天钢200万t链篦机-回转窑高硅球团矿生产实践

宿金列

（天津钢铁集团有限公司炼铁厂，天津 300301）

天钢200万t链篦机-回转窑高硅球团矿生产实践

宿金列

（天津钢铁集团有限公司炼铁厂，天津 300301）

天钢炼铁厂200万t链篦机-回转窑球团生产线使用高硅磁铁矿和国内低品味赤铁矿，使成品球抗压强度受到影响。通过实验研究和生产实践，找出影响成品球抗压强度的主要影响因素。通过调整造球参数、采用薄料层快机速、提高预热和焙烧温度等途径，使成品球抗压强度稳定在2 500～3 200 N/个，提高了成品球质量。

回转窑 固结 机理 球团 抗压强度 质量

1 引言

天钢200万t链篦机-回转窑生产线是天钢为进一步完善生产布局，使高炉炉料结构趋于合理而建设，工程于2010年动工，2011年4月点火烘炉，在开产1个月之后生产基本稳定。但是由于来料品种多变，尤其在9月份使用高硅磁铁矿和国内低品位赤铁矿后，使成品球抗压强度受到影响。球团作业区边生产边总结，经过不到半个月的时间，找出了比较合理的操作制度来指导生产，使成品球抗压能够稳定在2 500～3 200 N/个，成品球质量获得了较大的提高。

2 生产原料

铁矿以及赤铁矿。原料的化学成分及粒度组成见表1。

由表1可以看出：除了高硅铁精矿粉TFe含量较高之外，其他精粉的TFe含量较低，最低仅为56.99%；三种铁精矿粉的含硅量都超过了8%，最高达到11.17%；三种铁精矿的-200目都大于70%，均符合造球工艺对原料的要求。

表1 铁精矿粉化学成分分析及粒度组成/%

3 影响天钢成品球抗压强度的主要因素

3.1 添加赤铁矿对成品球抗压强度的影响

已有的实验研究和生产实践证明，采用赤铁矿粉生产球团与磁铁矿相比，在成球性、固结机理上主要有以下不同的特点：

（1）赤铁矿粉成球难，其表现为：落下强度低，合格生球水分大，导致干燥时间长、能耗高。

（2）赤铁矿粉球团比磁铁矿球团难焙烧。表现在赤铁矿焙烧需要比磁铁矿更多的热量、更高的温度以及更窄的热工操作空间。

由于赤铁矿FeO含量比磁铁矿低很多，而FeO在氧化过程中属于放热反应，所以焙烧赤铁矿比焙烧磁铁矿需要更多的热量；

在固结机理上，赤铁矿固结机理主要为Fe2O3的晶粒长大和再结晶，不会再氧化，没有晶格转变，原子的活动能力比氧化新生成的赤铁矿弱，固结困难，成品球抗压强度低，需要更高的预热和焙烧温度。而磁铁矿中的Fe3O4在焙烧过程中分步氧化成γ-Fe2O3和α-Fe2O3，在γ-Fe2O3向α-Fe2O3转变过程中，晶型由立方晶系转变为斜方晶系，晶格转变大幅提高了成品球的强度，远远大于赤铁矿晶粒长大所产生的固化作用。

3.2 SiO2含量对成品球抗压强度的影响

现实生产中精粉中脉石含量越少越好，SiO2含量的多少对成品球抗压有比较大的影响。球团在焙烧的过程中，主要以固相反应为主，同时球团中的脉石也产生固相反应。由于脉石类反应产物多为低熔物或共熔化合物，因此在较高的焙烧温度下要融化而出现液相。一方面因为液相对固相表面的润湿及表面张力作用，使固相颗粒拉近，达到更紧密的排列。同时液相也起了充填孔隙的作用。这就使球团矿孔隙率减少，提高球团矿致密化程度；但是另一方面，当SiO2偏高时，如果磁铁矿氧化不完全或生成的赤铁矿再次分解，就可能产生较多的硅酸盐渣相，这时会出现较多液相，使固相粒子被隔开，氧化铁粒子之间的再结晶连接无法产生，甚至使已经聚集再结晶的粒子分开，结果使球团矿强度降低。

4 提高成品球抗压的途径

生球经过干燥、预热、焙烧、均热和冷却的过程，使得球团矿的强度达到高炉冶炼的要求。工艺制度及参数的合理选择直接影响到球团的强度。

在提高并稳定成品球抗压强度的摸索过程中，天钢球团作业区主要对生球强度、料层厚度，预热温度，焙烧温度，氧化性气氛进行了探索。

4.1 调整造球参数提高生球质量

由于赤铁矿颗粒之间的结合力较小，造球难度较磁铁矿要高。因此，天钢球团对造球参数做出了相应的调整。

（1）适当降低单盘产量，增开球盘稳定产量，降低单盘料量延长造球时间，提高生球强度；全磁铁矿生产时，天钢球团一般开5～6盘生产，单盘生球量可达50～60 t/h。在添加一定量的赤铁矿之后，单盘生球量难以达到原来的水平，同时生球质量也出现了下滑。因此，天钢球团将球盘数量增加至6～7盘，单盘生球量降至45～55 t/h，延长了铁精粉在球盘内的停留时间，提高了生球的强度。

