不同进口矿粉的烧结特性研究与生产实践

不同进口矿粉的烧结特性研究与生产实践

  李洪革1  宋文武2  魏国友2

(1．北京科技大学  2．首钢矿业公司)

摘要  在进行各种进口粉烧结特性研究的基础上，进行了不同进口粉配矿的优化试验，根据优化试验结果，指导烧结生产，不仅保证了烧结矿质量的稳定，还实现了烧结生产效益的最大化。

关键词  进口矿粉  试验研究  生产实践

l  前  言

         质量稳定的烧结矿是保证高炉生产优质低耗的基础，但自2003年以来，由于矿粉市场变化，矿粉价格不断攀升，首钢矿业公司烧结厂开始大量使用不同品种的进口粉，来替代地方矿粉，确保烧结矿成本的降低。但由于各种进口粉理化性能和烧结特性不同，给烧结矿质量的稳定控制和生产带来不同程度的影响，需通过大量的烧结试验和生产实践，总结摸索各种矿物在烧结过程中的操作规律，在保证烧结矿质量的前提下，实现不同矿物的优化组合，达到烧结生产优质、低耗、高效的目标。

2  进口矿粉的特性分析

         自2004年开始，首钢矿业公司烧结厂开始逐渐增加进口矿粉配比，而且，进口粉的品种也逐渐增多，褐铁矿比例也逐渐提高。

2．1进口粉化学成分分析

         进口粉主要来源于澳大利亚和巴西，进口矿粉化学成分见表l。

    从进口粉的化学成分可以看出，进口粉中P、S等有害杂质均较低。从进口粉单烧品位可以看出，除马萨杰单烧品位较低外，其他各种矿粉的单烧品位基本在60％以上。有利于生产优质的烧结矿。

    产自巴西的各种矿粉属于典型的赤铁矿，烧损较低，SiO₂含量在进口粉中均处于较低的水平，因此，有“绿色矿石”之称，配加巴西矿粉有利于提高烧结矿品位，提高高炉利用系数，降低高炉焦比。

    在产自澳大利亚的澳粉、麦克粉、西安吉拉斯粉、扬地粉和马萨杰粉中，矿物性质除澳粉以赤铁矿为主以外，其他各种矿粉均以褐铁矿为主，其中、麦克粉和西安吉拉斯粉的矿物性质基本相似，主要由60％的褐铁矿和40％左右的赤铁矿构成，属于中度烧损的褐铁矿，而马萨杰粉和扬迪粉褐铁矿比例达到90％左右，属于高度烧损的褐铁矿。A1₂O₃含量较高是澳大利亚的各种矿粉的普遍特征，因此，烧结大比例配加澳粉将会造成高炉炉渣A1₂O₃含量上升，降低高炉炉渣的流动性，造成高炉焦比上升。

2．2各种矿物的粒度组成

    从表2可以看出，马萨杰和扬迪粉2种进口矿粉粒度最粗，巴西精粉、麦克粉和安吉拉斯粉3种进口矿粉粒度最细，而澳粉、巴西烧结粉和巴卡粉3种进口矿粉粒度居中。

2．3进口粉烧结基础特性试验研究

2．3．1进口粉最低同化温度

    由图l可以看出，赤铁矿因矿物致密，矿石同化能力较弱，而褐铁矿(如扬迪粉、马萨杰粉)因含不同程度的结晶水，气孔率较大，有利于CaO的扩散，同化性能较好，有利于产生更多的复合铁酸钙。

2．3．2进口粉液相流动性指数与碱度的关系

    烧结生产过程是在非均质条件下进行的，研究不同进口粉在不同碱度下的液相流动性，有利于分析进口粉在烧结过程中的行为。根据进口粉在不同碱度条件下的液相流动性可以看出：由于扬迪粉A1₂O₃含量较低，烧损又较大，因此，与其他进口粉相比，具有非常良好的液相流动性，并随着碱度的提高，液相流动性进一步好转。而巴西烧结粉、巴西卡拉加斯粉和巴西精粉液相流动性较差，几乎不受碱度变化影响。澳粉、麦克粉和西安吉拉斯粉液相流动性比较相近，随着碱度的提高，液相流动性呈现好转的趋势，但澳粉和麦克粉随着碱度的提高，液相流动性略好于西安吉拉斯粉。

