鞍鋼燒結(jié)用料探索與實(shí)踐

韓曉東，李志斌

(1．鞍鋼集團(tuán)公司科技發(fā)展部，遼寧鞍山114021;2．鞍鋼股份煉鐵總廠，遼寧鞍山114021)

1 引言

隨著技術(shù)改造逐步深入，鞍鋼近年來生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，生鐵產(chǎn)能逐年提升。本部生鐵年產(chǎn)量從十年前1 000萬噸增加到目前1 600萬噸以上。另外，由于礦山礦石開采難度加大及原礦品位降低，鐵精礦產(chǎn)量逐年減少。為應(yīng)對(duì)鐵料資源的匱乏，我廠對(duì)燒結(jié)用料結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入探索研究，主要經(jīng)歷以下幾個(gè)過程:提高富礦粉配比、合理的燒結(jié)礦SiO2含量研究、大量使用雜鐵料、廉價(jià)褐鐵礦的使用等幾個(gè)階段。伴隨各種原料結(jié)構(gòu)的變化，首先經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室燒結(jié)杯試驗(yàn)，確定合理原料配比，最后逐一應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐，通過生產(chǎn)操作的調(diào)整，最終保證燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量不受影響，并使生產(chǎn)成本大幅降低。

2 燒結(jié)用料結(jié)構(gòu)改變的幾個(gè)階段

2.1 提高富礦粉配比生產(chǎn)

幾年來，鞍鋼燒結(jié)富礦粉配比提高近40個(gè)百分點(diǎn)，十年前各燒結(jié)機(jī)粉礦配比為15%左右，到目前已經(jīng)超過50%。富礦粉與鐵精礦相比，燒結(jié)性能差別很大，并且不同品種粉礦之間也存在較大差異，主要體現(xiàn)在同化性能、液相流動(dòng)性、粘結(jié)相強(qiáng)度、鐵酸鈣生成等高溫物理化學(xué)特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，燒結(jié)提高粉礦配比，為保證燒結(jié)礦質(zhì)量要求，需要增加使用品種，相互彌補(bǔ)其燒結(jié)特性的差異。鞍鋼燒結(jié)提高粉礦配比存在的最大問題是無大型混勻料場(chǎng)，并且受精礦槽的存料量和貨位數(shù)量限制，每臺(tái)燒結(jié)機(jī)最多可以使用兩種粉礦，這為燒結(jié)配礦帶來很大難度。

2.1.1 粉礦配比提高后的生產(chǎn)操作調(diào)整

2.1.1.1 厚料層燒結(jié)

2000年以前，各燒結(jié)機(jī)料層最厚為新燒的2臺(tái)265m2燒結(jié)機(jī)，料層厚度為600mm。經(jīng)過近幾年的技術(shù)改造，新燒2臺(tái)燒結(jié)機(jī)料層增加到650mm;二燒1臺(tái)360m2燒結(jié)機(jī)于2001年投產(chǎn)，料層厚度為700mm;西燒2臺(tái)328m2燒結(jié)機(jī)于2005年投產(chǎn)，料層厚度為720mm;三燒1臺(tái)360m2燒結(jié)機(jī)于2009年投產(chǎn)，料層厚度為750mm。料層提高后并適當(dāng)壓料，可以改善增加粉礦用量帶來燒結(jié)礦強(qiáng)度下降的問題，目前各車間燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)全部能達(dá)到79%以上。

2.1.1.2 兩種粉礦合理搭配

由于各燒結(jié)機(jī)最多只能使用兩種粉礦，根據(jù)鞍鋼的長(zhǎng)協(xié)粉礦資源，結(jié)合燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)際生產(chǎn)過程中，各臺(tái)燒結(jié)機(jī)采取巴西粉(分為高品位和低品位兩種)和澳粉(紐曼、PB、麥克、揚(yáng)迪等)搭配使用，澳粉配比為30%左右，巴西粉配比為20%左右，可以彌補(bǔ)以下不足:

