國(guó)內(nèi)褐鐵礦燒結(jié)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及影響因素分析

陳付振，孫俊波

z（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧營(yíng)口115007）

綜述

國(guó)內(nèi)褐鐵礦燒結(jié)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及影響因素分析

陳付振，孫俊波

z（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧營(yíng)口115007）

高配比褐鐵礦燒結(jié)一直是降低鐵前成本的措施，為此國(guó)內(nèi)各大鋼廠進(jìn)行了大量褐鐵礦燒結(jié)試驗(yàn)和工業(yè)試驗(yàn)研究，針對(duì)褐鐵礦燒結(jié)存在的問(wèn)題，結(jié)合各大鋼鐵企業(yè)的燒結(jié)生產(chǎn)實(shí)踐，總結(jié)和分析了褐鐵礦燒結(jié)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了褐鐵礦燒結(jié)的應(yīng)對(duì)措施。

褐鐵礦；燒結(jié)；配礦

作為一種含有結(jié)晶水的赤鐵礦，褐鐵礦燒結(jié)越來(lái)越引起廣大冶金工作人員的重視，主要從兩方面因素考慮，一方面，褐鐵礦多為難選礦，采用選礦富集的方式難以有效的經(jīng)濟(jì)利用，很多褐鐵礦的礦物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易粉碎細(xì)化，且需磁化后才能磁選；另外一方面，褐鐵礦成本低廉，與進(jìn)口的大多數(shù)粉礦相比，褐鐵礦的價(jià)格要低得多，很多褐鐵礦的價(jià)格是高品位粉礦的一半左右。

為經(jīng)濟(jì)有效利用褐鐵礦資源，同時(shí)針對(duì)褐鐵礦加熱失水后自然富集的特點(diǎn)，包括日本在內(nèi)的諸多國(guó)家已經(jīng)提出了若干燒結(jié)使用方案［1-4］，很多冶金企業(yè)的褐鐵礦比例已經(jīng)達(dá)到50%左右。鞍鋼目前也配用了部分褐鐵礦，同時(shí)有意擴(kuò)大其比例。本文從褐鐵礦燒結(jié)特點(diǎn)出發(fā)，針對(duì)褐鐵礦燒結(jié)現(xiàn)狀，對(duì)各企業(yè)技術(shù)措施進(jìn)行分析，提出褐鐵礦燒結(jié)解決方案，以便對(duì)鞍鋼大規(guī)模使用褐鐵礦提供技術(shù)支撐。

1　褐鐵礦燒結(jié)現(xiàn)狀

褐鐵礦在我國(guó)和國(guó)外均大量存在，目前國(guó)內(nèi)所涉及到的褐鐵礦主要有以下幾種，揚(yáng)迪、FMG、越南粉和一些地方褐鐵礦。與大多數(shù)赤鐵礦和磁鐵精礦相比，褐鐵礦的品位較低［5-11］，一般不超過(guò)60%（見(jiàn)表1），硅含量較高，且燒損較大，大多數(shù)都在10%。從物理特性來(lái)看，褐鐵礦的微孔較多，品質(zhì)疏松，水分吸收率較高。

褐鐵礦燒結(jié)和一般以赤鐵礦、磁鐵礦為主的燒結(jié)機(jī)理不同，褐鐵礦燒結(jié)過(guò)程中，由于其自身的空隙度大，反應(yīng)速度快，冷卻速度也快，礦化時(shí)間不足，導(dǎo)致其礦相以赤鐵礦和鐵酸鈣為主，褐鐵礦燒結(jié)的礦相組成見(jiàn)圖1［2］，相比而言，以赤鐵礦和磁鐵礦為主要含鐵物料的燒結(jié)過(guò)程中，其燒結(jié)速度和礦化速度得到較好的控制，燒結(jié)產(chǎn)物中除赤鐵礦和鐵酸鈣以外，還出現(xiàn)了大量的磁鐵礦，赤磁鐵礦燒結(jié)的礦相組成見(jiàn)圖2［3］。

