高精粉率低硅燒結(jié)技術(shù)下的高鎂含鐵料應(yīng)用

王廣林，王星，張海燕，李新鵬，連軍峰

（新疆昆玉鋼鐵有限公司）

1 前言

新疆昆玉鋼鐵公司210m2燒結(jié)機(jī)，采用帶式抽風(fēng)燒結(jié)工藝，設(shè)計(jì)年產(chǎn)218萬(wàn)t燒結(jié)礦，設(shè)計(jì)利用系數(shù)1.31t/(m2·h)，供昆玉鋼鐵2座450m2高爐使用。目前受疆內(nèi)鋼鐵產(chǎn)能影響，燒結(jié)壓縮產(chǎn)能，采用間歇性生產(chǎn)方案，昆玉以現(xiàn)有燒結(jié)機(jī)配置，結(jié)合自身原料條件，不斷地優(yōu)化生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)成本及工序能耗。

新疆鐵精粉資源豐富，鐵精粉性價(jià)比高，為追求更好的經(jīng)濟(jì)效益，昆玉鋼鐵燒結(jié)采用高精粉燒結(jié)工藝，昆玉鋼鐵從國(guó)外采購(gòu)高鎂粗粉，加工為精粉，較疆內(nèi)同品質(zhì)精粉有150元/t以上的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，大量使用高鎂精粉為公司帶來(lái)了效益。隨著高爐煉鐵技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)高爐原料的含鐵品位和SiO2含量的要求越來(lái)越高，低硅燒結(jié)能顯著改善燒結(jié)礦冶金性能，減少煉鐵過(guò)程中的渣量，有利于高爐順行和降低焦比。2016年受疆內(nèi)高硅粗粉資源影響，高硅粗粉已不具有性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，為此，昆玉鋼鐵調(diào)整生產(chǎn)工藝，進(jìn)行了低硅燒結(jié)的探索。

2 低硅高鎂生產(chǎn)實(shí)踐

通過(guò)不同的配礦結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，驗(yàn)證MgO含量變化在高、低硅燒結(jié)條件下燒結(jié)礦的質(zhì)量變化，尋求在昆玉原料條件下，最適宜改善燒結(jié)礦質(zhì)量、高爐運(yùn)行指標(biāo)，最大限度降低燒結(jié)原料成本的MgO含量。

2.1 試驗(yàn)方案

以高硅燒結(jié)作為基準(zhǔn)期，燒結(jié)礦SiO2含量6.0%～6.3%，堿度 1.75～1.85，鋪底料厚度 2～30mm,料層厚度700～750mm,點(diǎn)火時(shí)間為1.5min，點(diǎn)火溫度1100℃，燒結(jié)終點(diǎn)溫度380～460℃，燒結(jié)礦FeO含量控制8%～10%。

為充分利用內(nèi)循環(huán)物料，降低生產(chǎn)成本，對(duì)除塵灰、鋼渣、氧化鐵皮等物料與一定鐵精粉進(jìn)行預(yù)配料形成混勻料，燒結(jié)配料主要原料成分見(jiàn)表1。

基準(zhǔn)期配礦結(jié)構(gòu)、燒結(jié)礦指標(biāo)及燒結(jié)物理性能見(jiàn)表2、表3、表4?；鶞?zhǔn)期為方案A。

表1 燒結(jié)配料結(jié)構(gòu)中主要含鐵原料成分 %

表2 基準(zhǔn)期配礦結(jié)構(gòu)（方案A） %

表3 基準(zhǔn)期燒結(jié)礦成分 %

表4 基準(zhǔn)期燒結(jié)礦物理性能 %

2.2 實(shí)驗(yàn)期的工藝控制思路

在基準(zhǔn)期基礎(chǔ)上進(jìn)行了低硅燒結(jié)試驗(yàn)，即實(shí)驗(yàn)期。燒結(jié)礦SiO2含量5.0%～5.4%，堿度2.0～2.1，鋪底料厚度20～30mm,料層厚度700～750mm,點(diǎn)火時(shí)間為1.5min，點(diǎn)火溫度1100℃，考慮低硅燒結(jié)條件，適當(dāng)上調(diào)燒結(jié)終點(diǎn)溫度，控制在400℃～460℃，燒結(jié)礦FeO含量控制8%～10%。