(1)巴西粉品位為65%以上，澳粉品位為62%左右，保證燒結(jié)礦品位降低幅度較小。

(2)澳粉結(jié)構(gòu)疏松、巴西粉結(jié)構(gòu)致密，有利于液相生成，保證燒結(jié)礦強(qiáng)度。

2.2 燒結(jié)礦合理SiO2含量研究

鞍鋼礦業(yè)公司經(jīng)過近幾年的技術(shù)改造，鐵精礦品位大幅度提升，SiO2含量大幅度下降，全面完成精礦的提鐵降硅，幾種精礦主要指標(biāo)對(duì)比如表1。

表1 礦山鐵精礦提鐵降硅前后指標(biāo)對(duì)比(%)

鐵精礦提鐵降硅后，如果不對(duì)燒結(jié)礦SiO2含量重新核定研究，必然影響燒結(jié)過程液相的形成，最終造成燒結(jié)礦強(qiáng)度降低、低溫粉化嚴(yán)重。為此，我廠進(jìn)行多種原料搭配的燒結(jié)杯試驗(yàn)，確定燒結(jié)礦的合適SiO2含量。

2.2.1 實(shí)驗(yàn)室研究

試驗(yàn)原料為燒結(jié)所用的鐵精礦、富礦粉、雜鐵料，燒結(jié)礦堿度控制為2.05，通過各種原料配比的搭配，燒結(jié)礦SiO2(%)分別控制在4.6以下、4.6～4.8、4.8～5.0、5.0～5.2、5.2以上，對(duì)各種SiO2含量燒結(jié)礦熱態(tài)指標(biāo)檢測(cè)、礦相分析。

2.2.1.1 燒結(jié)礦熱態(tài)指標(biāo)

通過合理配料，最終檢測(cè)燒結(jié)礦熱態(tài)指標(biāo)如表2。

表2 低溫還原粉化指標(biāo)比較(%)

由表2可知，隨燒結(jié)礦SiO2升高，500℃低溫還原粉化指標(biāo)有所改善，燒結(jié)礦強(qiáng)度指標(biāo)RDI+3.15逐漸增加，均大于70%，抗磨指標(biāo)RDI－0.5逐漸減少，均小于7%。

表3 還原性指標(biāo)比較(%)

從還原性指數(shù)來看，隨燒結(jié)礦SiO2含量增加，900℃還原性指數(shù)先升高后下降，SiO2為4.8% ～5.0%時(shí)，還原性指數(shù)達(dá)到最高。

2.2.1.2 燒結(jié)礦礦相分析

通過對(duì)燒結(jié)礦微觀結(jié)構(gòu)檢測(cè)、礦相分析，不同SiO2含量燒結(jié)礦礦物組成如表4。

隨燒結(jié)礦SiO2含量增加，鐵酸鈣呈上升趨勢(shì)，燒結(jié)礦強(qiáng)度增加，但升高到5.0尤其是5.2以上，礦物結(jié)構(gòu)有不盡合理趨勢(shì)，磁鐵礦和玻璃相、硅酸二鈣增多，鐵酸鈣和散粒狀赤鐵礦減少，交織熔蝕結(jié)構(gòu)、粒狀結(jié)構(gòu)和鐵酸鈣與硅酸二鈣形成的共晶組織增多，鐵酸鈣自身形成的交織結(jié)構(gòu)減少。

由以上對(duì)燒結(jié)礦低溫還原粉化、還原性、礦物組成實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果，考慮鞍鋼原料結(jié)構(gòu)及燒結(jié)礦品位，目前燒結(jié)礦含 SiO2按4.8% ～5.0%組織。

2.3 合理使用雜鐵料

目前燒結(jié)所用雜鐵料包括:氧化鐵皮、磁選鋼渣、鐵紅、轉(zhuǎn)爐泥、瓦斯灰、精鐵粉、除塵灰、球團(tuán)粉、部分高爐返礦等，年產(chǎn)量200萬噸左右，全部用于燒結(jié)生產(chǎn)。

2.3.1 雜鐵料化學(xué)成分

所有雜鐵料的共同特點(diǎn)是化學(xué)成分波動(dòng)大、堿性物質(zhì)含量高、粘性大、部分品種含水量高。由于以上特點(diǎn)，雜鐵料與正常鐵料相比難于燒結(jié)，如果生產(chǎn)操作控制不當(dāng)，很容易造成燒結(jié)礦強(qiáng)度變差、粒度不均、化學(xué)指標(biāo)波動(dòng)。各種雜鐵料成分如表5。