表1　部分褐鐵礦的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）　%

目前，國(guó)內(nèi)各大鋼廠均大規(guī)模使用褐鐵礦，如寶鋼等鋼廠對(duì)褐鐵礦的配加比例已經(jīng)提升到50%左右，表2列出了國(guó)內(nèi)部分企業(yè)燒結(jié)試驗(yàn)或工業(yè)試驗(yàn)所用原料及其最高配比。

表2　國(guó)內(nèi)部分鋼鐵企業(yè)的褐鐵礦燒結(jié)情況

從表2可以看出，褐鐵礦的應(yīng)用在各個(gè)企業(yè)或?qū)嶒?yàn)室的應(yīng)用不一［12-15］，但應(yīng)用效果都比較好，采用控制原料與燒結(jié)工藝的辦法獲得了理想的燒結(jié)性能指標(biāo)。

總之，褐鐵礦同化性強(qiáng)和結(jié)晶水含量高的特點(diǎn)，為褐鐵礦燒結(jié)帶來(lái)三個(gè)不利影響：

（1）結(jié)晶水去除后留下了大量的孔洞，它的存在提供了大量的氣體傳輸通道，減少了燒結(jié)礦的礦化時(shí)間，降低燒結(jié)礦的質(zhì)量；

（2）褐鐵礦本體疏松的特點(diǎn)不適合做燒結(jié)混合料的成球核心；

（3）褐鐵礦的同化溫度低，燒結(jié)時(shí)內(nèi)部氣孔沒(méi)有致密化就會(huì)被液相包圍，惡化了燒結(jié)礦的產(chǎn)量、質(zhì)量指標(biāo)。

2　褐鐵礦燒結(jié)影響因素分析

燒結(jié)的影響因素分為原料因素和工藝參數(shù)，如：配礦結(jié)構(gòu)、混合料水分、固定碳含量、抽風(fēng)負(fù)壓、料層厚度和點(diǎn)火溫度等。本文從解決褐鐵礦燒結(jié)難題出發(fā)，就配礦結(jié)構(gòu)、混合料水分、燃料用量和料層厚度、堿度5個(gè)角度，分析它們對(duì)褐鐵礦燒結(jié)的影響。

2.1配礦結(jié)構(gòu)對(duì)褐鐵礦燒結(jié)的影響

適宜的配礦結(jié)構(gòu)對(duì)燒結(jié)礦的質(zhì)量起決定性作用。它對(duì)褐鐵礦燒結(jié)的影響表現(xiàn)在：褐鐵礦在混勻礦中所占比例超過(guò)30%，特別是褐鐵礦同外購(gòu)粉礦相搭配使用時(shí)，燒結(jié)礦的產(chǎn)量和質(zhì)量指標(biāo)隨褐鐵礦配比升高而下降。

褐鐵礦的同化能力較強(qiáng)，液相生成力高，根據(jù)基礎(chǔ)特性互補(bǔ)的配礦原理，褐鐵礦燒結(jié)宜配加同化能力低、液相生成能力差的鐵礦。一般國(guó)內(nèi)磁鐵精礦的同化能力都比較低（見(jiàn)圖3），因此大規(guī)模的采用褐鐵礦配加磁鐵精礦的鐵料配比方式成為褐鐵礦燒結(jié)的主流（見(jiàn)圖4）。

