豎直松料器對燒結過程的影響及生產實踐

黨彩霞，戚義龍

（1.上海寶華國際招標有限公司安徽分公司；2.馬鞍山鋼鐵股份有限公司煉鐵總廠，安徽馬鞍山 243000）

目前燒結生產面臨著資源、降耗、減排、成本競爭力等壓力，提質和節(jié)能減排是鐵礦粉燒結的核心重任。提高燒結生產效率以及實物質量，可促進燒結降本增效和有效減排，因此對整個燒結生產過程有著極其重要的意義。

傳統(tǒng)提高生產率的方法主要包括強化制粒、合理偏析優(yōu)布料、優(yōu)化原燃料粒度組成、適宜水分控制、混合料預熱、設置水平松料器等舉措實現(xiàn)料層透氣性的改善［1-2］。此外國內裴元東等提出了在燒結進行大顆粒礦、返礦鑲嵌的技術路線并在首鋼京唐和中天鋼鐵燒結產線進行了實踐［3］。日本君津廠通過料層減荷來改善透氣性，取得了生產率提高10%［4］。JFE 公司采用涂層制粒技術進行燒結生產后，燒結利用系數約提高18.75%，燒結礦還原性有較大改善［5］。本文通過燒結杯實驗，研究豎直松料器對燒結關鍵指標的影響，旨在為工業(yè)生產提供參考和依據。

1 實驗方法

本研究所使用的原、燃料（焦粉）及熔劑均取自某鋼鐵公司燒結現(xiàn)場，并以現(xiàn)場的燒結返礦作為本實驗的鋪底料。燒結杯燒結原料配比見表1。實驗所用燒結杯高度為720 mm；直徑300 mm。實驗過程參數如下：點火溫度為1 150 ℃；點火時間為2 min；點火負壓為7 kP；燒結負壓為14 kP。

表1 燒結杯原料配比結構%

為揭示松料器的孔徑、松料深度以及松料孔面積比對燒結關鍵指標的影響，豎直松料器的松料齒條按圖1 所示的方式進行設計，并按不同的實驗方案進行燒結杯料面打孔并進行燒結杯實驗。其中松料器的孔徑以齒條的半徑r表示，分別設計3 mm、4.5 mm、6 mm、7.5 mm 以及9 mm 實驗圓齒條。松料深度λ為齒條插入燒結杯料層的深度與燒結杯高度（720 mm）的比值，分別設計4%、8%、12%、16%、20%以及24%的實驗條件。松料孔面積比δ為松料齒條的總面積與燒結杯截面積的比值，對應不同孔徑的松料齒可通過改變總布置數量來獲取不同的松料孔面積比δ。

圖1 豎直松料器齒條布置示意圖

2 豎直松料器實驗結果分析

2.1 松料孔徑以及松料深度對燒結指標的影響

在相對固定松料孔面積比δ為20%左右，分別進行r=3 mm、4.5 mm、6 mm、7.5 mm、9 mm 以及λ=4%、8%、12%、16%、20%、24%的燒結杯實驗，用以揭示在固定松料孔面積比δ條件下松料孔徑以及松料深度對燒結利用系數、成品率以及燒結礦轉鼓強度指標的影響規(guī)律。

由圖2可知，在相對固定松料孔面積比δ為20%左右，隨著松料孔徑r的增加，插入深度λ在4%～12%的條件下，燒結利用系數呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，并高于基準值（1.34 t/m2h），且當λ為8%時其利用系數最佳；再隨著λ進一步的增加，則利用系數呈一定的降低趨勢，當λ為24%時，其利用系數明顯低于基準值。燒結礦成品率在λ在4%～12%下隨著孔徑r的增加至6 mm 時呈上升趨勢且大于基準值（75.4%），再隨著孔徑的增加對應燒結礦成品率呈降低趨勢并低于基準值。當λ繼續(xù)增大時，隨著孔徑的增加燒結礦成品率降幅較為顯著且遠低于基準值。燒結礦轉鼓強度在λ在4%～12%下，隨著孔徑r的增加呈略降低趨勢，但高于基準值（70.8%）。當λ超過16%時其轉鼓強度低于基準值且呈急速降低趨勢。綜上在松料孔面積比δ為20%左右時，松料孔徑r為6 mm、λ為8%時上述各項指標均相對較優(yōu)。

圖2 不同松料孔徑和深度對燒結指標的影響

2.2 松料孔面積比對燒結指標的影響

在固定松料孔徑r為6 mm，分別進行δ=4%、8%、16%、20%、24%、32%、48% 以及λ=4%、8%、12%、16%、20%、24%的燒結杯實驗，用以揭示松料孔面積比δ以及松料深度對燒結利用系數、成品率以及燒結礦轉鼓強度指標的影響規(guī)律。

