提高烧结矿转鼓指数的生产实践

孙沛勋 戴保才 张洪亮 程广田 李晓华

(安阳钢铁股份有限公司)

0 前言

烧结矿质量的稳定性直接影响到整个铁前系统的成本和生产稳定，其冷态强度是生产过程中一项重要指标。安钢各烧结系统的供料方式存在差异，受场地限制，部分机组没有二次混匀料场，被迫采用单品种铁料配矿的生产工艺，在这种条件下原料的理化指标波动较大，对烧结矿质量造成了较大影响。为了稳定烧结矿质量，提高烧结矿转鼓指数，从烧结矿成分入手，结合烧结杯试验数据，针对不同阶段的烧结矿质量指标进行对比分析，寻找 FeO、SiO2、Al2O3等组分对烧结矿转鼓指数的影响，为生产提供合适的成分控制范围，达到稳定烧结矿质量，降低成本，促进高炉顺行的目的。

1 概况

2013年3月份以来，烧结系统配加的铁矿石以南非粉、巴西粉、澳大利亚褐铁矿粉为主，同时根据来料情况以及质量要求，搭配使用加精粉、国内酸性精矿、俄罗斯精粉等进行调节，原料配比结构调整幅度较小，烧结性能相对稳定。部分进口矿石成分见表1。

表1 进口矿石成分

在这种原料条件下，收集3月份至12月份烧结矿化验成分数据，绘制出FeO、SiO2、Al2O3等组分对转鼓指数的影响趋势图。根据图中数据点的落点范围、密集程度和相关性等，结合张金柱［1］、李光森［2］、江正［3］等实验研究结论对各个因素之间的相关性进行分析，用反推的方法确定适宜的烧结矿成分指标控制范围。

2 影响转鼓指数的因素分析

2.1 SiO2对烧结矿转鼓指数的影响

SiO2是液相生成的基础，对烧结矿的固结成型具有重要作用。适当降低SiO2含量可减少高炉渣量和能耗，改善烧结矿的还原性和高温冶金性能。但SiO2含量过低，烧结过程中产生的液相量少，烧结矿强度变差，低温还原粉化加剧。实际生产过程中烧结矿转鼓指数与SiO2的相互关系如图1所示。

图1 SiO2对转鼓指数的影响趋势

由图1可以看出，当SiO2≥4.4%时，转鼓指数均维持在较高水平(≥81%)，4.4% ～4.7%之间相对密集，数据更加集中。以整体趋势观察，SiO2≥4.4%时，转鼓指数随着SiO2的含量升高而升高。实验研究表明，在高碱度(R＞1.8)、CaO含量一定的情况下，SiO2含量对铁酸钙的形态起到决定性的作用，SiO2含量很低时只能形成块状铁酸钙，X射线分析其化学式为CaO·2Fe203。SiO2含量≥3%时，铁酸钙明显由块状向针状发展，随SiO2含量增加，逐渐变为复合型针状铁酸钙(SFCA)。液相中针状铁酸钙含量增加，流动性改善，反应更为充分，烧结矿转鼓指数明显提高。由于原料条件限制，目前部分机组烧结矿SiO2含量偏低，应将SiO2含量提高至4.4%以上。同时，在碱度相同条件下，当SiO2含量≥6%时，液相中强度高的针状铁酸钙比例将降低，烧结矿在高负压下易形成薄壁大孔结构，导致转鼓指数下降，生产中需要对其上限进行控制。

2.2 FeO对烧结矿转鼓指数的影响

研究和生产实践表明，适当提高FeO含量，可保证烧结矿中生成足够的液相，有利于改善烧结矿强度。FeO含量的高低主要取决于原料配碳量，提高配碳量，烧结料层的还原性气氛增强，有利于FeO的生成，考虑FeO过高对烧结矿还原性能和能耗的影响，应控制在合理的区间内。实际生产过程中烧结矿转鼓指数与FeO的对应关系如图2所示。

图2 FeO对转鼓指数的影响趋势

由图2可以看出，转鼓指数≥80%时，FeO集中在7% ～8.5%的区间，其中以7% ～7.5%最为密集;FeO含量在7.5% ～8.0%时，转鼓指数均维持在较高的水平(81%左右)，转鼓指数随着FeO含量的增加有上升趋势。研究表明：增加配碳量提高了焙烧过程中的燃烧温度，还原气氛增强，形成的铁橄榄石粘结相增多，在一定范围内，起到了改善强度的作用。

当配碳量过多或过少时，都会带来一系列负面效应。过多时，烧结温度高，燃烧带变宽，透气性恶化，不利于针状铁酸钙的形成，烧结矿的还原性能变差;过低时，液相量不足，铁矿石的结晶程度不充分，矿物组成玻璃质粘结相增多，造成烧结矿多孔洞，强度差，成品率下降。

因此，合理配碳量的选择，应根据具体的原料条件以及改善烧结矿性能进行综合考虑，在保证烧结矿强度的基础上，将FeO控制在7% ～8%左右。

2.3 Al2O3对烧结矿转鼓指数的影响

关于Al2O3对烧结矿转鼓指数的影响，目前存在许多不同的观点。依据本厂数据分析，其对转鼓指数的影响并非线性关系，根据不同的原料条件情况，转化的节点存在一定差异，但是总体趋势是一致的。实际生产中烧结矿Al2O3含量与转鼓指数的相互关系如图3所示。

