大比例粉礦燒結(jié)試驗研究

程國彪 高丙寅 張紅麗

(安陽鋼鐵股份有限公司)

大比例粉礦燒結(jié)試驗研究

程國彪 高丙寅 張紅麗

(安陽鋼鐵股份有限公司)

介紹安鋼采用燒結(jié)杯作為實驗手段,研究了不同高比例粉礦對燒結(jié)技術(shù)指標的影響,給出了為維持燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量所采用的工藝參數(shù)、操作參數(shù)、生石灰配比等的相應(yīng)調(diào)整方法。

燒結(jié)粉礦 熔劑 試驗研究

0 前言

近幾年來,安鋼燒結(jié)生產(chǎn)使用鐵礦粉中精礦和進口粉礦的比例一直控制在 1∶1左右,即在燒結(jié)生產(chǎn)的配料比例中各占 35%左右 (其它為返礦、回收料、各種熔劑和燃料)。該精礦和粉礦的配用比例,有利于燒結(jié)生產(chǎn)工藝控制和燒結(jié)礦產(chǎn)品質(zhì)量尤其是燒結(jié)礦強度的控制。2008年來,受世界金融危機的影響,國內(nèi)、外鋼鐵市場急劇變化,經(jīng)營形勢異常嚴峻。為了應(yīng)對金融危機對我公司鋼鐵生產(chǎn)經(jīng)營的影響,2009年度,公司提出了“低成本運行”的生產(chǎn)經(jīng)營指導(dǎo)方針。在燒結(jié)礦成本中,鐵原料成本占 85%～90%,因此,降低鐵料成本就成為燒結(jié)生產(chǎn)“低成本運行”的關(guān)鍵。就當前鐵礦粉市場的供應(yīng)情況看,進口粉礦較國內(nèi)精礦在價格及性價比上具有一定的優(yōu)勢。從這個意義上講,降低國內(nèi)精礦配比,提高進口粉礦配用比例,即可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化降低燒結(jié)礦成本。為此,安鋼燒結(jié)廠和公司鐵前組共同研究,結(jié)合安鋼可供利用的國內(nèi)、國外鐵礦粉市場資源,制定了大比例增加進口粉礦的燒結(jié)生產(chǎn)“低成本運行”原料結(jié)構(gòu)方案。進口粉礦配用比例增加后,將會對燒結(jié)生產(chǎn)及燒結(jié)礦強度帶來不同程度的影響。為了保證“低成本運行”原料結(jié)構(gòu)下燒結(jié)生產(chǎn)及燒結(jié)礦質(zhì)量的穩(wěn)定,2008年 12月～2009年 2月,在公司技術(shù)中心的大力支持下,進行了大比例配用粉礦的燒結(jié)試驗研究。

1 試驗用原、燃料條件

試驗用原、燃料均取自燒結(jié)生產(chǎn)現(xiàn)場。其主要物理、化學成分見表 1。

表1 燒結(jié)試驗用原、燃料物理化學成分 ω%

2 試驗方案

2.1 試驗原料結(jié)構(gòu)

試驗以 2008年燒結(jié)生產(chǎn)實際用原料結(jié)構(gòu)為基準,即粉礦配比量 35%,精礦配比量 34%(粉礦、精礦配量之比為 51%∶49%)。石灰石粉配比為4.50%。在此基礎(chǔ)上,依據(jù) 2009年安鋼鐵礦粉采購總體計劃,結(jié)合 2008年度礦粉庫存,逐步增加粉礦配用比例,確定三組試驗配料結(jié)構(gòu)方案,見表 2。

2.2 試驗內(nèi)容及目標

以表 2中四組試驗原料結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),通過工藝參數(shù) (混合料水、碳配量,抽風負壓等)優(yōu)化、熔劑結(jié)構(gòu)優(yōu)化等措施,達到穩(wěn)定和改善燒結(jié)礦強度的目的,使“低成本運行”下的原料結(jié)構(gòu)生產(chǎn)及燒結(jié)礦產(chǎn)品質(zhì)量水平滿足煉鐵高爐冶煉需求。

表2 燒結(jié)試驗原料結(jié)構(gòu)方案

由于進口粉礦 Al2O3含量較高,粉礦配比增加后的試驗,燒結(jié)礦 MgO控制水平由 1.85%增加到2.00%。這一點,會對燒結(jié)礦強度及粒度組成造成一定的不利影響。

