梅鋼燒結(jié)配礦試驗(yàn)研究與工業(yè)應(yīng)用

田 豐

(上海梅山鋼鐵股份有限公司煉鐵廠，江蘇 南京 210039)

目前梅鋼燒結(jié)使用的主要礦粉有PB粉、卡粉、哈揚(yáng)迪、圖巴朗以及自產(chǎn)梅精礦。圖巴朗為常用的重要礦種之一，但自2019年1月之后，圖巴朗供應(yīng)緊張，為了應(yīng)對(duì)圖巴朗資源短缺，計(jì)劃在配礦過(guò)程增加新的礦種。梅鋼根據(jù)可供資源以及燒結(jié)“高鐵低硅”的特點(diǎn)，計(jì)劃引進(jìn)有一定價(jià)格優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也經(jīng)同行廣泛使用的西皮粉[1～2]。首先進(jìn)行燒結(jié)杯試驗(yàn)研究，根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果指導(dǎo)開(kāi)展工業(yè)性試驗(yàn)，掌握配礦的變化對(duì)燒結(jié)與高爐生產(chǎn)的影響，平穩(wěn)實(shí)現(xiàn)燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。

1 燒結(jié)杯試驗(yàn)

1.1 燒結(jié)杯配礦試驗(yàn)

本次新礦種試驗(yàn)以西皮粉為主，同時(shí)還有SFHT粉，西皮粉屬于澳大利亞FMG粉，SFHT礦粉產(chǎn)自巴西CVRD(淡水河谷)公司。本次燒結(jié)杯試驗(yàn)主要以西皮粉部份替代圖巴朗及以西皮粉+SFHT粉全部替代圖巴朗的配礦方案。試驗(yàn)的原燃料化學(xué)成分如表1所示，試驗(yàn)以生產(chǎn)采用的年度配礦方案作為基準(zhǔn)，試驗(yàn)方案如表2所示。

表1 原燃料化學(xué)成分(%)

表2 燒結(jié)杯試驗(yàn)配礦方案(%)

從表2可以看出，試驗(yàn)1為6.1%的高硅粉SFHT和增加2.8%的哈混粉替代圖巴朗；試驗(yàn)2和試驗(yàn)3為高硅粉和西皮粉替代圖巴朗，試驗(yàn)4為在基準(zhǔn)組的基礎(chǔ)上，以8%的西皮粉替代部分的圖巴朗礦，試驗(yàn)5中西皮粉配比進(jìn)一步提升至10%。

試驗(yàn)燒結(jié)料層為750 mm，點(diǎn)火時(shí)間為120 s，點(diǎn)火和冷卻負(fù)壓為8 kPa，燒結(jié)負(fù)壓為15.5 kPa?；旌狭弦换觳捎萌斯せ旌?，二混在混合料機(jī)中混合6分鐘，燒結(jié)混合料的實(shí)際上料量根據(jù)料層確定，燒結(jié)冷卻至150 ℃時(shí)倒料。燒結(jié)配料設(shè)定燃料(焦粉)配比為5.0%，外配返礦比例為23%，混合料水分按6.8%±0.2%控制，燒結(jié)礦的目標(biāo)堿度為1.88，MgO含量按1.40%控制。

1.2 試驗(yàn)結(jié)果

1.2.1 結(jié)礦技術(shù)指標(biāo)

