紅鋼改善燒結(jié)礦粒度組成的實(shí)踐

虎榮波 周 偉 吳應(yīng)祥 陳 軍 毛林猛

（紅鋼公司）

1 前言

紅鋼燒結(jié)廠大比例使用高結(jié)晶水褐鐵礦以來，通過調(diào)整熔劑使用比例、水分控制、混合機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整、燃料品種使用、堿度調(diào)整等工藝參數(shù)優(yōu)化，對厚料層技術(shù)改造、混合機(jī)加水改造、燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)治理、主抽風(fēng)門開度等一系列技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐，取得了顯著的成績[1]。

褐鐵礦結(jié)晶水含量高，當(dāng)結(jié)晶水經(jīng)過高溫脫出后，鐵礦石出現(xiàn)很多孔洞，燒結(jié)過程中液相會滲透到孔洞中，孔洞數(shù)量多，則滲透到孔洞中的液相增多，用于粘結(jié)作用的液相則減少了，這是導(dǎo)致燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度差的一個重要原因[2]。隨著褐鐵礦比例的提高，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度有下降的趨勢，燒結(jié)礦在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中粉碎嚴(yán)重，影響其粒度組成， 紅鋼2018年全年褐鐵礦使用比例平均54.31 %，燒結(jié)礦16～40 mm粒級46.82 %，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)80.82 %，與同類燒結(jié)機(jī)相比，燒結(jié)礦16～40 mm粒級有一定的差距，因此改善燒結(jié)礦粒度組成依然是燒結(jié)攻關(guān)的主要方向。2018年燒結(jié)礦16～40 mm粒級和轉(zhuǎn)鼓指數(shù)見表1。

表 1 燒結(jié)礦16～40 mm粒級和轉(zhuǎn)鼓指數(shù)統(tǒng)計(jì)

2 影響燒結(jié)礦16～40 mm粒級組成的因素

2.1 受配礦結(jié)構(gòu)頻繁變化影響

2018年上半年褐鐵礦使用比例從50 %逐步提至最高最高70 %，下半年逐漸縮減至35 %左右，全年3#燒結(jié)機(jī)大的配比調(diào)整達(dá)到20多次（不含單品種配比微調(diào)），基本上每月有兩次以上調(diào)整，過于頻繁的配礦調(diào)整破壞了燒結(jié)生產(chǎn)的穩(wěn)定性，尤其是上下兩個不同配礦結(jié)構(gòu)料堆端頭端尾料，對燒結(jié)礦質(zhì)量的影響較大，給燒結(jié)礦16～40 mm粒級穩(wěn)定帶來了極大的挑戰(zhàn)。褐鐵礦比例的調(diào)整，配礦結(jié)構(gòu)中精礦比例隨之大幅度變化，對燒結(jié)過程透氣性以及燒結(jié)礦粒級組成帶來相應(yīng)的影響。

2.2 受混合礦中的SiO2含量、燒結(jié)礦中的堿度R等元素波動影響

實(shí)踐表明：混勻礦粉TFe波動1 %，則燒結(jié)礦TFe波動1～1.4 %,與此同時，由于混勻礦粉中SiO2波動較大，又會引起燒結(jié)礦堿度倍數(shù)的波動[3]。堿度倍數(shù)波動，給燒結(jié)礦工藝參數(shù)的頻繁調(diào)整帶來了困難，對燒結(jié)礦粒級組成造成了一定程度的影響?；靹虻V中SiO2含量減少，即便堿度倍數(shù)保持不變的情況下，CaO配入量減少，液相生成量減少，對燒結(jié)礦粒級組成也帶來不利的影響。

2.3 受燒結(jié)燃料變化的影響

實(shí)踐表明，燒結(jié)礦16～40 mm粒級比例受燒結(jié)固體燃料影響較大，影響因素包括焦末、無煙煤固定碳、粒度組成、＜1 mm部分含量、燃料水分穩(wěn)定性等。紅鋼燒結(jié)目前所用焦末、無煙煤品種多，庫存偏少。焦末、無煙煤露天堆放，雨季較長，每年5～11月份都有不同程度的降雨，雨水導(dǎo)致燃料水分大幅度波動，嚴(yán)重影響燒結(jié)固體燃料配加的穩(wěn)定性。

2.4 受混合料溫度偏低的影響

實(shí)踐表明，混合料溫度超過露點(diǎn)以上，可以避免過濕層對燒結(jié)過程的影響，對降低燒結(jié)固體燃耗、提高質(zhì)量有絕對的好處，但紅鋼燒結(jié)機(jī)混合料溫度目前維持在40～44°左右，熱源只有生石灰消化釋放的熱量，即便全生石灰燒結(jié)也只能提高至47°左右，燒結(jié)過程中需要配加更多的固體燃料來增加溫度，且無法消除過濕層對燒結(jié)礦質(zhì)量的影響。