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 試驗結(jié)果

燒結(jié)杯試驗工藝技術(shù)、質(zhì)量指標和燒結(jié)礦化學成分見表 3、表 4。

表3 燒結(jié)試驗工藝技術(shù)、質(zhì)量指標

表4 燒結(jié)礦化學成分

3.2 試驗A原料結(jié)構(gòu)

試驗A原料結(jié)構(gòu)是在 2008年四季度用料結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上確定的,其粉礦配比量為 46%,其中褐鐵礦配比為 26%。

3.2.1 配用生石灰 A

配用含 CaO(82.50%)高的生石灰 A(Aa-01),燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)為 68.87%,較基準樣降低2.73%。 -5 mm粒級為 18.36%,增加 2.83%。燒結(jié)礦成品率 81.48%,降低 2.79%。受成品率降低的影響,在垂直燒結(jié)速度基本相同的情況下,利用系數(shù)由 2.35 t/m2h降至 2.09 t/m2h。若燒結(jié)礦堿度由1.98降低至 1.88(Aa-02),垂直燒結(jié)速度由20.24 mm/min降至 18.15 mm/min。主要是因堿度的降低減少了混合料中生石灰配比量,使生石灰對混合料造球的強化作用降低所致。堿度的降低弱化了混合料在燒結(jié)過程中液相的生成能力。垂直燒結(jié)速度的減小又有利于燒結(jié)礦強度的提高。二者綜合作用的結(jié)果,使燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)降低 0.2%,-5 mm粒級含量減少 2.03%,成品率增加 2.0%,燒結(jié)機利用系數(shù)降低 0.15 t/m2h。

3.2.2 配用生石灰B

配用含 CaO(70.50%)低的生石灰 B(Ab-01),將混合料配碳量增加 0.2%,燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)為 70.53%,和 Aa-01樣相比,提高了 1.66%。-5 mm和 -10 mm粒級含量為 15.58%和31.49%,也分別降低了 2.78%和 2.77%,相應(yīng)地,成品率由81.48%增加到 84.28%。主要原因是,較低品質(zhì)的生石灰對燒結(jié)混合料強化作用減小,混合料粒度組成變差,透氣性下降,垂直燒結(jié)速度由 20.24 mm/min降低到 16.88 mm/min。垂直燒結(jié)速度的降低,使燒結(jié)過程高溫保持時間延長,燒結(jié)礦強度得到改善。配碳量的增加,彌補了燒結(jié)料層上部熱量相對不足的影響,也有利于燒結(jié)礦粒度組成的改善。由于生石灰強化作用的弱化,垂直燒結(jié)速度的降低,使燒結(jié)機利用系數(shù)由 2.09t/m2h降低到了1.82 t/m2h。盡管 Ab-01試驗樣燒結(jié)礦強度大幅度改善,但與基準樣相比,燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)仍低1.07%,使用該原料結(jié)構(gòu)進行燒結(jié)生產(chǎn),燒結(jié)礦強度要低于 2008年的水平,且燒結(jié)機利用系數(shù)也會受到影響。

該原料結(jié)構(gòu)中褐鐵礦配比量較高,達 26%。這樣,一方面由于使用的褐鐵礦親水性較強,故適宜的混合料水分較基準樣高,達 8.5%左右;另一方面褐鐵礦結(jié)晶水在燒結(jié)過程中分解吸熱,混合料適宜的配碳量增加,由基準樣的 4.5%上升到 4.8%以上。

3.3 試驗 B原料結(jié)構(gòu)

試驗B原料結(jié)構(gòu)是在 2009年一季度用料結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上確定的,其粉礦配比量為 57.5%,其中褐鐵礦配比為 23.5%。

3.3.1 配用生石灰 A

配用生石灰 A(Ba-01),和基準樣相比,垂直燒結(jié)速度基本相同,燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù) 69.13%,降低2.47%,-5 mm粒級含量高達 20.51%,升高4.98%,相應(yīng)地,成品率為 80.36%,下降了 3.91%。受成品率下降的影響,利用系數(shù)降低 0.22 t/m2h。