2．3．3进口粉液相流动性指数与温度的关系

    由图3可以看出，各种进口粉液相流动性指数随着温度的提高而提高，但随着温度的升高，各种进口粉液相流动性指数变化幅度差异却较大。巴西各种矿物液相流动性指数随温度变化幅度较小，而扬迪粉和澳粉液相流动性随温度的提高上升幅度较大。配加一定的扬迪粉有利于在低温条件下将各种难熔矿物粘结在一起。
3 不同进口粉的试验研究

3．1  以西安吉拉斯粉代替澳粉的试验情况

    为摸索西安吉拉斯粉烧结特性，掌握西安吉拉斯粉烧结操作规律，分别进行了l 5％的西安吉拉斯粉代替澳粉进行实验室试验和工业试验。

    实验室试验情况：以全部磁铁矿粉进行烧结杯试验作为试验的基准期，以l0％、15％的西安吉拉斯粉代替澳粉，其它金属料全部采用自产磁铁矿粉，烧结矿碱度按照1．80倍进行控制，白灰配比控制在4％。

    根据西安吉拉斯代替磁铁矿粉进行烧结杯试验可以看出，混合料装杯重量逐渐下降，这与西安吉拉斯粉多孔状的矿物结构有直接的关系。以不同配比的西安吉拉斯粉代替民粉，烧结利用系数明显降低，但全系数变化幅度较小，由此可以看出，西安吉拉斯粉属于“不好烧但容易冷却”的矿粉；以西安吉拉斯粉代替磁铁矿粉，烧结成品率呈现递减趋势，而烧结燃料消耗呈现逐步上升趋势。

    工业试验情况：工业试验以磁铁矿粉+15％的澳粉作为基准期，工业试验分别以15％、20％的西安吉拉斯粉代替澳粉，白灰配比控制在4％，烧结矿碱度按照1．80倍进行控制。

    针对西安吉拉斯粉孔隙率大的矿物特性，混合造球过程需吸收较多的水分，为此，试验期间适当提高了混合料水分。从表4中数据看出，虽然西安吉拉斯粉比澳粉粒度细，但通过提高混合料水分，混合料造球效果反而有所改善。
   利用系数变化与燃料消耗变化趋势与实验室试验相同。工业试验期间，由于西安吉拉斯粉供应问题，20％配比的西安吉拉斯粉工业试验仅进行60小时，因此，20％配比的西安吉拉斯粉工业试验数据代表性存在一定的局限性。
    工业试验过程中，通过适当提高混合料水分和混合料碳含量，烧结矿转鼓强度得到保持，但返矿率略有上升，烧结矿小于5mm含量明显上升，这与褐铁矿烧结特点有直接关系，随着褐铁矿比例的增加，烧结矿结构呈现薄壁大孔状，导致烧结矿平均粒径呈现不同程度的下降。

3．2  以扬迪粉代替澳粉试验情况

    试验以不同配比的扬迪粉代替澳粉进行对比分析。
 

    通过烧结杯试验可以看出，在扬迪粉配比在10％以内，由于扬迪粉A1₂O₃％含量较低，液相流动性较好，烧结时间和冷却时间均呈现不同程度的缩短，烧结利用系数得到提高，扬迪粉配比超过15％以后，利用系数略有下降，主要是燃烧带变厚，烧结阻力增大原因所致。
    根据烧结矿成品粒度筛析结果可以看出，扬迪粉与其它褐铁矿呈现明显不同，以不同比例的扬迪粉代替澳粉进行烧结，烧结矿成品粒度组成未发生显著的变化。扬迪粉虽然也是褐铁矿，但与其它褐铁矿不同，这与扬迪粉特殊的烧结特性有直接关系。

4  针对不同性质的进口矿粉配加量采取的措施

4．1根据不同性质的进口矿粉配比，混合料水分分阶段进行控制

    不同进口粉的特性不同，各种矿物的吸水性也呈现明显的差异。各种褐铁矿具有不同的孔隙度，而矿物的通孔与半通孔形状决定了矿物的成球性，对混合料的粒度组成影响较大，直接对烧结生产效率产生较大的影响。因此，首钢矿业公司烧结厂在生产实践中，针对不同矿物的性质和配比，结合工艺流程的特点，采取了混合料在配料室提前润湿，一混加足水，二混补充水的措施，其中，配料室加水量占混合料总加水量的20％以上，而二混加水量仅占总加水量的5％左右，从而，改善混合料制粒的效果。