2.5 受冷卻制度的影響

堿度倍數(shù)為1.05～2.42間的熔劑性燒結(jié)礦[4]，主要礦物組成為磁鐵礦、少量浮氏體及赤鐵礦。粘結(jié)相主要為鈣鐵橄欖石及少量的硅酸一鈣、硅酸二鈣及玻璃質(zhì)，這類粘結(jié)相冷卻時有細(xì)小硅酸二鈣析出，β向γ的相變轉(zhuǎn)變，體積膨脹，導(dǎo)致粒度組成偏碎，同時冷卻速度過快，產(chǎn)生大量玻璃質(zhì)，導(dǎo)致燒結(jié)礦強(qiáng)度變差，轉(zhuǎn)運(yùn)過程中粉化嚴(yán)重，進(jìn)一步惡化燒結(jié)礦粒度組成。

2.6 受工藝和設(shè)備的限制

紅鋼燒結(jié)機(jī)混合料礦槽自投產(chǎn)以來未進(jìn)行過較大的改進(jìn)，雖然內(nèi)部襯板每次檢修都進(jìn)行處理，但混合料礦槽粘料嚴(yán)重，尤其是小礦槽粘料，給精細(xì)操作帶來了很大的困擾，料位稍低，即造成欠料現(xiàn)象，料面坑坑洼洼，導(dǎo)致料層中風(fēng)量分布不均，料位過高，則易造成配混系統(tǒng)高料位停機(jī)或機(jī)速大幅度調(diào)整，每周需停機(jī)2次以上進(jìn)行清理礦槽，每次停機(jī)1～2 h左右，尤其是大比例使用褐鐵礦，本身親水性強(qiáng)，粘性大，且褐鐵礦燒結(jié)混合料水分偏高，更易造成小礦槽粘料，礦槽嚴(yán)重粘料導(dǎo)致的頻繁停機(jī)清理，一定程度已經(jīng)影響燒結(jié)礦質(zhì)量的穩(wěn)定性。

3 提高燒結(jié)礦16～40 mm粒級比例的措施

3.1 穩(wěn)定配礦結(jié)構(gòu)

燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)室及生產(chǎn)實(shí)踐表明，大比例使用褐鐵礦時正確的配礦是提高燒結(jié)礦質(zhì)量的基礎(chǔ)，提高優(yōu)質(zhì)精礦比例，優(yōu)質(zhì)精礦比例不低于25 %；同時減少二次資源使用比例，控制在5 %以內(nèi)，可有效降低二次資源燒結(jié)性能較差給燒結(jié)帶來的負(fù)面影響[2]。在確定配礦主體結(jié)構(gòu)的同時，盡可能減少料堆配比變更次數(shù)，保證燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)的相對穩(wěn)定，為燒結(jié)礦粒度組成提供配礦結(jié)構(gòu)保障。2019年1～5月配礦結(jié)構(gòu)變化情況見表2。

3.2 強(qiáng)化混勻造堆，提高燒結(jié)礦堿度R穩(wěn)定率、關(guān)注混勻礦SiO2等元素的含量

燒結(jié)原料造堆采取小品種集中混勻?yàn)殡s礦堆，在進(jìn)行預(yù)混一次混勻、二次混勻，最終為燒結(jié)所用料堆，造堆過程中強(qiáng)化料倉清理，減少堵料，減少造堆過程中的斷點(diǎn)次數(shù)，提高混勻礦質(zhì)量。2018年以來35個料堆混勻礦中SiO2含量走勢見 圖1，燒結(jié)礦堿度R（M±0.1）穩(wěn)定率走勢見圖2。

表 2 配礦結(jié)構(gòu)變化統(tǒng)計(jì)

圖 1 35個料堆混勻礦中SiO2含量走勢圖

圖 2 35個料堆燒結(jié)礦堿度R（M±0.1）穩(wěn)定率走勢圖

從圖1可以看出，大部分料堆都在5.0 %以上，最高的4個料堆混勻礦SiO2超過6.0 %，只有4個料堆低于5.0 %。從圖2可以看出，料堆燒結(jié)礦堿度R（M±0.1）穩(wěn)定率基本上都在95 %以上，近期幾個料堆都超過97 %以上且較穩(wěn)定。

3.3 燃料分倉搭配使用

紅鋼燒結(jié)對工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，打破了原來只有兩個燃料倉的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，基本解決了以往燃料品種更換時導(dǎo)致的異常質(zhì)量波動，過去更換燃料時，同一個燃料倉同時裝兩種以上的焦末或無煙煤，往往由于混勻不均而在燒結(jié)機(jī)上出現(xiàn)“花臉”現(xiàn)象，對質(zhì)量穩(wěn)定帶來了嚴(yán)重的影響?，F(xiàn)在燃料倉增加至三個以上，能結(jié)合燃料庫存及現(xiàn)有品種進(jìn)行搭配使用，自2019年1月17日三個倉同時使用以來，360#料堆燒結(jié)礦質(zhì)量，尤其是16～40 mm粒級得到了有效改善，未發(fā)生359#料堆更換燃料品種時燒結(jié)礦粒級大幅度的波動現(xiàn)象。利用燒結(jié)杯對燃料品種搭配進(jìn)行試驗(yàn)摸索，結(jié)合燃料庫存及各燃料品種的物理、化學(xué)性能指標(biāo)，摸索最適搭配比例，確保燒結(jié)礦質(zhì)量穩(wěn)步向前。