3.3.2 配用生石灰 B

配用生石灰B,將混合料配碳量增加 0.2%且燒結(jié)礦堿度由 2.02提高到 2.15(Bb-01),垂直燒結(jié)速度降低至 17.43 mm/min,燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)達到71.33%,接近基準樣的水平。 -5 mm、-10 mm粒級含量及成品率為 14.62%、29.37%和 85.13%,均優(yōu)于基準樣。由于垂直燒結(jié)速度的降低,利用系數(shù)降低至 1.95 t/m2h,較基準樣下降 0.40 t/m2h。由于燒結(jié)礦堿度的提高,在配碳量增加的情況下,燒結(jié)礦 FeO沒有升高,反而由 8.31%降低到 7.48%。

由此可知,使用 B原料結(jié)構(gòu),適當降低垂直燒結(jié)速度、增加混合料配碳量和燒結(jié)礦堿度,燒結(jié)礦強度可以基本保持在基準樣的水平。

3.4 試驗 C原料結(jié)構(gòu)

試驗 C原料結(jié)構(gòu)是在 2009年年度用料結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上確定的,其粉礦配比量為 61%,其中褐鐵礦配比為 24%。

3.4.1 配用生石灰 A

配用生石灰 A(Ca-01)和基準樣相比,垂直燒結(jié)速度為 19.38 mm/min,降低 1.02 mm/min。燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)為 69.40%,降低 2.20%。 -5 mm粒級含量為 17.46%,升高 1.93%,相應(yīng)地,燒結(jié)礦成品率降低 1.88%。受垂直燒結(jié)速度和成品率降低的影響,利用系數(shù)由 2.35 t/m2h降低至 2.10 t/m2h。

3.4.2 配用生石灰B

配用生石灰 B,將混合料配碳量增加 0.2%,燒結(jié)礦堿度由 1.98提高到 2.06,同時,適當降低混合料水分(Cb-01),垂直燒結(jié)速度降至17.66 mm/min,燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)上升至 71.60%,與基準樣相同。-5 mm粒級含量 16.09%,較基準樣增加0.56%,而 -10 mm粒級含量為 32.68%,較基準樣下降1.75%。燒結(jié)礦成品率下降 0.82%。燒結(jié)礦 FeO略有降低。利用系數(shù)降低至 1.93 t/m2h。

由此可知,使用 C原料結(jié)構(gòu),適當降低垂直燒結(jié)速度、增加混合料配碳量和燒結(jié)礦堿度并降低混合料水分控制水平,燒結(jié)礦強度可以達到基準樣的水平。

3.5 燒結(jié)礦冶金性能

A、B、C三組原料結(jié)構(gòu)的燒結(jié)礦低溫還原粉化性能檢驗結(jié)果見表 5。

表5 燒結(jié)礦低溫還原粉化性能 %

由表 5可知,使用大比例赤鐵粉礦燒結(jié),燒結(jié)礦低溫還原粉化指數(shù)較低,RD I+3.15的最高59.20%,最低僅為 48.95%。這是由赤鐵礦粉燒結(jié)特性所決定的。要保證高爐上部透氣性,應(yīng)對燒結(jié)礦采取噴灑氯化鈣的措施。

4 工業(yè)性試驗

為了研究大比例粉礦原料結(jié)構(gòu)對燒結(jié)生產(chǎn)過程及燒結(jié)礦產(chǎn)品質(zhì)量的影響規(guī)律,驗證實驗室大比例試驗結(jié)果,探討大比例粉礦燒結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗,于 2008年 12月 30日～2009年 1月 9日在 90㎡燒結(jié)機上進行了工業(yè)性試驗。試驗采用原料結(jié)構(gòu) C,該結(jié)構(gòu)對應(yīng)到工業(yè)生產(chǎn)中粉礦比例為 53.5%。