實(shí)驗(yàn)期分階段進(jìn)行：第一階段采用配礦結(jié)構(gòu)B,初期高鎂精粉配比27%，燒結(jié)礦SiO2含量5.0，堿度2.0，燒結(jié)礦MgO含量2.0%，燒結(jié)終點(diǎn)溫度控制不低于400℃，燒結(jié)礦FeO含量控制8%～10%，按此工藝參數(shù)控制，若燒結(jié)礦強(qiáng)度好，返礦穩(wěn)定，穩(wěn)定生產(chǎn)一段時(shí)間后，繼續(xù)進(jìn)一步試驗(yàn)；若燒結(jié)礦質(zhì)量變差，相應(yīng)的進(jìn)行生產(chǎn)措施調(diào)整，待生產(chǎn)穩(wěn)定后，采用配礦結(jié)構(gòu)C增加高鎂精粉配比至32%，穩(wěn)定生產(chǎn)一段時(shí)間后，采用配礦結(jié)構(gòu)D增加高鎂精粉配比至36%，逐步分階段驗(yàn)證不同燒結(jié)礦MgO含量條件下燒結(jié)礦質(zhì)量變化，見(jiàn)表5、表6、表7。

表5 實(shí)驗(yàn)期分階段配礦結(jié)構(gòu) %

表6 實(shí)驗(yàn)期燒結(jié)礦成分 %

表7 實(shí)驗(yàn)期燒結(jié)礦物理性能 %

3 試驗(yàn)分析及優(yōu)化

配礦結(jié)構(gòu)A高硅燒結(jié)條件下，燒結(jié)礦SiO2含量6.03%，堿度1.75，高鎂精粉配比34%，燒結(jié)礦MgO含量2.24%，燒結(jié)礦強(qiáng)度好，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)77.24%，燒結(jié)礦低溫還原粉化指數(shù)為84.25%（RDI+3.15），此時(shí)高爐鎂鋁比為0.82，高爐爐渣流動(dòng)性良好，高爐各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定。此結(jié)構(gòu)下燒結(jié)液相生成中MgO與SiO2的結(jié)合機(jī)會(huì)增加，一定程度上抑制了2CaO·SiO2的生成，MgO能和SiO2反應(yīng)生成鎂硅酸鹽，提高了硅酸鹽熔體的結(jié)晶能力，減少了玻璃質(zhì)含量。

配礦結(jié)構(gòu)B低硅燒結(jié)，燒結(jié)礦初始SiO2含量5.0%，堿度2.0，初始高鎂精粉配比27%，燒結(jié)礦MgO含量按照2.0%控制，從燒結(jié)過(guò)程來(lái)看，燒結(jié)負(fù)壓升高，透氣性變差；機(jī)尾斷面看臺(tái)車兩側(cè)表層生料多，粉塵大，燒結(jié)礦粉率高；從燒結(jié)礦實(shí)物質(zhì)量來(lái)看，小粒度燒結(jié)礦比例增加，其中＜10mm的比例32.41%較A結(jié)構(gòu)26.97%升高了5.44%，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)75.67%較A結(jié)構(gòu)77.24%降低1.57%，低溫還原粉化指數(shù)74.98%較A結(jié)構(gòu)84.25%降低9.27%，期間各項(xiàng)指標(biāo)均有明顯下降，燒結(jié)礦自返礦比例上升，燒結(jié)礦成礦率急劇下降；燒結(jié)礦質(zhì)量波動(dòng)較大，部分時(shí)間段質(zhì)量嚴(yán)重下滑。針對(duì)生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，進(jìn)行了調(diào)整、改進(jìn)。

3.1 提高、穩(wěn)定原燃料質(zhì)量

低硅燒結(jié)對(duì)化學(xué)成分和燒結(jié)過(guò)程波動(dòng)的抵御能力較低，因此對(duì)燒結(jié)用的原燃料質(zhì)量和生產(chǎn)控制的穩(wěn)定性要求更高，這就要求必須保證燃料、熔劑成分和粒度質(zhì)量穩(wěn)定，含鐵料的理化性能穩(wěn)定。針對(duì)配礦B原料結(jié)構(gòu)，重新選用質(zhì)量成分穩(wěn)定的鐵精粉進(jìn)行低硅燒結(jié)，并對(duì)后續(xù)進(jìn)廠的原料成分波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行約定，加強(qiáng)了焦粉破碎粒度的監(jiān)督管控與考核，提高了焦粉破碎粒度標(biāo)準(zhǔn)，保證＜3mm的比例穩(wěn)定在80%，效果明顯，焦粉的破碎合格率明顯上升；加強(qiáng)石灰粉質(zhì)量抽檢頻次，加強(qiáng)崗位人員對(duì)石灰粉質(zhì)量的監(jiān)督，通過(guò)對(duì)石灰粉外觀顏色、石灰消化過(guò)程中蒸汽大小等來(lái)判斷石灰質(zhì)量變化，并建立了獎(jiǎng)罰考核機(jī)制，有問(wèn)題提前發(fā)現(xiàn)，操作上及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)采取以上措施，崗位人員的積極性提高，燒結(jié)過(guò)程穩(wěn)定性明顯增加，負(fù)壓曲線、終點(diǎn)溫度曲線趨于穩(wěn)定。

