兴澄特钢高铁低硅烧结的生产实践

1. 前言

高铁低硅能改善烧结矿的冶金性能，减少高炉冶炼过程中产生的渣量，减薄软熔层，提高滴落带的透气性，因而有利于高炉顺行、降低渣比和增铁节焦。同时，减少渣量还有利于增加高炉的喷煤量。但一般认为烧结生产率降降低以及烧结矿冷强度和低温还原粉化指标变差。因此，有关低硅烧结技术的研究与开发成为当前国际上广泛研究的热点之一。2000年全国炼铁工业年会上，也将高铁低硅烧结矿的生产列入了“十五”发展指南。

为了提质降耗，积极推广高炉精料技术，我厂瞄冷国内外先进水平，积极研究和开发高铁低硅烧结技术。针对低硅烧结过程中存在的粘结相数量不足会导致烧结矿冷强度和还原强度显著下降的问题，在烧结机筹建之初就开始组织科技攻关，对低硅烧结过程粘结相的形成、形态、种类以及还原强度进行了深入细致的基础研究，采取了适应高铁低硅烧结的工艺方案和技术措施。我厂2台52m²烧结机分别于2002年10月和2003年8月投产，设计料层为750mm。1号烧结机投产3个月后，烧结矿SiO₂降到5%以下，品位提至58.5%以上，返矿率在8%以下，高铁低硅结指标已达国内领先水平。

2. 实施高铁低硅烧结的措施

2.1 优化配矿结构，贯彻精料方针

由于受投资限制，建设中削减了配料仓个数和二次混匀料场。配料室只有3个铁料配矿仓，其中1个为返矿仓，因此只能配用2种矿粉。为此，我厂委托兄弟单位做了多种配矿烧结杯试验，对巴西粉矿、澳大利亚粉矿、南非粉矿和印度粉矿进行了烧结性能的系统研究。结果表明：（1）印度矿单烧性能最差，与其它矿粉搭配烧结性能也最差，不宜采用；（2）澳矿单烧强度最好，且与其它粉矿搭配的强度指标也较好，澳矿与南非矿搭配的强度最好；（3）南非矿单烧的利用系数最高，与其它粉矿搭配的利用系数匀较好，南非矿与澳矿搭配的利用系数最高。但因南非矿含碱金属较高，不宜采用；（4）巴西矿与澳矿搭配的转鼓强度为63%，利用系数为2.01 t/（m2·h），该方案可以采用。根据高品位、低SiO₂、低MgO和具有良好烧结性能的配矿原则，兴钢最终选择巴西CVRD公司ITABIRA粉矿和澳大利亚BHP公司的纽曼山粉矿，并进一步通过三因素三水平的下次试验，寻找出烧结合理的水、碳和料层厚度等工艺参数。研究表明：（1）巴西粉矿和纽曼山粉矿烧结性能优良，对烧结矿强度和成品率有利，但巴西粉矿与纽曼山粉矿粒度组成较差，-1mm含量较高，混合料粒度组成较差，垂直烧结速度较低，利用系数在1.6~1.9 t/（m²·h）之间，（2）综合考虑转鼓强度、利用系数、成品率和固体燃耗，烧结各工艺参数的选用范围为：焦粉4.5%~5.0%，水分5.6%~5.9%，料层厚度650~700mm，且当焦粉配4.5%，水分5.9%料层厚度700mm时，各项指标最好。（3）杨迪粉矿属褐铁矿，结晶水较高，混合制料所需水分要求较高，因其结构疏松，烧结同化性和反应性较好，因此可部分替代纽曼山粉矿或巴西粉矿。

2003年8月份以前，我厂一直使用两种矿粉烧结。随着混匀料场的投用，具备了实施多品种配矿的条件，从2003年9月开始用杨迪矿25%~35%，烧结矿转鼓强度提高1.6%，成品率提高3.4%。

2.2 优化熔剂结构

为了优化含MgO熔刘，我们进行了配加蛇纹石、白云石和海南粉的烧结杯实验。研究表明：（1）白云石粉、轻烧白云石粉和蛇纹石粉中，以配加蛇纹石粉的烧结矿强度和利用系数最好，其次是轻烧白云石粉，最差的是白云石粉。（2）配蛇纹石与配海南粉同样能达到提高SiO₂的目的，但配蛇纹石的烧结矿转鼓强度提高2.33%。

蛇纹石与含铁矿物及CaO接触，部分发生物化反应，形成一圈含铁、钙、镁的玻璃相，起胶结作用。蛇纹石脱水后再结晶生成镁橄榄石（2MgO·SiO₂），结晶完好，部分充填在铁矿物之间，直接成为胶结相，对提高烧结矿强度十分有利。因此，配加蛇纹石生产的烧结矿具有较好的结构待征和机械强度。根据宝钢使用结果，其烧结矿强度好，生产率高。同样的条件下，若用白云石和硅砂，所获得的烧结矿液相中的硅酸盐成分明显增多，且分布不均匀，烧结矿强度不及配用蛇纹石者高。Capple和Magedanz等人的研究表明，将蛇纹石磨细后加入到混合料中制粒，使其粘附到矿石颗粒表面，不但可以使烧结矿的含硅量降低，燃料和亚铁含量也有所下降，而机械强度保持不变。J.A.Whiteman等人的研究认为：用蛇纹石取代白云石来调节烧结矿中的MgO含量可以使铁酸钙的含量明显增加，孔隙率保持在较好水平，且再生赤铁矿含量明显减少，改善了烧结矿的低温还原粉化性。