劉正平等人［11］針對(duì)越南太鋼褐鐵礦粉所做的試驗(yàn)表明，磁鐵礦和褐鐵礦搭配使用，在70%褐鐵礦配比下,只要混合料水分、負(fù)壓和燃料合適,并采用1.70的堿度,燒結(jié)礦的各項(xiàng)指標(biāo)可以達(dá)到高爐使用要求,但將配比控制在35%～45%之間,燒結(jié)礦的各項(xiàng)指標(biāo)會(huì)更好。攀鋼燒結(jié)使用馬壩褐鐵礦粉實(shí)踐表明［5］，其鐵料中配加8%左右的褐鐵礦粉，60%左右的攀精礦和10%的印度粉后，燒結(jié)的產(chǎn)量和質(zhì)量指標(biāo)能夠滿足生產(chǎn)需要。但筆者認(rèn)為，若采用褐鐵礦取代印度粉后，在保證燒結(jié)產(chǎn)量和質(zhì)量的前提下還可以進(jìn)一步提高褐鐵礦配比；劉振林［16］等人為濟(jì)鋼所作的研究表明，在中和料配比為澳洲粗粉10%、巴西粗粉12.5%、印度粗粉12%、澳洲褐鐵礦粗粉24%、巴西鐵精粉10%、鋼渣2.5%、國(guó)內(nèi)雜精粉8%、返粉21%的情況下，當(dāng)燒結(jié)堿度為2.2時(shí)，利用系數(shù)可達(dá)1.998 t/（m2·h），轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度為60%，而且+3.15為70.2%，可滿足高爐需求。此外，韶鋼等鋼鐵廠的燒結(jié)實(shí)踐也表明［17-18］，大量使用國(guó)內(nèi)精礦的情況下，可以相當(dāng)幅度的提高褐鐵礦的配加量，同時(shí)，還需要指出的是，返礦的增加也有利于褐鐵礦燒結(jié)。在褐鐵礦與磁鐵礦共同燒結(jié)的情況下，磁鐵礦可作為粘附層包裹褐鐵礦，并且，磁鐵礦的同化溫度高，則有利于褐鐵礦液相生成時(shí)氣體的排出，減少燒結(jié)孔洞，提高燒結(jié)的產(chǎn)量和質(zhì)量指標(biāo)，其目的和實(shí)現(xiàn)方法同SHS［1］工藝相似，而后者所添加的是以SiO2和MgO為主的高溫物質(zhì)。

2.2混合料水分對(duì)褐鐵礦燒結(jié)的影響

混合料水分是燒結(jié)過(guò)程中影響熱量傳輸效率的重要因素。一般水分含量高，熱量傳遞的快，燒結(jié)速度就高，但水分過(guò)高，燒結(jié)過(guò)程中易形成過(guò)濕層，對(duì)燒結(jié)不利。褐鐵礦容積密度小，結(jié)構(gòu)松散，孔隙率高、粘結(jié)性小，要求有較高的水分才利于造好小球。張清岑在其研究中提出［19］，褐鐵礦燒結(jié)時(shí)，由于料層透氣性較好，容積密度大，濕容量大，盡管過(guò)濕帶容納了較多的水分，但球粒并未全部破壞，仍能保持一定的透氣性，所以過(guò)濕對(duì)高水分的褐鐵礦燒結(jié)影響并不十分突出。同時(shí)，目前國(guó)內(nèi)很多燒結(jié)企業(yè)大規(guī)模采用澳礦燒結(jié)，而澳礦適宜于低碳、低水燒結(jié)，所以在用褐鐵礦進(jìn)行替代燒結(jié)時(shí)，混合料水分隨褐鐵礦配比增加而增加［11］。盡管如此，在實(shí)際的研究和生產(chǎn)中，褐鐵礦的水分控制并不高，特別是大多數(shù)實(shí)驗(yàn)研究或工業(yè)應(yīng)用中褐鐵礦配比不超過(guò)30%左右的情況下，同時(shí)又以褐鐵礦和磁鐵礦搭配使用的配礦條件下，適宜的水分含量應(yīng)維持在8%左右。同時(shí)，采取一定措施也可降低混合料水分。BHP公司的研究人員［3］在對(duì)揚(yáng)迪礦造粒研究的基礎(chǔ)上,開發(fā)了一種低混合料水分下燒結(jié)揚(yáng)迪礦技術(shù)，該技術(shù)向造球用水中添加含糖物,以改變水的性質(zhì),研究發(fā)現(xiàn)含糖10%溶液可封閉揚(yáng)迪礦中的孔隙,增加可用以顆粒間粘結(jié)的液體,從而改善料層透氣性。燒結(jié)杯試驗(yàn)證明,10%的含糖溶液可大幅度提高生產(chǎn)率,該生產(chǎn)率甚至比赤鐵礦燒結(jié)還高。