本次試驗(yàn)燒結(jié)過(guò)程指標(biāo)參數(shù)如表3所示，燒結(jié)礦成分列于表4。

結(jié)合表3可以看出，試驗(yàn)1中使用哈混粉+SFHT礦替代圖巴朗礦后，燒結(jié)時(shí)間略有縮短，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度下降較為明顯，而成品率指標(biāo)沒(méi)有明顯的變化。試驗(yàn)2、3、5表明，當(dāng)使用西皮礦和SFHT礦后，燒結(jié)時(shí)間略有提高，成品率改善明顯，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度指標(biāo)略有下降。試驗(yàn)4與基準(zhǔn)組相比較各項(xiàng)指標(biāo)略有改善，成品率提升了1.62個(gè)百分點(diǎn)，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度幾乎不變，利用系數(shù)略有提高。試驗(yàn)5和試驗(yàn)4相比較后發(fā)現(xiàn)西皮粉配比增加后，燒結(jié)礦質(zhì)量略有下降。結(jié)合表4可以看出，配加西皮粉后，鐵品位得到較好地提升。當(dāng)西皮粉配比分別為6%、8%和10%時(shí)，燒結(jié)礦鐵品位相應(yīng)提升至58.38%、58.40%和58.42%，分別提高了0.3%、0.32%和0.34%個(gè)百分點(diǎn)。西皮粉的鐵品位為61.01%，比圖巴朗的鐵品位(為58.38%)高2.63個(gè)百分點(diǎn)，因此，增配西皮粉后有利于改善燒結(jié)礦鐵品位。鐵品位的改善，將有助于提升高爐入爐鐵品位，降低渣比和減少燃料消耗[3]。

表3 燒結(jié)杯試驗(yàn)結(jié)果

表4 燒結(jié)礦化學(xué)成分(%)

1.2.2 低溫還原粉化性能

不同燒結(jié)杯試驗(yàn)方案所得到的燒結(jié)礦的低溫還原粉化性能檢測(cè)結(jié)果如表5所示。

表5 低溫還原粉化性能檢測(cè)結(jié)果

從表5可以看出，試驗(yàn)1具有較好的低溫還原粉化性能，還原進(jìn)行轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)后，大于3.15 mm的比例的RDI指標(biāo)優(yōu)于基準(zhǔn)組。配加西皮粉和SFHT粉的試驗(yàn)2和試驗(yàn)3的RDI+3.15mm的指標(biāo)均差于基準(zhǔn)組(67.3%)，分別為65.6%和65.2%，分別比基準(zhǔn)組低1.7和2.1個(gè)百分點(diǎn)。以西皮粉替代部份圖巴朗的試驗(yàn)4和試驗(yàn)5的RDI+3.15mm的指標(biāo)較差，分別為63.3%和64.5%，分別比基準(zhǔn)組低4.0和2.8個(gè)百分點(diǎn)，主要的原因是西皮粉為褐鐵礦，褐鐵礦在燒結(jié)后，結(jié)晶水蒸發(fā)，留下較多微孔，從而擴(kuò)大了表面積，有利于CO與燒結(jié)礦的接觸還原，增加了低溫還原粉化的幾率[4-5]。后續(xù)在工業(yè)試驗(yàn)期間，應(yīng)密切關(guān)注低溫還原粉化指標(biāo)，但在目前噴灑氯化鈣的情況下，低溫還原粉化指標(biāo)不會(huì)對(duì)高爐造成太大的影響。

1.2.3 熔滴性能

熔滴性能檢測(cè)是模擬鐵礦石在高爐還原過(guò)程中發(fā)生的荷重和升溫還原條件下熔化滴落的特性。熔滴性能是評(píng)價(jià)鐵礦石高溫冶金性能的重要指標(biāo)之一。

選定四組試驗(yàn)，進(jìn)行熔滴性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果列于表6。

表6 燒結(jié)礦熔滴性能檢測(cè)結(jié)果

由表中數(shù)據(jù)可知，軟化區(qū)間(T40-T10)試驗(yàn)3和試驗(yàn)4最小為92 ℃，比基準(zhǔn)小8 ℃；軟熔區(qū)間(TD-T10)，試驗(yàn)2最小，為377 ℃，比基準(zhǔn)小39 ℃；熔滴區(qū)間(TD-TS)，所測(cè)三組試驗(yàn)結(jié)果均優(yōu)于基準(zhǔn)。

2 西皮粉工業(yè)試驗(yàn)

