
		2#	1月30日	285-290	2.68	2.85	4.38
		3#	2月21日	285-290	2.56	2.88	4.4
R=2.15	3月8日	3#	3月8日	285-290	3.03	2.87	4.06
R=2.20	3月15日	3#	3月15日	290-300	2.62	3.61	4.42
		4#	3月18日	290-300	2.14	3.92	4.36
		5#	3月26日	290-300	2.53	3.12	3.94
		6#	4月8日	295-300	1.9	3.88	3.86
R=2.25	4月9日	6#	4月9日	295-300	3.15	2.88	3.94

从碱度中线调整期间生石灰和燃料的配比来看，随着烧结矿碱度的不断提升，生石灰配比逐渐提高，燃料配比逐渐下降，另外由于4#堆配比的调整，巴西混合粉配比较高，导致烧结过程中烧结矿同化温度较高，液相生成受到一定影响，且4#堆没有配比烧结性能较好的杨迪粉，故使得燃料配比略有提高。
2.2不同碱度中线条件下烧结过程参数变化情况
随着碱度中线的不断上调，烧结过程中的总管负压逐渐下降，总管废气温度相应上升，
由于生石灰本身具有良好的亲水性和粘结性，且能够较好的改善混合料的制粒效果，提高烧结混合料透气性，为了更好的延长高温烧结时间，充分利用料层的蓄热作用，强化烧结液相生成，使烧结结晶更充分，提高烧结矿强度，烧结上采取厚料层操作方针要领，使料层保持在810mm-820mm之间。生产过程中各工艺参数变化如表5所示。

表5 烧结碱度中线调整阶段烧结参数变化情况

碱度中线	调整日期	堆号	换堆时间	总管废气温度/℃	总管负压/Kpa	返矿率 /%	一混加水量 /t/h
R=2.10	1月1日	1#	1月8日	116	13.96	18.66	14.42
		2#	1月30日	123	13.88	18.55	16.66
		3#	2月21日	125	13.79	18.59	15.41
R=2.15	3月8日	3#	3月8日	130	14.54	18.62	17.18
R=2.20	3月15日	3#	3月15日	140	13.83	18.74	20.13
		4#	3月18日	133	13.94	18.53	17.90
		5#	3月26日	145	13.12	17.11	19.32
		6#	4月8日	148	13.49	--	17.82
R=2.25	4月9日	6#	4月9日	141	13.74	15.75	23.30

从表5中可以看出，随着烧结矿碱度中线的逐步上调，总管废气温度呈现上升趋势，总管负压整体上呈下降趋势，烧结过程中料层透气性随碱度中线的升高逐渐变好，上料量逐步提升，最高上料量突破至300t/h，烧结理论返矿率呈现逐步下降趋势，碱度中线调整至2.25后，平均内返率降低至15.76%，较之前降低15.54%。另外，随着碱度中线的逐渐上调，一混加水量逐渐增加。
对碱度中线调整各时期混合料平均水分、烧结机主机机速（Hz）、料层厚度（mm）、垂直烧结速度（mm/min）进行跟踪分析，如表6所示。

表6 碱度中线调整期间各阶段工艺参数

碱度中线	调整日期	换堆时间	混合料水分/%	机速 /（Hz）	料层厚度 /（mm）	垂直烧结速度 /（mm/min）
R=2.10	1月1日	1月8日	6.79	27.47	800	24.84
		1月30日	6.76	26.15	800	23.64
		2月21日	6.76	26.14	800	23.63
R=2.15	3月8日	3月8日	6.72	27.82	800	25.15
R=2.20	3月15日	3月15日	6.59	27.65	810	25.31
		3月18日	6.64	26.94	810	24.66
		3月26日	6.70	27.54	820	25.52
		4月8日	6.66	26	820	25.85
R=2.25	4月9日	4月9日	6.86	28.63	820	26.53