2.3固定碳含量對(duì)褐鐵礦燒結(jié)的影響

固定碳含量是影響褐鐵礦燒結(jié)的重要因素，褐鐵礦含有結(jié)晶水，需要額外的能量去除結(jié)晶水，但是，褐鐵礦的同化溫度又比較低，不宜采用較高的燒結(jié)溫度。李艷茹等人的研究表明［13］，褐鐵礦燒結(jié)的適宜燒結(jié)溫度為1 240～1 300℃，此時(shí)，燒結(jié)礦中大量產(chǎn)生針狀鐵酸鈣，高于此溫度，針狀鐵酸鈣向板狀鐵酸鈣轉(zhuǎn)化，還有，褐鐵礦料層孔隙的封閉使炭在水平面上均勻燃燒，也降低了燒結(jié)成品率，所以探討合適的碳含量對(duì)褐鐵礦燒結(jié)具有重大意義。寶鋼［20］的經(jīng)驗(yàn)是配碳量在2.96%～4.53%范圍，隨著燒結(jié)配碳量提高，燒結(jié)生產(chǎn)率與成品率均明顯上升，但成品率在配碳量大于3.91%后增幅趨緩。燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度呈先升后降趨勢(shì)，碳含量配比小于3.59%時(shí)，燒結(jié)礦強(qiáng)度隨配碳量增加而上升，燃料配比大于3.91%時(shí)，燒結(jié)礦強(qiáng)度下降。因此，碳含量配比以3.59%～3.91%范圍為最佳。越南太鋼的燒結(jié)研究表明［11］，在褐鐵礦與磁鐵礦的配比為7∶3的情況下，在方案1中,隨著焦粉的配比（8.5%～11.5%）逐漸提高,燒結(jié)速度沒(méi)有明顯變化,成品率逐漸升高,生產(chǎn)率變化不大，對(duì)轉(zhuǎn)鼓影響較明顯,配9.5%焦粉的轉(zhuǎn)鼓最好,相應(yīng)的FeO為9.5%，但當(dāng)褐鐵礦配比為30%時(shí)，焦粉含量增加對(duì)成品率、生產(chǎn)率、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)無(wú)明顯提高。

2.4料層高度和抽風(fēng)負(fù)壓對(duì)褐鐵礦燒結(jié)的影響

褐鐵礦對(duì)燒結(jié)的一個(gè)顯著影響就是其內(nèi)部孔洞的存在對(duì)燒結(jié)礦礦化時(shí)間的影響，對(duì)其采取的措施有兩個(gè)方面，首先是消除孔洞，可采取配加磁鐵精礦或粘附高溫熔劑的方式解決；其次，減少孔洞內(nèi)空氣的通過(guò)量，可采取的措施就是壓料、提高料層高度和降低抽風(fēng)負(fù)壓。最佳的方案就是厚料層燒結(jié)褐鐵礦或者褐鐵礦偏析布料。攀鋼［5］的經(jīng)驗(yàn)是,料層提高到630 mm(扣除鋪底料)以上,短時(shí)間內(nèi)可達(dá)700 mm(臺(tái)車擋板720 mm),燒結(jié)礦FeO控制在7.2%左右,實(shí)行高氧位厚料層操作。認(rèn)為厚料層可以延長(zhǎng)馬壩粉礦的同化時(shí)間、減少燒結(jié)礦的孔隙,提高燒結(jié)礦的致密度，燒結(jié)氧位高，可促進(jìn)鐵酸鹽的生成及馬壩粉礦內(nèi)針鐵礦的再結(jié)晶而致密化。而不必靠提高燒結(jié)礦FeO來(lái)提高燒結(jié)礦強(qiáng)度。寶鋼朱世宗等人則認(rèn)為［20］，綜合考慮料厚對(duì)燒結(jié)利用系數(shù)和燒結(jié)礦冷態(tài)強(qiáng)度的影響，采用薄料快轉(zhuǎn)的方法，有利于提高燒結(jié)的產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)。