（2）适当调节球盘转速、倾角等参数，提高生球质量和粒度合格率。生球质量和球盘转速、倾角有很大的关系。转速慢可能使精粉不能达到球盘高处滚落，导致母球数量少，生球强度低；转速高会使精粉甩至盘边，不仅没有滚动效果，而且生球被压缩坍塌失去强度。倾角也是如此，过大或过小都不能实现最好的效果。天钢球团针对每个球盘的特点细心调节，逐步摸索出适宜的球盘参数。

4.2 控制料层厚度

（1）天钢球团链篦机干燥和预热分四个段进行。依次是鼓风干燥段、抽风干燥段、预热1段和预热2段。生球在进入鼓风干燥段后受风温影响开始脱水，在经过部分脱水后进入抽风干燥段，进行二次干燥，待毛细水基本脱除后再进入预热段预热。

（2）在鼓风干燥段，脱水沿料层自下而上进行。干燥开始，下层生球脱水相对较快，而上层生球由于受下层生球脱水产生的蒸汽影响，在一段时间内出现表面结露和过湿现象，随着干燥过程的进行，这一现象会逐渐得到缓解和消失。进入抽风干燥段后，脱水沿料层自上而下进行，上层球相对脱水较快。应该说，鼓抽结合的生球干燥方法是目前较为合理的干燥方式。

（3）但是当料层布的过厚时，如果生球水分较大，在抽风干燥时料层下部过湿现象比较严重，使生球容易产生裂纹甚至爆裂。这时就需要增加干燥时间或者降低料层厚度，实践表明，采用“薄料层快机速”可以明显降低生球的爆裂，其效果要好于“厚料层慢机速”，这是由于薄层干燥能够减少水汽在料层下部冷凝的程度，使下层球的强度能承受上层球的压力和介质穿过球层的压力，保持料层有良好的透气性。图1为与预热时间10 min，预热温度1 110℃，焙烧温度1 280℃，料层厚度对成品球抗压的影响。

图1 料层厚度对成品球抗压强度的影响

（4）由图1可以看出，在保证预热时间的前提下，适当提高链篦机速度，当链篦机布料厚度在150～160 mm时可以较好的控制生球爆裂，同时成品球抗压能够稳定在2 500～3 000 N/个。当料层厚度超过170 mm以后，对成品球抗压强度的影响加大，平均抗压强度低于2 000 N/个，仅有1 983 N/个，当料层厚度在150～160 mm时，平均抗压强度2 771 N/个，完全能够满足高炉冶炼的要求。

4.3 提高预热温度

（1）由于天钢球团所使用精粉原料中SiO2含量较高，如果生球在预热过程中氧化不完全，在进入回转窑进行高温焙烧的过程中，就有可能生成硅酸盐渣相，渣相中的铁橄榄石（2FeO·SiO2）很容易与Fe2O3、FeO及SiO2形成熔化温度更低的熔体，液相将矿粒包围，冷却时液相凝固，使球团固结。但由于铁橄榄石不易结晶，常成玻璃相，使球团强度降低。因此，天钢在生产高硅球团过程中采取尽量提高预热段温度，使球团在进入回转窑高温焙烧前完成大部分氧化。

（2）由图2可知，球团矿的抗压随着预热温度的升高而提高，这是由于氧化温度的升高，磁铁矿氧化生成赤铁矿的速度加快，加速晶格变化及提高新生晶体表面原子的迁移能力，有利于相邻的颗粒之间形成晶键，当预热温度达到一定温度以后，球团在很短的时间内就可以完成氧化，所以再延长球团矿的预热时间对抗压强度的影响不大。当预热2段温度达到1 110℃时，成品球平均抗压可以达到2 670 N/个，当预热温度达1 130℃以后，随着温度的升高，球团矿抗压强度增加变慢，再提高预热温度对成品球抗压的影响逐渐变小。

图2 预热温度对成品球抗压强度的影响

4.4 提高焙烧温度

（1）焙烧温度对球团抗压强度的影响最大，合理焙烧温度的选择应以保证铁精矿粉固相再结晶强度为出发点。铁精矿粉固相再结晶只有当温度高于其有效固结温度后才能高效地进行，同时其固结程度还取决于在这一温度以上保持的时间，这样才能保证球团矿具有较高的强度。若温度偏低则各种物理化学反应进行较慢，以致难以达到理想的固结效果。

图3 焙烧温度对成品球抗压强度的影响

（2）由图3可以看出，随着温度的升高，成品球的抗压强度逐渐升高，在焙烧温度达到1 280℃时成品球的抗压强度有了较大的提高。当焙烧温度由1 200℃提高到1 280℃时成品球的抗压强度由平均1 856 N/个提高到2 973 N/个。