混合料水分随着碱度中线的提高而不断变大，在碱度中线为2.25中线时混合料水分最高，达到6.86%；烧结料层厚度（扣除环保因素影响）随着碱度中线的上调呈现逐步升高的趋势，较之前料层升高20mm；垂直烧结速度随着碱度中线的上调逐步上升，说明高碱度烧结有利于改善烧结料层的透气性，使烧结燃烧带变窄，下移速度变快，有利于烧结过程的进行。
2.3 不同碱度中线条件下烧结矿指标变化情况
烧结碱度中线调整对烧结矿碱度稳定性、亚铁百分比含量变化均有不同程度影响。高碱度烧结条件下，因生石灰配比较大，配比达到6.03%，且生石灰质量波动（氧化钙含量波动）对烧结矿碱度带来较大影响，同时高碱度条件下烧结矿碱度稳定率受各类原辅料的二氧化硅含量波动的影响也加大。
对各碱度中线调整阶段的碱度偏差进行分析如下：
表7 碱度、亚铁偏差

碱度中线	调整日期	堆号	换堆时间	碱度偏差	亚铁偏差
R=2.10	1月1日	1#	1月8日	0.064	0.69
		2#	1月30日	0.065	0.63
		3#	2月21日	0.062	0.57
R=2.15	3月8日	3#	3月8日	0.070	0.62
R=2.20	3月15日	3#	3月15日	0.061	0.43
		4#	3月18日	0.075	0.56
		5#	3月26日	0.064	0.60
		6#	4月8日	--	--
R=2.25	4月9日	6#	4月9日	0.055	0.63

从表7中可以看出，随着碱度中线在的逐渐上调，碱度偏差呈先上升后下降的趋势，在碱度中线R=2.20时，碱度偏差最大。亚铁偏差的变化趋势呈现先下降在上升，这与高碱度条件下烧结矿能够生成更多的铁酸钙（CaO·Fe₂O₃）有关，铁橄榄石（2FeO·SiO₂）生成量相应减少，亚铁含量下降，另外，随着碱度中线往上调整，生石灰配比增加，料层透气性改善，透过料层的氧含量提高，也会促进铁酸钙（CaO·Fe₂O₃）的生成，而遏制铁橄榄石（2FeO·SiO₂）的生成，亚铁含量也会下降。
同时对烧结矿强度、全铁品位进行分析。烧结矿转鼓强度均在77.5%以上，全铁品位基本都在55%以上。如表8所示，为碱度中线各阶段转鼓、全铁品位变化情况。
表8 转鼓、全铁变化情况

碱度中线	调整日期	堆号	换堆时间	转鼓（%）	转鼓偏差	全铁品位（%）
R=2.10	1月1日	1#	1月8日	77.53	0.89	55.36
		2#	1月30日	77.71	1.08	55.11
		3#	2月21日	77.90	0.91	55.21
R=2.15	3月8日	3#	3月8日	77.73	0.83	55.2
R=2.20	3月15日	3#	3月15日	77.37	0.62	54.96
		4#	3月18日	78.20	0.79	55.21
		5#	3月26日	77.60	1.02	55.29
		6#	4月8日	--	--	--
R=2.25	4月9日	6#	4月9日	77.72	0.85	55.14

如表8所示，烧结矿全铁品位随着碱度中线的逐渐上调，整体呈现下降的趋势。烧结矿转鼓强度在碱度中线R=2.20时达到最高平均值78.20%，说在明碱度中线为R=2.20的条件下，烧结矿强度最好。随着碱度中线继续上调到R=2.25后，烧结矿全铁品位和转鼓强度开始下降，分析认为可能是在超高碱度条件下，烧结矿液相量过多，CaO比例升高，全铁含量下降，不利于发展针状铁酸钙，从而使烧结矿强度变差。
同时期的烧结燃耗数据分析，高碱度下易形成以铁酸钙为主的液相，且料层整体透气性较好，料层自动蓄热作用加强，通过燃料带入热量降低，燃料配比降低，烧结单耗（干基）下降明显。同时，高碱度烧结下，利于烧结产能发挥，综合烧结燃耗下降，如下表9所示，不同碱度、不同堆号下的燃耗（干基）。
表9 不同阶段燃耗（干基）变化