2.5堿度等對(duì)褐鐵礦燒結(jié)的影響

二元堿度對(duì)褐鐵礦燒結(jié)的影響表現(xiàn)在堿度越高，燒結(jié)礦相中鐵酸鈣的含量越高，燒結(jié)礦的還原性及強(qiáng)度較好，但在相同燃料加入量的情況下，燒結(jié)過(guò)程中液相形成的溫度較低，造成燒結(jié)礦的總體指標(biāo)并不是最優(yōu)；三元堿度，特別是MgO對(duì)褐鐵礦燒結(jié)的影響表現(xiàn)在MgO大部分固溶于赤鐵礦中形成類質(zhì)同相的含鎂赤鐵礦,少部分取代鈣離子固溶于粘結(jié)相的硅酸鹽晶體中,因此,燒結(jié)過(guò)程中加入鎂的作用是通過(guò)鎂離子與赤鐵礦及硅酸二鈣中的Fe、Ca離子發(fā)生取代反應(yīng),穩(wěn)定了這些晶體中的晶格,因此,MgO含量增加,強(qiáng)度增加,還原性變差,低溫還原粉化率變好［21-22］。

提高點(diǎn)火溫度和點(diǎn)火時(shí)間等也對(duì)褐鐵礦燒結(jié)具有很大的影響，一方面彌補(bǔ)了褐鐵礦結(jié)晶水消耗熱量帶來(lái)的熱損失，另外減少了燒結(jié)過(guò)程中上部的熱損失［23-24］。其他一些實(shí)驗(yàn)研究也表明，壓料操作對(duì)褐鐵礦燒結(jié)具有較大影響［13，25］。

3　褐鐵礦燒結(jié)應(yīng)對(duì)措施

根據(jù)褐鐵礦物化性能和礦物結(jié)構(gòu)，以及對(duì)燒結(jié)過(guò)程的影響分析，結(jié)合鞍鋼鲅魚圈405 m2燒結(jié)機(jī)的生產(chǎn)工藝和原料條件，在褐鐵礦使用方面主要采取以下應(yīng)對(duì)措施。

3.1優(yōu)化配礦，調(diào)整原料結(jié)構(gòu)

通過(guò)調(diào)整配礦結(jié)構(gòu)，改善混合料的粒度組成，同時(shí)改善混勻礦燒結(jié)性能的匹配程度。由于褐鐵礦的同化性能強(qiáng)，在配入量較大時(shí)易出現(xiàn)過(guò)熔，故在配礦時(shí)應(yīng)與同化溫度較高的磁選鐵精礦搭配使用，以確保燒結(jié)料層的熱態(tài)透氣性，避免燒結(jié)生產(chǎn)率降低和燒結(jié)礦質(zhì)量變差。所以在配礦時(shí)增加了少量磁選鐵精礦 （弓磁和地產(chǎn)鐵精礦）的使用比例，使燒結(jié)過(guò)程礦化反應(yīng)充分進(jìn)行，確保燒結(jié)技術(shù)指標(biāo)不因褐鐵礦的配入大幅度下滑。

3.2適當(dāng)增加混合料水分

針對(duì)褐鐵礦粉濕容量大和制粒時(shí)適宜水分高的特點(diǎn)，需增加混合機(jī)內(nèi)水分添加量，提高混合料的制粒性能和料層透氣性，改善燒結(jié)過(guò)程的氣體動(dòng)力學(xué)。根據(jù)燒結(jié)杯試驗(yàn)結(jié)果，大比例褐鐵礦燒結(jié)混合料水分控制要比赤鐵礦高1.5%～2.0%。

3.3增加燃料用量，放寬燃料粒度上限

由于褐鐵礦本身帶入大量的吸附水和結(jié)晶水，其蒸發(fā)和分解需要消耗一部分熱量；另一方面其中的鐵是以Fe2O3形態(tài)存在，要使Fe2O3變成液相或促進(jìn)Fe2O3與脈石作用生成液相，均需要較高的溫度。因此，必須提高燃料配比，適當(dāng)放寬燃料粒度上限，將0～3 mm粒級(jí)百分含量由95%下調(diào)到85%，這樣有利于延長(zhǎng)高溫保持時(shí)間，促進(jìn)褐鐵礦孔隙的閉合，避免液相滲入裂隙發(fā)生同化作用而造成脆化。