3.4 污泥池通入蒸汽預(yù)熱污泥溫度

在過濕層，冷凝水充塞在料粒之間的空隙中使料層過濕，增加了氣流阻力，而且過濕現(xiàn)象會破壞下部料層松散的小料球，過濕嚴(yán)重甚至?xí)兂珊隣?，進(jìn)一步惡化了料層的透氣性，影響燒結(jié)過程的正常進(jìn)行[5]。提高混合料溫度，削弱過濕層影響，燒結(jié)廠通過增加蒸汽管道至污泥池中，有效提高混合料溫度，混合料溫度提高至54 ℃左右，最大限度削弱過濕層對燒結(jié)過程的影響，因混合料溫度的提高，促進(jìn)燒結(jié)固體燃耗的降低，對燒結(jié)礦16～40 mm粒級比例的提高創(chuàng)造了有利條 件。通入蒸汽前后污泥溫度變化情況見表3。

表 3 通入蒸汽前后污泥溫度變化情況 ℃

表 4 停機(jī)清理礦槽統(tǒng)計(jì)表

表 5 燒結(jié)礦粒度組成及轉(zhuǎn)鼓指數(shù)統(tǒng)計(jì)

3.5 優(yōu)化燒結(jié)礦冷卻制度

研究表明，隨冷卻速度加快, 燒結(jié)礦的成品率、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、粒度均有下降趨勢，＜5 mm 粒級有所增加[6]。因此, 在保證生產(chǎn)順行前提下, 適當(dāng)降低燒結(jié)礦的冷卻速度, 有利于改善燒結(jié)礦質(zhì)量。根據(jù)上料量及時調(diào)整環(huán)冷機(jī)機(jī)速，優(yōu)化環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)開啟臺數(shù)，盡量讓高溫?zé)Y(jié)礦在環(huán)冷機(jī)上延長冷卻時間，環(huán)冷機(jī)出口溫度控制在80～120 ℃之間，避免因冷卻速度過快促使大量的玻璃質(zhì)生成，減少燒結(jié)礦在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的粉碎。

3.6 解決礦槽粘料對燒結(jié)礦質(zhì)量的影響

2019年4月28日，利用同高爐同步檢修的機(jī)會，對燒結(jié)混合料礦槽進(jìn)行技改，小礦槽整體改造，小礦槽全面貼防粘料襯板，增加兩套空氣炮及時清理粘料，自改進(jìn)以來，基本上解決了停機(jī)清理礦槽的問題，避免了頻繁開、停機(jī)對燒結(jié)礦質(zhì)量的影響，從根本上消除了工藝設(shè)備對質(zhì)量提升的限制。技改后對比技改前，因頻繁停機(jī)清理礦槽、及上料量調(diào)整、機(jī)速調(diào)整等綜合因素每月返礦可以下降0.95 %左右（相同配礦結(jié)構(gòu)下），對粒級改善起到有效促進(jìn)作用。

4 效果

通過一系列措施，雖然褐鐵礦使用比例不斷提高，但燒結(jié)礦質(zhì)量一直穩(wěn)步向前，有的指標(biāo)還在不斷刷新記錄，截止2019年5月，褐鐵礦比例從50 %提高至67 %以上，燒結(jié)礦16～40 mm粒級比例突破52 %，能穩(wěn)定在50 %以上，較2018年同水平褐鐵礦條件下增幅超過6 %以上，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)保持在80 %以上。

5 結(jié)語

（1）大比例使用褐鐵礦時正確的配礦是提高燒結(jié)礦質(zhì)量的基礎(chǔ)，提高優(yōu)質(zhì)精礦比例，優(yōu)質(zhì)精礦比例不低于25 %；同時減少二次資源使用比例，控制在5 %以內(nèi)，可有效降低二次資源燒結(jié)性能較差給燒結(jié)帶來的負(fù)面影響[7]，減少配礦結(jié)構(gòu)更換的頻次，有利于穩(wěn)定燒結(jié)生產(chǎn)過程，減小粒級波動。

（2）配礦中關(guān)注混勻礦中的SiO2含量，盡量控制在5 %以上，提高混勻礦質(zhì)量，提高燒結(jié)礦中的堿度R穩(wěn)定率。

（3）紅鋼燒結(jié)對工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，增加燃料倉，結(jié)合燃料庫存及現(xiàn)有品種進(jìn)行搭配使用，改善燒結(jié)礦質(zhì)量，避免更換燃料品種時燒結(jié)礦粒級大幅度的波動現(xiàn)象。

（4）通過污泥池引入蒸汽，混合料溫度提至54 ℃以上，有效削弱過濕層對燒結(jié)過程的影響。

（5）優(yōu)化冷卻制度，改善燒結(jié)礦結(jié)晶條件，可有效提高燒結(jié)礦強(qiáng)度及粒度組成。

（6）混合料礦槽技改，可避免因頻繁停機(jī)帶來的燒結(jié)礦質(zhì)量波動。