燒結(jié)配礦優(yōu)化及高爐生產(chǎn)應(yīng)對實踐

供稿|張衛(wèi)華，劉懷路，沈洪流，魏瑞瑞，陳那港 / ZHANG Wei-hua, LIU Huai-lu, SHEN Hong-liu,WEI Rui-rui, CHEN Na-gang

作者單位：蕪湖新興鑄管有限責(zé)任公司煉鐵部，安徽 蕪湖 241000

內(nèi)容導(dǎo)讀燒結(jié)配礦技術(shù)是在全面掌握鐵礦粉的常溫特性和高溫特性的基礎(chǔ)上，應(yīng)用互補性原理和方法進行合理的配礦設(shè)計。本文在工業(yè)試驗中通過增加進口加拿大精粉的配比，迅速提高燒結(jié)轉(zhuǎn)鼓強度，改善燒結(jié)礦質(zhì)量。同時對降低高爐渣中氧化鎂進行技術(shù)攻關(guān)，獲得了顯著效果。

自世界上第一座高爐建立以來，高爐煉鐵始終是冶煉生鐵所使用的主要的工藝，占據(jù)著絕對的主導(dǎo)地位。近些年來，世界各地的學(xué)者雖然已經(jīng)開發(fā)出眾多非高爐煉鐵工藝，但在生產(chǎn)成本的經(jīng)濟性上，仍然無法與傳統(tǒng)的高爐生產(chǎn)工藝抗衡。在我國，受歷史因素及生產(chǎn)成本的影響，非高爐煉鐵工藝發(fā)展緩慢，95%以上的生鐵仍然由高爐生產(chǎn)。在高爐生產(chǎn)中，入爐原料主要為燒結(jié)礦、球團礦及塊礦，其中燒結(jié)礦的占比普遍在80%以上。因此，燒結(jié)礦質(zhì)量的好壞對高爐的生產(chǎn)及順行起著決定性的作用，提高燒結(jié)礦質(zhì)量對降低生產(chǎn)成本、保障高爐順行具有重要的現(xiàn)實意義。

蕪湖新興鑄管配置兩座1280 m3高爐和兩臺265 m2燒結(jié)機，2018年燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)主要采用地方精粉+進口富粉的配礦方式，各項燒結(jié)指標(biāo)一直低于行業(yè)平均水平，2019年針對燒結(jié)礦的配礦結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化攻關(guān)，增加了進口精粉（加拿大精粉）的使用，在進行了多次工藝調(diào)整后，燒結(jié)各項指標(biāo)獲得了大幅提升。同時，針對燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)的改變，迅速對高爐布料制度、熱制度等采取相應(yīng)的措施，使得高爐生產(chǎn)指標(biāo)也得到快速提升。

燒結(jié)的配礦優(yōu)化

由于鐵礦粉物理化學(xué)特性及冶金性能的不同，使其在燒結(jié)特性方面存在較大的差異，燒結(jié)配礦技術(shù)就是在全面掌握鐵礦粉的常溫特性和高溫特性的基礎(chǔ)上，應(yīng)用互補性原理和方法進行合理配礦設(shè)計[1-4]。而鐵礦粉的燒結(jié)性能，不僅體現(xiàn)在同化性[5-7]、液相流動性[7-12]、粘結(jié)相強度、還原性和復(fù)合鐵酸鈣產(chǎn)生能力等方面，還要綜合考慮其常溫性能：包括化學(xué)成分、物理特性（粒度組成等）。

燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)

2018年蕪湖新興鑄管燒結(jié)的配礦結(jié)構(gòu)為22%地方精粉+73%的進口富粉+5%內(nèi)部循環(huán)料，其中地方精粉主要使用五礦精粉，富粉主要使用22%的羅布河+超特、30%的巴粗、6%的羅伊山和15%左右的小料種，內(nèi)部循環(huán)料主要是鋼渣精粉和紅粉等，綜合品位平均在56.46%左右，但是從總體燒結(jié)效果看，轉(zhuǎn)鼓強度、固體燃耗、利用系數(shù)這三項指標(biāo)都不是很理想，如表1及表2所示，毛礦的利用系數(shù)僅有1.13 t/（m2·h），轉(zhuǎn)鼓強度為75.86%，固體燃耗凈礦達到65.85 kg/t。