表4 燒結(jié)礦礦物組成(體積百分比%)

表5 雜鐵料化學(xué)成分(%)

從雜鐵料化學(xué)成分可以看出，用于燒結(jié)生產(chǎn)不僅可以代替部分鐵料，還可以代替部分熔劑，另外瓦斯灰等含炭量較高，還可以代替部分燃料，因此，燒結(jié)大量使用雜鐵料，對(duì)企業(yè)節(jié)能減排意義深遠(yuǎn)。

2.3.2 雜鐵料的使用

2005年以前，所有品種基本全部單獨(dú)使用，流程如下:

該使用方式存在以下問題:

(1)由于雜鐵料品種多、單個(gè)品種產(chǎn)生量小，燒結(jié)機(jī)不能長(zhǎng)期使用一個(gè)品種，致使變料頻繁，造成燒結(jié)礦質(zhì)量波動(dòng)。

(2)各燒結(jié)機(jī)所用雜鐵料品種不同，造成各車間燒結(jié)礦品位差異較大。

(3)冬季氣溫低，含水量大的品種(如轉(zhuǎn)爐泥)單獨(dú)存放，易產(chǎn)生凍塊，不能使用。

為克服以上缺點(diǎn)，經(jīng)過廣泛探索研究，決定改變雜鐵料使用方式，從2006年開始，逐漸將所有品種雜鐵料混合在一起，作為一個(gè)品種，稱其為混料，盡量保證成分均勻，整個(gè)流程如下:

此種混合方式克服以往單品種使用的缺陷，由于固定各種雜鐵料配比，混料成分基本保持相對(duì)穩(wěn)定，其化學(xué)成分如表6。

表6 混料化學(xué)成分(%)

連續(xù)幾年來，燒結(jié)機(jī)雜鐵料用量逐漸增加，從2005年的130萬噸，增加到2010年的260萬噸，尤其2010年下半年，為降低生產(chǎn)成本，各燒結(jié)機(jī)雜鐵料配比由15%，增加到20%，降低“八家子”料場(chǎng)雜鐵料庫存，多用近50萬噸，創(chuàng)效超1億元。

燒結(jié)機(jī)大量使用雜鐵料后，生產(chǎn)操作通過混合料水分控制、強(qiáng)化制粒、提高料溫、改善料層透氣性等措施，保證燒結(jié)礦產(chǎn)量、質(zhì)量指標(biāo)滿足要求。燒結(jié)礦指標(biāo)與基準(zhǔn)期對(duì)比如表7。

2.4 廉價(jià)褐鐵礦研究與使用

根據(jù)鞍鋼目前的鐵料資源及未來發(fā)展規(guī)劃，鐵礦粉供應(yīng)存在較大缺口，燒結(jié)只能增加使用外購礦粉，鑒于粉礦采購存在難度及價(jià)格居高不下，燒結(jié)增加褐鐵礦用量勢(shì)在必行，褐鐵礦作為低價(jià)富礦粉，結(jié)晶水含量高、燒損大，結(jié)構(gòu)疏松，呈多孔狀，在國(guó)外燒結(jié)廠已經(jīng)廣泛使用，鞍鋼從2007年開始由實(shí)驗(yàn)室研究逐步應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐。

2.4.1 實(shí)驗(yàn)室研究

試驗(yàn)所用含鐵原料為煉鐵廠生產(chǎn)用料，褐鐵礦系澳大利亞揚(yáng)迪礦，褐鐵礦含結(jié)晶水10%左右，化學(xué)式為mFe2O3·nH2O，化學(xué)成分如表8。

表7 燒結(jié)礦指標(biāo)

表8 褐鐵礦化學(xué)成分(%)

2.4.1.1 同化性對(duì)比試驗(yàn)

同化性是考察燒結(jié)過程中鐵礦石與CaO反應(yīng)能力的指標(biāo)，礦化反應(yīng)生成低熔點(diǎn)物質(zhì)的能力直接影響燒結(jié)礦產(chǎn)量、質(zhì)量。揚(yáng)迪礦與其他鐵料同化性對(duì)比如圖1。