4.5 保持合理的焙烧时间

图4 焙烧时间对抗压强度的影响

图4为焙烧温度1 280℃，焙烧时间对成品球抗压强度的影响，由图4可以看出，随着焙烧时间的延长，抗压强度逐渐升高，超过12 min再增加焙烧时间对成品球的抗压强度影响变小。已有的实验已经证明，有一个使抗压强度保持一定的临界时间。通常，在临界温度以内，焙烧温度越高，临界时间越短，抗压强度亦越大。然而，若达不到最适宜焙烧温度，即使长时间加热，也达不到要求的抗压强度。在实际生产中，提高焙烧时间必须是在不影响产量的前提下，所以为了提高生球抗压而刻意的提高焙烧时间在实际生产中是不可取的。

4.6 保证氧化性气氛

（1）生球预热和焙烧过程中，气体介质的特性将严重影响生球的氧化、脱硫和固结。焙烧过程中应保证氧化性气氛，对于磁铁矿可以使其继续完成氧化过程。对于赤铁矿由于需要更高的焙烧温度，一定的氧化性气氛又利于减弱及避免Fe2O3分解生成的Fe3O4，Fe3O4与SiO2生成铁橄榄石，形成渣相固结，造成球团矿强度下降。

（2）天钢在实际生产过程中，将窑头负压保持在-10 Pa～-20 Pa，链篦机烟罩负压-20 Pa～-30 Pa，保证了生球在干燥、预热过程中良好透气性的同时提供了必要氧化性气氛。同时链篦机烟罩负压不宜过大，负压过大会使布在链篦机下部的生球产生变形或者裂纹。

4.7 调整冷却参数

（1）环冷机冷却分4段，一冷段热气流通过受料斗上部窑头罩和平行管道直接入窑作二次风，提高窑内温度。2冷段热气流通过热风管直接引入链篦机预热1段作为补充热源。3冷段低温风被送至链篦机鼓风干燥段作为热源。4冷段废气通过环冷机上烟囱排放。

（2）天钢球团作业区在生产实践中发现，当预热时间、温度，焙烧时间、温度一定的情况下，窑头球抗压强度达到1 500～2 000 N/个，而成品球团矿的抗压强度波动非常大，甚至出现成品球抗压强度低于窑头球抗压强度的情况。通过分析，造成这种现象的主要因素是冷却速度。成品球在环冷机内部不仅有冷却过程，而且还存在二次氧化固结的作用。冷却速度过快，容易导致沿球团矿半径收缩不均，产生应力，使球团矿的强度降低，而且不利于红球的再氧化，造成FeO含量高；冷却速度过低，必将导致4冷段成品球温度偏高，使成品皮带受损，造成停产事故。

（3）通过以上分析我们得知：天钢球团出现成品球强度低于窑头球的主要原因为冷却速度偏快。为此，天钢球团对环冷机冷却制度作出了适当的调整：在保证不出红球的基础上，严格控制1冷段风门开度，适当提高2冷段与3冷段的温度，严禁红球过快冷却。控制1冷段风门可以降低窑头球的初始冷却速度，防止强度下降；而适当提高环冷3段的温度能够提高鼓干段风箱温度，有利于生球脱水，但该温度也不宜过高，鼓干段风箱温度过高会导致生球干燥过快，使生球表面形成致密的外壳不利于生球内部的干燥。当环冷3段温度为250～350℃时，鼓干段风箱温度为170～200℃，鼓干段烟罩温度达到60～70℃，减少了生球结露的现象。

5 结语

高硅球对预热温度焙烧温度要求比较高，在保证设备及耐火材料的前提下，适当提高预热及焙烧温度有利于成品球抗压强度的提高。生球在链篦机内预热干燥的过程中应保证料层的透气性，使位于料层下部间的生球干燥完全，同时提供良好的氧化性气氛。在保证预热时间以及不影响产量的前提下，适当降低料层厚度有助于生球的干燥预热。红球在冷却的过程中，应保持冷却的均匀性，使红球在冷却的过程中进一步完成氧化固结。

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Practice of High Silicon Pellet Production at TISCO 2000000t Grate Rotary Kiln

SU Jin-lie
Iron-making Plant,Tianjin Iron and Steel Group Company Limited,Tianjin 300301,China

The crushing strength of finish pellet was affected when high silicon magnetite and domestic low grade hematite were adopted at 2 000 000 t grate rotary kiln production line of the Iron-making Plant,Tianjin Iron and Steel Group Company Limited(TISCO).The major influential factors were found through experimental study and production practice.The finish pellet quality was improved after pellet crushing strength was stabilized at 2 500～3 200 N/piece by adjusting pelletizing parameters,adopting thin bed and fast grate speed and increasing preheating and heating temperature.

rotary kiln;consolidation;mechanism;pellet; crushing strength;quality

宿金列（1958—），河北故城人，工程师，现任天钢炼铁厂球团作业区作业长，主要从事高炉、球团生产方面的专业技术工作，E-mail：jjlintj@sohu.com。

（收稿 2012-05-18 编辑 崔建华）