表1 2018年燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)

表2 主要燒結(jié)指標(biāo)

造成生產(chǎn)指標(biāo)不理想的原因主要有：（1）當(dāng)時環(huán)保限產(chǎn)造成開停機較頻繁，影響了各項指標(biāo)。（2）進口富粉粒度偏大，鐵礦粉的成球性能較差。一般要求礦粉粒度組成呈雙峰分布，即1.25～8 mm及≤200目部分越多越好，而200目～1.25 mm及＞8 mm粒級部分越少越好。在使用的鐵礦粉中（表3），羅布河、巴西粗粉粒度＞10 mm的比例大（羅布河達到8.5%，巴西粗粉達到12%），羅布河雖然燒損較高，但可提高燒結(jié)透氣性，并且其同化溫度較低，液相生成能力較好，有利于提高燒結(jié)透氣性，提高燒結(jié)產(chǎn)量，巴粗雖然燒損相對低，但粒度過大，大于10 mm的達到12 %，對成球不利。（3）國內(nèi)精粉同化溫度高，一般在1320 ℃，液相流動性指數(shù)、粘結(jié)性指數(shù)等指標(biāo)不如進口富粉，雖然化學(xué)成分（品位等）能夠得到保證，但是在燒結(jié)礦物理指標(biāo)（轉(zhuǎn)鼓強度等） 方面助力不大[13-14]，如表3所示。

表3 主要礦種燒結(jié)基礎(chǔ)特性

燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)優(yōu)化

通過表3對比進口精粉和國內(nèi)精粉的燒結(jié)基礎(chǔ)特性，可以看到，進口精粉燒結(jié)性能優(yōu)于國內(nèi)精粉。因此通過增加進口精粉配比，減少進口富粉配比，以達到配礦結(jié)構(gòu)互補的目的。其中進口精粉選定了加拿大精粉，這是因為加拿大精粉[12-13]的同化溫度要低于其他精粉，如表4所示。同時，加拿大精粉中的SiO2含量也較高（4.4%左右），容易產(chǎn)生液相復(fù)合鐵酸鈣，增加液相量，提高流動性。另外，由于Fe2+的存在，容易產(chǎn)生低熔點物質(zhì)鈣鐵橄欖石，進一步增加流動性。與其他鐵礦粉相比，加拿大精粉的粒度更大，可以彌補因減少富粉導(dǎo)致的透氣性降低的問題，有利于生產(chǎn)。

表4 進口部分精粉燒結(jié)基礎(chǔ)性能比較

2019年的工業(yè)試驗按月進行，主要調(diào)整了國內(nèi)精粉和進口精粉及進口富粉的比例。進口富粉主要增減巴西粗粉的配比，進口精粉為加拿大精粉，后期增加了伊朗精粉，國內(nèi)精粉為五礦精粉，試驗數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 2019年攻關(guān)過程工業(yè)試驗原料配比（質(zhì)量分數(shù)）及燒結(jié)指標(biāo)

圖1～圖3為使用加拿大精粉后燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度、燒結(jié)機利用系數(shù)及燒結(jié)固體燃耗的變化?？梢钥闯觯D(zhuǎn)鼓強度在加拿大精粉配加到9.19%時達到最高值77.62%，利用系數(shù)在加拿大精粉配加到2.23%時達到最高值1.33 t/（m2·h），固體燃耗在加拿大精粉配加到7.71%時達到最低值59.2 kg/t。這主要得益于加拿大精粉的特性，相對于富粉，加拿大精粉透氣性差，但對提高燒結(jié)轉(zhuǎn)鼓強度有利。從此次工業(yè)試驗綜合來看，加拿大精粉配加到7%～9%，進口富粉配加到65%～70%，可以得到較為合適的燒結(jié)礦技術(shù)指標(biāo)。

圖1 加拿大精粉配比和轉(zhuǎn)鼓強度的關(guān)系

圖2 加拿大精粉配比和利用系數(shù)的關(guān)系

圖3 加拿大精粉與固體燃耗的關(guān)系

高爐應(yīng)對攻關(guān)