碱度中线	堆号	换堆时间	燃耗（kg/t）
R=2.10	1#	1月8日	54.24
	2#	1月30日	56.89
	3#	2月21日	56.91
R=2.15	3#	3月8日	53.75
R=2.20	3#	3月15日	54.23
	4#	3月18日	56.29
	5#	3月26日	53.86
	6#	4月8日	53.69
R=2.25	6#	4月9日	53.91

碱度中线2.10阶段，燃耗数据相对高位，达到56.91kg/t（干基），碱度中线调整至2.25后，燃耗反倒上升，主要为高碱度烧结会促进铁酸钙（CaO·Fe₂O₃）的生成，而遏制铁橄榄石（2FeO·SiO₂）的生成，亚铁含量也会下降，为了保持FeO保持在一定水平，调整燃料配比强化还原气氛，使得燃耗增加。碱度中线为2.20时，燃耗可达到最优值53.69kg/t（干基），较之前降低3.22kg/t。
对烧结利用系数进行统计如下：

表10 烧结机理论利用系数

碱度中线	调整日期	堆号	换堆时间	利用系数
R=2.10	1月1日	1#	1月8日	1.581
		2#	1月30日	1.583
		3#	2月21日	1.591
R=2.15	3月8日	3#	3月8日	1.619
R=2.20	3月15日	3#	3月15日	1.655
		4#	3月18日	1.622
		5#	3月26日	1.632
		6#	4月8日	--
R=2.25	4月9日	6#	4月9日	1.641

随着碱度中线的逐渐上调，烧结料层透气性增加，烧结燃烧带变窄，垂直烧结速度提高，烧结上料量增加，烧结产能得以发挥，利用系数提高。3月15日-17日三天数据样本较少，但三天产量较高，因此利用系数相对较高，从整体趋势来看，随着碱度中线的逐渐上调烧结机理论利用系数逐步升高。
3 高碱度烧结下生产操作要领
在总结中天第一烧结厂高碱度烧结实践基础上，提出高碱度烧结的生产操作要领如下：
1）从源头抓原料稳定，对C型料库下料跟踪，根据配比稳定下料，保证配比单上所需矿粉满足生产需求，保证原料成分稳定。
2）高碱度烧结下，生石灰配比较大，下料波动势必带来的是碱度波动，不利于高炉生产要求，通过对生石灰仓下料技改后，生石灰下料较之前稳定，同时生石灰仓技改运用到粉尘仓，稳定粉尘下料，避免因粉尘下料波动带来的二氧化硅波动。
3）因高碱度下，生石灰配比增加，生石灰消化时间势必延长，保证一混水温在75℃以上，适当增加混合料水分，稳定一混加水量，强化生石灰消化过程，同时，对小矿槽蒸汽流量跟踪，对圆辊下的混合料温跟踪，保证在60℃以上。
4）生石灰配比结构为部分自产会加部分外购灰，在满足供应情况下，尽量稳定自产灰配比，减少因配比调整带来的影响。
4 结论
（1）中天一烧结碱度从2.1逐步提升到2.25后，生石灰配比从5.42%增加到7.03%，料层透气性改善，配合厚料层烧结，有效利用料层自动蓄热作用，烧结燃料配比从4.4%下降到3.9%水平，内返矿从18.66%降低到15.75%，烧结固体燃耗从56.91kg/t降到53.91kg/（干基）。
（2）高碱度烧结条件下，混合料水分呈现小幅度升高，主要是高配比的生石灰消化后形成Ca(OH)₂胶状体需要水分，该胶体增强混合料混匀制粒效果、改善了料层透气性，使烧结总管负压下降，总管废气温度上升，垂直烧结速度提升，烧结产能得到发挥，烧结利用系数提高。
（3）碱度中线为2.20时，碱度偏差最高，亚铁偏差最低，碱度与亚铁呈现非线性负相关关系；碱度超过2.2后，烧结矿全铁品位相对低，且因液相成分和矿相结构可能发生变化，使烧结矿强度降低，建议后续高碱度烧结不超过2.2。
参考文献
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