图3 Al2O3对转鼓指数的影响趋势

由图3可以看出，当转鼓指数大于80%时，Al2O3集中在1.8% ～2.2%之间，在该区间内，以Al2O3含量2.0%为节点。含量低于2.0%时，转鼓指数随着Al2O3含量增加而小幅度改善。分析认为：当Al2O3含量较低时，烧结矿的矿物组成比较复杂，粘结相除了有CF外，还有C2F，C2S，增加Al2O3含量可以促进铁酸钙的生成，抑制了烧结矿中正硅酸钙的形成，从而改善了烧结矿的转鼓指数;当其含量高于2.0%后，转鼓指数出现下行趋势。这时，烧结矿中玻璃质增加，液相粘度升高，使烧结矿的致密性受到抑制，形成细的粘结键和大量孔洞结构，使得烧结矿在冷却过程中受到多种应力的作用而产生裂纹，导致烧结矿碎裂，烧结矿转鼓指数变差。当烧结矿中Al2O3含量超过2.2%时，在赤铁矿中Al2O3的固溶量增加，促使Fe2O3再结晶，由粒状向片状发展，整个颗粒结合为片状结晶态，Fe2O3还原时产生的膨胀应力由较为分散变得相对集中，导致膨胀激烈化;另外，Al2O3含量的增加，在铁酸钙中Al2O3的固溶量增加，促进了板状铁酸钙的生成，而板状铁酸钙在低温下就开始还原产生应力，降低了烧结矿抵御裂纹扩展的能力，加剧了粉化的产生。若Al2O3含量超过2.2%后，转鼓指数可能低于80%。建议生产过程中将Al2O3含量控制在1.8% ～2.2%之间，保证转鼓指数稳定。

3 改进措施

通过对实际生产数据的分析，研究FeO、SiO2、Al2O3等组分变化对烧结矿转鼓指数的影响，生产中采取了以下措施改善烧结矿转鼓指数。

3.1 合理配加高硅矿石

通过对比可以看出，SiO2是影响烧结矿转鼓指数的主要因素，增加SiO2含量对提高烧结矿转鼓指数最为有效。生产过程中，根据配料计算，适当增加了南非粉、巴西粗粉等高硅矿的原料配比，同时配加性价比较好的高硅非主流矿。通过不同硅含量原料进行合理搭配，将SiO2含量从目前的4.5%左右提高至4.8%以上，同时将上限控制在6%以下。生产表明：烧结矿液相生产能力明显提高，液相量增加，成品烧结矿性能改善。

3.2 调整原燃料结构

生产过程中，FeO含量高低直接受原料条件以及燃料条件的影响。首先，调整原料中精矿和粉矿的比例，提高磁铁矿配比，增加混合料中的原始FeO含量。其次，严格控制燃料粒度，避免燃料粒度过大或过粉碎，保证合理的粒度组成，保持烧结过程适当的还原性气氛以及较长的高温保持时间，在不增加燃料消耗的同时改善燃料质量。通过以上措施，生产中将烧结矿FeO含量控制在7% ～8%范围，保证烧结矿强度满足高炉强化冶炼要求。

3.3 控制原料铝硅比

烧结矿中的Al2O3含量对烧结矿转鼓指数的影响呈现非线性特征，生产中应对铝含量的上下限进行控制。目前各烧结系统的原料条件存在差异，对于铝含量相对较高的机组，降低了部分高铝澳矿的配加比例。同时在其他机组配加部分性价比较高的高铝非主流矿。在提高Al2O3含量的同时，将烧结矿中的铝硅比控制在0.1～0.4，以促进针状铁酸钙液相的形成，提高烧结矿的强度以及还原性，满足高炉需求。

4 改进效果

2014年1月份以来，通过在生产操作过程中不断改善原燃料结构、合理搭配矿石品种，将影响烧结矿转鼓指数的相关组分控制在合理范围内。生产过程中烧结机操作条件明显改善，烧结矿的转鼓指数提高并呈现逐月上升的趋势。一季度烧结矿转鼓指数如图4所示。

图4 一季度烧结矿转鼓指数

2014年一季度转鼓指数平均值为80.89%，比2013年全年平均值79.68%提高了1.21个百分点。1月份、2月份、3月份转鼓指数分别为80.49%、80.89%、81.28%，烧结矿转鼓指数逐月提高，烧结矿冷态强度以及冶金性能均有不同程度改善。

在转鼓指数提高的同时，由于成品烧结矿中的SiO2含量增加，烧结矿粒度组成优化，高炉料柱整体透气性改善，气流分布均匀，高炉顺行情况良好。

在保证炉渣性能的基础上，适当提高Al2O3控制上限，为烧结系统配加经济性好的高铝矿粉提供了有利条件。在改善烧结矿冶金性能的同时大幅度降低了高炉原料成本，实现了优化操作和降低成本的有机结合。

5 结语

通过对比分析SiO2、FeO、Al2O3等组分含量对转鼓指数的影响，应适当提高烧结矿中的Al2O3、SiO2含量，稳定FeO含量。生产过程中通过合理配加性价比较高的高铝矿、高硅矿，将烧结矿铝硅比控制在0.1～0.4，为还原性好，强度高的针状铁酸钙粘结相的形成创造了有利条件。同时，优化燃料粒度组成，减少燃料中的大颗粒、避免过粉碎，保证了烧结料层具备适当的还原性气氛和适宜的高温持续时间。实践表明，通过采取上述措施，在降低原燃料结构成本的同时，烧结矿转鼓指数稳步提高，冶金性能改善，满足了高炉强化冶炼的要求。

［1］ 张金柱，邓海亮，敖万忠，赵跃萍.烧结混合料中 SiO2和FeO含量对烧结矿强度的影响［J］.钢铁，2008，43(5)：18-21.

［2］ 李光森，金明芳，姜鑫，储满生，沈峰满.烧结矿粘结相流动性的研究［J］.中国冶金，2008，18(5)：20-23.

［3］ 江正，傅元坤.改善高铝烧结矿性能的研究［J］.安徽工业大学学报，2011，28(4)：325-328.