攻關(guān)原因

因燒結(jié)配礦提高了加拿大精粉比例，使得燒結(jié)礦中的SiO2含量降低，平均SiO2含量在5.15%左右，促使高爐的渣量相對減少；同時燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強度提高，高爐爐料的透氣性獲得改善，使得高爐的指標(biāo)提升，這為降低高爐渣中的鎂鋁比創(chuàng)造了有利條件。

高爐爐渣中MgO含量的控制，是一個重要的工藝控制點。MgO的作用主要有兩點：（1）降低爐渣熔化溫度，改善流動性，提高脫硫效率；（2）當(dāng)爐渣中Al2O3增加時，增加MgO含量，可以降低爐渣的黏度。其機理是MgO與Al2O3、SiO2及硅酸鹽反應(yīng)產(chǎn)生一系列的低熔點化合物，降低了高爐渣的黏度。

但是MgO過高，會造成如下影響：（1）隨著渣中MgO含量增加，爐渣成分向鈣鎂橄欖石方向轉(zhuǎn)變，使?fàn)t渣熔點升高，黏度增大，流動性變差。同時增加MgO含量會增加渣量，造成燃料消耗升高，噸鐵耗風(fēng)增加，產(chǎn)量下降。（2）MgO的價格高于氧化鈣，通過提高氧化鎂的含量，來保證四元堿度和二元堿度，成本較高。

因此，降低MgO的含量并使其達到合適的控制點，不但可以降低燃料消耗，也可以降低燒結(jié)礦的成本，同時結(jié)合原料質(zhì)量的改善，還可以提高高爐產(chǎn)量等經(jīng)濟指標(biāo)。

攻關(guān)主要措施

（1）裝料制度：提高礦批量，因燒結(jié)礦性能改善，燒結(jié)礦硅含量下降，渣量減少，透氣增強，可壓制邊緣，布料上增大礦角并增加外環(huán)圈數(shù)，以提高煤氣利用率。

（2）渣制度：改變過去以二元堿度為主的控制方法，改以四元堿度控制為準(zhǔn)，四元堿度由過去的1.03調(diào)整到1.0；同時下調(diào)鎂鋁比，直接降低燒結(jié)原料中的MgO，此次目標(biāo)鎂鋁比為0.58。

（3）熱制度：要求鐵水中Si含量在0.4%左右，以此來控制爐溫，保證高爐充沛的物理熱，防止工業(yè)試驗中爐溫過低對高爐造成影響。

攻關(guān)成果

（1）主要控制參數(shù)如表6所示。

表6 攻關(guān)前后參數(shù)表

此次高爐攻關(guān)工業(yè)試驗較為理想，礦批由初期的39.0 t提高到41.5 t，焦炭負荷由4.5提高到4.8，鎂鋁比由0.62降低到0.58，高爐運行穩(wěn)定，未發(fā)生爐溫大幅度下滑、懸料等工藝性事故。

（2）主要指標(biāo)如表7所示。

表7 攻關(guān)指標(biāo)同比

主要指標(biāo)在此次攻關(guān)中獲得重大進步，在品位由57.69%下降到57.35%的情況下，燃料比下降了12 kg/t，利用系數(shù)上升了0.21 t/m3，綜合比較，在燒結(jié)強度指標(biāo)大幅度提升的情況下，高爐的礦批、布料角度隨之調(diào)整，同時降低了鎂鋁比，對高爐的經(jīng)濟指標(biāo)提升非常有利。

結(jié)束語

（1）加拿大精粉的配加量在7%～9%時，燒結(jié)礦的綜合性能最佳，但要注意加拿大精粉的粒度不能過小，200目粒度的礦粉占比7%～8%最為合適。

（2）在提高燒結(jié)經(jīng)濟指標(biāo)、增加精粉比例時，推薦增加進口精粉配比，從同化溫度來看，進口精粉的性能要好于國產(chǎn)精粉，同時在實際生產(chǎn)中可以發(fā)現(xiàn)，進口精粉的指標(biāo)比較穩(wěn)定。

（3）在原料質(zhì)量得到改善時，要快速增加礦批量，加強邊緣的壓制，在高爐透氣性改善后，使高爐的煤氣利用率達到最佳。

（4）渣制度控制方面，將四元堿度控制到1.0，鎂鋁比降低到0.58，此時，爐況的穩(wěn)定性較好，經(jīng)濟指標(biāo)較佳。