3.2 適當(dāng)上調(diào)燒結(jié)礦SiO2含量

因昆玉燒結(jié)為首次采用低硅燒結(jié)工藝，無(wú)低硅燒結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，借鑒了同行業(yè)相關(guān)低硅燒結(jié)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，初期控制燒結(jié)礦SiO2含量5.0%，發(fā)現(xiàn)燒結(jié)礦液相生成量少，燒結(jié)礦質(zhì)量明顯變差，燒結(jié)礦偏碎，小粒級(jí)燒結(jié)礦明顯增加，小于10mm比例達(dá)到40%以上。鐵礦粉中SiO2是燒結(jié)礦產(chǎn)生足夠液相使混合料粘結(jié)的基礎(chǔ)，也是保證燒結(jié)礦強(qiáng)度的前提，所以低硅燒結(jié)時(shí)，燒結(jié)礦質(zhì)量特別是機(jī)械強(qiáng)度變差。為了在提高燒結(jié)礦質(zhì)量以滿足高爐冶煉要求，在昆玉原料條件下，適當(dāng)提高燒結(jié)礦SiO2含量，由原來(lái)的5.0%提高至5.2%～5.5%，觀察發(fā)現(xiàn)燒結(jié)礦液相生成量增加，小粒級(jí)（＜10mm）燒結(jié)礦比例、自返礦（＜5mm）比例均呈下降趨勢(shì)。

3.3 適當(dāng)提高燒結(jié)礦堿度

高堿度燒結(jié)礦生成的主要液相為鐵酸鈣，在燒結(jié)礦SiO2含量不變的條件下，提高燒結(jié)礦堿度就會(huì)提高燒結(jié)混合料中的CaO含量，從而有利于增加鐵酸鈣粘結(jié)相的數(shù)量，降低強(qiáng)度低的玻璃質(zhì)數(shù)量，在配礦結(jié)構(gòu)B基礎(chǔ)上燒結(jié)礦堿度由2.0提升至2.10后，燒結(jié)礦粒度分級(jí)有所改善，小粒度燒結(jié)礦比例呈下降趨勢(shì)。綜合考慮昆玉高爐爐料結(jié)構(gòu)需求及燒結(jié)礦質(zhì)量影響，燒結(jié)礦堿度按照2.10±0.05控制。

3.4 適當(dāng)提高燒結(jié)礦亞鐵含量

配碳量決定燒結(jié)的溫度，氣氛性質(zhì)以及燒結(jié)速度。低硅燒結(jié)時(shí)，配碳量不宜過(guò)低，配碳量過(guò)少，就不能促使赤鐵礦足夠還原和預(yù)熱，此時(shí)燃燒帶產(chǎn)生的熔融物數(shù)量減少，燒結(jié)溫度就會(huì)降低，燒結(jié)礦強(qiáng)度變差；生產(chǎn)中逐步增加焦粉配比，提高燒結(jié)礦FeO含量，焦粉配比由4.3%提高至4.5%～4.6%，燒結(jié)礦FeO含量提高至10.5%，配碳量過(guò)多時(shí)，鐵酸鈣分解造成鐵酸鈣含量減少，不利于燒結(jié)礦強(qiáng)度的提升，同時(shí)燒結(jié)溫度高，燃燒層變厚，氣體阻力增大，導(dǎo)致垂直燃燒速度下降還存在過(guò)熔現(xiàn)象，還原性氣氛增加，燒結(jié)礦FeO含量升高。同時(shí)配碳量過(guò)高造成脫硫系統(tǒng)入口溫度升高，超出風(fēng)機(jī)耐溫負(fù)荷，損壞設(shè)備，綜合考慮原料結(jié)構(gòu)、燒結(jié)礦質(zhì)量及還原性、設(shè)備的耐溫條件，控制配碳量在4.5%～4.6%，燒結(jié)礦亞鐵含量控制在10.5%為宜。