4．2根据进口粉烧结基础特性进行优化配矿

    根据进口粉最低同化温度和液相流动性特性，可以看出，要保持烧结良好的生产效率和烧结矿质量，需要根据进口粉的烧结特性进行合理的搭配。在生产过程中，配加难熔的巴西精粉、巴卡粉和巴西烧结粉烧结，适宜与扬迪粉进行搭配，以克服烧结矿液相量的不足。

    近几年，根据矿业公司进口粉品种多，矿物性质差异大的矛盾，矿业公司组织了进口粉烧结基础特性分析和大量优化配矿试验研究，根据赤铁矿粉烧结“好烧不好冷”和褐铁矿粉“好冷不好烧”特点，结合机上冷却生产工艺特点，采取配加磁铁精矿粉为基础，配加赤铁矿粉为主，褐铁矿粉为辅的配矿结构，较好保证了烧结效率和烧结矿质量。

4．3合理控制烧结矿铝硅比

    随着进口矿粉配比的提高，烧结矿品位得到有效提高，但烧结矿SiO₂含量逐渐下降，Al₂O₃含量上升。为确保烧结矿强度的稳定，在日常生产过程中，通过调整不同进口粉配比结构，少量配加产自巴西的各种矿粉的措施，烧结矿SiO₂稳定控制在5．1～5．5％之间，烧结矿A1₂O₃含量稳定控制在1．70％以下，满足烧结过程形成复合铁酸钙的必要条件，保证烧结矿矿相结构的稳定。

4．4合理控制混合料含碳量和烧结料层厚度

    生产实践证明，随着褐铁矿粉比例的提高，烧结混合料中颗粒料比例增大，烧结料层透气性改善，为提高料层厚度创造了条件，并针对褐铁矿烧结特点，采取加大混合料堆密度的措施，缓解了烧结矿粉末增多和生产效率下降的问题。

    混合料中所含的碳是烧结矿的主要能源，在生产实践过程中，应结合各种矿物同化性和液相流动性随温度的变化，对含碳量进行合理调整，否则将严重影响烧结效率和烧结矿质量。

4．5提高白灰配比

    褐铁矿煅烧过程中，大部分水分是以液体形式去除，随着进口粉中褐铁矿比例的提高，混合料水分增加，在烧结过程中容易产生较厚的过湿带，严重影响烧结生产效率。而白灰具有较强的分散性和较大的湿容量，提高白灰配比，有利于减少过湿带的厚度。同时，由于煅烧后的褐铁矿孔隙度较大，增加了与白灰的反应面积，提高了同化反应速度，促进复合铁酸钙的形成，改善烧结矿矿相结构。
5  取得的效果

5．1烧结矿质量得到稳定控制

    2004年以来，随着不同品种的褐铁矿比例的不断提高，通过有效的保质措施措施，烧结矿质量得到稳定提高，烧结矿转鼓指数得到稳定控制(见图6)，返矿率呈现下降趋势(见图7)，有效消除了褐铁矿烧结对烧结矿质量控制带来的不利影响。

5．2烧结利用系数和燃料消耗

    随着进口粉比例的增加，改善了烧结混合料的透气性，烧结利用系数呈现明显的上升趋势(见图8)。

    通过实验证明，随着褐铁矿配加比例的增大，燃料消耗呈现上升趋势。但在实际生产过程中，通过采取一定的技术措施，如增加白灰配比，提高料层厚度，回收高炉瓦斯灰等，燃料消耗可以得到稳定控制(见图9)。
5  结  语

    1)由于进口粉理化成分不同，烧结基础特性差异较大，应用进口粉烧结需进行烧结基础特性试验研究，以摸索各种矿物的烧结性质差异。

    2)要保持良好的烧结生产效率和烧结矿质量，进行优化配矿试验，掌握不同矿物在烧结过程和冷却过程中的变化规律。

    3)根据不同进口粉烧结特点，需采取适当的技术措施，结合本单位工艺技术特点，能够达到高效、优质、低耗的生产目标。

参考文献

l  许满兴，冯根生．改善烧结矿强度和粒度组成的理论与实践

2  吴胜利，刘字．铁矿粉烧结液相流动性的实验研究

3  李艳茹，周明顺．褐铁矿用于烧结的试验研究．烧结球团，2005，30(1)

4  傅菊英，姜涛，朱德庆．烧结球团学

5  吴胜利，陈辉．北京理工大学．铁矿石烧结孔隙宰和谐和度