2.1 燒結(jié)工業(yè)性試驗(yàn)方案

本次工業(yè)試驗(yàn)方案，使用8%西皮粉替代部分圖巴朗，配礦方案與燒結(jié)杯試驗(yàn)4方案基本差不多。燒結(jié)礦最終成分目標(biāo)是：TFe≥58.0%；SiO2≈4.90%；MgO=1.40%；Al2O3≈1.80%；R=1.88倍。配礦結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)下表7。

表7 配加西皮粉工業(yè)性試驗(yàn)原輔料配比(%)

2.2 使用西皮粉工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)工業(yè)性試驗(yàn)方案，對(duì)試驗(yàn)條件下生產(chǎn)的燒結(jié)產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)與基準(zhǔn)期進(jìn)行對(duì)比分析，研究使用西皮粉對(duì)燒結(jié)和高爐生產(chǎn)的影響。

2.2.1 燒結(jié)生產(chǎn)效率變化

試驗(yàn)期間燒結(jié)利用系數(shù)結(jié)果如表8所示。試驗(yàn)期利用系數(shù)與基準(zhǔn)相比，燒結(jié)機(jī)的利用系數(shù)由1.106 t/m2·h提高至1.124 t/m2·h，燒結(jié)利用系數(shù)略有提高。

表8 燒結(jié)利用系數(shù)變化

2.2.2 燒結(jié)礦成分變化

試驗(yàn)期間燒結(jié)燒結(jié)礦成分檢測(cè)結(jié)果如表9所示?？梢钥闯觯褂梦髌し酆?，燒結(jié)礦全鐵品位有所上升，燒結(jié)硅含量幾乎無(wú)變化，Al2O3含量略有降低。

表9 燒結(jié)礦成分檢測(cè)結(jié)果(%)

2.2.3 燒結(jié)礦粒度、強(qiáng)度及冶金性能變化

試驗(yàn)期間燒結(jié)礦粒度、強(qiáng)度及冶金性能變化如表10所示。

表10 燒結(jié)礦粒度、強(qiáng)度及冶金性能變化

從表10可以看出，配加西皮粉后，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、平均粒度變化不明顯，而5-10 mm粒級(jí)比例、成品率均有所上升，低溫還原粉化性能有下降趨勢(shì)。

由此可見(jiàn)，使用8%西皮粉替代部分圖巴朗后，低溫還原粉化性能有下降趨勢(shì)，其余指標(biāo)均向好發(fā)展，配加西皮粉沒(méi)有對(duì)產(chǎn)量產(chǎn)生不利影響。

3 結(jié)論

1)配加西皮粉后，燒結(jié)利用系數(shù)略有上升，5-10mm粒級(jí)均有所上升，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、燒結(jié)礦平均粒度變化不明顯。說(shuō)明8%西皮粉不會(huì)對(duì)燒結(jié)礦造成負(fù)面影響，使用西皮粉替代部分圖巴朗粉方案可行。

2)配加西皮粉后，燒結(jié)礦鐵品位有所上升，將有助于提升高爐入爐鐵品位，降低渣比和減少燃料消耗，對(duì)高爐有利。

3)配加西皮粉后，Al2O3燒結(jié)杯試驗(yàn)結(jié)果略有上升，工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果略有下降，但基本變化不大，不會(huì)對(duì)高爐排渣造成影響。

4)配加西皮粉后，低溫還原粉化性能有所惡化，但在目前噴灑氯化鈣的情況下，低溫還原粉化指標(biāo)能得到保證，不會(huì)對(duì)高爐造成影響。

5)如后續(xù)圖巴朗停用，配加FMG西皮粉不利于提高燒結(jié)礦強(qiáng)度等重要指標(biāo)，但同時(shí)搭配以高粘結(jié)相生成能力的SFHT礦將有利于燒結(jié)礦質(zhì)量的改善，同時(shí)可以彌補(bǔ)因硅含量不足而出現(xiàn)燒結(jié)礦液相量變少而導(dǎo)致的燒結(jié)礦質(zhì)量變差。兩種礦種的合理搭配可以使得燒結(jié)礦指標(biāo)得到一定改善，在后續(xù)配礦計(jì)劃中可以考慮這兩種礦的搭配使用。