2.3 采用厚料层烧结

厚料层烧结可增强料层的自动蓄热能力，降低烧结矿固体燃耗。同时由于料层提高，高温保持时间延长、有利于液相量少的问题。通过高速操作参数，氢烧结最高温度控制在1250~1280℃之间，可以促进以针状复合铁酸钙为主的粘结相的形成，改善烧结矿物化性能和冶金性能。近几年来，国内许多厂家已将烧结料层提高到了500mm甚至600mm以上，如宝钢烧结料层长期保持在630~650mm左右，柳钢50m²烧结机料层曾达到了国内最高水平。因此，我厂在烧结设计中，决定采用柳钢厚料层烧结技术（连续二次低温点火炉和全屏阻流器），并修改了原设计，取消热筛和一次冷筛，铺底料粒级为6~11mm，将原52m²烧结机面积增至60m²，料层厚度由600mm提高至750mm（预留800mm的空间）。设计中，在烧结机前后段风箱设置相应数量的全屏阻流器。实际生产中，要求烧结料层厚度大于680mm，并严格控制烧结机机速，确保烧好、烧透、烧结终点不提高前也不滞后，从而使高温固结时间延长，固相反应和液相反应充分，矿物结晶完善，达到改善烧结矿内部结婚和提高其质量的目的。

2.4 高碱度烧结

随着烧结矿碱度提高，液相生成量增加，特别是铁酸钙数量增加，能促进烧结矿强度、还原性及抗还原粉化性能的改善；烧结矿的宏观结构也会向大孔厚壁结构转变，使烧结矿冷强度提高。实施低硅烧结之前，我厂烧结矿SiO₂在5%以上，碱度一般维持在1.75左右。SiO₂降到4.5%左右之后，烧结矿碱度提高到了1.85。由于我厂采用全生石灰烧结，碱度提高意味着生石灰用量增加液相量增加。而且在液相组成改善的同时，还会使混合料温度提高，有利于混合料制粒和改善料层透气性，为提高产量创造了条件。

2.5 热风烧结

为了降你燃料消耗，进一步改善烧结矿质量，2004年元月，我厂在2烧结机上实施了热风烧结改造。采用无动力热风烧结，其工艺流程简单，只需将带冷机1号烟罩热废气，通过管道引入烧结机点火炉后部的热风罩内。热风烧结投入使用后，显著改善了表层烧结矿质量，烧结终点温度及大烟道废气温度明显上升，烧结矿固体燃耗下降3.03kg/t。

2.6 强化操作，稳定生产

根据本厂实际，我们制定了“精心备料，稳定水碳，厚料慢转，铺平烧透”的烧结操作方针，积极抢先低碳、低水、厚料层操作。对燃料和熔剂中-3mm粒级分别大于85%和90%。通过合理制定不断优化烧结工艺参数、加强工艺纪律检查、严格考核，强化了对配料、混合、烧结等关键工序的控制。

一混和二混岗位配备了烘箱等检测设备，要求每班对混合料粒度、水分进行三次检测。并对配料变料次数进行考核，每班要求小于三次，以确保水分稳定。

严格考核烧结机工艺参数，将一些重要参数，如：点火温度、废气温度、终点温度纳入了厂控管理，防止盲目开快车，保证烧透烧好。同时，要求看火岗位加强对布料及点火状况的检查，及时发现并处理问题以保证布料平整和点火质量。烧结矿FeO含量是衡量烧结过程稳定与否的一项重要指标，在厚料层烧结的情况下，若操作不当，FeO波动会加大。所以，我们将FeO含量作为烧结工序的重点考核指标。看火工通过控制烧结机速度和终点温度、调整燃料配比等措施，来稳定烧结过程、控制FeO含量。投产以来，FeO含量一直稳定在5%±2%。

3. 高铁低硅烧结生产效果

高铁低硅烧结的生产情况列于表1。从表1可看出，2003年我厂烧结矿SiO₂（最好水平为2003年5月，烧结矿SiO₂降到4.35%），TFe提高到58.7%（最好水平为59.34%），转鼓强度为74.8%，利用系数1.856t/（m²·d），高炉返矿率为8.76%。烧结矿强度、生产率和返矿率等指标均较好，说明我厂高铁低硅烧结技术达到了国内领先水平。高炉使用高铁低硅烧结矿后，入炉品位升高，高炉渣量减少。由于烧结矿的还原性改善，开始软化温度提高，使高炉软熔带厚度变薄，位置下移，料柱透气性提高，帮而喷煤量增加技术经济指标得到改善。2003年1号高炉（450m³）年产量达51.61万t，超设计水平29%，入炉品位为59.79%，渣铁比313kg/t，利用系数3.14t/（m³·d），综合焦比529 kg/t，取得了非常可观的经济效益。

表1  烧结主要技术经济指标

时间	利用系数/t·m-2·h-1	转鼓强度/%	高炉返矿率/%	TFe/%	FeO/%	SiO2/%	CaO	MgO/%	R
2002年 10~12月	1.685	77.38	6.20	58.38	5.36	5.22	9.08	1.31	1.74
2003年	1.856	74.68	8.76	58.76	5.94	4.58	8.43	1.72	1.84
比较	+0.171	-2.70	+2.56	+0.38	+58	-0.64	-0.55	+0.41	+0.10

4. 结语

兴钢烧结自建成投入以来，积极采取有效措施，使烧结矿SiO₂含量不断降低，质量指标不断提高，为高炉增铁节焦创造了条件。但与国内外高铁低硅烧结的最好水平相比，仍然有一定差距。今后拟采用生石灰配消技术和一混雾化喷水强化制粒、蒸气预热混合料、采用宽皮带。