4.1 燒結(jié)礦主要產(chǎn)品質(zhì)量指標實現(xiàn)情況

工業(yè)性試驗燒結(jié)礦主要產(chǎn)品質(zhì)量指標完成情況見表 6。

4.2 對比分析

由表 6可以看出,工業(yè)試驗燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)平均為 75.27%,較 2008年度平均水平下降 0.56百分點;篩分指數(shù)和燒結(jié)礦粒度組成 <10 mm含量分別為 2.18%和 16.88%,較 2008年度平均水平升高0.75和 0.62百分點。由此可見,在燒結(jié)礦堿度控制水平較低的情況下,將燒結(jié)料中粉礦配比增加到 53.5%后,燒結(jié)礦強度是降低的,燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)和粒度組成均變差。試驗中,盡管燒結(jié)礦 FeO控制水平較高,達 9.18%,較 2008年度平均水平高 0.52百分點,但仍彌補不了原料結(jié)構(gòu)變化帶來大負面影響。

表6 燒結(jié)機試驗數(shù)據(jù)

從以上工業(yè)性試驗結(jié)果看,在我公司目前的工藝及原料條件下,隨著進口赤鐵粉礦配用比例的增加,燒結(jié)礦強度降低,燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)和粒度組成指標變差。90 m2燒結(jié)機工業(yè)性試驗結(jié)果與實驗室試驗結(jié)果基本是一致的。若要減輕粉礦配比增加后對燒結(jié)礦強度造成的影響,需適當提高燒結(jié)礦堿度控制水平并降低燒結(jié)過程中的垂直燒結(jié)速度如關(guān)小抽風機風門,這樣,會在一定程度上降低燒結(jié)機生產(chǎn)率。

5 結(jié)論

1)由于進口粉礦中 Al2O3含量高,其配用比例增加后,燒結(jié)礦 Al2O3含量會隨之升高。為了滿足煉鐵高爐冶煉造渣的需要,應(yīng)適當增加燒結(jié)礦中MgO的控制水平。這樣,將對燒結(jié)礦強度及粒度組成帶來不利影響。

2)進口粉礦為赤鐵礦和褐鐵礦,在燒結(jié)過程中需用的熱量較高,相應(yīng)地,混合料中固體燃料的適宜配用比例也高。燒結(jié)生產(chǎn)中應(yīng)適當增加固體燃料的配用量。在相同工藝條件下,采用大比例粉礦原料結(jié)構(gòu)進行燒結(jié)生產(chǎn),燒結(jié)機生產(chǎn)率、燒結(jié)礦強度、粒度組成指標均會降低。

3)控制垂直燒結(jié)速度 (如降低抽風負壓、使用不同品質(zhì)的熔劑等),燒結(jié)礦強度改善不明顯。提高燒結(jié)礦堿度,由于熔劑配比量增加,混合料平均粒徑變大,透氣性改善,垂直燒結(jié)速度加快,燒結(jié)礦強度改善也不明顯甚至可能降低。控制垂直燒結(jié)速度,同時提高燒結(jié)礦堿度,燒結(jié)礦強度明顯改善。

4)熔劑 (生石灰)品質(zhì)的變化會直接影響燒結(jié)混合料粒度組成,進而影響燒結(jié)過程中的透氣性及垂直燒結(jié)速度,造成燒結(jié)強度的變化。為了燒結(jié)過程及燒結(jié)礦強度的穩(wěn)定,應(yīng)嚴格使用熔劑質(zhì)量控制,保證燒結(jié)生產(chǎn)使用熔劑品質(zhì)的穩(wěn)定。

5)粉礦比例提高后,燒結(jié)礦低溫還原粉化性能受到影響,低溫還原粉化指數(shù) RD I+3.15均在 66%以下。為了保證煉鐵高爐上部的透氣性,應(yīng)對成品燒結(jié)礦采取噴灑氯化鈣的措施。

[1] 代汝昌.燒結(jié)生產(chǎn)用熔劑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的工業(yè)試驗.山東冶金,2004,26(2):40～42.

[2] 薛俊虎.燒結(jié)生產(chǎn)技能知識問答.北京:冶金工業(yè)出版社,2005:86～123

EXPERIM ENT STUDY ON THE LARGE SCALE FINE ORE SINTERING

Cheng Guobiao Gao Bingyin Zhang Hongli

(Anyang Iron&Steel Stock Co.,Ltd)

The paper investigated the effect of different large scale fine ore on sintering technique indexes bymeans of sinter pot in Angang and put for ward the adopted process parameters,operation parameters and blending ratio of calcium lime etc adjustingmeasures for keeping sinter output and quality.

sintering fine ore flux experiment and study

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:2011—1—6