3.5 適當(dāng)增加粗粉比例，改善燒結(jié)料層透氣性

昆玉燒結(jié)基本采用高精粉燒結(jié)，精粉粒度比較細(xì)，粘結(jié)性能差，不利于混合料的造球，降低料層垂直燃燒速度，在配礦結(jié)構(gòu)B基礎(chǔ)上適當(dāng)提高高硅粗粉配比至7%，既滿足燒結(jié)配硅需求，又改善了燒結(jié)的料層透氣性,既能保證產(chǎn)能又能發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)，降低成本。

通過(guò)采取以上措施，燒結(jié)礦質(zhì)量明顯改善，MgO含量控制在2.0%，燒結(jié)礦質(zhì)量滿足高爐生產(chǎn)需求，高爐鎂鋁比0.75，爐渣流動(dòng)性良好。

為進(jìn)一步發(fā)揮高鎂精粉的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，配礦結(jié)構(gòu)B穩(wěn)定一段時(shí)間后，采用配礦結(jié)構(gòu)C（增加高鎂精粉配比至32%）組織生產(chǎn)，穩(wěn)定一段時(shí)間后，繼續(xù)增加高鎂精粉配比，采用配礦結(jié)構(gòu)D(提高高鎂精粉配比至36%)，燒結(jié)礦MgO含量分別升高至2.24%、2.4%，配礦C結(jié)構(gòu)較配礦B結(jié)構(gòu)燒結(jié)礦低溫還原粉化指數(shù)增加，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、粒度分級(jí)無(wú)明顯變化，配礦結(jié)構(gòu)D較配礦結(jié)構(gòu)B、C燒結(jié)礦低溫還原粉化指數(shù)持續(xù)升高，但燒結(jié)礦品位有所降低。MgO在燒結(jié)過(guò)程易生成鎂橄欖石、鈣鎂橄欖石等礦物，隨著燒結(jié)礦MgO含量的增加，燒結(jié)礦中磁鐵礦含量明顯增加，硅酸鹽液相增多，赤鐵礦和鐵酸鈣含量降低，這些礦物對(duì)燒結(jié)礦成品率、燒結(jié)礦的冷強(qiáng)度有一些不利影響，從而引起燒結(jié)燃料消耗的增加和利用系數(shù)的下降，但對(duì)改善燒結(jié)礦的低溫還原粉化率以及冶煉時(shí)的軟化熔融特性卻非常顯著，因此燒結(jié)礦中的MgO含量不宜過(guò)高，綜合考慮后昆玉燒結(jié)的燒結(jié)礦MgO含量控制在2.2%最合適。

4 低硅高鎂燒結(jié)的效果

實(shí)施低硅高鎂燒結(jié)后，燒結(jié)礦的品位較高硅燒結(jié)時(shí)提高約0.7%，燒結(jié)礦品位升高燒結(jié)礦的還原性改善，燒結(jié)礦MgO含量的提高改善了燒結(jié)礦的低溫還原粉化指數(shù)，抑制了低硅燒結(jié)時(shí)燒結(jié)礦在爐內(nèi)低溫還原粉化指數(shù)的上升；入爐料綜合品位升高約0.6%，入爐品位升高后，高爐渣量明顯降低，期間高爐順行良好，燃料比、產(chǎn)量指標(biāo)均有明顯提升。

5 結(jié)論

（1）低硅燒結(jié)相比高硅燒結(jié)，相同配比高鎂精粉條件下，燒結(jié)礦的低溫還原粉化指數(shù)明顯降低，MgO和SiO2反應(yīng)生成鎂硅酸鹽降低，硅酸鹽熔體的結(jié)晶能力降低，玻璃質(zhì)含量有所增加，降低了燒結(jié)礦的質(zhì)量。

（2）昆玉燒結(jié)原料條件下，低硅燒結(jié)時(shí)，燒結(jié)礦SiO2含量控制在5.2%～5.5%,燒結(jié)礦堿度2.1±0.05，燒結(jié)礦FeO含量控制在10.5%為宜，燒結(jié)礦質(zhì)量良好，滿足高爐生產(chǎn)需求。

（3）昆玉燒結(jié)原料條件下，低硅燒結(jié)時(shí)燒結(jié)礦MgO含量控制在2.2%～2.3%，高鎂精粉配比控制在32%～34%，既能提高高爐爐渣流動(dòng)性，有助于高爐爐況順行，又能最大限度的使用高鎂精粉，發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)，有效降低生產(chǎn)成本。