3.4提高點(diǎn)火溫度、延長(zhǎng)點(diǎn)火時(shí)間

為了充分排除褐鐵礦顆粒內(nèi)的結(jié)晶水，以保證燒結(jié)礦強(qiáng)度，可適當(dāng)提高點(diǎn)火溫度，也可延長(zhǎng)點(diǎn)火時(shí)間，來(lái)彌補(bǔ)燒結(jié)表層熱量的不足，并為料層內(nèi)提供熱量，改善礦物的結(jié)晶狀態(tài)，提高表層燒結(jié)礦強(qiáng)度。

3.5適當(dāng)壓料

燒結(jié)前對(duì)料面進(jìn)行壓料，配合厚料層可增加臺(tái)車上燒結(jié)料的容積密度，同時(shí)減少料層的收縮量，減弱料層阻力的下降和料面風(fēng)速的增加，提高燒結(jié)礦的強(qiáng)度和成品率。

4　結(jié)論

（1）褐鐵礦可以用于燒結(jié)生產(chǎn)，且在國(guó)內(nèi)各大鋼廠均取得了較大的進(jìn)展，目前其配比最高可達(dá)51%。

（2）褐鐵礦燒結(jié)采用同化溫度較高的褐鐵礦與國(guó)內(nèi)精礦相搭配使用，各項(xiàng)燒結(jié)指標(biāo)明顯變好。

（3）褐鐵礦燒結(jié)過(guò)程中，混合料水分隨褐鐵礦配比的增加而增加，但因不同品種的褐鐵礦物理特性不同，適宜混合料水分的增加幅度不同，在褐鐵礦配比不超過(guò)30%的情況下，混合料水分可維持在8%左右。

（4）褐鐵礦燒結(jié)過(guò)程中，燃料添加量比一般赤、磁鐵礦燒結(jié)要高，但因褐鐵礦同化溫度較低，碳含量不宜過(guò)高。

（5）針對(duì)鞍鋼現(xiàn)實(shí)狀況，若大幅度提高褐鐵礦在燒結(jié)中配加比例，最直接的方法就是減少澳礦的配加比例，提高本地精礦在燒結(jié)含鐵物料中的比例。

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[21]侯擁和.MgO含量對(duì)褐鐵礦燒結(jié)的影響 ［J］.燒結(jié)球團(tuán),1994 （6）:29-32.

[22]王旭,唐繼榮,陳軍，等.SYP增效劑用于褐鐵礦燒結(jié)的試驗(yàn)研究［J］.燒結(jié)球團(tuán),2006,31（5）:23-27.

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[24]侯擁和,李華成,李丹.用褐鐵礦生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦［J］.燒結(jié)球團(tuán)，1992（3）：13-18.

[25]伍建軍.褐鐵礦燒結(jié)生產(chǎn)［J］.燒結(jié)球團(tuán)，1991（4）：56-59.

（編輯 賀英群）

Current Development Situation on Technology for Limonite-sintering at Home and Analysis on Its Influence Factors

Chen Fuzhen,Sun Junbo
（Bayuquan Iron&Steel Subsidiary Company of Angang Steel Co.,Ltd.,Yingkou 115007,Liaoning,China）

The sintering technology with high proportion of limonite is always the way to cut down the cost for iron-making beforehand.For this a large amount of experiments on sintering with Limonite and corresponding industrial application test researches were carried out by domestic large steel works.With regard to the problems existed in sintering with limonite together with the sintering production practice by many large iron and steel enterprises,the current development situation on technology for limonite-sintering was summarized and analyzed and then the countermeasures for limonite-sintering were proposed.

limonite;sintering;ore matching

TF124

A

1006-4613（2015）04-0008-05

陳付振，碩士，工程師，1999年畢業(yè)于西安建筑科技大學(xué)鋼鐵冶金專業(yè)。

E-mail:chen-fuzhen@163.com

2015-06-02