由圖3可知，隨著松料孔面積比的增加，燒結利用系數呈先增加后降低的趨勢，在λ為8%、δ為20%時對應的利用系數最高。燒結礦成品率在λ為4%～12%、δ為小于24%的條件下均高基準值，再隨著λ以及δ的進一步增加其成品率呈降低趨勢。對應的燒結礦轉鼓強度變化規(guī)律與上述成品率的趨勢基本一致。綜上在松料孔徑r為6 mm、λ為8%、松料孔面積比δ為20%時上述各項指標均相對較優(yōu)。

圖3 不同松料孔面積比和深度對燒結指標的影響

豎直松料器孔徑、插入深度、松料孔面積比一定程度上的增加，一方面燒結料層透氣性和燒結速度增加從而獲得較高的利用系數，另一方面因有效增加上層料層的壓實度而達到改善上層燒結礦的強度和成品率一定幅度的提升。當上述參數再進一步地增加，由于料層中局部燒結速度與傳熱速度非同步的現(xiàn)象明顯加劇，且松料孔內對應下方的燒結料層會被過度壓實，存在局部欠燒的現(xiàn)象存在，最終導致利用系數、轉鼓強度以及成品率的急速降低。

3 豎直松料工業(yè)性生產實踐

3.1 豎直松料器工業(yè)性生產

豎直松料器工業(yè)性生產的裝置如圖4 所示，其釬桿的r設置為6 mm 并沿燒結臺車寬度方向上合理布置若干個，其通過上方的氣缸實現(xiàn)插入燒結料層深度λ的控制；同時通過調整前后兩次插入動作的周期來實現(xiàn)燒結料面松料孔面積比δ的合理控制。在380m2燒結機上進行了豎直松料和優(yōu)化固體燃料粒級組成來改善上層燒結料層質量的生產嘗試。其中基準期為無豎直松料；生產期Ⅰ為采用豎直松料：r=6 mm、λ=8%、δ=20%；生產期Ⅱ為豎直松料+細化固體燃料粒級。

圖4 豎直松料器安裝示意圖

表2的數據結果表明采用豎直松料的生產期Ⅰ的燒結利用系數較基準期增加了0.048 t/m2h，燒結礦成品率和轉鼓強度分別提高1.36%和0.57%，同時在層厚增加20 mm 的前提下燒結負壓降低0.88 kPa。生產期Ⅱ的利用系數進一步提高至1.467 t/m2h，在燒結料層進一步提高的情況下，其他各項指標仍保持較好水平。

表2 生產實踐數據結果

3.2 基準期和生產期Ⅱ的燒結礦顯微結構

對基準期和生產期Ⅱ的上層燒結礦的顯微結構進行分析?；鶞势跓Y礦由交織熔蝕結構和斑狀、粒狀結構構成。磁鐵礦被鐵酸鈣熔蝕或交織成它形，鐵酸鈣呈板狀、不規(guī)則狀；自形、半自形晶磁鐵礦少見；硅酸二鈣呈細小粒狀均勻分布其中。這種結構占比約65%，在交織熔蝕結構中局部集中分布針狀鐵酸鈣。半自形、它形赤鐵礦與粘結相礦物鈣鐵橄欖石、玻璃質結合成斑狀、粒狀結構。這種結構占比35%。試驗期Ⅱ上層燒結礦：磁鐵礦被鐵酸鈣熔蝕或交織成它形，鐵酸鈣呈板狀、不規(guī)則狀；自形、半自形晶磁鐵礦少見；硅酸二鈣呈細小粒狀均勻分布其中。這種結構占比約85%，交織熔蝕結構在孔洞邊緣出現(xiàn)的菱形次生赤鐵礦。不規(guī)則狀的赤鐵礦顆粒與鐵酸鈣、鈣鐵橄欖石結合成共晶結構，約占15%。

4 結語

（1）豎直松料器的燒結杯實驗結果表明，在松料孔面積比δ為20%時，松料孔徑r為6 mm、λ為8%時對應的燒結利用系數、燒結礦成品率以及轉鼓強度等指標較無豎直松料器生產時更優(yōu)。在松料孔徑r為6 mm 時，隨著松料孔面積比δ的增加，燒結利用系數呈先增加后降低的趨勢，在λ為8%、δ為20%時對應的上述各項指標結果均較佳。

（2）工業(yè)生產實踐表明，采用豎直松料和細化固體燃料粒級的方法生產，可獲得較高的燒結利用系數，同時燒結礦成品率和轉鼓強度保持較好水平。且料層上部燒結礦的顯微結構得到一定程度的改善。