揚(yáng)迪礦同化溫度為1 200℃左右，PB粉同化溫度為1 230℃，而其他鐵精礦同化溫度為1 300℃ ～1 350℃，說明揚(yáng)迪礦同化性好于鐵精礦及其他粉礦。

2.4.1.2 不同褐鐵礦配比燒結(jié)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)室分別配加0%、10%、20%、30%進(jìn)行燒結(jié)杯試驗(yàn)，工藝參數(shù)選擇燒結(jié)機(jī)實(shí)際工礦條件，最終燒結(jié)礦指標(biāo)對(duì)比如表9。

圖1 不同鐵料同化溫度對(duì)比

表9 不同褐鐵礦配比下燒結(jié)主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

由表9可知:隨著褐鐵礦配比由0%增加到30%，燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)逐漸增加，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度逐漸增加，篩分指數(shù)變化不大，低溫還原粉化逐漸降低，但幅度不大，配比控制在30%以內(nèi)完全可以滿足生產(chǎn)需求。

2.4.2 工業(yè)實(shí)踐

從2008年7月份，煉鐵廠新燒兩臺(tái)265m2燒結(jié)機(jī)使用揚(yáng)迪礦生產(chǎn)，配比定為由15%逐漸提高到25%，生產(chǎn)操作重點(diǎn)作以下調(diào)整:

(1)增加混合料水分

針對(duì)褐鐵礦濕容量大的特點(diǎn)，生產(chǎn)過程中將混合料水分增加1個(gè)百分點(diǎn)，控制在8%左右，提高混合料制粒性能和料層透氣性，改善燒結(jié)過程。

(2)增加燃料用量

由于褐鐵礦結(jié)晶水含量較高，分解需要消耗熱量較多，將燃料配比提高0.5%，同時(shí)放寬燃料粒度上限，延長(zhǎng)燒結(jié)過程高溫時(shí)間，促進(jìn)褐鐵礦孔隙閉合，保證燒結(jié)礦強(qiáng)度。

(3)厚料層壓料生產(chǎn)

由于褐鐵礦疏松多孔，因此料層厚度增加并且適當(dāng)壓料，可減少料層收縮量，有利于緩解結(jié)晶水分解和收縮造成料層阻力下降，提高燒結(jié)礦強(qiáng)度和成品率。根據(jù)新燒燒結(jié)機(jī)狀況，料層保證 650mm，壓料量控制在15～20mm。

通過生產(chǎn)實(shí)踐，褐鐵礦配比為25%，燒結(jié)礦指標(biāo)與未使用褐鐵礦變化不大，完全可以滿足高爐需求，新燒燒結(jié)礦指標(biāo)如表10。

實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和工業(yè)實(shí)踐表明，燒結(jié)生產(chǎn)中配加一定量褐鐵礦，通過合理控制生產(chǎn)操作，對(duì)燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量影響不大，并可以大大降低生產(chǎn)成本。

表10 新燒主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

3 結(jié)束語

為應(yīng)對(duì)鞍鋼鐵料資源的變化及降成本的要求，燒結(jié)生產(chǎn)經(jīng)歷4個(gè)主要變料過程，通過對(duì)各種用料結(jié)構(gòu)的探索研究，得出以下結(jié)論:

(1)燒結(jié)富礦粉配比提高后，通過實(shí)施厚料層壓料操作、合理的粉礦料種搭配及配比控制，保證燒結(jié)礦強(qiáng)度不受影響。

(2)依據(jù)不同SiO2含量燒結(jié)礦的低溫還原粉化、還原性、礦物組成實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果，生產(chǎn)過程中控制合理的燒結(jié)礦SiO2(%)范圍是4.8～5.0。

(3)鞍鋼所有雜鐵料全部混為一個(gè)品種用于燒結(jié)生產(chǎn)，通過對(duì)使用方式合理改變，保證燒結(jié)礦質(zhì)量不變，并大幅度降低生產(chǎn)成本。

(4)通過對(duì)廉價(jià)褐鐵礦燒結(jié)特性研究、生產(chǎn)過程的控制，成功的將其配比提高到25%，并保證燒結(jié)礦產(chǎn)量、質(zhì)量不變。